一种广域电磁法局部异常分离方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，尤其是一种广域电磁法局部异常分离方法。

背景技术

广域电磁法抗干扰能力强、工作效率高、测量精度高、勘探深度大的优势， 拓展了人工源观测区域，非常适合于复杂构造和断裂发育条件下的多层系、大 面积、大深度页岩气精细勘查。然而,对于复杂构造和断裂发育带,电阻率异常 往往呈无规律性变化,给传统的电法依靠电阻率解释带来了困扰,严重制约了 电磁法精细解释。实际观测的电阻参数往往是由于地形起伏、地下介质的不均 匀性，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵横交错，或者有矿体填充其中的综合反 映。野外观测实际参数往往是局部异常、区域背景及相关噪声的叠加,如何有效 地分离出局部异常场、区域背景场及噪声,提高成果解释精度和准确度,具有重 要的研究价值。关于电磁法的很多文献都已提出多种方法用于直接压制电磁信 号中的噪声或采用反演技术压制噪声来提高精度(Goubau et al.,1978；Gamble et al.,1979；Egbert,1997；Garcia and Jones,2008；Neukirch and Garcia,2014；Weckmann etal.,2005；高静怀,2003,2004；Alumbaugh,1996；景建恩,2012；宋守根,1995；翁爱 华,2012；武欣,2015)，此类技术均属于采用间接方法提高电磁法成像精度，成果 解释的准确度和可靠性均存在提升空间。

发明内容

针对现有技术方案存在的上述不足，本发明提供一种广域电磁法局部异常 分离方法，对广域电磁法反演成像数据加以分析,从广域电磁视电阻率值中直接 分离广域电磁局域异常。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种广域电磁法局部异常分离方法，包括：

S1，获取反演后的广域视电阻率，将其视为区域异常电阻率和局部异常电 阻率的叠加；

S2，采用动态改进型插值切割算子对所述广域视电阻率进行多次迭代切割， 分离出所述区域异常电阻率；

S3，计算所述广域视电阻率与所述区域异常电阻率的差值，作为局部异常 电阻率输出。

进一步的，所述动态改进型插值算子为：

其中，R(i,j)为迭代后的点(i,j)处的区域异常电阻率值，Z(i,j)为点(i,j)处的原 始广域视电阻率值，以当前迭代计算的R(i,j)代入下次迭代计算的Z(i,j)；

Nx和Nz分别为计算窗口沿着x轴和

一般来说，计算窗口越大，滑动平均值反映的区域异常越范围越大，迭代 次数越多,得到的区域异常电阻率越平滑,局部异常电阻率越明显，若反复迭代 可以有效压制固定干扰和随机噪声引起的假异常,突出局部异常。通过步骤S3 计算得到局部异常视电阻率，对反映的异常信息进行提取和分析，进而提取通 常难以发现的低缓异常带,尤其可以有效识别局部断裂、构造、薄层引起的微弱 异常。

进一步的，计算b(i,j)时：当ΔB

计算c(i,j)时，当ΔB

进一步的，对边界区进行扩边处理，以使得边界以内切割半径范围的各点 (M,N)在(i＝-Nx,-Nx+1,…,M+Nx；j＝-Nz,-Nz+1,…,N+Nz)处都均能进行插值切割。可采用 的区域扩边方法包括区域场扩边(regional field method/RFM)、余弦扩边(cosine method/CM)、多项式拟合(polynomial fitting)、最小曲率扩边(minimum curvature method/MCM)。

进一步的，所述多次迭代切割的迭代退出条件为：lim

进一步的，所述方法用于消去地下区域场对局部电阻率异常的影响，突出 局部地层结构的构造和断裂发育情况。

进一步的，所述方法用于以步骤S3输出的局部异常电阻率剖面为依托,在 局部地层结构的构造和断裂基础上，进一步追踪和刻画薄层延伸。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上 运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述的方 法的计算机程序。

本发明的有益效果：

本发明提供的广域电磁法局部异常分离方法采用动态改进型插值切割算子 进行广域电磁反演电阻率异常分离，相比原始广域电磁视电阻率剖面能够减弱 地层之间模糊的分界线，使相邻电性层之间分界更明显,解释成果更接近地电模 型；对断层显示更清晰,落实断层性质和位置更可靠和准确；压制了测线端点两 侧的“边缘效应”,使解释成果更能真实反映实际地球物理模型；能够更清晰凸 显出深部地层起伏构造形态。

