一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法，所述方法包括：步骤1，在TM极化模式下测量地面的视电阻率实测值，并建立初始地质模型，获得初始地质模型各层的电阻率和磁化率；步骤2，在水平层状介质条件下，基于初始地质模型的电阻率和磁化率，采用一维正演方法计算地面的视电阻率理论值；步骤3，逐层修正初始地质模型的电阻率和磁化率；步骤4，基于修正后的电阻率和磁化率，重新计算地面的视电阻率理论值，若视电阻率实测值和重新计算的视电阻率理论值的拟合差小于设定的误差期望值，则停止对电阻率和磁化率的修正。本发明专利技术的方法不用进行繁复偏导数矩阵计算，迭代过程稳定收敛，可逐层判断地层的地电阻率参数和磁化率参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法及系统
本专利技术涉及电法勘探领域，特别是涉及一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法及系统，其适用于探测隐伏的地下磁性矿体或隐伏的含磁性岩体的解释，
技术介绍
大地电磁法作为一种重要的勘探地球物理方法，应用领域广泛，分支众多。自首次提出之后，20世纪60年代相继提出了音频大地电磁法(AMT)，1971年，加拿大多伦多大学的D.W.Strangbway教授和他的研究生MyronGoldstein又提出了可控源音频大地电磁法(CSAMT)。目前，大地电磁在数据处理方面，其主流方法依然是电阻率反演，2002年苏东刘给出了大地电磁电阻率一维“正演修正”法反演。而对于磁导率参数，Ward(1961)和Fraser(1973)通过观测高磁化率薄板地质体附近的电磁数据，表明磁化率的影响是可以被观测到的。ZhiyiZhang和DouglasW.Oldenburg(1997)在假定电阻率分布已知的情况下，从一维模型的基础上恢复出了磁化率的分布。LesP.Beard和JonathanE.Nyquist(1998)在航空电磁法的研究中指出，在地下地质体磁导率远大于真空中磁导率的地方，磁导率的影响在航空电磁勘探中产生了一个与频率无关的相位偏移，而这种偏移随磁导率的增加而增大，随磁性物质的规模增加而增大，随感应器接近地球表面距离的减小而增大。在实际应用中表明，当忽略磁化率的影响时，反演得到的电阻率分布不符合实际目标体情况。从大地电磁数据中反演电阻率和磁化率参数，由于二者具有非线性相关性，所需要的理论和算法都比较复杂，要准确和精细的反演恢复出来，具有相当的难度。在众多反演方法中比较经典的反演方法如：Occam反演、非线性共轭梯度反演(NLCG)等，已经相当完善，虽然前者不依赖初始模型，便可获得较好的反演结果，但由于反演需要繁复计算偏导数矩阵和反复调用正演模型计算，反演速度极慢；后者则除了需要繁复计算偏导数矩阵，并严重依赖初始模型，初始模型的选择正确与否，直接影响最终的反演结果。因此，目前取得的研究成果还很少，主要处于研究阶段。博斯蒂克(bostick)反演法是一种具有代表性的近似反演技术，尽管反演不够精确，但运算简便，能够直观的给出地下电阻率随深度的变化形式，所以得到广泛的应用。在大地电磁测深数据实时处理和现场处理的系统中大多配备了该反演程序。本专利技术从博斯蒂克(bostick)反演的基本理论出发，利用大地电磁法TE极化模式和TM极化模式及其观测数据与地下电阻率和磁化率的相关关系和特点，提出了一种基于电阻率和磁化率曲线拟合分解改正，从大地电磁数据中反演电阻率和磁化率参数的方法及系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率参数的方法及系统，进行电阻率和磁化率曲线拟合分解改正，用于解决现有技术中从大地电磁数据中反演电阻率和磁化率参数的方法存在的计算繁琐、精度不高的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法，包括：步骤1，在TM极化模式下测量地面视电阻率实测值ρai，并基于该视电阻率实测值ρai建立初始地质模型，获得该初始地质模型各层的电阻率ρi和磁化率xi；步骤2，在水平层状介质条件下，基于初始地质模型的电阻率ρi和磁化率xi，采用一维正演方法计算地面的视电阻率理论值ρati；步骤3，逐层修正初始地质模型的电阻率ρi，修正公式为：逐层修正初始地质模型的磁化率xi，修正公式为：其中，i为地质模型的层数，k为模型修正次数；α和β为设定的步长；ξ为控制电阻率与磁化率所占比例的权参数，其取值范围为0至∞；步骤4，基于修正后的各层电阻率和磁化率重新计算地面视电阻率理论值若地面视电阻率实测值ρai和重新计算的地面视电阻率理论值的拟合差小于预先设定的误差期望值，则停止步骤3中对电阻率和磁化率的修正。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，基于视电阻率实测值ρai进行Bostick反演方法，计算出电性层层数及各层的厚度参数和电阻率，同时取各层初始的磁化率xi均为0，得到初始地质模型。进一步，计算出的电性层中包括有一个虚拟电性层，且该虚拟电性层为所述初始地质模型的最底层电性层。进一步，所述步骤3中，当ξ取值为0时，不需要进行电阻率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑磁化率的影响。进一步，所述步骤3中，当ξ取值为无穷大时，不需要进行磁化率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑电阻率的影响。