本發(fā)明涉及電磁勘探資料處理技術領域，特別涉及一種瞬變電磁資料的時域處理方法。

背景技術：

瞬變電磁法也稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods，TEM)，其利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法，其廣泛應用于油氣勘探、礦產(chǎn)調查、煤礦安全、找水、地熱勘探、工程地質和環(huán)境監(jiān)測等領域。

通常情況下，通常在頻率域中對瞬變電磁法勘探得到的瞬變電磁數(shù)據(jù)，例如感應電動勢進行處理，舉例來說，采用不同的時窗將感應電動勢曲線轉化成不同頻率的等效視電阻率，并在頻率域中進行反演以獲得電阻率剖面圖，從而獲得所勘探地質體的電阻率(即導電能力)進行辨別。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：

現(xiàn)有技術在頻率域中處理瞬變電磁數(shù)據(jù)，其對不同埋藏深度的目標地質體的分辨率較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例所要解決的技術問題在于，提供了一種瞬變電磁資料的時域處理方法。具體技術方案如下：

一種瞬變電磁資料的時域處理方法，包括：步驟a、采用瞬變電磁法獲取瞬變電磁數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述瞬變電磁數(shù)據(jù)獲取感應電動勢-時間曲線；

步驟b、采用加權平均法對所述感應電動勢-時間曲線進行平滑處理，以消除噪音干擾；

步驟c、從平滑處理后的所述感應電動勢-時間曲線中消除對應的背景感應電動勢；

步驟d、根據(jù)消除背景感應電動勢后的所述感應電動勢-時間曲線，計算各個時刻對應感應電動勢的張弛強度，從而獲得張弛強度的時間函數(shù)，并根據(jù)時間-深度關系，將所述張弛強度的時間函數(shù)轉化為張弛強度的深度函數(shù)；

步驟e、以勘探測試點的位置為橫坐標，以待測地質體的埋藏深度為縱坐標，以所述張弛強度的深度函數(shù)為參數(shù)，采用繪圖軟件獲得張弛強度的等值線剖面圖；

所述張弛強度的計算公式為：

其中，D(t)為t時刻的張馳強度，Δt為時窗長度，為t時刻之前的時刻的感應電動勢，為t時刻之后的時刻的感應電動勢。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟a中，從關斷發(fā)射電流時刻開始，以預定的采樣頻率采集感應電動勢數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述感應電動勢數(shù)據(jù)獲取感應電動勢-時間曲線。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟b中，采用五點加權平均法對所述感應電動勢-時間曲線進行平滑處理，計算點位于中心點，5個數(shù)據(jù)點的加權系數(shù)依此為0.1、0.15、0.5、0.15、0.1。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟c中，采用最小二乘法，以函數(shù)f(t)＝ae^-bt+c擬合平滑處理后的所述感應電動勢-時間曲線，獲得擬合參數(shù)a、b、c，其中，e是自然底數(shù)，t是實際采集感應電動勢數(shù)據(jù)的采樣時間；

根據(jù)計算得到的擬合參數(shù)a、b、c，計算各個對應時刻的函數(shù)值f(t)來作為背景感應電動勢，進而將計算得到的各個背景感應電動勢從平滑處理后的感應電動勢-時間曲線中對應消除。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟e中，采用的繪圖軟件為Surfer軟件。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明實施例提供的瞬變電磁資料的時域處理方法，通過在時間域中對瞬變電磁數(shù)據(jù)，即感應電動勢進行處理，以獲得張弛強度。根據(jù)對張弛強度的定義可知，張弛強度越大，說明感應電流越小，目標地質體的電阻率越大；而張弛強度越小，說明感應電流越大，目標地質體的電阻率越小。通過對所獲得的 張弛強度的等值線剖面圖進行解釋，能直接獲知不同深度處目標地質體的導電能力，進而容易地確定強導線能力的目標地質體。可見，本發(fā)明實施例提供的方法，不僅能有效提高對不同埋藏深度處的目標地質體的分辨率，且對目標地質體導電性的判斷準確可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的目標地質體在中心回線觀察方式下感應電動勢隨時間變化特性的示意圖；

