瞬变电磁“烟圈”反演实现

彭仲秋，段新力，毕 武，黄显义，袁小龙，李永华

（1.新疆地矿局 物化探大队，新疆 昌吉 831100；

2.乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830091）

瞬变电磁“烟圈”反演实现

彭仲秋1，2，段新力1，2，毕 武1，2，黄显义1，2，袁小龙1，2，李永华1，2

（1.新疆地矿局 物化探大队，新疆 昌吉 831100；

2.乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830091）

目前应用较广的反演基于烟圈理论，简称“烟圈反演”。烟圈理论最早由M.N.Nabighian提出的。这里基于一种简单的、快速近似反演方法，实现瞬变电磁中心回线法反演程序的开发。由于这种简化的“烟圈”理论反演方法具有计算简单、不需要初始模型的特点，适合于在野外现场对观测数据进行初步解释。

瞬变电磁法；中心回线；重叠回线；烟圈反演理论；Qt；C＋＋；GeoIPAS

0 前言

瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method，简称TDEM或TEM）是利用接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源，用线圈观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。

瞬变电磁法主要观测的对象为感应电动势、磁场和电场，目前观测感应电动势是主要的方式，而反演就是要将感应电动势随时间变化的关系转换为电阻率随深度变化的关系，从而提高瞬变电磁测深的解释水平。

目前应用较广的反演基于烟圈理论，简称“烟圈反演”。烟圈理论最早由 M.N.Nabighian［7］提出，他认为感应涡流场在地表引起的瞬变电磁响应为地下各个涡流层的总效应，这种效应可近似地用向下传播的电流环来等效，这些电流环好像是发射回线吹出的“烟圈”，其形状与发射回线相同，随着延迟时间增大而向外向下扩大增深。根据M.N.Nabighian的推导，蒋邦远［1］提出了一种简单的、快速近似反演方法。

作者在本文基于蒋邦远提出的快速反演方法，实现瞬变电磁中心回线法反演程序的开发。由于这种简化的“烟圈”理论反演方法具有计算简单，不需要初始模型的特点，适合于在野外现场对观测数据进行初步解释。

1 方法原理

某时刻圆环电流（“烟圈”）的垂向深度：

烟圈的垂向传播速度：

其中 t为采样延时；ρ为介质电阻率；μ0为空气磁导率（真空中磁导率为4π×10－7H／m，由于空气是顺磁性物质，其相对磁导率相近为1，一般在计算中可将空气的磁导率取成μ0相同的值）。

由式（2）得出电阻率表达式为式（3）。

在实际的瞬变电磁资料处理中，我们可以通过下列差分公式计算出某时刻圆环电流的传播速度：

将式（4）代入式（3），即可求出反演电阻率：

其中 ti、tj为相邻两延时道的取样时间，ti＜tj，tij为ti、tj的算术平均值或几何平均值；ρi、ρj为全区视电阻率，对于中心回线或重叠回线也可以用近区（晚期）定义的视电阻率。

ρr对应的是深度为：

式中 0.441为经验系数。

2 软件开发

本软件为“跨平台地学信息处理研究应用系统（GeoIPAS）”电法子系统中瞬变电磁资料处理模块的一部份。

2.1 软件处理流程设计

软件处理流程如图1所示，系统支持V8、GDP32电法仪的数据格式。在进行反演之前，首先需要将V8电法仪USF、DAT、AVG格式数据和GDP32电法仪AVG数据格式转换成系统统一的CSV数据格式（为逗号分隔型取值格式，英文全称为Comma Separated Values，简称CSV，是一种纯文本格式，用来存储数据。在CSV中，数据的字段由逗号分开）。

图1 软件处理流程Fig.1 Processing flow of the software

如果是V8的USF格式还需要计算晚期视电阻率，计算公式为如下渐进式：

（1）重叠回线与同一回线。

ρτ＝6.32×10－3b8／3（ε／Ι）－2／3t－5／3（7）

（2）中心回线。

ρτ＝6.32×10－3AR2／3b4／3（ε／Ι）－2／3t－5／3（8）式中 AR为接收回线面积；b为发射回线边长。

经过上述处理后，即可进行烟圈反演。反演后的结果即为深度～电阻率数据，可以生成深度～电阻率断面图。

2.2 开发语言及工具

本程序使用C＋＋语言以及Qt GUI进行开发。

C＋＋是一种使用非常广泛的电脑程序设计语言。它是一种静态数据类型检查的，支持多范型的通用程序设计语言。C＋＋支持过程化程序设计、数据抽象化、面向对象程序设计、泛型程序设计、基于原则设计等多种程序设计风格。

Qt是一个跨平台的C＋＋应用程序开发框架，广泛用于开发GUI程序，这种情况下又被称为部件工具箱，它使用标准的C＋＋，通过语言绑定，其它的编程语言也可以使用Qt。Qt是自由且开放源代码的软件，在GNU较宽松公共许可证条款下发布。所有版本都支持广泛的编译器，包括GCC的C＋＋编译器和Visual Studio。

2.3 功能开发

（1）数据格式转换如图2所示。

（2）近区视电阻率计算见下页图3。

（3）烟圈反演如图4所示（见下页）。

（4）深度～电阻率断面图见图5（见下页）。

图2 V8TEM＊.usf文件格式数据导入界面Fig.2 User interface for TEM＊ .usf data migration

图5 断面图生成界面Fig.5 User interface for section－map

3 结论与展望

该烟圈反演程序数据准备简单，不需要设置初始模型，适合于在野外现场对观测数据进行初步解释，能够快速生成深度～电阻率断面图。

［1］ 蒋邦远.中华人民共和国地质矿产部 地质专报七第14号：实用近区磁源瞬变电磁法勘探［M］.北京：地质出版社，1998.

［2］ 朴化荣.电磁测深法原理［M］.北京：地质出版社，1990.

［3］ 李金铭.地电场与电法勘探［M］.北京：地质出版社，2005.

［4］ 杨云见.中心回线瞬变电磁资料处理方法研究［D］.成都：成都理工大学，2006.

［5］ GeoIPAS软件.http：／／www.geoipas.com［EB／OL］.

［6］ GDP－32II INSTRUCTION MANUAL［EB／OL］.

［7］ NABIGHAN.M.N Quasi－static transient response of a conducting half－space－An approximate representation［J］.Geophysics，1970，44：1700.

［8］ C＋ ＋：Documentation.http：／／www.cplusplus.com／doc／tutorial／［EB／OL］.

［9］ QtOnline Reference Documentation.http：／／doc.qt.nokia.com［EB／OL］.

［10］郭嵩巍.瞬变电磁烟圈反演方法研究［J］.内蒙古石油化工，2009（18）：9.

［11］陈泽顺.“烟圈模型”的研究［J］.零陵师范高等专科学校学报，2000，21（3）：8.

［12］杜庆丰.瞬变电磁数据预处理方法探讨［J］.物探与化探，2006，30（1）：67.

［13］张保祥，刘春华.瞬变电磁法衰减电压曲线编辑程序简介［J］.物探化探计算技术，2001，23（2）：77.

［14］嵇艳鞠.ATEM一Ⅱ瞬变电磁仪数据处理软件的研制与应用［J］.吉林大学学报：地球科学版，2003（4）：242.

［15］王华军.瞬变电磁数据采集、解释软件系统研制［J］.工程地球物理学报，2005，2（6）：425.

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A

10.3969／j.issn.1001－1749.2012.05.13

1001—1749（2012）05—0573—03

2011－11－24 改回日期：2012－06－16

彭仲秋（1982－ ），男，学士，主要从事地学数据处理软件的开发工作。