本专利技术的技术方案还包括一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的系统，包括以下模块：模型建立模块，用于在TM极化模式下测量地面视电阻率实测值ρai，并基于该视电阻率实测值ρai建立初始地质模型，获得该初始地质模型各层的电阻率ρi和磁化率xi；电阻率理论值计算模块，用于在水平层状介质条件下，基于初始地质模型的电阻率ρi和磁化率xi，采用一维正演方法计算地面的视电阻率理论值ρati；修正模块，用于逐层修正初始地质模型的电阻率ρi，修正公式为：用于逐层修正初始地质模型的磁化率xi，修正公式为：其中，i为地质模型的层数，k为模型修正次数；α和β为设定的步长；ξ为控制电阻率与磁化率所占比例的杈参数，其取值范围为0至∞；判断模块，用于基于修正后的各层电阻率和磁化率调用电阻率理论值计算模块重新计算地面的视电阻率理论值若地面视电阻率实测值ρai和重新计算的地面视电阻率理论值的拟合差小于预先设定的误差期望值，则停止所述修正模块对电阻率和磁化率的修正。进一步，所述模型建立模块包括：反演模块，其用于根据视电阻率实测值ρai进行Bostick反演方法，计算出电性层层数及各层的厚度参数和电阻率；磁化率设置模块，其用于将各层初始的磁化率xi取为0；模型生成模块，其用于根据电性层层数、各层的厚度参数、电阻率及磁化率，生成初始地质模型。进一步，所述反演模块计算出的电性层中包括有一个虚拟电性层，且该虚拟电性层为所述初始地质模型的最底层电性层。进一步，所述修正模块中，当ξ取值为0时，不需要进行电阻率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑磁化率的影响。进一步，所述修正模块中，当ξ取值为无穷大时，不需要进行磁化率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑电阻率的影响。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法不用进行繁复偏导数矩阵计算，迭代过程稳定收敛，且可逐层判断地层的地电阻率参数和磁化率参数。本专利技术可用于地层、岩浆岩体和磁性矿体的勘探工作，通过区分地下岩层在构造变动和岩石蚀变产生的大地电磁响应，划分出多种有用的物理参数，进行隐伏矿体的深部空间定位。附图说明图1为本专利技术所述反演电阻率和磁化率的方法的流程示意图；图2为进行大地电磁测量的装置及模式示意图；图3为本专利技术实施例中的地质模型示意图；图4为基于图3的地质模型的视电阻率-磁化率曲线图，图4(a)为A点TE模式下的曲线图，图4(b)为B点TE模式下的曲线图，图4(c)为A点TM模式下的曲线图，图4(d)为B点TM模式下的曲线图；图5为应用例中实测获得的大地电磁数据曲线图；图6为应用例中建立的初始地质模型的数据示意图；图7为某沉积变质型铁矿分布区进行音频大地电磁测量给出的TM模式视电阻率拟断面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法，其特征在于，包括：步骤1，在TM极化模式下测量地面视电阻率实测值ρai，并基于该视电阻率实测值ρai建立初始地质模型，获得该初始地质模型各层的电阻率ρi和磁化率xi；步骤2，在水平层状介质条件下，基于初始地质模型的电阻率ρi和磁化率xi，采用一维正演方法计算地面的视电阻率理论值ρati；步骤3，逐层修正初始地质模型的电阻率ρi，修正公式为：ρik=ρik-1+αξ|ρai-ρatik|21+ξ|ρai-ρatik|;]]>逐层修正初始地质模型的磁化率xi，修正公式为：xik=xik-1+β|ρai-ρatik|ρatik(1+ξ|ρai-ρatik|);]]>其中，i为地质模型的层数，k为模型修正次数；α和β为设定的步长；ξ为控制电阻率与磁化率所占比例的权参数，其取值范围为0至∞；步骤4，基于修正后的各层电阻率和磁化率重新计算地面视电阻率理论值若地面视电阻率实测值ρai和重新计算的地面视电阻率理论值的拟合差小于预先设定的误差期望值，则停止步骤3中对电阻率和磁化率的修正。...

【技术特征摘要】
1.一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法，其特征在于，包括：步骤1，在TM极化模式下测量地面视电阻率实测值ρai，并基于该视电阻率实测值ρai建立初始地质模型，获得该初始地质模型各层的电阻率ρi和磁化率xi；步骤2，在水平层状介质条件下，基于初始地质模型的电阻率ρi和磁化率xi，采用一维正演方法计算地面的视电阻率理论值ρati；步骤3，逐层修正初始地质模型的电阻率ρi，修正公式为：逐层修正初始地质模型的磁化率xi，修正公式为：其中，i为地质模型的层数，k为模型修正次数；α和β为设定的步长；ξ为控制电阻率与磁化率所占比例的权参数，其取值范围为0至∞；步骤4，基于修正后的各层电阻率和磁化率重新计算地面视电阻率理论值若地面视电阻率实测值ρai和重新计算的地面视电阻率理论值的拟合差小于预先设定的误差期望值，则停止步骤3中对电阻率和磁化率的修正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中建立初始地质模型具体包括：基于视电阻率实测值ρai进行Bostick反演方法，计算出电性层层数及各层的厚度参数和电阻率，同时取各层初始的磁化率xi均为0，得到初始地质模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算出的电性层中包括有一个虚拟电性层，且该虚拟电性层为所述初始地质模型的最底层电性层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，当ξ取值为0时，不需要进行电阻率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑磁化率的影响。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，当ξ取值为无穷大时，不需要进行磁化率的修正，且在测量地面的电磁场分量时仅需考虑电阻率的影响。6.一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的系统，其特征在于，包括：模型建立模块，用于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于昌明，邢宝山，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11