【广域电磁法一维正演概述5500字】

广域电磁法一维正演概述目录TOC\o"1-3"\h\u21517广域电磁法一维正演概述 169971.1观测角度对电磁场各分量的影响 1101701.2各电磁场分量的分辨能力 8167701.2.1测量夹角变化对同一分量分辨率的影响 8179731.2.2埋深变化对低阻层的分辨能力的影响 12218031.2.3低阻层厚度变化对分辨能力的影响 15224121.2.4低阻层电阻率变化对分辨能力的影响 18284951.2.5收发距变化对分辨能力的影响 221.1观测角度对电磁场各分量的影响借用Matlab程序设置参数建立H型三层地层模型，参数设置：第一层电阻率为，第二层电阻率为，第三层电阻率为；第一层厚度，第二层厚度。收发距10km，场源AB长1.3km，供电电流120A，采用2n序列频率信号，范围是0.01～10kHz。观测角度范围是0°~180°。180°~360°的观测结果与0°~180°呈对称关系，不重复讨论。图3-1是模型正演结果的广域视电阻率拟断面图，横轴是变化范围0°~180°的观测角度，纵轴是频率取对数，从下至上展现电场分量正演视电阻率在对数频率域由近区到过渡区到远区的结果。由图中可以看出，观测角度对电场分量的结果影响较大。在远区时，视电阻率在35°和145°发生畸变，畸变对角度的影响范围是；过渡区视电阻率较为混乱；随着向近区过渡，畸变逐渐集中在50°和130°处。视电阻率在0°~30°、60°~120°和150°~180°处较为稳定。结合图3-2的等频率场强曲线图（横轴是变化范围0°~180°的观测角度，纵轴是场强取对数，曲线由红色向蓝色过渡表示频率由低频至高频），畸变位置基本一致。以半幅值角作为最佳测量装置判断标准，当观测角度为50°~130°时，场强幅值超过最大场强幅值的。得到结论：广域视电阻率的最佳观测角度范围是55°~125°。图3-1广域视电阻率拟断面图图3-2等频率场强曲线图图3-3是模型正演结果的广域视电阻率拟断面图。在观测范围内，观测角度对电场分量的测深结果几乎没有影响，在近区和远区都呈现稳定的层状特征。结合图3-4的等频率场强曲线图，进一步表现出在观测角度为0°~5°和175°~180°时发生畸变。观测角度为90°时，场强幅值最大，并逐渐向两边递减。观测角度为30°~150°时，场强幅值超过最大场强幅值的。得到结论：广域视电阻率的最佳观测角度范围是30°~150°。图3-5是模型正演结果的广域视电阻率拟断面图。在观测范围内，观测角度为0°~5°和175°~180°时发生畸变。对应图3-6的等频率场强曲线图，结果一致，也在该区域发生畸变。当观测角度为90°时，场强幅值最大，并逐渐向两边递减。观测角度为30°~150°时，场强幅值超过最大场强幅值的。得到结论：广域视电阻率的最佳观测角度范围是30°~150°。图3-3广域视电阻率拟断面图图3-4等频率场强曲线图图3-5广域视电阻率拟断面图图3-6等频率场强曲线图图3-7是模型正演结果的广域视电阻率拟断面图。在观测范围内，观测角度为0°~5°和175°~180°时测深曲线发生畸变。对应图3-8的等频率场强曲线图，发生畸变的观测角度范围是0°~10°和170°~180°。与结果类似，当观测角度为90°时，场强幅值最大，并逐渐向两边递减。观测角度为30°~150°时，场强幅值超过最大场强幅值的。得到结论：广域视电阻率的最佳观测角度范围是30°~150°。图3-9是模型正演结果的广域视电阻率拟断面图。可明显看出观测角度为85°~95°时测深曲线发生畸变，在观测角度为0°~85°和95°~180°呈现稳定的层状变化特征。对应图3-10场强曲线可以得到类似的结果。当观测角度为0°和180°时场强有最大幅值，从两端至中间逐渐减小，观测角度为0°~60°和120°~180°时，场强幅值超过最大场强幅值的。得到结论：广域视电阻率的最佳观测角度范围是0°~60°和120°~180°。图3-7广域视电阻率拟断面图图3-8等频率场强曲线图图3-9广域视电阻率拟断面图图3-10等频率场强曲线图结合之前得到的结论，将电磁场各分量的最佳观测角度总结于表3-1。由表可知，电场分量受观测角度影响较大；电场分量、磁场分量和具有相同的观测范围，在发射偶极轴向线附近场强畸变较大，更适合旁侧装置观测；磁场分量主要在发射源偶极中垂线附近场强影响较大，适合轴向装置观测。表3-1各电磁场分量观测范围对比电磁场分量最大场强幅值位置90°90°90°90°0°和180°半幅值角位置55°和125°30°和150°30°和150°30°和150°60°和120°最佳观测角度范围55°~125°30°~150°30°~150°30°~150°0°~60°和120°~180°1.2各电磁场分量的分辨能力本节探讨电磁场分量对低阻层的分辨能力。