一种极低频与大地电磁联合测量方法技术

本发明专利技术公开了一种极低频与大地电磁联合测量方法，属于深部资源探测技术领域。具体用于深部地质地层、构造精细探测，尤其可进行油气矿田深部10km高分辨率的电性精细结构探测。极低频与大地电磁联合测量方法为：利用WEM法的信号发射源获得电磁波，即，通过大发射电源向地下注入变频电流，产生的电磁波向上传播形成天波，天波传播到电离层，再由电离层反射到地下矿体，最后由地下介质传播到地面；在油气田进行阵列式WEM电磁信号和MT天然场电磁信号接收，经过WEM电磁信号和MT天然场电磁信号联合测量与数据处理反演解释，获得油气矿田深部高分辨率的电性精细结构。本发明专利技术可提高超深中新元古界残余盆地分布预测精度和为该深度范围内油气资源评估提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】
一种极低频与大地电磁联合测量方法
本专利技术具体涉及一种极低频与大地电磁联合测量方法，属于深部资源探测
具体用于深部地质地层、构造精细探测，尤其可进行油气矿田深部10km高分辨率的电性精细结构探测，解决超深中新元古界的地质结构等问题。
技术介绍
在深部10km地质结构探测时，通常使用的电磁法勘探方法一般为大地电磁测深法(MT)，大地电磁测深法利用天然场信号，其观测频率0.001Hz至320Hz，由于观测的是天然场电磁场信号，受天然场电磁场在0.1Hz至1Hz“死频段”极弱的影响，使得MT在该频段观测的数据质量较差，由于这段频率数据质量的缺陷影响了MT对深部近10km地层地质构造探测。
技术实现思路
因此，为解决现有技术中的上述问题，提出本专利技术中的极低频与大地电磁联合测量方法。本专利技术提供的极低频与大地电磁联合测量方法为：利用WEM法的信号发射源激发的电磁波向上传播形成天波，天波传播到电离层，再由电离层反射到地下介质，最后由地下地层传播到地面；在油气矿田进行阵列式WEM电磁信号和MT天然场电磁信号接收，经过WEM电磁信号和MT天然场电磁信号联合测量与数据处理反演解释，获得油气矿田深部高分辨率的电性精细结构。进一步的，所述方法中信号接收的接收机采用正南北向方式布极，将正北方向定为x轴正方向，正东方向定为y轴正方向，z轴垂直向下，记正南北向电场为Ex，正东西向电场为Ey，一台9通道的接收仪器同时观测三个测点的2对电道信号(Ex和Hy)和接收机旁的3个磁场分量(Hx、Hy和Hz)。进一步的，所述方法中信号接收的接收机按照测线方向布设，使x轴正向沿测线指向小号点方向，y轴垂直于测线指向大号线方向。进一步的，所述方法中WEM电磁信号和MT天然场信号联合测量具体方法为：以上述的WEM发射系统按照制定的工作频率表，即按一定频率和一定时间向地下注入电流，以此同时数据采集器以2.4kHz采样率对电道信号(Ex和Hy)和磁场分量(Hx、Hy和Hz)进行连续数据采集，并将采集数据及时记录。进一步的，所述方法中WEM电磁信号和MT天然场信号联合数据处理具体方法为：对WEM系统(CLEM)采集的数据，可通过两种数据处理方法得到WEM数据和MT低频数据。1、使用自研软件进行WEM有源模式数据处理，获取0.1-300Hz的xy模式和yx模式的频谱数据、视电阻率和阻抗相位。(1)Tssplit软件根据发射频率表进行原始时间序列分割；(2)WEMPro软件进行时频转换，得到频率域电磁场谱及视电阻率和阻抗相位结果；(3)PlotWEMResult软件读取WEMPro软件处理的结果，绘制单频点信号谱图、全频点谱图及视电阻率曲线图。2、对CLEM系统采集的数据，可转换成MTU系统MT数据格式，使用SSMT2000软件处理获取0.01-300Hz的xy模式和yx模式的频谱数据、视电阻率和阻抗相位，或转换成ADU-07系统MT数据格式，使用ProcMT软件处理获取0.1-300Hz的xy模式和yx模式的频谱数据、视电阻率和阻抗相位。3、可将得到的WEM和MT两组数据，即xy模式和yx模式的频谱数据、视电阻率和阻抗相位分别按照MT数据处理方法进行阻抗分解、主轴旋转，以及反演。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的极低频与大地电磁联合测量方法，为弥补MT探测在0.1Hz至1Hz天然电磁场信号弱的不足，即利用WEM发射系统发射的覆盖范围达数千公里、高信噪比的人工源电磁信号，结合大地电磁测深法利用天然场信号探测深的优势，WEM电磁信号和MT天然场信号联合观测，提升MT观测质量，实现超深中新元古界残余盆地分布预测精度，为该深度范围内油气资源评估提供科学依据。