本發(fā)明涉及深部勘探的系統(tǒng)和方法，特別涉及一種利用天波進行深部勘探的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：
我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展正面臨資源緊缺的嚴重壓力，隨著礦產(chǎn)開發(fā)力度的加大，淺部礦產(chǎn)資源，如露頭礦、淺部礦等，已大幅減少。很多礦山可開采的潛力嚴重不足，已勘探的石化能源和固體礦產(chǎn)資源對工業(yè)化的保障程度日趨下滑，鐵、銅、鋁、鉀鹽，石油、天然氣等重要礦產(chǎn)高度依賴進口，已勘探的能源和固體礦產(chǎn)資源對工業(yè)化的保障程度日趨下滑，成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。立足本國、加強深部礦產(chǎn)資源勘查，構(gòu)建國家資源安全體系成為我國地球科學領(lǐng)域優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一，建立和完善隱伏礦和深層油氣藏的探測方法和理論是該領(lǐng)域的重要研究方向和組成部分。開展第二深度空間(500m～2000m)礦產(chǎn)資源精細探礦，已成為一項長期而緊迫任務(wù)。地球物理勘探成為隱伏礦產(chǎn)資源調(diào)查越來越重要的手段，開展大深度、高精度地球物理探測研究成為深部大型礦床(藏)含礦信息探測與提取的原理和方法課題中的主要科學問題。在深部地球物理勘探中，電磁方法在地殼結(jié)構(gòu)和礦田構(gòu)造分析、區(qū)域成礦流體示蹤和特色成礦與大陸地球動力學研究、非常規(guī)天然氣成藏動力學研究、隱伏礦和深層油氣藏探測、地下水源調(diào)查等領(lǐng)域中有重要作用。其中天然源的大地電磁測深法(Magnetotelluric，MT)主要用于成礦、成油、儲油構(gòu)造方面的探查。人工源的可控源音頻大地電磁法(ControlledSourceAudio-frequencyMagnetotelluric，CSAMT)和瞬變電磁法(TransientElectromagneticMethod，TEM)，大幅度提高了信號強度，獲得了對礦體本身進行探測所需的較高分辨率。其中，瞬變電磁法可通過選擇適當?shù)脑醇畈ㄐ?，將自有場和輻射場從時間上分開，進行短偏移或零偏移距觀測，避免了空間距離造成的信號強度衰減，獲得更大的探測深度；通過調(diào)節(jié)波形和觀測時機獲得特定的大地響應(yīng)和需要的分辨率；時域場的傳播與擴散性質(zhì)，為擬地震的空間多次疊加覆蓋提供了空間；還由于一次發(fā)射即可觀測一系列的頻率成分，瞬變電磁法的工作效率極高，為易受天氣、人文地理環(huán)境影響的野外勘探爭取了時機。瞬變電磁場的三維正反演、擬地震解釋、新的視電阻率算法，發(fā)射波形對觀測信號的影響偽隨機碼多道瞬變電磁法等技術(shù)也隨著瞬變電磁的廣泛應(yīng)用、為解決更復(fù)雜的地質(zhì)問題不斷地深入發(fā)展。在第二深度空間礦產(chǎn)資源勘探中，短偏移瞬變電磁法(Short-OffsetTransientElectromagneticMethod，SOTEM)技術(shù)，將回線源瞬變電磁法常規(guī)情況下的探測深度提高了3倍，并在實際探測中取得了較好的效果。從理論上講，地面上的電偶極源和磁偶極源產(chǎn)生的電磁波向四面八方傳播，按路徑可分為天波、地面波和地層波(如附圖1所示)，上述常規(guī)的人工源電磁法主要是在地面布設(shè)一個發(fā)射源，然后在一定范圍內(nèi)進行觀測，發(fā)射偶極1-3km，發(fā)射功率＜30kw，主要利用地層波和地面波進行地球物理勘探，收發(fā)距為10km左右，探測深度小于1km。由于常規(guī)地球物理勘探中使用的是長波和超長波段，因此對于天波一般不予考慮，只研究地面波和地層波。這種情況下的信號源強度有限，信號覆蓋范圍小，野外施工成本高，裝備較重，且探測深度小，在收發(fā)距較小時又容易產(chǎn)生近場效應(yīng)，給解釋帶來一定困難。所謂電磁探礦“天波”是指由百公里長的接地導(dǎo)線向地下注入數(shù)百安培編碼電流產(chǎn)生的電磁波?！疤觳ā本哂邢蛏蟼鞑サ诫婋x層，再由電離層反射到地下礦體，最后由地下礦體傳到地面的特性。目前天波主要用于海洋通訊領(lǐng)域，導(dǎo)航等，而用于資源勘探在國際上都沒有。