电偶源频率电磁测深中的E_x分量

( 收稿日期 1998—06—30)
1 引言
在构造电磁法勘探领域, 直流电法勘探深度受 限, 分辨能力较低; 大地电磁测深法 (M T ) 依靠天然 场源, 观测信号弱、 时间较长, 为此发展了前苏联称 谓的频率电磁测深法和欧美称谓的可控源音频大地 电磁测深法 (CSAM T ) 。两者的原理一样, 同为人工 源频率域电磁测深, 只是前者一般采用场强单分量 计算视电阻率。 由于这种方法具有探测深度大、 观测 信号强、 电性分辨能力强、 工作效率高等优点, 因而 在国外已广泛应用到地质勘探方面。 在我国 , 人工
3 国家自然科学基金资助项目 (49674239)
3 李玲等 1 全三维解释方法探讨与实践 1 石油地球物理勘探, 1996; (4)
APPL ICAT I O N O F CO HERENCE CUBE TECHN IQUE IN THE 3-D SE IS M IC SURVEY O F COAL F IELD
水平电偶源工作方式信号强、 探测深度大, 其装 置易于实现, 是目前频率测深 ( 包括 CSAM T ) 中普 遍采用的方式。 在水平均匀分层大地情况下, 取直角坐标时电 偶源的 6 个场分量 E x、 都存在, E y、 E z、 H x、 H y、 H z、 对沿 x 轴方向的电偶极子源, 它们的场分量表达式 为 [ 1 ]:
・62・
煤田地质与勘探
第 26 卷
y
实际上使用的只有 5 个分量。 由式 ( 7 )～ 式 ( 12 ) 可 1 1 见, 在远区场 E x、 E y、 H x、 H y 以 3 衰减, H z 以 4 衰
r r
R x ——接收机, 可同时测量多个测点的 E x 和排列中心的 H
减, E x、 E y、 H z 与地层因子 G 的平方有关, E z、 H x、 H y 与地层因子的一次方有关。 由式 ( 13 )～ 式 ( 18 ) 可知, H x、 H y、 Hz 以
Ex = iΞΛ0 I l
3I l 1 sin2Η ; 4Π Ρ1G 2 r3 1) 2Π
Il
( 8) ( 9)
3
4Π
∫K
0
∞
(
1
0
+ K 1G k
∞
0
1
Ν 0 + Ν 1G Ν
1
k
1
E z = (i )Κ J 0 (Κ r) d Κ 1 )Κ J 2 (Κ r) dΚ ; (1)
2
Λ0 Ξ 1 co sΗ ; 2Ρ1 G r2
Ki=
2 Κ - k2 i ;
2Π Ρ1
Il
= = =
Il 1 sin2Η ; 4Π r2
y
Il 1 co s2Η ; 4Π r2 Il 1 sin Η 。 4Π r2
z
Ν i =
ki =
ki ; Ki i ΞΛi Ρi + Ξ Ε i Λi ;
2
2
式中, F 0、 F 1、 F 2 已与频率无关, 是直流测深中与地 层有关的已知函数。 在应用中, E z 分量的观测无法实现不予讨论,
( 12)
0
1
k
0
1
Ν
0
∞
0
0
0
0
1
k
0
1
Ν
2
(5) (6)
式中, G 是 G k、 。 G Ν 在远区条件下的简化 G = G k = G Ν 当 K 1 r < < 1 时为近区场:
Ex = Ey = Ez = H H H
x
∞
0
z
2
0
1
k
1
4Π Ρ1 4Π Ρ1
Il
Il
( F 2 co s2Η- F 0 ) ;
第 26 期
陈明生, 阎述等: 电偶源频率电磁测深中的 E x 分量
・61・
因此在国家自然科学基金的资助下, 我们进行了 “复 杂三维地电模型电偶源频率电磁测深有限元正演模 拟” 的课题研究, 以更深入地了解频率电磁测深的地 质响应特征。 在此课题的进行中我们对以往的理论 与实践进行了条理化与系统化, 以获得总体上的把 握。 由于以往的人工源频率电磁测深基本理论和解 释方法都是水平均匀分层大地 ( 一维) 的情况, 这也 是整个研究工作的基础与出发点。 所以本文的分析 也是基于一维理论的。
1
r
2
衰减, 但此时 H x、 H y、 Hz 的
表达式中已不含有地层因子, 即不再反映地层信息, 而 E x、 E y 分量仍与地层有关。中区场是远区场和近 区场之间的过渡, 各场量在中区场的特征介于远区 场和近区场之间。 由各场量的上述特征可知, E x、 E y、 H z 作为频 率电磁测深的观测量较之其它分量对地层的反映灵 敏。但 H z 以随 r 的增大衰减较快, 当极距 r 相同时 将有较小的信噪比; 当 Η = 90° 时 ( 这是最常采用的) , 称赤道偶极装置, 这时 E x 最强, E y = 0。当 Η = 0° 时, 称为轴向装置, E x 强度缩小一半, E y 仍为 0。E y 在 Η = 45° 时取得最大值。 为减小或避免场源效应、 记录 点等问题的产生与影响, 施工装置的布置应使极距 的限制将带来 r 尽量与地质构造的走向平行, 而 45° 诸多不便。因此综合考虑采用对地层分辨率高的 E x 分量最适宜, 这也是频率电磁测深中使用最普遍的 场量。由于 CSAM T 法延用了M T 法中比值电阻率
F 2 sin2Η ; Fபைடு நூலகம்1 co sΗ ;
( 13) ( 14) ( 15) ( 16) ( 17) ( 18)
