一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法及系统与流程

1.本发明涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法及系统。


背景技术：

2.重、磁、电、震等地球物理勘探方法技术中，地震勘探有其它方法无法比拟的优势，特别在沉积岩区通过反射波解释的地层起伏形态和构造直观明晰，数据格式、处理解释软件的标准化和成果的可视化程度较高。在电磁法勘探中，为了提供与反射地震勘探相类似的成果，拟地震处理方面做了很多工作，如大地电磁测深、瞬变电磁测深等数据的拟地震处理，但实际效果并不理想，没有投入生产的成熟技术。
3.针对上述的问题，人们将已有的电磁频率测深处理成果数据地震数据格式化(seg-y格式)后，利用地震成熟的可视化解释平台提高频率测深成果的可视化和分层解释，从而在一些方面可以提高成果的准确性和直观性。这里电磁频率测深处理成果数据主要是视电阻率。但是，由于视电阻率随深度变大、受静态位移影响，分层显示效果不明显，辅助解释作用小，从而导致对地层界面和富水区的解释不清晰。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法及系统，用于解决现有技术随深度变大对地层界面和富水区解释不清晰的技术问题，从而达到对深部地层界面及富水区进行精细刻画的目的。
5.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法，包括以下步骤：
7.将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；
8.利用所述消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；
9.建立频率域中的一激发模型，根据所述激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；
10.根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数，利用所述极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；
11.根据所述富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用所述双频幅频率曲线图对富水区进行解释。
12.作为本发明优选的实施方式，在将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应时，包括：
13.利用相位数据消除所述电磁频率测深处理成果数据的静态效应。
14.作为本发明优选的实施方式，在利用相位数据消除所述电磁频率测深处理成果数
据的静态效应时，包括：
15.利用视电阻率获得相应的相位数据，根据所述相位数据得到相位的零点位置和相位的极大值位置；
16.根据所述相位的零点位置和所述相位的极大值位置得到准确的电性界面。
17.作为本发明优选的实施方式，在利用视电阻率获得相应的相位数据时，包括：
18.根据一频率下电磁波阻抗获得对应的视电阻率，并利用所述视电阻率得到所述频率下的相位数据，具体如公式1所示：
[0019][0020]
式中，ρs(f)是频率f电磁波阻抗计算的视电阻率，是频率f下的相位数据。
[0021]
作为本发明优选的实施方式，在建立频率域中的一激发模型时，包括：
[0022]
根据角频率为0时的激发模型阻抗、充电率、激发极化过程的时间常数以及频率相关系数，建立所述激发模型。
[0023]
作为本发明优选的实施方式，所述激发模型具体如公式2所示：
[0024][0025]
式中，z(iw)为角频率w时的激发模型阻抗，z(0)为角频率0时的激发模型阻抗，m为充电率，τ为表征激发极化过程的时间常数，c为频率相关系数。
[0026]
作为本发明优选的实施方式，在根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数时，包括：
[0027]
预设一极化频段，根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线在所述极化频段中选取两个频率，并获取所述两个频率的阻抗；
[0028]
根据所述两个频率的阻抗提取所述极化参数。
[0029]
作为本发明优选的实施方式，在根据所述两个频率的阻抗提取所述极化参数时，包括：
[0030]
通过获取第一阻抗和第二阻抗间的差值，提取到所述极化参数，具体如公
[0031]
式3所示：
[0032][0033]
式中，z(f
l
)为所述第一阻抗，z(fh)为所述第二阻抗，f1为所述极化参数；
[0034]
其中，所述两个频率的阻抗分别为所述第一阻抗和所述第二阻抗，所述第二阻抗对应的频率高于所述第一阻抗对应的频率。
[0035]
作为本发明优选的实施方式，在根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数时，包括：
[0036]
预设一极化频段，根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线在所述极化频段中选取两个频率，并获取所述两个频率的电流归一化电位；
[0037]
根据所述两个频率的电流归一化电位提取所述极化参数，具体如公式4所示：
[0038][0039]
式中，u(f
l
)为第一电流归一化电位，u(fh)为第二电流归一化电位，f2为所述极化参数；
[0040]
其中，所述两个频率的电流归一化电位分别为所述第一电流归一化电位和所述第二电流归一化电位，所述第二电流归一化电位对应的频率高于所述第一电流归一化电位对应的频率。
[0041]
一种深部地层界面及富水区的精细刻画系统，包括：
[0042]
