一种基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法

摘要

本发明公开了一种基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法，其方法为：步骤一、在单倾斜山体进行地面磁源瞬变电磁实验；步骤二、发射机激发梯形波；步骤三、利用低温超导传感器在发射线圈中心点测量两次；步骤四、理论计算得到异常环的理论响应Btheory；步骤五、得到校正系数。本发明的有益效果：根据本发明提出的方法，实现地形校正，消除地形影响导致的大地电阻率解释误差，最终实现了起伏地形下的大地真实电阻率解释成像。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于异常环的地形校正方法，特别涉及一种基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法。

背景技术

目前，瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)是一种时间域的物探方法。它的测量原理是，介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡流，在脉冲间断期间涡流不会立刻消失，其周围空间会形成随时间衰减的二次磁场。二次磁场随时间衰减规律主要取决于导电体的导电性、体积规模、埋深，以及发射电流的形态和频率，因此，可以通过接收系统测量的二次场空间分布形态来了解异常体的空间分布。

超导量子干涉器(superconducting quantum interference device,SQUID)直接测量磁场，噪声低(fT,10^-15T,量级)、带宽大、低频响应特性好，可提升瞬变电磁法(TEM)晚期接收信号质量，实现大深度探测。2011年，中国科学院上海微系统与信息技术研究所、德国于利希超导研究所与吉林大学三方合作，开始研究将Low-Tc>

中国专利CN201510124047.3公开了一种由井出发的瞬变电磁勘探地形校正处理方法，首先对瞬变电磁采集的原始资料进行处理得到瞬变电磁数据集，再对瞬变电磁数据集进行高频、低频分量的分离，得到低频分量数据集；将井资料低频分量与实际观测资料低频分量进行匹配滤波，最后将匹配滤波后的低频分量与实际观测到的高频分量进行叠加完成地形校正。解决了现有的比值法和带地形的二维或三维反演方法将具有复杂地质结构的地层转换为均匀介质容易出现转换过程中的计算误差的问题。但是在瞬变电磁实际勘探矿山过程中，很多测区的地质资料不全面或者没有地质资料，所以没办法从地质资料中提取低频分量完成地形校正。

中国专利CN201610139371.7公布了一种消除瞬变电磁观测数据地形影响的方法和装置，利用瞬变电磁二次感应电压实测数据和观测参数确定观测点对应的视电阻率数据，从而确定视电阻率随时间变化的斜率曲线；根据观测点对应视电阻率随时间变化的斜率曲线值确定获得消除地形影响后的斜率数据等值线剖面图，消除了地形给瞬变电磁数据带来的影响。

以上所述方法公布了电磁勘探中地形校正的方法，但均未涉及低温超导磁传感器的测量数据的地形校正。在低温超导传感器进行测量时，杜瓦必须竖直放置于发射线圈中心点，则在测区地形不平缓的情况下，接收机接收到的是实际磁场响应的垂直分量，而实际磁场响应的方向是垂直于倾斜地形的，所以直接利用实测数据进行视电阻率成像，是不准确的，因此，有必要对实测数据进行地形校正。

发明内容

本发明的目的是为了解决在现有的电磁勘探的地形校正方法中，均未涉及低温超导磁传感器的测量数据的地形校正的问题，而提供的一种基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法。

本发明提供的基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法，其方法如下所述：

步骤一、在单倾斜山体进行地面磁源瞬变电磁实验，采用中心方式，发射线圈依山体铺设成边长为L的正方形，低温超导传感器保存在真空杜瓦盛装的液氦里，为确保实验安全，杜瓦必须竖直放置于发射线圈中心点，不随山体倾斜角度变化；

步骤二、发射机激发梯形波，利用采集器记录发射波形得到关断时间t_off，发射电流为I；

步骤三、利用低温超导传感器在发射线圈中心点测量两次，分别是中心点有异常环和无异常环时的情况，测量的响应分别是B_total和B_ground，B_total同时包含了大地的响应B_ground和异常环的响应B_anomaly，即B_anomaly＝B_total-B_ground；

