一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法，所述方法包括：步驟1，在TM極化模式下測(cè)量地面的視電阻率實(shí)測(cè)值，并建立初始地質(zhì)模型，獲得初始地質(zhì)模型各層的電阻率和磁化率；步驟2，在水平層狀介質(zhì)條件下，基于初始地質(zhì)模型的電阻率和磁化率，采用一維正演方法計(jì)算地面的視電阻率理論值；步驟3，逐層修正初始地質(zhì)模型的電阻率和磁化率；步驟4，基于修正后的電阻率和磁化率，重新計(jì)算地面的視電阻率理論值，若視電阻率實(shí)測(cè)值和重新計(jì)算的視電阻率理論值的擬合差小于設(shè)定的誤差期望值，則停止對(duì)電阻率和磁化率的修正。本發(fā)明專利技術(shù)的方法不用進(jìn)行繁復(fù)偏導(dǎo)數(shù)矩陣計(jì)算，迭代過(guò)程穩(wěn)定收斂，可逐層判斷地層的地電阻率參數(shù)和磁化率參數(shù)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法及系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及電法勘探領(lǐng)域，特別是涉及一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法及系統(tǒng)，其適用于探測(cè)隱伏的地下磁性礦體或隱伏的含磁性巖體的解釋，
技術(shù)介紹
大地電磁法作為一種重要的勘探地球物理方法，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，分支眾多。自首次提出之后，20世紀(jì)60年代相繼提出了音頻大地電磁法(AMT)，1971年，加拿大多倫多大學(xué)的D.W.Strangbway教授和他的研究生MyronGoldstein又提出了可控源音頻大地電磁法(CSAMT)。目前，大地電磁在數(shù)據(jù)處理方面，其主流方法依然是電阻率反演，2002年蘇東劉給出了大地電磁電阻率一維“正演修正”法反演。而對(duì)于磁導(dǎo)率參數(shù)，Ward(1961)和Fraser(1973)通過(guò)觀測(cè)高磁化率薄板地質(zhì)體附近的電磁數(shù)據(jù)，表明磁化率的影響是可以被觀測(cè)到的。ZhiyiZhang和DouglasW.Oldenburg(1997)在假定電阻率分布已知的情況下，從一維模型的基礎(chǔ)上恢復(fù)出了磁化率的分布。LesP.Beard和JonathanE.Nyquist(1998)在航空電磁法的研究中指出，在地下地質(zhì)體磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空中磁導(dǎo)率的地方，磁導(dǎo)率的影響在航空電磁勘探中產(chǎn)生了一個(gè)與頻率無(wú)關(guān)的相位偏移，而這種偏移隨磁導(dǎo)率的增加而增大，隨磁性物質(zhì)的規(guī)模增加而增大，隨感應(yīng)器接近地球表面距離的減小而增大。在實(shí)際應(yīng)用中表明，當(dāng)忽略磁化率的影響時(shí)，反演得到的電阻率分布不符合實(shí)際目標(biāo)體情況。從大地電磁數(shù)據(jù)中反演電阻率和磁化率參數(shù)，由于二者具有非線性相關(guān)性，所需要的理論和算法都比較復(fù)雜，要準(zhǔn)確和精細(xì)的反演恢復(fù)出來(lái)，具有相當(dāng)?shù)碾y度。在眾多反演方法中比較經(jīng)典的反演方法如：Occam反演、非線性共軛梯度反演(NLCG)等，已經(jīng)相當(dāng)完善，雖然前者不依賴初始模型，便可獲得較好的反演結(jié)果，但由于反演需要繁復(fù)計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)矩陣和反復(fù)調(diào)用正演模型計(jì)算，反演速度極慢；后者則除了需要繁復(fù)計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)矩陣，并嚴(yán)重依賴初始模型，初始模型的選擇正確與否，直接影響最終的反演結(jié)果。因此，目前取得的研究成果還很少，主要處于研究階段。博斯蒂克(bostick)反演法是一種具有代表性的近似反演技術(shù)，盡管反演不夠精確，但運(yùn)算簡(jiǎn)便，能夠直觀的給出地下電阻率隨深度的變化形式，所以得到廣泛的應(yīng)用。在大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和現(xiàn)場(chǎng)處理的系統(tǒng)中大多配備了該反演程序。本專利技術(shù)從博斯蒂克(bostick)反演的基本理論出發(fā)，利用大地電磁法TE極化模式和TM極化模式及其觀測(cè)數(shù)據(jù)與地下電阻率和磁化率的相關(guān)關(guān)系和特點(diǎn)，提出了一種基于電阻率和磁化率曲線擬合分解改正，從大地電磁數(shù)據(jù)中反演電阻率和磁化率參數(shù)的方法及系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率參數(shù)的方法及系統(tǒng)，進(jìn)行電阻率和磁化率曲線擬合分解改正，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中從大地電磁數(shù)據(jù)中反演電阻率和磁化率參數(shù)的方法存在的計(jì)算繁瑣、精度不高的問(wèn)題。