使用层状模型各电磁场分量理论上测得的正演电阻率值与均匀半空间下各分量正演结果计算拟合差，以计算结果作为判断标准，计算表达式为：通过对比的大小来判定各电磁分量的分辨能力。参考相关文献中基于视电阻率差异来评价分辨能力的经验[39]，本文认为在场强最大变化幅度的绝对值大于10%时可以分辨出模型异常。1.2.1测量夹角变化对同一分量分辨率的影响由1.1节讨论总结出的各电磁场分量观测范围，本节进一步讨论观测夹角变化对同一电磁分量分辨能力的影响。保持地层模型埋深及低阻层层厚不变，，；保持三层地层模型电阻率不变，，，。收发距为10km，场源AB长1.3km，改变观测方位角对单分量分辨能力逐一对比，采用序列频率信号，范围为0.01～10kHz，模型参数如表3-2所示。表3-2观测夹角变化模型参数设置同一分量观测夹角变化模型电阻率（Ω·m）层厚（m）观测角度（。）收发距（km）模型1模型2模型3模型4模型52002006030303001075606060301001009090909060120200+ꚙ105120120120150120150150150180逐一分析图3-11变化幅度曲线图，中间层电磁场响应异常对应频率在10Hz-500Hz之间。图像清晰表明，电场分量、磁场分量、和的分辨能力不随观测角度的变化而变化（图3-11Model1、Model3、Model4、Model5）。对于电场分量（图3-11Model1），观测角度在等频率场强的半幅值点处（观测角度为30。和150。）的分辨能力变化趋势基本一致，观测角度为150。时分辨能力更强；观测角度为60。、90。和120。时变化趋势基本一致，分辨能力随观测夹角增大而增强。再结合表3-3不同模型各分量最大变化幅值比较，电场分量的观测角度在两个等频率场强的半幅值点处的分辨能力远远强于其他观测角度处。图3-11观测夹角变化对各电磁场分辨能力影响的变化幅度曲线由表3-3纵向对比各电磁分量的分辨能力，整体来看，电场分量和磁场分量的分辨能力相近，且电场分量的分辨能力明显最好，磁场分量和对低阻层的分辨能力基本相同。电场分量在30。和150。处拥有更好的低阻层分辨能力。表3-3不同模型各分量最大变化幅值比较不同模型各场分量最大异常幅值比较地电模型最大异常幅值（%）模型1-18.6818.6918.6918.6918.68模型2-41.9315.1217.0926.6476.59模型3-18.1018.1218.1018.1018.10模型4-17.5817.5817.5817.5817.58模型5-17.0617.0617.0617.0617.0617.061.2.2埋深变化对低阻层的分辨能力的影响以第一层地层的最小厚度100m作为中间低阻层的初始埋深，通过改变第一层介质的层厚来达到改变中间低阻层埋深的目的，并分别计算不同埋深情况下各电磁场分量的探测能力差异。收发距使用10km，场源AB长度1.3km，结合表3-1选取观测方位角为120°，采用序列频率信号，范围为0.01～10kHz，模型参数如表3-4所示。表3-4低阻层埋深变化模型参数设置低阻层埋深变化模型电阻率（Ω·m）层厚（m）收发距（km）模型1模型2模型3模型4模型52001002005001000200010100200200200200200200+ꚙ+ꚙ+ꚙ+ꚙ+ꚙ通过一维正演得到广域电磁各种视电阻率在层状模型中的数据，再对数据进行上述变化幅值分辨能力计算，就可以得到各电磁分量分辨率的变化幅度数据，最后利用GRAPHER成图，得到五个电磁分量对不同模型的分辨能力变化幅度如图3-12所示：图3-12低阻层埋深变化对各电磁场分辨能力影响的变化幅度曲线综合分析图3-12的变化幅度曲线，统计不同模型各场分量最大变化幅值如表3-5所示，通过对比发现，中间低阻层对应频率范围在0.1Hz～100Hz之间，且埋深越大，场强最大异常幅值对应频点越低，场强进入过渡区的频点也越低。当埋深小于低阻层厚度时，各电磁分量的分辨能力较强，容易分辨出低阻层；当埋深为低阻层厚度的4～5倍时，各电磁场分量的最大变化幅度均接近或小于10%，基本无法对低阻层进行探测。在频率小于1Hz时，电场曲线基本反映基底的信息，曲线中各电磁场分量的正演响应曲线在1Hz往后也基本趋于渐近线。表3-5不同模型各分量最大变化幅值比较不同模型各场分量最大变化幅值比较地电模型最大变化幅值（%）模型141.4248.1444.0741.1541.34模型225.7934.3226.3026.1225.71模型317.5326.9019.5717.7317.25模型410.9320.9511.7710.5910.41模型59.0520.129.538.608.65在相同顶层埋深下，电场分量和磁场分量对中间低阻层的探测能力相近，磁分量、对低阻夹层的分辨能力基本相同，且电场分量和磁场分量对低阻层的探测能力要优于磁分量，。综上所述，可以得出以下结论：在顶层埋深改变时，电磁场单分量都能很好地反映模型设置的电阻率差异，电场分量和磁场分量对中间低阻层的探测能力要优于磁场、分量，其中电场分量的分辨能力最优。