步骤四、理论计算得到异常环的理论响应B_theory；异常环等效为一个电阻和一个电感串联，当发射电流为梯形波时，得到等效回路中的感应电流表达式如下：

t＜0 i(t)＝0；

上式中，τ是异常环的时间常数，是等效回路切割一次场的磁通量，to_ff是发射电流的关断时间，L_AL是异常环的等效电感；B_theory结果如下式：

式中，μ₀是真空磁导率，n是异常环的匝数，r是异常环的半径；

步骤五、得到校正系数cosθ＝B_anomaly/B_theory，该系数用于该测点的电磁数据校正,即把异常环的实测数据除以cosθ，得到与实际地形垂直方向上的中心磁场响应。

本发明的工作原理：

在起伏地形下采用低温超导传感器，首先测量大地的磁场响应垂直分量，然后放置已知电性参数的异常环，再测量含有异常环和大地的磁场响应垂直分量，将两次测量数据进行作差，提取异常环的磁场响应垂直分量；然后通过理论计算获得异常环的总磁场响应，最后计算磁场总响应和垂直分量的比值，进而间接获得了该测量点的大地倾角θ；结合磁场响应之间的几何关系，利用该测点的倾角参数对实测数据进行地形校正，从而消除地形影响导致的大地电阻率解释误差，最终实现了起伏地形下的大地真实电阻率解释成像。

本发明的有益效果：

本发明针对高阻地区、低温超导磁场传感器测量系统的数据，在单斜地形或者发射线圈铺设的地形条件是单斜的测区引起的数据误差，提出了只需在野外测区测量大地磁场响应的同时，在发射线圈的中心点放置已知电性参数的异常环，测量异常环和大地的总磁场响应，每一个测点都得到两组测量数据，再根据本发明提出的方法，实现地形校正，消除地形影响导致的大地电阻率解释误差，最终实现了起伏地形下的大地真实电阻率解释成像。

附图说明

图1为本发明所述方法流程示意图。

图2为本发明所述TEM野外实验实施配置示意图。

图3为本发明所述异常环等效回路示意图。

图4为本发明所述单斜地形条件下TEM测量数据的几何校正原理示意图。

图5为本发明实施例测区磁场传感器测量系统的数据地形校正效果示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示：

本发明提供的基于异常环的低温超导磁源瞬变电磁地形校正方法，其方法如下所述：

步骤一、在单倾斜山体进行地面磁源瞬变电磁实验，采用中心方式，发射线圈依山体铺设成边长为200的正方形，杜瓦必须竖直放置于发射线圈中心点；

步骤二、发射机激发梯形波，采用低温超导磁传感器在测区内进行磁场测量，测量结束后，在发射线圈中心放置闭合的异常环，再次进行磁场测量。每一次测量时，利用采集器记录发射波形得到关断时间t_off，发射电流为I；异常环的半径是0.3m,匝数是100匝；

步骤三、首先通过多次叠加消除噪声对测量数据进行初步的处理，然后用有异常环时的大地响应与没有异常环时的大地响应作差，得到异常环在该测点或测区引起的磁场响应；

步骤四、根据异常环的几何参数，计算出异常环的理论上的中心磁场；

异常环可以等效为一个电阻和一个电感串联，如图3所示。当发射电流为梯形波时，得到等效回路中的感应电流表达式为：

t＜0 i(t)＝0；

式中，τ是异常环的时间常数，是等效回路切割一次场的磁通量，t_off是发射电流的关断时间，L是异常环的等效电感；

式中，μ₀是真空磁导率，n是异常环的匝数，r是异常环的半径。

给定异常环的参数，包括时间常数，电感，电阻，带入上述公式，即可计算出异常环理论上的磁场响应。

步骤五、得到校正系数cosθ＝B_anomaly/B_theory，该系数用于该测点的电磁数据校正,即把异常环的实测数据除以cosθ，得到与实际地形垂直方向上的中心磁场响应。利用校正之后的数据进行数据解释，可以提高解释精度。

图5是本发明一个实施例测区磁场传感器测量系统的数据地形校正效果图；从图中可以看出，校正后的曲线与理论曲线更加贴近，充分验证了基于异常环的磁场传感器测量系统的地形校正方法的有效性，为地面瞬变电磁法野外高精度测量提供了新的思路和方法。