彭仲秋，段新力，畢 武，黃顯義，袁小龍，李永華

（1.新疆地礦局 物化探大隊，新疆 昌吉 831100；

2.烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830091）

瞬變電磁“煙圈”反演實現(xiàn)

彭仲秋1，2，段新力1，2，畢 武1，2，黃顯義1，2，袁小龍1，2，李永華1，2

（1.新疆地礦局 物化探大隊，新疆 昌吉 831100；

2.烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830091）

目前應用較廣的反演基于煙圈理論，簡稱“煙圈反演”。煙圈理論最早由M.N.Nabighian提出的。這里基于一種簡單的、快速近似反演方法，實現(xiàn)瞬變電磁中心回線法反演程序的開發(fā)。由于這種簡化的“煙圈”理論反演方法具有計算簡單、不需要初始模型的特點，適合于在野外現(xiàn)場對觀測數據進行初步解釋。

瞬變電磁法；中心回線；重疊回線；煙圈反演理論；Qt；C＋＋；GeoIPAS

0 前言

瞬變電磁法（Time Domain Electromagnetic Method，簡稱TDEM或TEM）是利用接地導線或不接地回線通以脈沖電流作為場源，用線圈觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，從而來解決有關地質問題的時間域電磁法。

瞬變電磁法主要觀測的對象為感應電動勢、磁場和電場，目前觀測感應電動勢是主要的方式，而反演就是要將感應電動勢隨時間變化的關系轉換為電阻率隨深度變化的關系，從而提高瞬變電磁測深的解釋水平。

目前應用較廣的反演基于煙圈理論，簡稱“煙圈反演”。煙圈理論最早由 M.N.Nabighian［7］提出，他認為感應渦流場在地表引起的瞬變電磁響應為地下各個渦流層的總效應，這種效應可近似地用向下傳播的電流環(huán)來等效，這些電流環(huán)好像是發(fā)射回線吹出的“煙圈”，其形狀與發(fā)射回線相同，隨著延遲時間增大而向外向下擴大增深。根據M.N.Nabighian的推導，蔣邦遠［1］提出了一種簡單的、快速近似反演方法。

作者在本文基于蔣邦遠提出的快速反演方法，實現(xiàn)瞬變電磁中心回線法反演程序的開發(fā)。由于這種簡化的“煙圈”理論反演方法具有計算簡單，不需要初始模型的特點，適合于在野外現(xiàn)場對觀測數據進行初步解釋。

1 方法原理

某時刻圓環(huán)電流（“煙圈”）的垂向深度：

煙圈的垂向傳播速度：

其中 t為采樣延時；ρ為介質電阻率；μ0為空氣磁導率（真空中磁導率為4π×10－7H／m，由于空氣是順磁性物質，其相對磁導率相近為1，一般在計算中可將空氣的磁導率取成μ0相同的值）。

由式（2）得出電阻率表達式為式（3）。

在實際的瞬變電磁資料處理中，我們可以通過下列差分公式計算出某時刻圓環(huán)電流的傳播速度：

將式（4）代入式（3），即可求出反演電阻率：

其中 ti、tj為相鄰兩延時道的取樣時間，ti＜tj，tij為ti、tj的算術平均值或幾何平均值；ρi、ρj為全區(qū)視電阻率，對于中心回線或重疊回線也可以用近區(qū)（晚期）定義的視電阻率。

ρr對應的是深度為：

式中 0.441為經驗系數。

2 軟件開發(fā)

本軟件為“跨平臺地學信息處理研究應用系統(tǒng)（GeoIPAS）”電法子系統(tǒng)中瞬變電磁資料處理模塊的一部份。

2.1 軟件處理流程設計

軟件處理流程如圖1所示，系統(tǒng)支持V8、GDP32電法儀的數據格式。在進行反演之前，首先需要將V8電法儀USF、DAT、AVG格式數據和GDP32電法儀AVG數據格式轉換成系統(tǒng)統(tǒng)一的CSV數據格式（為逗號分隔型取值格式，英文全稱為Comma Separated Values，簡稱CSV，是一種純文本格式，用來存儲數據。在CSV中，數據的字段由逗號分開）。

