圖2為在背景電導(dǎo)率為0.01(S/m)的均勻半空間大地上的觀測(cè)效果。圖2(a) 中，坐標(biāo)橫軸為頻率f，坐標(biāo)縱軸為視電導(dǎo)率數(shù)值，曲線"True"為大地的真實(shí)電導(dǎo)率，曲線 〇xx|，I〇yy|分別為根據(jù)公式（1)計(jì)算的xx，yy分量視電導(dǎo)率值的模值。圖2(b)中，坐標(biāo) 橫軸為頻率f，坐標(biāo)縱軸為相位數(shù)值，曲線I分別為根據(jù)公式（4)計(jì)算的XX，yy分量 相位值。
[0064] 圖3為水平兩層介質(zhì)條件下實(shí)際應(yīng)用的觀測(cè)效果圖。模型中，第一層和第二層介 質(zhì)的真實(shí)電導(dǎo)率分別為〇 2。圖3(a)中，坐標(biāo)橫軸為歸一化的探測(cè)深度數(shù)據(jù)、/…，其 中=In503^/'〇-,表不電磁波在第1層介質(zhì)中的波長(zhǎng)，f為頻率，…表不地下介質(zhì)第一層 的厚度；坐標(biāo)縱軸顯示歸一化的電導(dǎo)率數(shù)值（即計(jì)算視電導(dǎo)率〇xx與介質(zhì)首層真實(shí)電導(dǎo)率 比值的模值I〇Jhl) ;| 〇xx|為根據(jù)公式⑴計(jì)算的xx分量視電導(dǎo)率結(jié)果。在本例 所示的層狀介質(zhì)中，〇yy= 〇xx，其他分量為0。圖3(b)中，坐標(biāo)橫軸為A/hi，坐標(biāo)縱軸為 相位數(shù)值；曲線仏為根據(jù)公式⑷計(jì)算的xx分量相位結(jié)果。兩子圖中，"G-1/10"代表〇2/ 〇 1/10的G型模型，"D-10"代表〇 2/〇 10的D型模型。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0066] 觀測(cè)天然電磁場(chǎng)時(shí)，本發(fā)明的張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法的實(shí)施包括以下步驟：
[0067] (1)觀測(cè)設(shè)計(jì)：確定觀測(cè)目標(biāo)及深度范圍，根據(jù)實(shí)際勘探深度需要及測(cè)區(qū)大地背 景電導(dǎo)率確定測(cè)量頻率范圍，并根據(jù)所需測(cè)量頻率確定單個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度及信號(hào)采樣 率；
[0068] (2)測(cè)線部署：根據(jù)探測(cè)目標(biāo)及測(cè)區(qū)范圍等設(shè)計(jì)測(cè)線、測(cè)點(diǎn)；
[0069] (3)裝置布設(shè)：根據(jù)設(shè)計(jì)及投入儀器數(shù)量確定每一組觀測(cè)布設(shè)測(cè)點(diǎn)數(shù)，各測(cè)點(diǎn)間 可進(jìn)行同步觀測(cè)；在測(cè)點(diǎn)處，按圖1所示方式布設(shè)電磁場(chǎng)信號(hào)測(cè)量裝置，根據(jù)測(cè)線和測(cè)點(diǎn)建 立空間之間坐標(biāo)系Oxyz，其中原點(diǎn)0位于測(cè)點(diǎn)處；x軸方向選擇為與測(cè)線方向平行，也可選 擇為正北或正東方向，同時(shí)保持水平；y軸與x軸垂直且水平；z軸垂直于xy平面豎直向下； 在x軸的正負(fù)半軸和y軸的正負(fù)半軸上各布置一個(gè)不極化電極，在地下、井中測(cè)量時(shí)，可在z 軸同時(shí)布置一對(duì)測(cè)量電極；不極化電極與原點(diǎn)的距離根據(jù)測(cè)量所需橫向分辨率及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 條件進(jìn)行選擇，參考距離為50m，測(cè)點(diǎn)高差較大時(shí)可適當(dāng)縮短，不極化電極需埋入土中30cm 以上；磁場(chǎng)旋度測(cè)量裝置布置在原點(diǎn)處，GPS天線與信號(hào)接收機(jī)布置在觀測(cè)點(diǎn)附近即可；將 不極化電極、磁場(chǎng)旋度測(cè)量裝置及GPS的信號(hào)輸出線與信號(hào)接收機(jī)相連；
