一种瞬变电磁探测时间窗口的确定方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理勘探领域，具体涉及一种瞬变电磁探测时间窗口的确定方法 和装置。
【背景技术】
[0002] 我国的华北型煤田，大部分地表都被低阻的第四系沉积层覆盖，且沉积层厚度较 大，一般在100m，有些地区可达400~600m。近年来，瞬变电磁法在煤田勘探、采空区探查等 领域的应用越来越广泛。瞬变电磁法的显著优点之一是能够穿透高阻屏蔽层，对高阻屏蔽 层下伏地层或构造有较好的分辨能力。但在有低阻层特别是地表为低阻覆盖层的地区施工 时，由于可以在地面上观测到较强的信号，往往忽视了低阻层对瞬变电磁勘探的影响。
[0003] 瞬变电磁探测深度由地层电阻率和观测时间共同决定，设均匀地层电阻率为，则 某一时刻瞬变电磁场的扩散深度为：
[0005] 式中，δ?为扩散深度，t为延迟时间，P表示电阻率，μ〇表示地下介质的磁导率，瞬变 电磁场的传播速度为：
[0007] 由上式可知，地层电阻率Ρ越小，瞬变电磁场在该层中的传播速度越慢。
[0008] 利用数值模拟验证地层电阻率对瞬变电磁场传播速度的影响。对于瞬变电磁场响 应特征的分析，大都采用将频率域的结果经过傅里叶变换转换到时间域的方式。虽然也可 以直接在时间域用积分方程的形式进行分析，但该方法仅根据地面上的响应对瞬变电磁场 进行物理解释，其探测深度、探测精度、分辨率等是不够的。而在时间域，有限差分的方法更 为方便。
[0009 ]首先由无源的麦克斯韦方程导出似稳电场的的扩散方程：
[0011]式中，Ε表示电场强度，〇(r)表示介质的电导率，r表示源点到场点的距离。
[0012 ]进一步简化为沿走向方向电场的标量扩散方程：
[0014]在直角坐标系下，将求解空间剖分成矩形网格，构成五点差分格式，进一步推得离 散差分方程：
[0016]其中，上表t = η Δ t时刻，L是Ei, j周围四个网格电导率面积的加权平均值：
[0018] 现有技术通过给出边界条件，进而进行有限差分运算。在计算中，源作为初始条件 引入，为了处理地表上的边界条件，还用到了快速Four i er变换和三次样条插值。
[0019] 如图1所示，为了研究电磁场在不同介质中的传播时间，利用有限差分法进行瞬变 电磁场传播速度模拟，本次数值模拟的均匀半空间模型电阻率为50 Ω . m，竖直异常体宽 30m、高120m、顶部埋深400m，电阻率为5 Ω .m，如图1所示。图中+1和-I分别表示无限长电流 发射线框的正源和负源。图1(a)是观测时间为3ms时的等值线，此时电磁场已扩散到了地下 1200m以下。图1(b)是在图1(a)的均匀半空间上面置入厚200m、电阻率为20 Ω .m的覆盖层 后，观测时间仍为3ms的等值线，此时电磁场刚刚扩散到地下600m的深度。
[0020] 对于相同的观测时间，当有低阻层覆盖时，瞬变电磁场的传播深度要比无低阻层 覆盖时的传播深度小。因此，在瞬变电磁施工过程中，时间窗口的选择不仅要考虑目标体埋 藏深度，还要考虑目标体上方覆盖层的电阻率。然而，常规瞬变电磁法施工时，往往忽略低 阻覆盖层的影响，操作人员只是根据个人经验选择时间窗口，随意性较大。如果时间窗口过 长，会产生冗余数据，影响数据解释的精度;时间窗口过短则会使探测深度不足，达不到预 定探测目的。
【发明内容】
[0021] 本发明要解决的技术问题是如何确定瞬变电磁探测的时间窗口，本发明提供一种 瞬变电磁探测时间窗口的确定方法和装置，在瞬变电磁施工中考虑地层电阻率对场传播速 度的影响，实现科学确定瞬变电磁探测的时间窗口。
[0022] 为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
[0023] -种瞬变电磁探测时间窗口的确定方法，包括：
[0024] 获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息；
[0025] 根据测区内各地层电阻率和厚度信息，计算测区地层综合电阻率；
[0026] 根据测区地层综合电阻率，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间；
[0027] 根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所需时间窗口范围。
[0028] 优选地，获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息包括：
[0029] 根据测区的钻孔资料获取测区各地层电阻率和各地层的厚度信息。
[0030] 优选地，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间之前包括：
[0031 ]确定所述目标体埋藏深度。
[0032] 优选地，计算测区地层综合电阻率包括：
[0033] 将各地层电阻率与对应的各地层的厚度相乘；
[0034]将所述乘积除以所述各地层的厚度之和获得测区地层综合电阻率。
[0035]优选地，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间包括：
[0036] 分别计算瞬变电磁场传播到目标体上界面和下界面所需的时间。
[0037] 优选地，利用如下公式分别计算瞬变电磁场传播到目标体上界面和下界面所需的 时间：