由于“天波”電磁信號具有強度大、覆蓋廣、幅度、相位穩(wěn)定，信噪比高，具有抗干擾能力強、電磁信號穩(wěn)定、在空域和時域上一致性強、相關(guān)性好等優(yōu)點，本發(fā)明成功開發(fā)了遠場“天波”電磁探測新方法。通過利用長度大于100公里、功率達到兆瓦級的發(fā)射天線，使得收發(fā)距由常規(guī)10公里拓展到3000公里以上，在油氣和金屬礦勘探區(qū)進行10公里深度范圍內(nèi)的高精度電性結(jié)構(gòu)勘查，為地下深部電性結(jié)構(gòu)和空間電離層結(jié)構(gòu)探測以及海上大陸架結(jié)構(gòu)及資源探測提供技術(shù)支撐服務(wù)。采用本發(fā)明專利只需使用接收機，適合山區(qū)、復(fù)雜地形、大陸架等交通不便地區(qū)測量，具有經(jīng)濟性好、測量深度深、簡便、效率高、作業(yè)成本低等優(yōu)點。CN102047147A公開了一種系統(tǒng)和方法，包括使用多個接收器接收從目標散發(fā)的電磁能，以及至少部分地根據(jù)所述多個接收器中的一個或多個接收器的位置和所接收的電磁信息產(chǎn)生偽源。CN1820214A公開了一種用于海底電磁勘探的潛水電磁(EM)場發(fā)生器，包括：可操作成從AC輸入產(chǎn)生DC輸出的AC到DC轉(zhuǎn)換器；可操作成通過選擇性地切換該DC輸出產(chǎn)生波形驅(qū)動信號的切換模塊；以及可操作成響應(yīng)該波形驅(qū)動信號產(chǎn)生EM場的天線。CN103499842A公開了一種微米電磁勘探方法，包括如下步驟：(1)在一個觀測點上采用微米波發(fā)射天線發(fā)射微米波段的電磁波；(2)在同一個觀測點上采用微米波段的電磁波傳感器，從開始發(fā)射電磁波的時刻開始，以10-15秒的采樣間距采集反射回來的電磁波；(3)采集反射回來的電磁波，得到一條電磁波反射時間曲線；(4)在一條測線的多個觀測點上進行觀測采集，可以得到多條電磁波的反射時間曲線；(5)依據(jù)電磁波的傳播速度，將電磁時間剖面轉(zhuǎn)換成電磁深度剖面；(6)對電磁深度剖面進行地質(zhì)解釋，可獲得地下地質(zhì)信息。CN101147084A公開了一種用于確定大海(4)的海底(3)下面的厚度S的覆蓋地質(zhì)層(2)下面的海下含石油液體地層(1)的電特性的方法，所述方法包含如下步驟：在所述大海(4)中安排一個或多個發(fā)送器天線(9)，以及在所述大海(4)中安排一個或多個電磁接收器(8)，所述大海具有50M-350M的淺海深度(D)；利用所述發(fā)送器天線(9)來發(fā)送頻率為0.01HZ和0.10HZ之間的極低頻率的一個或多個脈沖(11)的電磁信號(10)；使用與所述發(fā)送器(9)具有偏移的所述接收器天線(8)來接收由所述發(fā)射電磁信號(10)引起的傳播電磁信號(12)；分析來自具有大約1KM和大約12KM之間的偏移的接收器(8)的所述接收信號(12)的一個或多個分量，所述信號(12)是否與將從含水地層(1)發(fā)生的相應(yīng)信號明顯不同，指示含石油液體地層(1)。CN105301663A公開了一種時頻電磁勘探數(shù)據(jù)空中采集裝置，包括：時頻電磁數(shù)據(jù)采集站，用于采集多個電磁場激發(fā)源激發(fā)而生成的地震數(shù)據(jù)；用于吊載所述時頻電磁數(shù)據(jù)采集站的飛行器；若干組相互正交的電場傳感器，其通過對應(yīng)的電場數(shù)據(jù)通道與所述時頻電磁數(shù)據(jù)采集站的控制器相連，用于采集勘探目標區(qū)域內(nèi)的二分量或三分量電場數(shù)據(jù)；三分量的磁場傳感器，其通過對應(yīng)的電磁數(shù)據(jù)通道與所述制器相連，用于采集所述勘探目標區(qū)域內(nèi)的三分量磁場數(shù)據(jù)。CN102736114A公開了一種電磁及其綜合勘探的設(shè)備，該設(shè)備是利用瞬變電磁或結(jié)合大地電磁與地震波進行勘探，前述設(shè)備包括：多個接收器，是散布于被勘探區(qū)域內(nèi)，其中每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應(yīng)器、地震檢波器或微機電系統(tǒng)加速度計以及至少一組配對電極中至少一者相連接，用以接收并紀錄來自攜帶式磁場感應(yīng)器的一維或三維磁場數(shù)據(jù)、以及/或來自地震檢波器的地震波數(shù)據(jù)、以及/或來自配對電極的電場數(shù)據(jù)；以及多個可移動式激發(fā)電磁波源以及/或地震源，是設(shè)置于鄰近前述接收器的位置，用以發(fā)射電磁波訊號以及/或地震波訊號。