瞬變電磁法資料解釋精度的改進

瞬變電磁法資料解釋精度的改進

1瞬變電磁電性界面的識別瞬變電壓法（tem）便于操作，采集快，測量深度變化范圍大，生產(chǎn)成本低，對地形條件要求小等特點。在某些特殊情況下,如弱地震反射區(qū)、地形復雜地區(qū)等,可彌補地震勘探的不足。提高瞬變電磁法的解釋精度,擴大其應(yīng)用范圍,一直是地球物理工作者不斷追求的目標,也是地質(zhì)、工程等給該方法提出的急待解決的課題。傳統(tǒng)的瞬變電磁法資料解釋手段單一,主要是通過視電阻率值這一參數(shù)來對地下電性分布情況作出判斷,這往往使人為因素增大。所以,有必要尋求一種更直觀地反映地下介質(zhì)分層情況的多元參數(shù)。本文就是在分析瞬變電磁在水平層狀介質(zhì)下電磁響應(yīng)的特性的基礎(chǔ)上,提出了以反射系數(shù)為特征量,進行瞬變電磁電性界面的識別。即從野外實測的電壓衰減數(shù)據(jù)進行一系列計算,求出反射系數(shù)序列,并以此為參數(shù)繪制斷面圖,從而判定地下電性界面。從對兩個三層模型和實測資料的處理結(jié)果看,用文中提出的方法繪制的剖面清晰直觀地顯示出了地下電性層分界面。2時間域與反射系數(shù)的關(guān)系瞬變電磁場的求解是通過在頻率域中將麥克斯韋方程組轉(zhuǎn)化為亥姆霍茲方程求解,然后利用域的轉(zhuǎn)換技術(shù)將頻率域的結(jié)果轉(zhuǎn)換到時間域來。對于水平層狀大地,在大回線發(fā)射諧變電流激發(fā)下,回線中心處頻率域電磁響應(yīng)為:式中a為回線半徑;I為發(fā)射電流;J1(λa)為一階貝塞爾函數(shù);μ0為磁導率;ω為圓頻率;dB(ω)dtdB(ω)dt為磁場微分量;Z(1)為水平層狀介質(zhì)地面波阻抗,由下列公式求得:式中σj為第j層的電導率。根據(jù)頻譜分析理論,在水平層狀介質(zhì)表面,回線源形成的瞬變電磁響應(yīng)在時間域的表達式:另外,在頻率域內(nèi),地面波阻抗與反射系數(shù)序列之間的關(guān)系可表達如下:Z(0?ω)=Z01[1+2∑m=1∞qme?2?iωt0√?m]Ζ(0?ω)=Ζ01[1+2∑m=1∞qme-2-iωt0?m]。(3)式中qm=ρm+1√?ρm√ρm+1√+ρm√qm=ρm+1-ρmρm+1+ρm,為第m個界面的反射系數(shù);ρm為第m層的電阻率值。在時間域,地面波阻抗與反射系數(shù)之間的關(guān)系,可由(3)式兩邊同時進行域的變換后得到。式(2)、(3)是本文提出的計算反射系數(shù),進行地下電性界面成像的兩個重要數(shù)學模型。對(3)式兩邊同時進行付氏變換,可以得到在時間域內(nèi)的以反射系數(shù)序列為未知的線性方程組:R(t)=∑m=1∞qmPR(t)=∑m=1∞qmΡ,(4)式中R(t)=?12πi∫∞?∞R(ω)/ωe?iωtdω；式中R(t)=-12πi∫-∞∞R(ω)/ωe-iωtdω；P=?12πi∫∞?∞e?2?iωt0√ωe?iωtdω；Ρ=-12πi∫-∞∞e-2-iωt0ωe-iωtdω；R(ω)=Z(0?ω)Z01R(ω)=Ζ(0?ω)Ζ01為頻率域歸一化波阻抗。對某一時刻tj而言,R(tj)=∑m=1∞qmPR(tj)=∑m=1∞qmΡ。(5)用有限級數(shù)代替無窮級數(shù),上式可表述為:R(tj)≈∑m=1N1qmPR(tj)≈∑m=1Ν1qmΡ。(6)采用線性規(guī)劃法求解方程組(6),可得出反射系數(shù)。3反射系數(shù)剖面圖上述方法的實施步驟為:由實測或理論模型正演數(shù)據(jù)求出磁感應(yīng)強度微分參數(shù),并由此參數(shù)求出歸一化后的波阻抗,最終由(6)式求出反射系數(shù)。對于以上各步驟,已在計算機上編程實現(xiàn),并對理論模型和實測資料進行了處理。設(shè)計了兩個理論模型進行了數(shù)值模擬計算。一個是H型斷面,一個是A型斷面。圖1是兩個地斷面物性參數(shù)示意圖;圖2是兩個模型的反射系數(shù)剖面圖。以計算出來的反射系數(shù)為參數(shù),繪制成經(jīng)過時深轉(zhuǎn)換后的剖面圖,如圖2所示。所用的時深轉(zhuǎn)換公式為:Vi=2μ0σi???√Vi=2μ0σi和hj=tiVi,由圖2a可看出在100m和200m處分別出現(xiàn)了一個電性分界面,由圖2b可知,在100m和500m處出現(xiàn)電性層分界。通過此圖可直觀地劃分地下介質(zhì)電性分層情況。圖3為某一測區(qū)某線的視電阻率等值線斷面圖,由這一剖面上可知:視電阻率值反映地下電性界面不明顯也不直觀,在此圖上能看出地下電性層分層情況,但只能憑感覺和經(jīng)驗進行分析判斷。圖4為繪制出的反射系數(shù)剖面圖,在此圖上明顯看出有3個界面,結(jié)合圖5(綜合解釋地質(zhì)剖面圖)可知:第一層深度1～50m,第二層深度50～80m,第三層深度為80～160m或更深,分別解釋為河漫灘沖積層,粘土和亞粘土層,粘土與礫石互層。4反射系數(shù)繪制的剖面識別效果文中提出用反射系數(shù)作為特征量來對地下電性界面進行識別,給出了數(shù)學模型、實現(xiàn)步驟。經(jīng)過理論模型