消除单元：用于将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；
[0043]
剖面构建单元：用于利用所述消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；
[0044]
激发单元：用于建立频率域中的一激发模型，根据所述激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；
[0045]
辅助探测单元：用于根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数，利用所述极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；
[0046]
刻画单元：用于根据所述富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用所述双频幅频率曲线图对富水区进行解释。
[0047]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0048]
(1)采用本发明所提供的方法获得的成果拟地震剖面图，相较于传统解释用的反演电阻率剖面图能清晰地显示断层和奥灰顶界面，成果直观；
[0049]
(2)本发明利用极化参数进行辅助探测，从而能准确探测到地下(热)水、金属硫化物矿床、石墨矿床等高极化矿产，特别在绿色能源地下热水勘查中发挥作用。
[0050]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
[0051]
图1-是本发明实施例的山东某地运用广域电磁法探测地热能的反演电阻率剖面图；
[0052]
图2-是本发明实施例的山东某地运用广域电磁法探测地热能的成果拟地震剖面图；
[0053]
图3-是本发明实施例的某地的视电阻率-频率拟断面图；
[0054]
图4-是本发明实施例的某地静态位移校正后的视电阻率-频率拟断面图；
[0055]
图5-是本发明实施例的某地的反演电阻率断面图；
[0056]
图6-是本发明实施例的某地的成果拟地震剖面图；
[0057]
图7-是本发明实施例的幅频特性曲线和相频特性曲线图；
[0058]
图8-是本发明实施例的某地运用两个频率提取的幅频率曲线图；
[0059]
图9-是本发明实施例的深部地层界面及富水区的精细刻画方法步骤图。
具体实施方式
[0060]
本发明所提供的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，如图9所示，包括以下步骤：
[0061]
步骤s1：将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；
[0062]
步骤s2：利用消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；
[0063]
步骤s3：建立频率域中的一激发模型，根据激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；
[0064]
步骤s4：根据幅频特性曲线和相频特性曲线提取极化参数，利用极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；
[0065]
步骤s5：根据富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用双频幅频率曲线图对富水区进行解释。
[0066]
在上述步骤s1中，在将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应时，包括：
[0067]
利用相位数据消除电磁频率测深处理成果数据的静态效应。
[0068]
进一步地，在利用相位数据消除电磁频率测深处理成果数据的静态效应时，包括：
[0069]
利用视电阻率获得相应的相位数据，根据相位数据得到相位的零点位置和相位的极大值位置；
[0070]
根据相位的零点位置和相位的极大值位置得到准确的电性界面。
[0071]
更进一步地，在利用视电阻率获得相应的相位数据时，包括：
[0072]
根据一频率下电磁波阻抗获得对应的视电阻率，并利用视电阻率得到频率下的相位数据，具体如公式1所示：
[0073][0074]
式中，ρs(f)是频率f电磁波阻抗计算的视电阻率，是频率f下的相位数据。
[0075]
在上述步骤s3中，在建立频率域中的一激发模型时，包括：
[0076]
根据角频率为0时的激发模型阻抗、充电率、激发极化过程的时间常数以及频率相关系数，建立激发模型。
[0077]
进一步地，激发模型具体如公式2所示：
[0078][0079]
式中，z(iw)为角频率w时的激发模型阻抗，z(0)为角频率0时的激发模型阻抗，m为充电率，τ为表征激发极化过程的时间常数，c为频率相关系数。
[0080]
更进一步地，频率相关系数取值范围为0～1，一般为0.1～0.6，典型值为0.25。
[0081]
在上述步骤s4中，在根据幅频特性曲线和相频特性曲线提取极化参数时，包括：
[0082]
预设一极化频段，根据幅频特性曲线和相频特性曲线在极化频段中选取两个频率，并获取两个频率的阻抗；
[0083]
根据两个频率的阻抗提取极化参数。
[0084]
进一步地，在根据两个频率的阻抗提取极化参数时，包括：
[0085]
通过获取第一阻抗和第二阻抗间的差值，提取到极化参数，具体如公式3所示：
[0086][0087]
式中，z(f
l
)为第一阻抗，z(fh)为第二阻抗，f1为极化参数；
[0088]
其中，两个频率的阻抗分别为第一阻抗和第二阻抗，第二阻抗对应的频率高于第一阻抗对应的频率。
[0089]
在上述步骤s4中，在根据幅频特性曲线和相频特性曲线提取极化参数时，包括：
[0090]