本发明提供的广域电磁法局部异常分离方法基于有效的反演成果资料,通 过有效地压制区域背景场，进一步提取和分析局部异常场信息。对于地质构造 复杂区,异常分离使最终的解释成果更加准确可靠，同时也支撑提升反演成像 的精度。

本发明提供的广域电磁法局部异常分离方法可作为常规广域电磁法资料解 释的一种补充手段，更能充分地挖掘其中隐含的地质信息，能有效地提升对构 造、断裂的解释准确度和可靠度，既兼顾常规广域电磁法大深度、高精度优势, 又可以在此基础上突出局部地质构造或薄层引起的电性异常，实现断裂构造和 薄层的精准定位，形成一套适合于复杂地质条件下广域电磁勘探识别页岩层系 的方法技术体系。该技术对川南地区乃至全国地质条件复杂构造区的页岩层系 识别具有重要的支撑作用，具备广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例1广域电磁法局部异常分离方法流程图；

图2为实施例1广域电磁法资料处理流程图；

图3为实施例1某线传统电阻率反演剖面；

图4为实施例1局部异常电阻率反演剖面；

图5为实施例1已知地震结果解释剖面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

实施例1提供广域电磁法局部异常分离方法，如图1所示，包括：

S1，获取反演后的广域视电阻率，将其视为区域异常电阻率和局部异常电 阻率的叠加；

S2，采用动态改进型插值切割算子对所述广域视电阻率进行多次迭代切割， 分离出所述区域异常电阻率；

S3，计算所述广域视电阻率与所述区域异常电阻率的差值，作为局部异常 电阻率输出。

所述动态改进型插值算子为：

其中，R(i,j)为迭代后的点(i,j)处的区域异常电阻率值，Z(i,j)为点(i,j)处的原 始广域视电阻率值，以当前迭代计算的R(i,j)代入下次迭代计算的Z(i,j)；

一般来说，计算窗口越大，滑动平均值反映的区域异常越范围越大，迭代 次数越多,得到的区域异常电阻率越平滑,局部异常电阻率越明显，若反复迭代 可以有效压制固定干扰和随机噪声引起的假异常,突出局部异常。通过步骤S3 计算得到局部异常视电阻率，对反映的异常信息进行提取和分析，进而提取通 常难以发现的低缓异常带,尤其可以有效识别局部断裂、构造、薄层引起的微弱 异常。

实际应用中，在采用动态改进型插值切割算子进行广域电磁反演电阻率异 常分离的过程中，需要充分结合已知地质资料和反演电阻率数据选择合适的计 算窗口参数和迭代次数，以达到相对准确地分离区域异常电阻率和局部异常电 阻率。

计算b(i,j)时：当ΔB

计算c(i,j)时，当ΔB

为了计算所有的点(i,j)的区域异常，对边界区进行扩边处理，以使得边界 以内切割半径范围的各点(M,N)在(i＝-Nx,-Nx+1,…,M+Nx；j＝-Nz,-Nz+1,…,N+Nz)处都均 能进行插值切割。可采用的区域扩边方法包括区域场扩边(regional field method/RFM)、余弦扩边(cosine method/CM)、多项式拟合(polynomial fitting)、 最小曲率扩边(minimumcurvature method/MCM)。

所述多次迭代切割的迭代退出条件为：lim

步骤S3计算局部异常电阻率ρ

所述方法用于消去地下区域场对局部电阻率异常的影响，突出局部地层结 构的构造和断裂发育情况。

所述方法用于以步骤S3输出的局部异常电阻率剖面为依托,在局部地层 结构的构造和断裂基础上，进一步追踪和刻画薄层延伸。

以下介绍采用本广域电磁法局部异常分离方法的具体研究应用案例。本研 究区电测井资料的地层电性特征如下表所示。

研究区不同地层电阻率统计表

从地层岩石物性特征上看,页岩相对石灰岩、灰岩、粉砂岩和白云岩而言, 具有典型的低电阻特征。其中,目的层龙一段-五峰组的上覆地层茅口组-栖霞组、 下覆地层宝塔组表现为明显的高电阻特征,视为高电阻标志层。从以上物性分 析可知,目的层与围岩具有明显的电性差异,为开展电磁法勘探工作提供了良 好的物性基础。

布置某测线，其长为35.4km，点距为50m。为了达到预期的探测深度以 及实际工作时间安排等需要,采用n＝7，即一次发射含7个频率的2

数据处理流程图如图2所示，其主要包括现场原始数据处理、室内数据预 处理、二维反演成像及局部异常电阻率分离等步骤。其中,传统视电阻率反演 结果采用中南大学广域电磁课题组戴世坤教授自主开发的“重磁电三维反演成 像解释一体化系统(GME3DI-V6.2)”中的广域电磁数据处理模块处理得到。

