[发明专利]一种基于自然电位反演的渗透率估计方法

说明书

本发明属于地热、地球物理电法勘探和工程与环境地球物理研究技术领域，是涉及一种基于自然电位信号反演的渗透率估计方法。包括：S1通过建立水力与电性耦合模型模拟地下自然电位信号的正反演响应获取地下电流密度分布，利用采集的电导率约束还原地下电势场，并根据电势场求取渗透率分布；通过利用现场获得的高密度电阻率数据进行倒转与处理获得电导率分布，结合自电位信号进行正反演计算恢复地下自然电势场，估计地下渗透率分布信息。相比于传统的侵入式方法，利用无损探测技术观测有效地热靶区的地下水多维(时间‑空间)多响应参数信息。将多个电性参数耦合计算恢复渗透率的分布，跳过传统问题中的采样难，测量难等步骤。

技术领域

本发明属于地热、地球物理电法勘探和工程与环境地球物理研究技术领域，是涉及一种基于自然电位信号反演的渗透率估计方法。

背景技术

近些年，对地下热能源的探测与利用开发是持续发展的新型技术领域。通过常规的地球物理勘探对地下热流体的流动方向和迁移路径的信息获取是人们所关注的重点。

传统的地球物理方法对地下水流动信息不够敏感，无法检测到渗流的微小变化，相比于电阻率法是对水流变化进行观测的方法之一，可以相对准确的获得地电结构。其中，电法勘探中的自然电位法对水流的变化与路径信息的刻画是非常敏感的一种有效方法，对应于地下自然电流源的产生而对电场的被动测量探测技术，应用此方法可以很好的恢复有关地下水流量的非侵入式信息。

自然电位方法作为一种广泛应用的电磁场地球物理勘探方法，通过地下水的流动运移导致的电荷堆积，形成电离子固液双界面，进而产生微弱的电流密度源发散于地下空间被地表的采集仪器观测到。但在这类方法的研究早期，人们无法获得其观测信号与地下流体位置的相互响应关系，且方法论述只停留在定性解释方面。随着科学技术与理论计算的发展，在上个世纪自然电位法已经拥有了完整的理论体系与量化计算能力。它在工程环境中用于检测和监测大坝和堤防中的异常渗漏，地热区域的热变化与断裂引起水流流变等具有非常高的敏感性。通过观察地表的自然电位数据可以有效的计算出地下空间的电位分布与电流密度分布从而定量出异常分布特征。相比于其他传统的地下水水文观测方法，它的成本较低，具有非侵入式测量等优点，在地球物理和非侵入式流量传感器中拥有很好的前景。目前，自然电位法有待于深入探讨其对地下流体的多种响应机制，其中地层渗透率对流体的运移能力起到关键作用，这也是本专利的出发点，通过电性地球物理方法的无损探测技术还原与水文参数有关的丰富地下信息。

在热能源丰富的地下空间中，由于较高的温度引起的水流上涌或迁移运动是一种常见的异常变化情况。同时，在地热开发区域进行注水压裂，使得地下水流的流动会引起孔隙固液双界面形成吸附双电层，从而发生电离，形成电荷迁移而产生地下自然电位差，这种流体流动产生流动电势可以在地表被观察到。另外，这种热异常的温度差异也会产生热异常电动势。所以在地热区观测的自然电位信号通常是多种地下响应引起的。

可以结合多种响应的自然电位信号和靶区电导率分布信息进行反演来恢复地下电势分布，再通过已知的地热区域压裂信息与其他地层参考项加入到模型的运算中，可获得达西速度，渗透率等所关注的参数分布，对解释地热异常引起的流体流动和路径信息提供更为可靠的技术支持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于自然电位反演的渗透率估计方法，相比于传统的侵入式方法，利用无损探测技术观测有效地热靶区的地下水多维(时间-空间)多响应参数信息。将多个电性参数耦合计算恢复渗透率的分布，跳过传统问题中的采样难，测量难等步骤，真正意义上实现“透过现象看本质”。

本发明是这样实现的，一种基于自然电位反演的渗透率估计方法，该方法包括：

S1通过建立水力与电性耦合模型模拟地下自然电位信号的正反演响应：