预设一极化频段，根据幅频特性曲线和相频特性曲线在极化频段中选取两个频率，并获取两个频率的电流归一化电位；
[0091]
根据两个频率的电流归一化电位提取极化参数，具体如公式4所示：
[0092][0093]
式中，u(f
l
)为第一电流归一化电位，u(fh)为第二电流归一化电位，f2为极化参数；
[0094]
其中，两个频率的电流归一化电位分别为第一电流归一化电位和第二电流归一化电位，第二电流归一化电位对应的频率高于第一电流归一化电位对应的频率。
[0095]
本发明所提供的深部地层界面及富水区的精细刻画系统，包括：消除单元、剖面构建单元、激发单元、辅助探测单元以及刻画单元。
[0096]
消除单元用于将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据。
[0097]
剖面构建单元用于利用消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面。
[0098]
激发单元用于建立频率域中的一激发模型，根据激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线。
[0099]
辅助探测单元用于根据幅频特性曲线和相频特性曲线提取极化参数，利用极化参数进行辅助探测，得到富水区数据。
[0100]
刻画单元用于根据富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用双频幅频率曲线图对富水区进行解释。
[0101]
以下的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的范围并不限制于此。实施例1(拟地震剖面显示解释)
[0102]
在电磁频率测深中，只要是测量与水平电场有关的量来进行测深勘探，如csamt、广域电磁等，都会受静态位移的影响，视电阻率剖面图中电阻率等值线直立，测深曲线难以解释和分层。现有的静态位移校正方法有三个：一是对效应进行理论计算；二是采用各种滤波和相位积分之类的处理方法；三是使用独立的、无静态效应的测量方法。但是不管是哪种方法，都无法很好地对静态位移进行校正。
[0103]
本发明利用相位数据消除静态效应的方法的依据是：静态效应一般不影响相位曲线，而相位在某些条件下与视电阻率对频率的导数有关，因此利用相位数据作静态校正能
取到很好的效果。csamt、mt的相位是波阻抗的相位，相位可用上述公式1进行表示。在本发明中不测量相位，也没有波阻抗，用水平电场计算的视电阻率得到相应的相位。频率测深法是一种体积勘探方法，得到的视电阻率不代表测点下面某个特定深度(地质体)的真电阻率，而是测点附近地下介质中各层电性介质的综合反映，并与电磁波频率f有关。通过上述公式1可以看出，相位由视电阻率的微分得到，具有比视电阻率资料更高的分辨率，可以得到比较准确的电性界面。在水平层状介质中，相位的零点位置、极大值位置与视电阻率曲线的极值点大致对应，它相当于电性层的分界面。
[0104]
图1是山东某地运用广域电磁法探测地热能的反演电阻率剖面图，勘探解释了区外延展到勘探区的峄山支一、峄山支二、李桥断层位置和两条新断层，奥陶系灰岩顶界面，地热能开发的有利位置。传统解释用的反演电阻率剖面图(图1)对断层的反映较为明显，但对地层界面的解释不清晰。图2是山东某地运用广域电磁法探测地热能的成果拟地震剖面图，能清晰地显示断层和奥灰顶界面，成果直观。
[0105]
图3是某地的视电阻率-频率拟断面图，由图3可看出，800、1200、1700、2400、2600等测点静态位移明显。图4是上述某地静态位移校正后的视电阻率-频率拟断面图，由图4可看出，校正后的视电阻率等值线基本反映了地层起伏，对奥陶系灰岩高阻基底西北浅、东南深的显示更直观。图5是上述某地的反演电阻率断面图，图5中给出了地下空间不同位置的电阻率，根据电阻率分布特征进行电性分层解释，高程-1700～-1400m以上地层电阻率低，解释为新生界(新近系)地层底界。奥陶系灰岩的高程介于-2750～-2250m间，在1500点处有一个明显的低阻异常，解释为断层。图6是上述某地的成果拟地震剖面，成果拟地震剖面选择的基准面为450m。将图6和图5进行比对后，可发现借助成果拟地震剖面显示，可以更精确地解释出电性地层分界线、断层等构造。在奥陶系灰岩界面附近解释断层3条，其中1条大断层，2条小断层。
[0106]
实施例2(拟双频激电富水性解释)
[0107]
极化地质体的激发极化效应可以应用激发模型表示，频率域中的激发模型可用上述公式2进行表示。根据公式2可得到激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线，如图7所示。本发明在电磁频率测深中，通过较低频段两个频率的阻抗z(fh)、z(f
l
)或者mn间的电流归一化电位u(fh)、u(f
l
)提取类似幅频率f的极化参数用于表示极化异常，辅助探测地下(热)水、金属硫化物矿床、石墨矿床等高极化矿产，特别在绿色能源地下热水勘查中发挥作用。图8是上述某地运用两个频率提取的幅频率曲线图，由图8可看出，800点以内的幅频率最大，大于平均值0.46；2000点附近的幅频率次之，有3个测点数值在大于0.46，它们是富水性相对较强的地段。