WO2012/125369A1公開了一種用于確定圍繞鉆井的清理物的體積的方法，并提供了一種測井工具。所述測井工具可以被布置在線纜、鉆柱或有線鉆桿上。使用所述測井工具來獲得地層特性。所述地層特性可以包括：電壓、體電阻率、水平電阻率、垂直電阻率、孔隙率、滲透性、流體飽和度、NMR馳豫時間、鉆井尺寸、鉆井形狀、鉆井流體組合物、MWD參數(shù)或LWD參數(shù)。使用模型響應(yīng)和噪聲水平來確定進入地下地層的最大勘探深度，使用所確定的最大勘探深度來確定清理物的體積?！昂Ｑ罂煽卦措姶趴碧街锌諝獠▔褐品椒ㄑ芯俊?，汪軒等，中國地球物理，2013年，公開了正海洋可控源電磁(MCSEM)勘探中空氣波對海底電磁響應(yīng)的影響，在淺水域勘探時，它與來自海底地層的有效信號相互作用，會淹沒來自地層的有效信號，阻礙了淺水域MCSEM勘探的應(yīng)用。該論文基于空氣或無限水層模型，利用水與空氣層交界面產(chǎn)生的空氣波在海底和海水-空氣界面之間形成衰減交混回響信本領(lǐng)域需要一種抗電磁干擾能力強、勘探精度高并且勘探成本低廉的深部勘探系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明人經(jīng)過深入研究，充分結(jié)合天波的特性和勘探的需要，提供了以下技術(shù)方案。在本發(fā)明的一方面，提供了一種利用天波進行深部勘探的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電場數(shù)據(jù)接收子模塊和磁場數(shù)據(jù)接收子模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)視電阻率計算子模塊和視相位計算子模塊。優(yōu)選地，其中所述數(shù)據(jù)采集模塊的電場數(shù)據(jù)接收子模塊包括在待測量位置垂直放置接收機，在接收機的兩端布設(shè)接地電極，接地電極通過導(dǎo)線與接收機相連，通過測量接地電極之間的電場，得到測量位置處的電場數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)采集模塊的磁場數(shù)據(jù)接收子模塊包括在待測量位置接收機，在接收機的旁邊布設(shè)不接地磁棒，不接地磁棒通過導(dǎo)線與接收機相連，通過測量磁棒中的磁場量，得到測量位置處的磁場數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述接收信號的頻率范圍為0.1～300Hz；各個頻率點信號的接收時間從幾分鐘到幾十分鐘。更優(yōu)選地，其中接收儀器的數(shù)目為30-100臺。特別優(yōu)選地，地面上放置的接地電極連接方向與磁棒的放置方向互相垂直。特別優(yōu)選地，在所述磁場數(shù)據(jù)接收子模塊的接收儀器中，使用接收有效面積更大的磁棒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接收面積較小的空心線圈。進一步優(yōu)選地，所述磁棒由下式所示的合金組成：FeaBbSicPxCuy，該合金為非晶體合金，其中a、b、c、x和y滿足以下條件：75≤a≤82at％，9.70≤b≤21at％，9.95≤b+c≤20.75at％，1.25≤x≤3at％，0.15≤y≤0.35at％和0.1≤y/x≤0.5。更進一步地，該合金通過粉末冶金法制得。本發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該合金制成的磁棒比市售鐵氧體磁棒的靈敏度提高30％以上。在一個優(yōu)選實施方式中，所述視電阻率計算子模塊能夠計算測點的視電阻率曲線和地下的視電阻率ρs；所述視相位計算子模塊可計算測點的視相位。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用前述權(quán)利要求中任一項的系統(tǒng)利用天波進行深部勘探的方法，該方法包括：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理；述數(shù)據(jù)采集模塊包括電場數(shù)據(jù)接收子模塊和磁場數(shù)據(jù)接收子模塊，所述數(shù)據(jù)處理包括視電阻率計算和視相位計算。