CSAMT 場源效應(yīng)試驗研究

王 剛，王書民，雷 達，趙富剛

(1.昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院，云南昆明 650093;2.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000)

CSAMT 場源效應(yīng)試驗研究

王 剛1，2，王書民2，雷 達2，趙富剛2

(1.昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院，云南昆明 650093;2.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000)

在可控源音頻大地電磁法(CSAMT)野外勘查中，往往會存在場源效應(yīng)的影響，而且場源效應(yīng)也是長期以來困擾CSAMT野外施工和數(shù)據(jù)處理解釋的難題。因此，識別場源效應(yīng)，分析場源效應(yīng)的影響特征，對CSAMT的實際應(yīng)用效果非常重要。這里采用野外試驗的方法，對場源效應(yīng)進行了試驗對比，初步總結(jié)了CSAMT場源效應(yīng)對其視電阻率和阻抗相位的影響特征。

CSAMT;場源效應(yīng);視電阻率;阻抗相位

0 前言

CSAMT通過分析地面或井中觀測到的人工可控源的電磁波信號，在地球介質(zhì)中激發(fā)的電磁波場數(shù)據(jù)，以達到勘查地球內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)的目的。由于采用的是人工場源，其觀測的信號較強，信噪比較高。而正是由于采用的是人工場源，因此對于CSAMT二維測量，當場源位置不同，或者場源下面、場源和接收點之間存在局部電性不均勻地質(zhì)體時，都會引起視電阻率和阻抗相位曲線的畸變，這些畸變通常稱為場源效應(yīng)［1～4］。場源效應(yīng)所引起的視電阻率和阻抗相位的畸變，不僅使CSAMT數(shù)據(jù)的處理、資料的解釋更加復(fù)雜，而且常常會出現(xiàn)對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的錯誤推斷，直接影響了CSAMT的實際應(yīng)用效果。因此，研究CSAMT二維測量場源效應(yīng)的影響特征是非常有意義的［5～7］。為了弄清場源效應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)的影響規(guī)律，作者設(shè)計了幾組試驗方案，對場源效應(yīng)進行了實驗研究，并結(jié)合地質(zhì)資料，取得了場源效應(yīng)影響特征的一些新認識。

1 技術(shù)方法

野外試驗均采用加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的電法工作站(V8)，標量CSAMT測量，赤道偶極裝置。

1.1 收發(fā)距r大小對觀測數(shù)據(jù)的影響試驗

為了弄清收發(fā)距r對觀測數(shù)據(jù)的影響特征，我們選擇了河北保定試驗區(qū)。該實驗區(qū)地處華北平原，第四系覆蓋非常厚，可以近似看成均勻半無限空間，這更能體現(xiàn)收發(fā)距r這個單一因素對觀測數(shù)據(jù)的影響程度。本次試驗在同一點接收，只改變收發(fā)距r的大小，分別為2km、3km、5km、7km。實驗的供電極距 AB為1km，工作頻率從0.1875Hz到7680Hz，共有32個頻率點，工作布置簡圖如圖1所示。

圖1 收發(fā)距r大小試驗工作布置簡圖Fig． 1 Set-up diagram of experiment with different distancebetween receiver and transmitter

1.2 不同場源對觀測數(shù)據(jù)的影響試驗

在野外工作中，經(jīng)常遇到測線很長，需要在中途換源。為了弄清前、后兩個源對觀測數(shù)據(jù)的影響程度，我們設(shè)計了兩組試驗。試驗區(qū)分別選在保定地區(qū)和內(nèi)蒙興和地區(qū)。保定地區(qū)可近似看成均勻半無限空間。而興和地區(qū)在各時代的地層發(fā)育都比較齊全，從太古界到新生界均有出露，其沉積類型繁雜，巖相、巖性變化復(fù)雜，受巖漿活動和構(gòu)造運動影響，變質(zhì)作用廣泛。主要地層以下太古界集寧群深變質(zhì)相硅線榴石片麻巖、麻粒巖夾大理巖，及新生界第三系中新統(tǒng)玄武巖夾泥巖為主。這兩個區(qū)工作布置都一樣，在同一接收點觀測。在接收點左右各布設(shè)一個源，供電極距為1km，收發(fā)距為5km，工作頻率從0.1875Hz到 7680Hz，共32個頻率點。工作布置簡圖如圖2所示。