[0108]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，包括以下步骤：将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；利用所述消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；建立频率域中的一激发模型，根据所述激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数，利用所述极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；根据所述富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用所述双频幅频率曲线图对富水区进行解释。2.根据权利要求1所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应时，包括：利用相位数据消除所述电磁频率测深处理成果数据的静态效应。3.根据权利要求2所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在利用相位数据消除所述电磁频率测深处理成果数据的静态效应时，包括：利用视电阻率获得相应的相位数据，根据所述相位数据得到相位的零点位置和相位的极大值位置；根据所述相位的零点位置和所述相位的极大值位置得到准确的电性界面。4.根据权利要求3所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在利用视电阻率获得相应的相位数据时，包括：根据一频率下电磁波阻抗获得对应的视电阻率，并利用所述视电阻率得到所述频率下的相位数据，具体如公式1所示：式中，ρ
s
(f)是频率f电磁波阻抗计算的视电阻率，是频率f下的相位数据。5.根据权利要求1所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在建立频率域中的一激发模型时，包括：根据角频率为0时的激发模型阻抗、充电率、激发极化过程的时间常数以及频率相关系数，建立所述激发模型。6.根据权利要求5所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，所述激发模型具体如公式2所示：式中，z(iw)为角频率w时的激发模型阻抗，z(0)为角频率0时的激发模型阻抗，m为充电率，τ为表征激发极化过程的时间常数，c为频率相关系数。7.根据权利要求1所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在根据
所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数时，包括：预设一极化频段，根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线在所述极化频段中选取两个频率，并获取所述两个频率的阻抗；根据所述两个频率的阻抗提取所述极化参数。8.根据权利要求7所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在根据所述两个频率的阻抗提取所述极化参数时，包括：通过获取第一阻抗和第二阻抗间的差值，提取到所述极化参数，具体如公式3所示：式中，z(f
l
)为所述第一阻抗，z(f
h
)为所述第二阻抗，f1为所述极化参数；其中，所述两个频率的阻抗分别为所述第一阻抗和所述第二阻抗，所述第二阻抗对应的频率高于所述第一阻抗对应的频率。9.根据权利要求1所述的深部地层界面及富水区的精细刻画方法，其特征在于，在根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数时，包括：预设一极化频段，根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线在所述极化频段中选取两个频率，并获取所述两个频率的电流归一化电位；根据所述两个频率的电流归一化电位提取所述极化参数，具体如公式4所示：式中，u(f
l
)为第一电流归一化电位，u(f
h
)为第二电流归一化电位，f2为所述极化参数；其中，所述两个频率的电流归一化电位分别为所述第一电流归一化电位和所述第二电流归一化电位，所述第二电流归一化电位对应的频率高于所述第一电流归一化电位对应的频率。10.一种深部地层界面及富水区的精细刻画系统，其特征在于，包括：消除单元：用于将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；剖面构建单元：用于利用所述消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；激发单元：用于建立频率域中的一激发模型，根据所述激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；辅助探测单元：用于根据所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线提取极化参数，利用所述极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；刻画单元：用于根据所述富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用所述双频幅频率曲线图对富水区进行解释。

技术总结
本发明公开了一种深部地层界面及富水区的精细刻画方法及系统，包括以下步骤：将电磁频率测深处理成果数据消除静态效应，获得消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据；利用消除静态效应后的电磁频率测深处理成果数据提高频率测深成果的可视化和分层解释效果，得到一成果拟地震剖面；建立频率域中的一激发模型，根据激发模型获得激发极化效应的幅频特性曲线和相频特性曲线；根据幅频特性曲线和相频特性曲线提取极化参数，利用极化参数进行辅助探测，得到富水区数据；根据富水区数据得到双频幅频率曲线图，利用双频幅频率曲线图对富水区进行解释。本发明达到了对深部地层界面及富水区进行精细刻画的目的。水区进行精细刻画的目的。水区进行精细刻画的目的。


技术研发人员：罗国平 刘镜竹 齐朝华 赵云 孟凡彬 刘鹏 齐黎黎
受保护的技术使用者：中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/7