圖1 軟件處理流程Fig.1 Processing flow of the software

如果是V8的USF格式還需要計算晚期視電阻率，計算公式為如下漸進式：

（1）重疊回線與同一回線。

ρτ＝6.32×10－3b8／3（ε／Ι）－2／3t－5／3（7）

（2）中心回線。

ρτ＝6.32×10－3AR2／3b4／3（ε／Ι）－2／3t－5／3（8）式中 AR為接收回線面積；b為發(fā)射回線邊長。

經過上述處理后，即可進行煙圈反演。反演后的結果即為深度～電阻率數據，可以生成深度～電阻率斷面圖。

2.2 開發(fā)語言及工具

本程序使用C＋＋語言以及Qt GUI進行開發(fā)。

C＋＋是一種使用非常廣泛的電腦程序設計語言。它是一種靜態(tài)數據類型檢查的，支持多范型的通用程序設計語言。C＋＋支持過程化程序設計、數據抽象化、面向對象程序設計、泛型程序設計、基于原則設計等多種程序設計風格。

Qt是一個跨平臺的C＋＋應用程序開發(fā)框架，廣泛用于開發(fā)GUI程序，這種情況下又被稱為部件工具箱，它使用標準的C＋＋，通過語言綁定，其它的編程語言也可以使用Qt。Qt是自由且開放源代碼的軟件，在GNU較寬松公共許可證條款下發(fā)布。所有版本都支持廣泛的編譯器，包括GCC的C＋＋編譯器和Visual Studio。

2.3 功能開發(fā)

（1）數據格式轉換如圖2所示。

（2）近區(qū)視電阻率計算見下頁圖3。

（3）煙圈反演如圖4所示（見下頁）。

（4）深度～電阻率斷面圖見圖5（見下頁）。

圖2 V8TEM＊.usf文件格式數據導入界面Fig.2 User interface for TEM＊ .usf data migration

圖5 斷面圖生成界面Fig.5 User interface for section－map

3 結論與展望

該煙圈反演程序數據準備簡單，不需要設置初始模型，適合于在野外現(xiàn)場對觀測數據進行初步解釋，能夠快速生成深度～電阻率斷面圖。

［1］ 蔣邦遠.中華人民共和國地質礦產部 地質專報七第14號：實用近區(qū)磁源瞬變電磁法勘探［M］.北京：地質出版社，1998.

［2］ 樸化榮.電磁測深法原理［M］.北京：地質出版社，1990.

［3］ 李金銘.地電場與電法勘探［M］.北京：地質出版社，2005.

［4］ 楊云見.中心回線瞬變電磁資料處理方法研究［D］.成都：成都理工大學，2006.

［5］ GeoIPAS軟件.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.瞬變電磁煙圈反演方法研究［J］.內蒙古石油化工，2009（18）：9.

［11］陳澤順.“煙圈模型”的研究［J］.零陵師范高等專科學校學報，2000，21（3）：8.

［12］杜慶豐.瞬變電磁數據預處理方法探討［J］.物探與化探，2006，30（1）：67.

［13］張保祥，劉春華.瞬變電磁法衰減電壓曲線編輯程序簡介［J］.物探化探計算技術，2001，23（2）：77.

［14］嵇艷鞠.ATEM一Ⅱ瞬變電磁儀數據處理軟件的研制與應用［J］.吉林大學學報：地球科學版，2003（4）：242.

［15］王華軍.瞬變電磁數據采集、解釋軟件系統(tǒng)研制［J］.工程地球物理學報，2005，2（6）：425.

P 631.3＋25

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，學士，主要從事地學數據處理軟件的開發(fā)工作。