[0039] 其中，为瞬变电磁场传播到目标体上界面所需的时间，^为瞬变电磁场传播到目 标体下界面所需的时间，cU为目标体上界面的埋藏深度，d 2为目标体下界面的埋藏深度,?? 表示测区地层综合电阻率，μ〇表示地下介质的磁导率。
[0040] 优选地，根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所需时间窗口范 围包括：
[0041] 探测时所需时间窗口范围大于等于区间（thts)。
[0042] 优选地，根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所需时间窗口范 围包括：
[0043] 探测时所需时间窗口的最小时刻小于或者等于ti，探测时所需时间窗口的最大时 刻大于或者等于t2。
[0044] 为解决上述技术问题，本发明提供一种瞬变电磁探测时间窗口的确定装置，包括：
[0045] 收集模块，用于获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息；
[0046] 电阻率模块，用于根据测区内各地层电阻率和厚度信息，计算测区地层综合电阻 率；
[0047] 时间模块，用于根据测区地层综合电阻率，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的 时间；
[0048] 窗口模块，用于根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所需时间 窗口范围。
[0049] 优选地，所述收集模块获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息包括：
[0050] 根据测区的钻孔资料获取测区各地层电阻率和各地层的厚度信息。
[0051 ]优选地，所述装置还包括:深度模块，用于确定所述目标体埋藏深度。
[0052]优选地，所述电阻率模块计算测区地层综合电阻率包括：
[0053] 将各地层电阻率与对应的各地层的厚度相乘；
[0054] 将所述乘积除以所述各地层的厚度之和获得测区地层综合电阻率。
[0055] 优选地，所述时间模块计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间包括：
[0056] 分别计算瞬变电磁场传播到目标体上界面和下界面所需的时间。
[0057] 优选地，所述时间模块利用如下公式分别计算瞬变电磁场传播到目标体上界面和 下界面所需的时间：
[0059]其中，ti为瞬变电磁场传播到目标体上界面所需的时间，^为瞬变电磁场传播到目 标体下界面所需的时间，cU为目标体上界面的埋藏深度，d2为目标体下界面的埋藏深度,?? 表示测区地层综合电阻率，μ〇表示地下介质的磁导率。
[0060] 优选地，所述窗口模块根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所 需时间窗口范围包括：
[0061] 探测时所需时间窗口范围大于等于区间（t^cb)。
[0062] 优选地，所述窗口模块根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所 需时间窗口范围包括：
[0063] 探测时所需时间窗口的最小时刻小于或者等于ti，探测时所需时间窗口的最大时 刻大于或者等于t2。
[0064] 本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
[0065] 本发明的方法和装置，考虑地层电阻率对场传播速度的影响，在实地调查和区域 地质资料分析的基础上，确定瞬变电磁探测的时间窗口，实际工作时，根据确定的合适的时 间窗口进行探测，可到达最佳探测目的。
【附图说明】
[0066] 图1是现有技术模拟瞬变电磁场的等值线图；
[0067] 图2是本发明实施例的一种瞬变电磁探测时间窗口的确定方法的流程图；
[0068] 图3是本发明实施例的一种瞬变电磁探测时间窗口的确定装置的结构不意图；
[0069] 图4是本发明实施例1的地层分层信息示意图；
[0070] 图5是本发明实施例2的瞬变电磁探测结果示意图。
【具体实施方式】
[0071] 为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本 发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中 的特征可以相互任意组合。
[0072] 如图2所示，本发明实施例提供一种瞬变电磁探测时间窗口的确定方法，包括：
[0073] 获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息；
[0074] 根据测区内各地层电阻率和厚度信息，计算测区地层综合电阻率；
[0075] 根据测区地层综合电阻率，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间；
[0076] 根据瞬变电磁场传播到目标体所需的时间，确定探测时所需时间窗口范围。
[0077] 其中，获取测区内各地层电阻率和各地层的厚度信息包括：
[0078] 根据测区的钻孔资料获取测区各地层电阻率和各地层的厚度信息。
[0079] 其中，计算瞬变电磁场传播到目标体所需的时间之前包括：
[0080] 确定所述目标体埋藏深度。
[008