电性源双相导电介质感应-极化共生时域电磁探测方法技术

本发明专利技术涉及一种电性源双相导电介质感应

【技术实现步骤摘要】
电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法


[0001]本专利技术涉及一种地球物理勘探领域的探测方法，尤其适用于符合实际地质多相导电介质情况下的电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法。

技术介绍

[0002]在电磁探测领域，往往通过测量电和磁两个场量来获得单一的感应或极化效应为主。地球作为一个非均匀、强耗散介质，地下的岩性、物性均呈现出很强的非均匀性、非线性，实际多金属矿等介质属于复合多相导电介质，因此多尺度测量复杂的物性特征或参数变得尤其重要。在交变场激励下多相导电介质中的感应和极化效应同时存在、互相伴生，感应响应可以较好地区分地层岩性，极化响应能够有效地识别有利油气储层、金属矿异常。对于实现地下复杂地质结构的高分辨、大深度探测，需要同时观测复杂地质构造的电、磁和极化多物理场信息，同时获取岩石的电导率和极化率等多参数。
[0003]目前在感应和极化效应的电磁探测领域，在测量时仅考虑电磁感应或极化单一效应，仅通过电阻率或极化率参数进行解译，存在多解性导致探测分辨率不高，无法实现大深度、精细探测。何继善(2019)提出的广域电磁方法通过频域测量电场或磁场分量获得视电阻率，但仅以单相介质的电阻率单一物性参数进行反演解释为主，不能充分反映地下复杂多相介质的多尺度频散特征。杨震威(2016)通过测量电场的虚、实分量获得大地复电阻率，但是需要测量电场和磁场变化率两个场量。何展翔(2019)通过时频电磁法获得电阻率、极化率，但是需要时、频域两种激励方式。
[0004]CN201510882791.X公开了一种用于探测地层复电阻率的多频探测装置，该装置能够产生多种频率信号，对电压信号和电流信号进行波形分析和处理，准确测量地层的复电阻率频谱。但是该方法只获取了频谱信息，对于地下介质难以分析几何特征和物化特性。
[0005]CN202010339342.1公开了一种多孔介质的时间域激发极化谱分析方法及系统，利用多次不同的充电时间计算得到的视极化率数据来联合反演估计多孔介质的弛豫时间分布，能够反映出孔径的分布情况。目前电磁探测方法，通过观测感应
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极化共生效应，可以实现铜矿等多金属矿的探测，但是仍需要在时域和频域进行切换测量电、磁两不同场量，因此要设计一种能够精细化测量多相导电介质感应
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极化共生效应的时域电磁探测方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有探测方法难以实现多相介质精细化探测，根据实际地下介质的复杂特性和多金属矿物岩石的成份特征，建立广义等效激电模型，提供一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，
[0008]一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法，包括如下步骤：
[0009]1)基于双相导电介质电导率模型，引入分数阶拉普拉斯算子，多时间分数阶表征介质多电容极化效应，建立感应
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极化共生效应的双时间尺度分数阶电导率模型；
[0010]2)根据步骤1的双时间尺度分数阶电导率模型，建立双时间分数阶电磁场扩散方程；
[0011]3)根据步骤2建立的双时间分数阶电磁场扩散方程，采用分数阶时域有限差分方法，直接求解双时间尺度分数阶电导率模型中的分数阶项，将含有分数阶微分项的分量形式进行离散递归，实现双时间尺度的感应
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极化共生效应三维电磁数值模拟，计算感应
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极化共生效应磁场响应；
[0012]4)对步骤1中的双时间尺度分数阶电导率模型，采用步骤3进行不同下降沿电流激励的三维电磁数值模拟，根据感应
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极化共生效应特征，确定感应和极化响应达到最大时的发射参数，构建双可控沿梯形波发射靶向激励关系，实现双下降沿梯形波发射靶向激励；
[0013]5)通过步骤4的靶向激励，基于超导量子传感器，应用非调制型磁通锁相读出技术、外部交流和内置直流磁场补偿方法、多层混合噪声屏蔽技术，得到高摆率低噪声超导量子传感器的单一磁场高精度感知系统，测量感应
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极化共生效应；
[0014]6)对步骤5测量感应
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极化共生效应的实测数据进行预处理，采用偏互信息法进行特征筛选、支持向量机法进行极化识别后，采用优化粒子群算法进行电阻率、极化率、频散系数等多参数智能提取和成像；
[0015]7)应用矩形窗口的局部奇异性指数算法计算步骤6提取的电导率和极化率奇异性指数，识别和圈定有价值的经济矿产资源和无价值的矿化带。
[0016]进一步地：步骤3中包含以下步骤：
[0017]Ⅰ、根据步骤2中的双时间分数阶电磁场扩散方程，将双时间分数阶电磁场扩散方程的复频变量分数次幂进行线性分段近似，获取整数次幂的双时间分数阶电磁场扩散方程；
[0018]Ⅱ、将整数次幂的双时间分数阶电磁场扩散方程转换到时间域，采用有限差分方法进行差分近似，直接求解双相导电介质电导率模型中双(iω)
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c
负分数阶项，推导电场和磁场各个分量的迭代关系式；