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法，包括：步驟1，在TM極化模式下測(cè)量地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i，并基于該視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i建立初始地質(zhì)模型，獲得該初始地質(zhì)模型各層的電阻率ρi和磁化率xi；步驟2，在水平層狀介質(zhì)條件下，基于初始地質(zhì)模型的電阻率ρi和磁化率xi，采用一維正演方法計(jì)算地面的視電阻率理論值ρa(bǔ)ti；步驟3，逐層修正初始地質(zhì)模型的電阻率ρi，修正公式為：逐層修正初始地質(zhì)模型的磁化率xi，修正公式為：其中，i為地質(zhì)模型的層數(shù)，k為模型修正次數(shù)；α和β為設(shè)定的步長(zhǎng)；ξ為控制電阻率與磁化率所占比例的權(quán)參數(shù)，其取值范圍為0至∞；步驟4，基于修正后的各層電阻率和磁化率重新計(jì)算地面視電阻率理論值若地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i和重新計(jì)算的地面視電阻率理論值的擬合差小于預(yù)先設(shè)定的誤差期望值，則停止步驟3中對(duì)電阻率和磁化率的修正。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，基于視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i進(jìn)行Bostick反演方法，計(jì)算出電性層層數(shù)及各層的厚度參數(shù)和電阻率，同時(shí)取各層初始的磁化率xi均為0，得到初始地質(zhì)模型。進(jìn)一步，計(jì)算出的電性層中包括有一個(gè)虛擬電性層，且該虛擬電性層為所述初始地質(zhì)模型的最底層電性層。進(jìn)一步，所述步驟3中，當(dāng)ξ取值為0時(shí)，不需要進(jìn)行電阻率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮磁化率的影響。進(jìn)一步，所述步驟3中，當(dāng)ξ取值為無(wú)窮大時(shí)，不需要進(jìn)行磁化率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮電阻率的影響。本專利技術(shù)的技術(shù)方案還包括一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的系統(tǒng)，包括以下模塊：模型建立模塊，用于在TM極化模式下測(cè)量地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i，并基于該視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i建立初始地質(zhì)模型，獲得該初始地質(zhì)模型各層的電阻率ρi和磁化率xi；電阻率理論值計(jì)算模塊，用于在水平層狀介質(zhì)條件下，基于初始地質(zhì)模型的電阻率ρi和磁化率xi，采用一維正演方法計(jì)算地面的視電阻率理論值ρa(bǔ)ti；修正模塊，用于逐層修正初始地質(zhì)模型的電阻率ρi，修正公式為：用于逐層修正初始地質(zhì)模型的磁化率xi，修正公式為：其中，i為地質(zhì)模型的層數(shù)，k為模型修正次數(shù)；α和β為設(shè)定的步長(zhǎng)；ξ為控制電阻率與磁化率所占比例的杈參數(shù)，其取值范圍為0至∞；判斷模塊，用于基于修正后的各層電阻率和磁化率調(diào)用電阻率理論值計(jì)算模塊重新計(jì)算地面的視電阻率理論值若地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i和重新計(jì)算的地面視電阻率理論值的擬合差小于預(yù)先設(shè)定的誤差期望值，則停止所述修正模塊對(duì)電阻率和磁化率的修正。進(jìn)一步，所述模型建立模塊包括：反演模塊，其用于根據(jù)視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i進(jìn)行Bostick反演方法，計(jì)算出電性層層數(shù)及各層的厚度參數(shù)和電阻率；磁化率設(shè)置模塊，其用于將各層初始的磁化率xi取為0；模型生成模塊，其用于根據(jù)電性層層數(shù)、各層的厚度參數(shù)、電阻率及磁化率，生成初始地質(zhì)模型。進(jìn)一步，所述反演模塊計(jì)算出的電性層中包括有一個(gè)虛擬電性層，且該虛擬電性層為所述初始地質(zhì)模型的最底層電性層。進(jìn)一步，所述修正模塊中，當(dāng)ξ取值為0時(shí)，不需要進(jìn)行電阻率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮磁化率的影響。進(jìn)一步，所述修正模塊中，當(dāng)ξ取值為無(wú)窮大時(shí)，不需要進(jìn)行磁化率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮電阻率的影響。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)的方法不用進(jìn)行繁復(fù)偏導(dǎo)數(shù)矩陣計(jì)算，迭代過(guò)程穩(wěn)定收斂，且可逐層判斷地層的地電阻率參數(shù)和磁化率參數(shù)。本專利技術(shù)可用于地層、巖漿巖體和磁性礦體的勘探工作，通過(guò)區(qū)分地下巖層在構(gòu)造變動(dòng)和巖石蝕變產(chǎn)生的大地電磁響應(yīng)，劃分出多種有用的物理參數(shù)，進(jìn)行隱伏礦體的深部空間定位。