[0070] ⑷數(shù)據(jù)采集：開(kāi)啟信號(hào)接收機(jī)，記錄電場(chǎng)分量Ex，Ey，在地下、井中測(cè)量時(shí)，同時(shí)記 錄Ez;記錄磁場(chǎng)旋度矢量M的各方向分量Mx、My&Mz，同時(shí)記錄觀測(cè)時(shí)間、測(cè)點(diǎn)位置；通過(guò)多 個(gè)周期的連續(xù)采集，獲得N組觀測(cè)數(shù)據(jù)；
[0071] (5)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：保存觀測(cè)數(shù)據(jù)；并根據(jù)本發(fā)明所提供的公式（1)計(jì)算相應(yīng)的視電導(dǎo) 率，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；關(guān)閉測(cè)量?jī)x器并繼續(xù)進(jìn)行下一組測(cè)量。
[0072] (6)后期處理：整理所有采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、反演成圖及資料解釋。
[0073] 觀測(cè)人工源電磁場(chǎng)時(shí)，觀測(cè)步驟與接收端裝置與上述方法相同，而發(fā)送端源的選 擇與布設(shè)與現(xiàn)有人工源電磁法相同。
[0074] 圖2為在背景電導(dǎo)率為0.01(S/m)的均勻半空間大地上的觀測(cè)效果。圖2(a) 中，坐標(biāo)橫軸為頻率f，坐標(biāo)縱軸為視電導(dǎo)率數(shù)值，曲線"True"為大地的真實(shí)電導(dǎo)率，曲線 〇xx|，I〇yy|分別為根據(jù)公式（1)計(jì)算的xx，yy分量視電導(dǎo)率值的模值。圖2(b)中，坐 標(biāo)橫軸為頻率f，坐標(biāo)縱軸為相位數(shù)值，曲線，錢^分別為根據(jù)公式（4)計(jì)算的XX，yy分 量相位值。不難發(fā)現(xiàn)視電導(dǎo)率模值I〇xx|，I與大地的真實(shí)電導(dǎo)率曲線完全重合，相位 A、，在所有頻率均為45°，表明本發(fā)明方法有效。
[0075]圖3為水平兩層介質(zhì)條件下實(shí)際應(yīng)用的觀測(cè)效果圖。模型中，第一層和第二層介 質(zhì)的真實(shí)電導(dǎo)率分別為〇2。圖3(a)中，坐標(biāo)橫軸為歸一化的探測(cè)深度數(shù)據(jù)、/…，其 中冬=2.?r. 503^/0:表不電磁波在第1層介質(zhì)中的波長(zhǎng)，f為頻率，…表不地下介質(zhì)第一層的 厚度；坐標(biāo)縱軸顯示歸一化的電導(dǎo)率數(shù)值（即計(jì)算視電導(dǎo)率〇 xx與介質(zhì)首層真實(shí)電導(dǎo)率〇i比值的模值I〇 xx/ 〇iI);I〇xxI為根據(jù)公式（1)計(jì)算的xx分量視電導(dǎo)率結(jié)果。在本例所示 的層狀介質(zhì)中，〇yy= 〇xx，其他分量為0。圖3(b)中，坐標(biāo)橫軸為A/hi，坐標(biāo)縱軸為相位 數(shù)值；曲線I為根據(jù)公式（4)計(jì)算的XX分量相位結(jié)果。兩子圖中，"G-1/10"代表〇2/〇1 =1/10的G型模型，"D-10"代表〇2/〇1= 10的D型模型。可以看到，當(dāng)電磁波波長(zhǎng)小于 等于第一層介質(zhì)厚度（A 1)時(shí)，本發(fā)明計(jì)算的視電導(dǎo)率模值與地下介質(zhì)第一層的真 實(shí)電導(dǎo)率〇1相等（|。xx| = | 〇yy| = 〇1)，相位為45° ;當(dāng)電磁波波長(zhǎng)大于第一層介質(zhì)厚 度（h/hAl)時(shí)，本發(fā)明計(jì)算的視電導(dǎo)率模值由地下介質(zhì)第一層的真實(shí)電導(dǎo)率〇1逐漸向 第二層介質(zhì)真實(shí)電導(dǎo)率〇 2過(guò)渡，相位也相應(yīng)發(fā)生變化；當(dāng)電磁波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于第一層介質(zhì)厚 度（如A/hAlOO)時(shí)，本發(fā)明計(jì)算的視電導(dǎo)率模值與地下介質(zhì)第二層的真實(shí)電導(dǎo)率〇2相 當(dāng)（I〇xx| =I〇yy|~〇2)，相位再次向45°趨近。