随着顶层埋深的增大，各电磁场分量对于低阻层的分辨能力逐渐下降。1.2.3低阻层厚度变化对分辨能力的影响固定三层地层模型的电阻率为200,10和200。保持埋深不变，改变中间层厚度建立模型，探究低阻层厚度变化对各电磁场单分量分辨能力的影响。收发距仍然使用10km，场源AB长1.3km，选取观测方位角为120°，采用序列频率信号，范围为0.01～10kHz，模型参数如表3-6所示。表3-6低阻层厚度变化模型参数设置低阻层厚度变化模型电阻率（Ω·m）层厚（m）收发距（km）模型1模型2模型3模型4模型520020020020020020010100501002005001000200+ꚙ+ꚙ+ꚙ+ꚙ+ꚙ结合异常曲线图3-13不同模型各场分量最大变化幅值表3-7分析，随着中间层厚度的增加，各分量对模型的分辨能力增强。中间低阻层对应频率范围在0.1Hz～500Hz之间。当低阻层厚度为埋深的或更小时，电磁场各分量对低阻层的分辨率接近甚至低于我们规定的，在此情况下可认为电磁分量无法分辨低阻层；当低阻层厚度为100m以后（如图3-13中的Model3、Model4、Model5），电磁场各分量最大变化幅度均超过10%，能有效分辨低阻层。在频率小于0.1Hz时，电场曲线基本反映基底的信息，曲线中各电磁场分量的正演响应曲线在0.1Hz往后也基本趋于渐近线。埋深相同时，电场分量的分辨能力明显最好。其他各分量的分辨能力相差不大，总体来看电场分量和磁场分量的分辨能力相近，且磁场分量要优于和。磁场分量和对低阻层的分辨能力基本相同。图3-13低阻层厚度变化对各电磁场分辨能力影响的变化幅度曲线表3-7不同模型各分量最大变化幅值比较不同模型各场分量最大变化幅值比较地电模型最大异常幅值（%）模型12.4416.434.032.622.39模型210.2520.5910.9610.7310.23模型317.0826.6418.117.5817.06模型425.7934.3226.326.1225.71模型534.642.0837.1134.5934.431.2.4低阻层电阻率变化对分辨能力的影响本节讨论低阻层电阻率变化对各电磁分量分辨能力的影响，保持地层模型埋深及低阻层层厚不变；保持三层地层模型的第一、三电阻率不变为，改变中间层电阻率由增大至。收发距仍然使用10.0km，场源AB长1.3km，选取观测方位角为120°，采用序列频率信号，范围为0.01～10kHz，模型参数如表3-8所示。表3-8低阻层电阻率变化模型参数设置低阻层电阻率变化模型层厚（m）电阻率（Ω·m）收发距（km）模型1模型2模型3模型4模型52002002002002002001050102050100150+ꚙ200200200200200由趋肤深度计算公式（2.1）可知，在频率大于1000Hz时，异常曲线对应盖层电场响应，频率小于10Hz时，异常曲线反映的是深部至无穷远处的地层信息，各电磁分量异常曲线形态基本相同。对比分析变化幅度曲线图3-14，随着低阻层电阻率的逐渐增大，各电磁场分量对低阻层的分辨能力逐渐降低。当低阻层的电阻率增加至100Ω·m是背景层电阻率200Ω·m的及以上时，各电磁分量的分辨能力骤降至10%附近甚至以下（如图3-14中的Model4、Model5），无法分辨中间层。低阻层电阻率相同时，的分辨能力是最好的，其他电磁分量的分辨能力十分相近。再结合表3-9不同模型各场分量最大异常幅值比较可以进一步得出以下结论：总体来看电场分量和磁场分量的分辨能力相近体且要优于其他磁场分量，当中间层电阻率为10Ω·m，即中间层电阻率是背景层的时，各分量分辨能力差别不是很大。而中间层电阻率进一步增大使得电场分量和磁场分量的优势开始凸显，且磁场分量要优于和。磁场分量和对低阻层的分辨能力基本相同。图3-14低阻层电阻率变化对各电磁场分辨能力影响的变化幅度曲线表3-9不同模型各分量最大变化幅值比较不同模型各场分量最大异常幅值比较地电模型最大异常幅值（%）模型168.5772.1570.1268.568.55模型251.0756.3351.5550.6650.69模型325.9234.0127.325.4125.45模型410.7320.5910.9610.2510.23模型54.1516.541.901.661.601.2.5收发距变化对分辨能力的影响本节讨论收发距变化对各电磁分量分辨能力的影响，保持地层模型埋深及低阻层层厚不变，，；保持三层地层模型电阻率不变，，，。改变收发距由埋深的1倍0.5km至埋深的20倍10km，场源AB长1.3km，选取观测方位角为120°，采用序列频率信号，范围为0.01～10kHz，模型参数如表3-10所示。表3-10低阻层电阻率变化模型参数设置低阻层收发距变化模型电阻率（Ω·m）层厚（m）收发距（km）模型1模型2模型3