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)所述反演電阻率和磁化率的方法的流程示意圖；圖2為進(jìn)行大地電磁測(cè)量的裝置及模式示意圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例中的地質(zhì)模型示意圖；圖4為基于圖3的地質(zhì)模型的視電阻率-磁化率曲線圖，圖4(a)為A點(diǎn)TE模式下的曲線圖，圖4(b)為B點(diǎn)TE模式下的曲線圖，圖4(c)為A點(diǎn)TM模式下的曲線圖，圖4(d)為B點(diǎn)TM模式下的曲線圖；圖5為應(yīng)用例中實(shí)測(cè)獲得的大地電磁數(shù)據(jù)曲線圖；圖6為應(yīng)用例中建立的初始地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)示意圖；圖7為某沉積變質(zhì)型鐵礦分布區(qū)進(jìn)行音頻大地電磁測(cè)量給出的TM模式視電阻率擬斷面圖本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法，其特征在于，包括：步驟1，在TM極化模式下測(cè)量地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i，并基于該視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i建立初始地質(zhì)模型，獲得該初始地質(zhì)模型各層的電阻率ρi和磁化率xi；步驟2，在水平層狀介質(zhì)條件下，基于初始地質(zhì)模型的電阻率ρi和磁化率xi，采用一維正演方法計(jì)算地面的視電阻率理論值ρa(bǔ)ti；步驟3，逐層修正初始地質(zhì)模型的電阻率ρi，修正公式為：ρik=ρik-1+αξ|ρai-ρatik|21+ξ|ρai-ρatik|;]]>逐層修正初始地質(zhì)模型的磁化率xi，修正公式為：xik=xik-1+β|ρai-ρatik|ρatik(1+ξ|ρai-ρatik|);]]>其中，i為地質(zhì)模型的層數(shù)，k為模型修正次數(shù)；α和β為設(shè)定的步長(zhǎng)；ξ為控制電阻率與磁化率所占比例的權(quán)參數(shù)，其取值范圍為0至∞；步驟4，基于修正后的各層電阻率和磁化率重新計(jì)算地面視電阻率理論值若地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i和重新計(jì)算的地面視電阻率理論值的擬合差小于預(yù)先設(shè)定的誤差期望值，則停止步驟3中對(duì)電阻率和磁化率的修正。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的方法，其特征在于，包括：步驟1，在TM極化模式下測(cè)量地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i，并基于該視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i建立初始地質(zhì)模型，獲得該初始地質(zhì)模型各層的電阻率ρi和磁化率xi；步驟2，在水平層狀介質(zhì)條件下，基于初始地質(zhì)模型的電阻率ρi和磁化率xi，采用一維正演方法計(jì)算地面的視電阻率理論值ρa(bǔ)ti；步驟3，逐層修正初始地質(zhì)模型的電阻率ρi，修正公式為：逐層修正初始地質(zhì)模型的磁化率xi，修正公式為：其中，i為地質(zhì)模型的層數(shù)，k為模型修正次數(shù)；α和β為設(shè)定的步長(zhǎng)；ξ為控制電阻率與磁化率所占比例的權(quán)參數(shù)，其取值范圍為0至∞；步驟4，基于修正后的各層電阻率和磁化率重新計(jì)算地面視電阻率理論值若地面視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i和重新計(jì)算的地面視電阻率理論值的擬合差小于預(yù)先設(shè)定的誤差期望值，則停止步驟3中對(duì)電阻率和磁化率的修正。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中建立初始地質(zhì)模型具體包括：基于視電阻率實(shí)測(cè)值ρa(bǔ)i進(jìn)行Bostick反演方法，計(jì)算出電性層層數(shù)及各層的厚度參數(shù)和電阻率，同時(shí)取各層初始的磁化率xi均為0，得到初始地質(zhì)模型。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，計(jì)算出的電性層中包括有一個(gè)虛擬電性層，且該虛擬電性層為所述初始地質(zhì)模型的最底層電性層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，當(dāng)ξ取值為0時(shí)，不需要進(jìn)行電阻率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮磁化率的影響。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，當(dāng)ξ取值為無(wú)窮大時(shí)，不需要進(jìn)行磁化率的修正，且在測(cè)量地面的電磁場(chǎng)分量時(shí)僅需考慮電阻率的影響。6.一種基于大地電磁數(shù)據(jù)反演電阻率和磁化率的系統(tǒng)，其特征在于，包括：模型建立模塊，用于在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于昌明，邢寶山，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11