[0019]Ⅲ、采用非均匀Yee式网格对计算区域剖分，设置计算电导率、极化率、频散系数、极化体积分数、极化粒子半径，加载梯形波激励下的初始场，加载边界条件，进行电磁场各分量迭代计算，得到双时间尺度的感应
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极化共生效应三维电磁数值模拟，计算感应
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极化共生效应磁场响应；
[0020]Ⅳ、根据步骤Ⅲ计算的感应
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极化共生效应磁场响应，分析发射参数对极化影响并优化发射参数。
[0021]进一步地：步骤4中，双下降沿梯形波发射靶向激励具体包括：在一个发射周期中第一组梯形波关断期间，需要将放电回路切换至快关断电路，此时高压瞬态抑制二极管被电压过冲击穿，将发射线圈两端电压箝位在高电压上，通过提高箝位电压阈值加快关断速度，下降沿时间为：
[0022][0023]式(1)中I为发射平顶段电流值，L
COIL
为发射导线电感值，通过计算或测量获得， U
HTVS
为高压瞬态抑制二极管箝位电压；宽频激励测量发射电流关断后的电磁信息；
[0024]在第二组梯形波关断期间，将放电回路切换至慢关断电路，低压瞬态抑制二极管
电路导通，发射回线两端电压被箝位在低电压上，进而实现下降沿缓慢放电，通过选择电路参数，调节慢关断沿下降时间，下降沿时间为：
[0025][0026]式中U
LTVS
为低压瞬态抑制二极管箝位电压，U
Dedio
为开关器件续流二极管压降， U
MOS
为开关器件导通时正向压降，慢关断使极化充电时间更长，获得更强激发极化响应，通过主控电路在高精度授时信号同步下，控制功率发射电路和吸收电路工作时序，可在一个发射周期内分别实现快、慢关断下降沿波形。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基于双相导电介质电导率模型，引入分数阶拉普拉斯算子，多时间分数阶表征介质多电容极化效应，建立感应
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极化共生效应的双时间尺度分数阶电导率模型；2)根据步骤1的双时间尺度分数阶电导率模型，建立双时间分数阶电磁场扩散方程；3)根据步骤2建立的双时间分数阶电磁场扩散方程，采用分数阶时域有限差分方法，直接求解双时间尺度分数阶电导率模型中的分数阶项，将含有分数阶微分项的分量形式进行离散递归，实现双时间尺度的感应
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极化共生效应三维电磁数值模拟，计算感应
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极化共生效应磁场响应；4)对步骤1中的双时间尺度分数阶电导率模型，采用步骤3进行不同下降沿电流激励的三维电磁数值模拟，根据感应
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极化共生效应特征，确定感应和极化响应达到最大时的发射参数，构建双可控沿梯形波发射靶向激励关系，实现双下降沿梯形波发射靶向激励；5)通过步骤4的靶向激励，基于超导量子传感器，应用非调制型磁通锁相读出技术、外部交流和内置直流磁场补偿方法、多层混合噪声屏蔽技术，得到高摆率低噪声超导量子传感器的单一磁场高精度感知系统，测量感应
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极化共生效应；6)对步骤5测量感应
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极化共生效应的实测数据进行预处理，采用偏互信息法进行特征筛选、支持向量机法进行极化识别后，采用优化粒子群算法进行电阻率、极化率、频散系数等多参数智能提取和成像；7)应用矩形窗口的局部奇异性指数算法计算步骤6提取的电导率和极化率奇异性指数，识别和圈定有价值的经济矿产资源和无价值的矿化带。2.按照权利要求1所述的一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法，其特征在于：步骤3中包含以下步骤：Ⅰ、根据步骤2中的双时间分数阶电磁场扩散方程，将双时间分数阶电磁场扩散方程的复频变量分数次幂进行线性分段近似，获取整数次幂的双时间分数阶电磁场扩散方程；Ⅱ、将整数次幂的双时间分数阶电磁场扩散方程转换到时间域，采用有限差分方法进行差分近似，直接求解双相导电介质电导率模型中双(iω)
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c
负分数阶项，推导电场和磁场各个分量的迭代关系式；Ⅲ、采用非均匀Yee式网格对计算区域剖分，设置计算电导率、极化率、频散系数、极化体积分数、极化粒子半径，加载梯形波激励下的初始场，加载边界条件，进行电磁场各分量迭代计算，得到双时间尺度的感应
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极化共生效应三维电磁数值模拟，计算感应
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极化共生效应磁场响应；Ⅳ、根据步骤Ⅲ计算的感应
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极化共生效应磁场响应，分析发射参数对极化影响并优化发射参数。3.按照权利要求1所述的一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法，其特征在于：步骤4中，双下降沿梯形波发射靶向激励具体包括：在一个发射周期中第一组梯形波关断期间，需要将放电回路切换至快关断电路，此时高压瞬态抑制二...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇艳鞠，吴琼，邱仕林，林君，黎东升，王远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：