[發明專利]一種球狀地質體的基于RL電路的瞬變電磁接收線圈觀測電位改正方法

在審

• 申請號: 201710981543.X
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107884837A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李文堯;韓潤生;馬松;黎德超
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種球狀地質體的基于RL電路的瞬變電磁接收線圈觀測電位改正方法，屬于地質勘查技術領域。

背景技術

時間域瞬變電磁法又稱瞬變電磁法，縮寫為TEM，是一種建立在電磁感應原理基礎上的人工源電磁探測方法。瞬變電磁廣泛應用于資源勘查、工程物探、水文勘察等領域，是一種應用廣泛的物探方法。目前大多數TEM系統是使用匹配電阻兩端的電位V_R作為觀測電位來近似代替地質體在接收線圈上的感應電壓Vi，這種代替從數學上講是錯誤的，在探測埋深較淺的地質體時會產生極大的數據誤差，導致反演和推斷解釋結果的不可靠。接收線圈可以等效成線圈內阻、電感和匹配電阻組成的電路(見圖1)。在該電路中，地下地質體的感應電位Vi等于接收線圈內阻電位Vr、接收線圈電感電位V_L、接收線圈匹配電阻電位V_R(觀測電位)之和，即V_i＝V_r+V_L+V_R。由于觀測電位理論公式中含有未知參數，因此并不能通過觀測電位直接求得地下地質體的感應電位。蔣邦遠(1998)、牛之璉(2007)對局部地質體的觀測電位進行了理論研究。王華軍(2009)研究了層狀地質體用觀測電位代替地質體感應電位產生的誤差，并指出兩者存在著相當大的差異。然而蔣邦遠、牛之璉和王華軍均未提出針對該問題的改正方法，到目前為止還沒有一種通過接收線圈的觀測電位改正為地質體在接收線圈上感應電位的方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種球狀地質體的基于RL電路的瞬變電磁接收線圈觀測電位改正方法，以解決目前運用瞬變電磁法探測地下地質體時用接收線圈匹配電阻兩端的觀測電位代替地下球狀地質體在接收線圈上的感應電位導致探測效果不佳的問題。

地下地質體的感應電位Vi等于接收線圈內阻電位Vr、接收線圈電感電位V_L、接收線圈匹配電阻電位V_R(觀測電位)之和，即V_i＝V_r+V_L+V_R，Vr和V_L可通過V_R的理論表達式求出，但由于V_R的理論表達式含有未知參數，使得Vi無法計算得到。為了求得球狀地質體的感應電位Vi，本發明采用指數擬合方法獲得接收線圈觀測電位V_R的擬合公式，從而避開了V_R的理論表達式含有的未知參數，解決了用觀測電位代替地下球狀地質體在接收線圈上的感應電位導致的探測精度不佳的問題。

接收線圈的等效電路如圖1所示，等效電路由線圈內阻、電感、匹配電阻組成，其中r為線圈的內電阻，L為線圈的電感，R為匹配電阻；根據基爾霍夫電位定律有：

V_i＝V_r+V_L+V_R (1)

式中，V_L為線圈的電感電位，Vr為線圈內阻的電位，V_R為觀測電位，Vi為球狀地質體的感應電位；

電感的電位為：由于得到代入公式(1)得到：

公式(2)即為瞬變電磁法觀測電位的改正公式；若已知觀測電位V_R的表達式及其一階導數的表達式就可以得到地質體在接收線圈上的真正感應電位Vi的表達式，地質體感應電位與地質體形狀有關，因此不同形狀的地質體有不同的觀測電位的理論公式，針對球狀地質體推導其觀測電位的理論公式如下：

設定球狀地質體電導率為σ，球體半徑為a，中心埋深為h，球狀地質體位于圓形發射回線的正下方時，發射線圈半徑為R'，接收回線半徑為r，單位均為國際單位；中心線裝置情況下，其感應電位的表達式為：

式中：Vi為球狀地質體感應電位，I為發射電流，μ₀＝4π×10^-6H/m，τ為擴散系數，τ＝μ₀σa²/π²；

在晚期條件下(3)可以化簡為：

令：即V_i＝Ae^-tτ，代入(2)式：

令：得到：

求解以上公式得到方程的解：