圖2是本發(fā)明又一實施例提供的張弛強度的等值線剖面圖。

附圖標記分別表示：

1目標地質體的埋藏深度為100m；

2目標地質體的埋藏深度為500m；

3目標地質體的埋藏深度為800m。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

本發(fā)明實施例提供了一種瞬變電磁資料的時域處理方法，包括以下步驟：

步驟101、采用瞬變電磁法對目標地質體進行勘探，獲取瞬變電磁數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述瞬變電磁數(shù)據(jù)作出感應電動勢-時間曲線。

步驟102、采用加權平均法對該感應電動勢-時間曲線進行平滑處理，以消除噪音干擾。

步驟103、從平滑處理后的感應電動勢-時間曲線中消除背景感應電動勢。

步驟104、根據(jù)消除背景感應電動勢后的感應電動勢-時間曲線，計算各個時刻所對應的感應電動勢的張弛強度，以獲得張弛強度的時間函數(shù)，并根據(jù)時間-深度關系，將該張弛強度的時間函數(shù)轉化為張弛強度的深度函數(shù)。

步驟105、根據(jù)該張弛強度的深度函數(shù)，獲取各個埋藏深度下的目標地質體的張弛強度，以勘探測試點的位置為橫坐標，以目標地質體的埋藏深度為縱坐標，以各個埋藏深度下的目標地質體的張弛強度為參數(shù)，利用繪圖軟件獲得張弛強度的等值線剖面圖。

其中，張弛強度的計算公式為：

D(t)為t時刻的張馳強度，Δt為時窗長度，為t時刻之前的時刻的感應電動勢，為t時刻之后的時刻的感應電動勢。

本發(fā)明實施例提供的瞬變電磁資料的時域處理方法，通過在時間域中對瞬變電磁數(shù)據(jù)，即感應電動勢進行處理，以獲得張弛強度。根據(jù)對張弛強度的定義可知，張弛強度越大，說明感應電流越小，目標地質體的電阻率越大；而張弛強度越小，說明感應電流越大，目標地質體的電阻率越小。通過對所獲得的張弛強度的等值線剖面圖進行解釋，能直接獲知不同深度處目標地質體的導電能力，進而容易地確定強導線能力的目標地質體?？梢姡景l(fā)明實施例提供的方法，不僅能有效提高對不同埋藏深度處的目標地質體的分辨率，且對目標地質體導電性的判斷準確可靠。

具體地，步驟101中，采用瞬變電磁法對目標地質體進行勘探，所獲取的瞬變電磁數(shù)據(jù)即是不同時刻的感應電動勢數(shù)據(jù)，從而根據(jù)此數(shù)據(jù)作出感應電動勢-時間曲線。其中，在采集感應電動勢的過程中，從關斷發(fā)射電流時刻開始，以預定的采樣頻率，例如以2.5-3.5微秒，優(yōu)選3.2微秒的時間間隔采集感應電動勢數(shù)據(jù)，如此以獲得更精確的感應電動勢數(shù)據(jù)且避免造成采集時的勞動強度過大。

由于步驟101中實際測量得到的感應電動勢數(shù)據(jù)不可避免地會受到噪音的影響，所以本發(fā)明實施例采用步驟102對其進行平滑處理。具體地，采用加權平均法，特別是五點加權平均法對該感應電動勢-時間曲線進行平滑處理，其中，計算點位于中心點，5個數(shù)據(jù)點的加權系數(shù)依此為0.1、0.15、0.5、0.15、0.1。如此以消除噪音干擾，獲得能準確反映目標地質體導電性能的感應電動勢數(shù)據(jù)。在上述平滑處理過程中，對整條感應電動勢-時間曲線位于首部的兩個的數(shù)據(jù)點 和位于尾部的兩個數(shù)據(jù)點不作處理，保持它們?yōu)樵?。可以理解的是，本發(fā)明實施例所述的加權平均法為本領域技術人員所熟知的技術手段，本發(fā)明實施例在此不對其作具體的限定。