①现场原始数据处理:对原始数据进行格式转换，归一化处理(电流归一化、 装置系数归一化)，计算广域视电阻率,求取各点振幅异常等，并去除明显的干 扰频点和畸变点数据。

②室内数据预处理:结合已知地电结构定性分析广域视电阻率曲线、频率- 视电阻率断面,并针对单频点或单道电阻率数据进行平滑滤波,“飞点”或“飞段” 编辑,静态位移校正等处理。

③二维反演成像:对于处理后的数据进行一维连续介质反演成像,得到的深 度-视电阻率反演剖面作为初始模型,并结合已知地质资料或井-震等其它地球物 理资料修正初始模型,最后基于该模型进行二维广域电磁二维反演成像处理,得 到最终反演电阻率剖面。

④局部异常电阻率分离:根据本实施例提出的广域电磁异常分离方法对反 演电阻率进行异常分离处理，消去地下区域场对局部电阻率异常的影响，突出 局部地层结构的构造和断裂发育情况。

⑤综合解释:以局部异常分离剖面为依托，在局部地层结构的构造和断裂 基础上，进一步追踪和刻画薄层延伸。最后综合异常分离成果和常规电阻率剖 面，对综合地质做出精细解释。

为了进一步验证本实施例提出的广域电磁法异常分离方法的有效性和可靠 性，以某测线为例,对比分析传统视电阻率剖面和异常分离后的局部异常剖面 揭示的地质构造、断层及薄层的分布特征，并与已知地震解释剖面进行对比研 究。图3为该测线传统视电阻率反演剖面，图4为采用本异常分离后的局部异 常剖面，图5为已知地震成果解释剖面，对比分析结果如下：

从图3可以看出:电性层呈两端浅、中间深的向斜构造特征,5km以内电性 层上至下依次为低-高-低-次高-低-中阻-高阻变化规律。其中,志留系上覆地层 茅口组(P2m)～栖霞组(P2q)表现为高电阻特征,下覆地层奥陶系宝塔组(O2b)表 现为中阻特征,主要勘探地层志留系(S)～奥陶系五峰组(O3w)为低阻特征.总体 上常规视电阻率反映的构造形态与已知地震成果解释剖面地层基本相似。

由于区域场和局部异常场的重叠,仅依据常规视电阻率进行解释,难以对 局部信息进行提取和精细分析。尤其是断层性质和薄层的刻画不够精细,深部 隐藏的局部地质构造信息难以得到凸显。从图4可以看出:采用异常分离技术 剔除区域视电阻率场的影响后,局部电性异常特征更加明显,尤其在区域1和 区域3显示的电性层位呈明显的不连续现象,且有明显的电性层位错动。由于 体积效应影响,传统视电阻率反演剖面(图3)局部电性异常特征呈团状分布, 难以准确地刻画断层性质。根据图4局部异常特征累计推断逆断层9条,对龙 一-五峰组地层进行追踪和刻画，有效识别了1个低阻目标薄层。分析对比图4 成果图,得出以下认识：

(1)低阻薄层提取:龙一-五峰组地层作为本次勘探的目的层,具有埋藏深、 厚度薄的特点，同时由于断层影响,造成断层附近电阻率分布凌乱，毫无规律 性，给划分薄层带来较大的误导，难以达到精细解释。反观异常分离局部成果 图4，无论是构造复杂区还是简单区,都可依据局部异常特征对深部低阻薄层进 行追踪，对识别和提取低阻薄层信息更加准确，最终使解释成果更加准确和可 靠。

(2)图4反映的构造形态与三维地震(图5)揭示的构造形态基本一致。

(3)断层分布:三维地震(图5)揭示了区域1、区域2、区域3为明显的复杂 构造带,即断裂发育区。反观异常分离技术成果,600点附近地层区域3受罗7 与罗31断层影响，形成局部地垒特征，与三维地震成果基本吻合。60点附近 地层区域1受F1、灯2、灯1断层影响，地表形成明显推覆特征，同时深部形 成明显的地垒特征，反观图5地震成果同相轴资料较差，断层灯2和灯1显示 较弱。区域2显示在图3未显现,而在图4得到清晰显示,推测为目的层内隐伏 断层,与图5基本吻合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。