分析表明，通過(guò)接收不同頻率（即不同 波長(zhǎng)）的電磁信號(hào)，可以有效獲得地下不同深度的電性介質(zhì)分布，達(dá)到電磁測(cè)深的目的，進(jìn) 而表明了本發(fā)明方法的有效性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于：對(duì)地下、井中或坑道測(cè)量時(shí)，采集空間相 互正交的電場(chǎng)EW及空間相互正交的磁場(chǎng)旋度M的N組測(cè)量數(shù)據(jù)，得到分別包含N組E和 M的測(cè)量數(shù)據(jù)的電場(chǎng)觀測(cè)矩陣E和磁場(chǎng)旋度觀測(cè)矩陣M;其中，Ex,Ey和EZ分別表示E在空間直角坐標(biāo)系下的X，y,Z方向分量；Mx,My和MZ分別 表示M在空間直角坐標(biāo)系下的X，y，Z方向分量；下標(biāo)n= 1，2,…，N表示測(cè)量數(shù)據(jù)的編號(hào)； 在空間直角坐標(biāo)系中，根據(jù)W下公式計(jì)算張量視電導(dǎo)率曰J:其中，上標(biāo)t表示共輛轉(zhuǎn)置矩陣；日XX、Oxy、OX,、Oyx、Oyy、Oy,、O,X、OW及O,,為張量 視電導(dǎo)率OJ的元素。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于：在地表測(cè)量時(shí)，采集水 平正交的電場(chǎng)EW及空間相互正交的磁場(chǎng)旋度M的N組測(cè)量數(shù)據(jù)，得到分別包含N組E和 M的測(cè)量數(shù)據(jù)的電場(chǎng)觀測(cè)矩陣E和磁場(chǎng)旋度觀測(cè)矩陣M;在空間直角坐標(biāo)系中，根據(jù)W下公式計(jì)算張量視電導(dǎo)率曰J:其中，上標(biāo)f隸示共輛轉(zhuǎn)置矩陣；OXX、Oxy、Oyx、O"、OU及O為張量視電導(dǎo)率OJ的 兀素。3. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于：張量視電導(dǎo)率OJ的相 位參數(shù)按W下公式計(jì)算：(:4> 其中，〇j(i，j)表示〇;中的第1行第^'列的元素，數(shù)學(xué)符號(hào)曰'(3*曰11表示反正切運(yùn)算，Im表示取復(fù)數(shù)的虛部，Re表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部，為常數(shù)圓周率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于：所測(cè)量的電場(chǎng)和 磁場(chǎng)為天然電磁場(chǎng)，或人工場(chǎng)源激勵(lì)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種張量視電導(dǎo)率測(cè)量方法，包括以下步驟：(1)在地表或地下同時(shí)測(cè)量正交電場(chǎng)E以及磁場(chǎng)的旋度M；(2)根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算張量視電導(dǎo)率，其中E、M表示包含多組E、M的觀測(cè)矩陣。本發(fā)明測(cè)量的電磁場(chǎng)可以是天然電磁場(chǎng)，也可以是人工場(chǎng)源激勵(lì)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)；電磁場(chǎng)可以在頻率域測(cè)量，獲得張量電導(dǎo)率隨頻率的變化，進(jìn)行頻率域測(cè)深；也可以在時(shí)間域測(cè)量，獲得張量電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化，進(jìn)行時(shí)間域電磁測(cè)深。本發(fā)明計(jì)算公式無(wú)須作平面波假設(shè)，在非平面波場(chǎng)源條件下同樣成立，不受場(chǎng)源條件限制；視電導(dǎo)率計(jì)算公式簡(jiǎn)潔，無(wú)需迭代，也無(wú)需場(chǎng)源位置及發(fā)收距等參數(shù)。
【IPC分類】G01V3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105204073
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510598241
【發(fā)明人】湯井田, 周聰
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月18日