舉例來說，本發(fā)明實施例可采用本領域常見的中心回線裝置，觀測一條測線，點距為3米，測點數(shù)為120個。觀測系統(tǒng)包括三部分：發(fā)射系統(tǒng)、接受系統(tǒng)和同步系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)電機、發(fā)射機和一個大發(fā)射線框(Transmitter Loop)，發(fā)射線框為15米×15米的正方形。發(fā)電機由2個12伏的電瓶供電，發(fā)射機(T4)產(chǎn)生一定強度的電流供給發(fā)射線框，從而在地下建立起一次磁場。接收系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集主機(V5)和感應線圈(Receiving Loop)組成。采集主機是加拿大鳳凰地球物理公司的多功能的電法儀器V5，其功能是對信號進行放大、模數(shù)轉換、采樣和存儲。選用的。感應線圈是一個面積為1平方米的多匝圓形線圈，其有效面積為100平方米，用于接受垂直磁場的感應電動勢。同步系統(tǒng)用于發(fā)射系統(tǒng)與接受系統(tǒng)之間的同步，采集主機V5通過同步系統(tǒng)控制發(fā)射系統(tǒng)供電和斷電的時間，保障接收信號的采樣是在斷電以后一定時間延遲時刻開始。通過同軸電纜進行同步。通過野外資料，即實際感應電動勢數(shù)據(jù)的采集，可獲得各個測試點的感應電動勢曲線。設t_i時刻的感應電動勢為U⁰_i，則計算該t_i時刻平滑處理后的感應電動勢的公式如下所示：

U_i＝0.10U⁰_i-2+0.15U⁰_i-2+0.5U⁰_i+0.15U⁰_i+1+0.10U⁰_i+1

進一步地，為了獲取更真實準確的感應電動勢數(shù)據(jù)，本發(fā)明實施例通過步驟103從平滑處理后的感應電動勢-時間曲線中消除對應的背景感應電動勢。具體地，采用最小二乘法，以背景函數(shù)f(t)＝ae^-bt+c擬合平滑處理后的所述感應電動勢-時間曲線，獲得擬合參數(shù)a、b、c，其中，e是自然底數(shù)，t是實際采集感應電動勢數(shù)據(jù)的采樣時間。其中，設t_i時刻的感應電動勢為U_i，i＝1、2、……、n，以相同時刻觀測數(shù)據(jù)與背景函數(shù)偏差的平方和作為目標函數(shù)，令目標函數(shù)對待定的擬合參數(shù)a、b和c的偏微分分別為0可得3個方程，由這3個方程可解出擬合參數(shù)a、b和c。根據(jù)計算得到的擬合參數(shù)a、b、c，計算各個對應時刻的函數(shù)值f(t)來作為背景感應電動勢(其中t是實際采集感應電動勢數(shù)據(jù)的采樣時間，即t的取值應于實際感應電動勢的數(shù)據(jù)的采集時間為對應一致的)。進一步地，將計算得到的各個背景感應電動勢從平滑處理后的感應電動勢-時間曲線中對應消除，即可消除所勘探得到的感應電動勢的背景值。

待消除背景感應電動勢后，所得到的感應電動勢-時間曲線盡可能真實準確地反映了目標地質體的性能。此時，為了提高對目標地質體，尤其是低阻目標地質體的分辨率，本發(fā)明實施例引入了“張弛強度”的概念，并通過步驟104根據(jù)消除背景感應電動勢后的感應電動勢-時間曲線，計算各個時刻所對應的感應電動勢的張弛強度，從而獲得張弛強度的時間函數(shù)，并根據(jù)時間-深度關系，將該張弛強度的時間函數(shù)轉化為張弛強度的深度函數(shù)。

本發(fā)明實施例將對“張弛強度”進行如下解釋說明：

1)瞬變電磁感應

以中心回線瞬變電磁測深為例進行說明。在發(fā)生線框中發(fā)射矩形方波電流，在供電期間由于電流的存在會在產(chǎn)生一次磁場。當關斷電流后，一次磁場會變化，由于磁場的變化，會引起地下的低電阻率目標地質體產(chǎn)生感應電流，感應電流又會引起二次磁場。接受線圈可測量得到二次磁場產(chǎn)生的感應電動勢。

2)瞬變電磁過程

在介質中當外加電磁場從一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)時,由于介質的極化、磁化和激電效應，感應效應產(chǎn)生的二次場也將從一種狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。從外加電磁場自一種穩(wěn)定狀態(tài)開始變化到感應二次場在另一種穩(wěn)定外場狀態(tài)下趨于穩(wěn)定為止的整個過程，稱為瞬變電磁過程。