附图说明图1是WEM法工作原理示意图；图2是球形空腔波导模型法的坐标建立示意图；图3a、图3b是模拟WEM天线在频率为90Hz时的磁场分布图(柱坐标系)；图4a、图4b为模拟WEM天线在频率为90Hz时的磁场分布图(直角坐标系)；图5为模型一的CSAMT与WEM模拟曲线对比图；图6为模型二的CSAMT与WEM模拟曲线对比图；图7为单套接收系统类MT方式布设示意图；图8为单套接收系统沿测线布设示意图；图9为晚南北天线发射观测的全时长频谱图；图10为晚南北天线发射观测的最终最优时长频谱图；图11为ADU-07系统MT与CLEM系统xy视电阻率与阻抗相位对比曲线；图12为ADU-07系统MT与CLEM系统yx视电阻率与阻抗相位对比曲线；图13为MTU系统MT与CLEM系统xy模式视电阻率与阻抗相位对比曲线；图14为MTU系统MT与CLEM系统yx模式视电阻率与阻抗相位对比曲线；图15为117站ADU-07/MTU/CLEM系统xy模式视电阻率与阻抗相位对比曲线；图16为117站ADU-07/MTU/CLEM系统yx模式视电阻率与阻抗相位对比曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：WEM法是一种人工源电磁方法，其原理与CSAMT法类似即通过人工源发射电磁信号，在距离发射源一定距离外接收信号。不同之处是WEM法建立了一个固定的大功率发射源，信号覆盖全国，信噪比达10dB～20dB，既具有MT法探测深度大、成本低等特点又具有人工源电磁法(CSAMT等)抗干扰能力强、探测精度高的特点，是一种全新的地下资源探测与地震地磁监测方法和技术。WEM法的信号通过一个固定的、约百公里长的接地导线向地下注入数百安培电流的电磁波，电磁波向地下、沿地表及向上进行幅射，其与CSAMT方法相异之处，在于“天波”的存在，这使WEM法成为了一种创新的方法，“天波”向上传播到电离层，再由电离层反射到地下矿体，最后由地下矿体传到地面。天波的存在，减慢了电磁波能量的衰减速度，从而使电磁波的穿透深度更大，达到深部探测的目的。其工作原理如图1所示。在国家重大科学技术基础设施项目-“极低频探地(WEM)工程”中，建设了北西向120km和南北向80km的发射天线，发射组功率为1000KW。受当时技术条件的限制，目前其工作频率范围为350Hz～0.1Hz，其它观测频率可以天然场信号作以补充，从而保障了超低频/极低频电磁方法在油气勘探应用的勘探深度。在“地电离层”模式下，固体层和地电离层波导中电磁波场的近似计算，对于人工电磁源在固体层中激发的电磁波传播，在电磁勘探领域已有成熟的研究。在这种情况下,对于近场和远场的电磁波，电离层的影响很微，因此是采用层状半空间的理论模型(含半空间，固体层只有一层的特殊情况)进行研究的。其中CSAMT的激发方式和极低频电磁法中入工固定源的激发方式极为相似，极低频电磁法的场源强度、规模远大于CSAMT。超低频电磁波在传播过程中，依据场点与发射源的距离可划分为三个区域：近区、远区和波导区。三个区之间的边界位置与发射天线下方的大地电阻率、发射信号的频率以及电离层高度等参数有在计算近区和远区的场强时，电离层和空气中位移电流的影响可以忽略，故称为似稳态场；在波导区以往的场强计算时，主要应用在通信领域，考虑高频波，因此只考虑位移电流而忽略传导电流的影响，故称其为波导场。美国科学家与俄罗斯科学家都认同三个区域的划分，近区与远区分界线以6倍有效趋肤深度为标准。在划定波导区上有不同的看法，美国科学家Bannister以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极低频与大地电磁联合测量方法，所述方法为：利用WEM法的信号发射源产生的电磁波向上传播形成天波，天波传播到电离层，再由电离层反射到地下介质，最后由地下介质传播到地面；在油气矿田进行阵列式WEM电磁信号和MT天然场信号接收，经过WEM电磁信号和MT天然场信号联合测量与数据处理反演解释，获得油气矿田深部高分辨率的电性精细结构。

【技术特征摘要】
2018.04.09 CN 20181031347921.一种极低频与大地电磁联合测量方法，所述方法为：利用WEM法的信号发射源产生的电磁波向上传播形成天波，天波传播到电离层，再由电离层反射到地下介质，最后由地下介质传播到地面；在油气矿田进行阵列式WEM电磁信号和MT天然场信号接收，经过WEM电磁信号和MT天然场信号联合测量与数据处理反演解释，获得油气矿田深部高分辨率的电性精细结构。2.如权利要求1所述的极低频与大地电磁联合测量方法，其特征在于，所述方法中观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷达，底青云，王若，付长民，刘云祥，胡祖志，
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