優(yōu)選地，所述視電阻率計算包括：在計算測點的視電阻率曲線時，采用類似于CSAMT的處理方法，獲得地下的視電阻率ρs：式中f代表頻率，在由(1)式中，Ex、Hy表示在地面上能觀測到兩個正交的水平電磁場。優(yōu)選地，所述視相位計算包括：在計算測點的視相位曲線時，采用類似于CSAMT的處理方法，其中大地為電阻、電容、電感作用均具備的阻抗體，使得當?shù)仉娊Y(jié)構(gòu)變化時，不但視電阻率發(fā)生變化，而且視相位也隨之變化；和ρs一樣，也是一個宏觀的體積效應(yīng)的等值性，同樣也可以通過相位變化的規(guī)律來研究地下的情況；基于此，電、磁場實際上由虛部和實部兩部分組成，即E＝Re(E)+iIm(E)H＝Re(H)+iIm(H)式中，Re(E)和Re(H)分別為電場和磁場實部，Im(E)和Im(H)分別為電場和磁場的虛部；由此得出視相位的表達式為可以看出，視相位是視電阻率隨頻率的變化率。利用視相位可以克服CSAMT法中存在的靜位移缺陷。人工源電磁法可以提高探測精度，但存在信號覆蓋范圍小、探測深度淺、范圍小、有近場限制、設(shè)備笨重等問題，無法滿足較深層資源勘探和地震電磁監(jiān)測的需要。本發(fā)明提出一種利用天波進行深部勘探，可以使得收發(fā)距由常規(guī)10公里拓展到3000公里以上，在油氣和金屬礦勘探區(qū)進行10公里深度范圍內(nèi)的高精度電性結(jié)構(gòu)勘查，為地下深部電性結(jié)構(gòu)和空間電離層結(jié)構(gòu)探測以及海上大陸架結(jié)構(gòu)及資源探測提供技術(shù)支撐服務(wù)。附圖說明圖1是電磁波傳播示意圖；圖2(a)是根據(jù)本發(fā)明實施例1的泌陽油田綜合解釋剖面圖-電性結(jié)構(gòu)綜合解釋圖(WEM法)；圖2(b)是根據(jù)本發(fā)明實施例1的泌陽油田綜合解釋剖面圖-速度結(jié)構(gòu)圖(地震法)。具體實施方案下面結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1選擇距發(fā)射臺300km的河南泌陽油田。儀器采用德國GMS-06型MT儀器。試驗布置的測線選擇在河南泌陽油田凹陷中部(泌陽油田于2003年完成)，沿一條近南北向與04地震剖面基本一致的測量剖面進行了極低頻電磁勘探試驗。試驗測線長約33km，共設(shè)42個測點。試驗臺每次發(fā)射23個0.1～300Hz的頻率點，測量儀器根據(jù)發(fā)射臺發(fā)射頻率和發(fā)射時間同步接收天波電磁信號。接收頻率點分布為：256、170.67、128、85.33、64、42.67、32、21.33、16、0.67、8、5.33、4、2.67、2、1.33、1、0.67、0.5、0.33、0.25、0.17、0.1Hz。各個頻率點信號的發(fā)射持續(xù)時間從幾分鐘到幾十分鐘不等，電磁儀根據(jù)發(fā)射信號頻率分為4個頻段，不同采樣率進行連續(xù)記錄。對記錄資料進行處理后得到了全部42個測點的視電阻率、阻抗相位等參數(shù)，結(jié)合該地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)得到綜合地質(zhì)解釋結(jié)果(見圖2(a))。綜合解釋得到的穿過泌陽盆地剖面的輪廓及其地質(zhì)結(jié)構(gòu)(見圖2(a))與精細地震反射得到的地質(zhì)結(jié)構(gòu)(見圖2(b))基本一致，并給出了地震資料所沒有的地質(zhì)新信息。天波的探測深度突破了10km，而且還揭示了10km基底地震未顯示的斷裂信息，費用僅為地震的1/10?？梢钥闯鎏觳碧匠晒軌虼_定含油氣盆地構(gòu)造形態(tài)、沉積地層分層結(jié)構(gòu)、介質(zhì)的橫向不均勻性，能圈定復(fù)雜含油構(gòu)造區(qū)，確定基底內(nèi)部構(gòu)造等，為確定油氣的生、儲、蓋提供依據(jù)，對油氣勘探具有重要的意義。由該實施例清楚地可以看出，與傳統(tǒng)的電磁勘探方法對比，本發(fā)明專利具有很好的抗電磁干擾能力、很高的勘探精度和低廉的勘探成本，是電磁勘探技術(shù)發(fā)展的新階段。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在不會造成不一致的程度下，通過參考將本文中參考的所有引用之處并入本文中。