3)弛豫時間

瞬變電磁過程所耗費的時間就是弛豫時間。例如，在電阻率為100Ω·m的均勻半空間中，三維目標地質體是邊長為50m的立方體，電阻率為10Ω·m，當該目標地質體的埋藏深度分別為100、500、和800m時，在中心回線觀察方式下，其感應電動勢隨時間變化的曲線如圖1所示。由圖1可知，當目標地質體由淺層到深層逐步變化時，弛豫時間由長變短。

4)瞬變電磁過程的特征

發(fā)明人通過對瞬變電磁過程的試驗和模擬，認識到瞬變電磁過程具有如下3個特征：

1、電阻率越大的三維目標地質體，弛豫時間越短，感應電動勢衰減越快。電阻率越小的三維目標地質體，弛豫時間越大，感應電動勢衰減越慢。

2、感應電動勢曲線的不同時段主要反映出不同深度的介質導電性。

3、三維目標地質體的埋藏深度越大，弛豫時間越短，感應電動勢衰減越 快。埋藏深度越小，弛豫時間越大，感應電動勢衰減越慢。

在上述基礎上，本發(fā)明實施例通過如下即使公式給出張馳強度的定義，即張馳強度是給定的時間內感應電動勢衰減幅度。

設T₀時刻的感應電動勢為U₀，T₁時刻的感應電動勢為U₁，則在時窗[T₀，T₁]的中點：T＝(T₀+T₁)/2時刻的張馳強度D＝U₀-U₁。其物理含義是：張馳強度越大說明感應電流越小，目標地質體的電阻率越大；張馳強度越小說明感應電流越大，目標地質體的電阻率越小。這是因為二次感應電流阻止衰減變化，弛豫時間越長，反映出目標地質體的導電能力越強，揭示巖石電阻率越小。

對于一個勘探測試點，沿時間軸把電動勢曲線分割成n等分，一般而言，分辨率越高則要求n越大。設T_i時刻的感應電動勢為U_i，T_i+1時刻的為U_i+1，則在T＝(T_i+T_i+1)/2時刻的張馳強度為D＝U_i-U_i+1，這樣就可以獲得張馳強度的時間函數(shù)D(T)。之后依據(jù)時間-深度關系把張馳強度的時間函數(shù)轉換為張馳強度的深度函數(shù)D(H)。

其中，上述時間-深度關系具體指的是對目標地質體的感應電動勢進行采集的時間與目標地質體的埋藏深度之間的關系，其可通過如下計算公式進行轉化：H＝cT，其中，H指的是目標地質體的埋藏深度，T指的是對目標地質體的感應電動勢進行采集的時間，c為標定系數(shù)，其通過一個已知埋藏深度的目標地質體進行確定，例如已知一個地層界面的深度為1000米，其對應的感應電動勢采集時間是100微秒，那么c就是10m/μs。如此，就可以獲得同一個測試點于不同深度處的張弛強度，即獲得張馳強度的深度函數(shù)D(H)。

此后，本發(fā)明實施例將通過步驟105，以勘探測試點的位置X為橫坐標，以目標地質體的埋藏深度H為縱坐標，以通過張弛強度的深度函數(shù)計算得到的各埋藏深度處的張弛強度D(X，H)參數(shù)，采用繪圖軟件，例如Surfer軟件獲得張弛強度的等值線剖面圖。

從所得的張弛強度的等值線剖面圖上可以看出，馳強度越大的位置處感應電流小，反映出該位置處目標地質體的電阻率越大。張馳強度越小的位置處感應電流越大，反映出該位置處目標地質體的導電能力越強，電阻率越小。如附圖2所示(其中左縱坐標表示目標地質體的位于地下的埋藏深度)，根據(jù)以上描述，可以在張弛強度的等值線剖面圖上識別出34米深處有一個約2米大小的溶洞。經(jīng)過實際鉆孔驗證，在33.00-35.1之間的確存在一個溶洞，與從張弛強度的 等值線剖面圖上識別得到的結果完全一致。而在同一剖面的高密度電法剖面上沒有任何顯示，表明本發(fā)明實施例提供的方法能夠有效提高對目標地質體進行電磁勘探的分辨率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。