一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统及方法

本发明属于地球物理勘探，具体涉及一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、可控源电磁（csem）方法使用人工源来提高信号强度和勘探效率，近年来已经在油气、矿产、地热、水文、工程地质等领域得到了广泛应用。根据解释的领域，csem方法主要分为频率域电磁法和时间域电磁法。在大地电磁法基础上，提出了可控源音频大地电磁法(csamt)。常用的标量csamt要求在远场测量正交的一组电场水平分量(以ex为例)和磁场水平分量(以hy为例)，然后计算它们的比值获得卡尼亚视电阻率。然而，在实际工作中磁场的测量成本较大，且磁场相对于电场在一个较大的范围内更加稳定。因此，通常采用每个排列中6个ex共用1个hy的观测模式，例如gdp32、v8等仪器。该方式通过一次性测量相邻测点的6道ex以及接近中心测点的单道hy，同时获得多个测点的卡尼亚视电阻率，大大提高了经济性与工作效率。但是，共用hy必然给计算得到的卡尼亚视电阻率引入很大的偏差，且一个数据质量差的hy数据会破坏6个测点的勘探结果。综上，为了满足精度要求，在实际工作中应尽量按照单电单磁的形式进行测量。如何兼顾单电电磁的精度要求和高效勘探的实际需求，对于可控源电磁勘探系统及方法的发展具有重要意义。

3、cn104597506a公开了一种频率域地空电磁勘探方法，该方法采用地面发射，空中接收电磁波信号的工作模式，提取信号的频谱并通过全区视电阻率法反演解释地下电性结构。此方法适用于地表条件恶劣区域的探测，具有探测范围广、探测效率高等特点。但是仅在空中接收的磁场单分量存在场源效应，且无法满足电场解释的需求。

4、cn114910968a公开了一种正交源频率域地空电磁倾子散度探测与成像方法，该方法采用地面正交场源发射交变电流，并采集不同频率的磁场信号，适用于地表环境复杂、人员难以进入区域的三维异常目标快速勘查，但是该方法仅在空中接收磁场信号，缺少电场，无法满足电场解释的需求。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统及方法，本发明充分利用空中磁场测量高效和单电电磁精度高的优势，在地面测量电场，沿同一条测线采用无人机在空中接收与电场正交的磁场分量，利用磁场延拓获取与电场同测点的地面磁场，计算卡尼亚视电阻率，进而实现单电单磁的快速勘探。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，包括以下步骤：

4、获取在地面设置的测线中各个测点的观测电场分量；

5、获取测线的空中观测磁场分量，根据地面测点位置和间距叠加计算地面测点对应空中位置的磁场值大小；

6、将磁场数据从时间空间域变换到频率波数域，推导任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系；

7、根据所述变换关系，计算时间空间域的地面磁场值；

8、根据正交的地面电场值和地面磁场值，计算卡尼亚视电阻率，获得地下介质信息。

9、作为可选择的实施方式，所述测线上的测点间隔设置，在各个测点依次观测电场分量。

10、作为进一步的，所述测点之间的间隔距离相同。

11、作为可选择的实施方式，沿着测线测量空中磁场分量，取地面测点对应位置两侧相应距离的观测数据进行叠加，得到该点空中磁场数值。

12、作为可选择的实施方式，采用二维傅里叶变换实现磁场值从时间空间域变换到频率波数域。

13、作为可选择的实施方式，根据矢量拉普拉斯方程，推导任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系。

14、作为可选择的实施方式，任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系为：

15、；

16、其中， z=h为空中高度，z=0为地面，和分别为沿x，y轴方向的频率波数域变量，为磁场分量在空间波数域的表达形式；，为自然底数，为微分算子。

17、作为可选择的实施方式，根据正交的地面电场值和地面磁场值计算卡尼亚视电阻率的具体过程为：

18、，

19、其中，为卡尼亚视电阻率，为角频率，为介质的磁导率，为电场值，为对应的正交磁场值。

20、一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统，包括：

21、地面探测系统，用于获取在地面设置的测线中各个测点的观测电场分量；

22、空中探测系统，用于获取测线的空中观测磁场分量；

23、处理器，用于根据地面测点位置和间距叠加计算地面测点对应空中位置的磁场值大小；

24、将磁场数据从时间空间域变换到频率波数域，推导任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系；

25、根据所述变换关系，计算时间空间域的地面磁场值；

26、根据正交的地面电场值和地面磁场值，计算卡尼亚视电阻率，获得地下介质信息。

27、作为可选择的实施方式，所述空中探测系统包括无人机、悬挂装置、线圈和接收机，所述无人机上设置有接收机，所述悬挂装置设置于无人机下端，所述悬挂装置上承载有线圈。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、本发明提出的地空协同电磁勘探方法及方法兼顾单电单磁的精度要求和高效勘探的实际需求。

30、本发明采用空中测量磁场向下延拓的方式获得地面磁场，相比直接在地面测量磁场，空中测量磁场效率更高。

31、本发明采用单电单磁的方式计算卡尼亚视电阻率，相比地面csamt法，一个电场对应一个磁场，而不是多个电场共用一个磁场，精度更高；相比地空频率电磁法，获得了电场数据，没有场源效应，精度更高。

32、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，所述测线上的测点间隔设置，在各个测点依次观测电场分量。

3.如权利要求2所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，所述测点之间的间隔距离相同。

4.如权利要求1所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，沿着测线测量空中磁场分量，取地面测点对应位置两侧相应距离的观测数据进行叠加，得到该点空中磁场数值。

5.如权利要求1所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，采用二维傅里叶变换实现磁场值从时间空间域变换到频率波数域。

6.如权利要求1所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，根据矢量拉普拉斯方程，推导任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系。

7.如权利要求6所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，任意时刻时的空中平面内磁场与地面平面内磁场的变换关系为：

8.如权利要求1所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探方法，其特征是，根据正交的地面电场值和地面磁场值计算卡尼亚视电阻率的具体过程为：

9.一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统，其特征是，包括：

10.如权利要求9所述的一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统，其特征是，所述空中探测系统包括无人机、悬挂装置、线圈和接收机，所述无人机上设置有接收机，所述悬挂装置设置于无人机下端，所述悬挂装置上承载有线圈。

技术总结
本发明属于地球物理勘探领域，提供了一种含空中磁参考道的地空协同电磁勘探系统及方法，本发明充分利用空中磁场测量高效和单电电磁精度高的优势，在地面测量电场，沿同一条测线采用无人机在空中接收与电场正交的磁场分量，利用磁场延拓获取与电场同测点的地面磁场，计算卡尼亚视电阻率，进而实现单电单磁的快速勘探。本发明相比直接在地面测量磁场，效率更高。

技术研发人员：杨洋,张衡,李志德,朱裕振
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24