式中 r ——收发距; Η —— x 与 y 轴的夹角; I ——发射电流强度; l ——偶极子长度; J ( Κ r) ——第一类柱贝塞尔函数; Κ ——积分变量, 其物理意义是 r 方向的波矢 量;
n = 1, 2, 3, ……, m - 1。 G Ν 有相同的表达式, 只是以 Ν i 代替 K i , 而因子 e
- 2K i h i
不变。
为使上述表达式更为清晰, 便于分析, 取极限情 况: 当 K 1 r > > 1 时进入远区场, 各场量表达式成 为:
Ex = Ey = Il 1 ( 3co s2Η 21) ; ( 7) 4Π Ρ1G 2 r3
・60・
COAL GEOLO GY & EXPLO RA T I ON
D ec. 1998
电 偶 源 频 率 电 磁 测 深 中 的 E x 分 量3
陈明生 阎 述 陶冬琴 ( 煤炭科学研究总院西安分院 710054)
摘要 在电偶源频率电磁测深 ( 包括 CSAM T ) 的各场量中, 电场 E x 分量具有分辨率高、 观测 信噪比高、 不需作近场改正等优点。 在有地表电性不均匀引起的静态偏移情况下, 可通过转换相位 消除静态偏移。 因此在资料处理与解释中可不局限于比值电阻率的模式, 使频率电磁测深具有更大 的灵活性与适应性。 关键词 频率电磁测深 近场改正 静态偏移 中国图书资料分类法分类号 P 631 作者简介 陈明生 男 58 岁 硕士 研究员 地球物理勘探 源频率电磁测深于 70 年代初首先应用于煤田地质 勘探, 取得了相当好的应用效果, 继而发展到地质、 冶金和石油系统。 近年来, 随着石油勘探中非地震勘 探的兴起, 人工源频率电磁测深在油气田的勘探中 发挥了重要作用, 取得了明显的地质效果, 具有良好 的应用前景。 在人工源电磁频率测深方法取得显著成果的同 时, 随着这种方法的扩大应用与所解决地质问题的 复杂化, 又伴随着出现了静态偏移、 场源效应、 地形 影响、 记录点等问题。 而且严格来说, 一切电磁场问 题均应在三维空间内分析讨论, 只是在一定的理想 化条件下当场的分布具有一定的特征或对称性时, 才有可能把三维电磁场归结为二维或一维电磁场。
D u W enfeng (Coa l Geop hy sica l Exp lo ra t ion R esea rch In st itu te )
Abstract T he coherence cube techn ique is an in terp reta tion p rocessing techn ique, w h ich is u sed to describe the fau lt and . Its ba sic p rincip le is tha t in the 32 stra tig rap h ic cha racteristics D seism ic da ta vo lum e after offset the coherence va lues of every sam p le po in t in every channel w ith its su rround ing da ts a re found, thu s, the 32 D da ta vo lum e w h ich ind ica tes the coherence of seism ic da ta (coherence cube fo r sho rt ) is ob ta ined. T he stra tig rap h ic d iscon tinu ity app ea rs a s a low coherence va lue in the co 2 herence cube. T he low coherence va lue in the coherence cube is reflected by the coheren t ti m e slice and coheren t bed fla tten ing slice. T he app lica tion exam p les ind ica te tha t the coherence cube techn ique is m o re visua l and fa ster than the conven tiona l in ter2 p reta tion m ethod in the a sp ects such a s in terp reting the sm a ll fau lts w ith the th row abou t 3m , ana lyzing the p lane d istribu tion of fau lt, qu icken ing the in terp reta tion sp eed of la rger fau lt, detecting the roadw ay and deli m iting the bounda ry of w o rked ou t a rea and so on. Keywords seism ic exp lo ra tion; 32 D da ta p rocessing; coherence cube techn ique; app lica tion