圖2 換源試驗工作布置簡圖Fig． 2 Set-up diagram of experiment with different sources

1.3 場源處基巖深度不同的對比試驗

場源處地下基巖深、淺不同，對測量數(shù)據(jù)也是有影響的。在內(nèi)蒙古突泉縣試驗區(qū)，作者進行了相關(guān)的試驗。該試驗區(qū)位于牤牛海坳陷與瓦力營子隆起過渡帶，是一個斜坡地帶。區(qū)內(nèi)為高阻火山巖基底，基底埋深大致是南淺北深。在同一接收點觀測，接收點南北兩側(cè)各布置一個場源，南邊場源位置處的基底淺，北邊場源位置處的基底深。供電極距為1km，收發(fā)距為6km，工作頻率從0.1875Hz到7680Hz，共32個頻率點。工作布置簡圖如圖3所示。

圖3 場源處基巖深淺不同試驗工作簡圖Fig． 3 Set-up diagram of experiment with different depth ofbedrock beneath the source

2 試驗結(jié)果

圖4是以收發(fā)距r為參量，視電阻率和阻抗相位變化曲線對比圖。其中，圖4(a)為視電阻率曲線對比圖，從總體上看:

(1)在近區(qū)(低頻段)，可以看出視電阻率明顯與收發(fā)距r有關(guān)。隨著r的減小，視電阻率逐漸增大，曲線所測得的視電阻率并非地下介質(zhì)電阻率的真實反映。

圖4 不同收發(fā)距r的視電阻率和阻抗相位曲線對比圖Fig． 4 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different distance between receiver and transmitter

(2)過渡帶低谷所對應(yīng)的頻率，隨收發(fā)距r的增大而減小，這樣可用的頻點越多，說明在其它條件不變的情況下，收發(fā)距r越大，探測深度越深。

(3)在遠區(qū)(高頻段)，各曲線重合，說明視電阻率與收發(fā)距無關(guān)，只與地下介質(zhì)的電阻率有關(guān)，所測得的視電阻率是地下介質(zhì)電阻率的真實反映。

圖4(b)顯示，阻抗相位在近區(qū)趨近于零，在遠區(qū)趨近于45°。阻抗相位曲線形態(tài)表現(xiàn)出與視電阻率曲線呈“鏡像”的變化規(guī)律，且隨著收發(fā)距r的增大，過渡帶低谷逐漸向較低的頻率移動。

圖5(a)是保定地區(qū)換源前、后的視電阻率曲線對比圖。由圖5(a)可見，換源前、后所觀測到的兩條曲線幾乎重合，這是由于場源和接收點之間地質(zhì)情況較單一，不存在斷層或較大巖性變化，近似均勻半空間。由卡尼亞電阻率計算公式可知，在垂直電偶極源中垂線兩側(cè)小于30°的范圍內(nèi)，裝置系數(shù)不變，得到的卡尼亞電阻率值幾乎不變，所以換源對觀測數(shù)據(jù)影響不大。圖5(b)是興和地區(qū)換源前、后的視電阻率曲線對比圖，由圖5(b)可見，兩條曲線明顯的分離了，這是由于在場源與接收點之間地質(zhì)體不同所引起的。

圖5 換源前后視電阻率曲線對比圖Fig． 5 The apparent resistivity curve of the different sources

圖6 場源處基巖深淺不同視電阻率和阻抗相位曲線對比圖Fig． 6 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different depth of rock bed beneath the source

圖6 為場源源處地下基巖深、淺不同，在同一位置(125號CSAMT測深點)接收的視電阻率和阻抗相位曲線對比圖。由圖6可看出，兩個源的視電阻率曲線在遠區(qū)是重合的，大致在100Hz以下進入過渡區(qū)，視電阻率曲線便分離了:在發(fā)射源處基巖淺的視電阻率曲線，其過渡帶低谷出現(xiàn)在頻率比較高處，且曲線更陡峭一些，會給人以測點處地下電阻率增大的假象;在發(fā)射源處基巖深的視電阻率曲線，其過渡帶低谷出現(xiàn)在較低頻率，給人以測點電阻率值減小的假象;在近區(qū)曲線形態(tài)完全不一樣。這些是由于在地面，只有電場分量的地層波對場源效應(yīng)有貢獻［8］。高阻基巖深時，場源下電阻率低，透射到地下電磁波(地層波)衰減快，所以似乎地下電阻率降低了;當場源位于基巖淺處，則相反。阻抗相位曲線在遠區(qū)也是重合的，到過渡帶、近區(qū)，就逐漸分離了。

綜上所述可以說明，基巖的深、淺，對測深曲線是有一定影響的。所以，場源應(yīng)該布置在與測深點處地質(zhì)情況相近的地方，這樣才不會引起與場源有關(guān)的畸變。

3 結(jié)論

上述試驗表明，在均勻半空間、信噪比足夠高的條件下，收發(fā)距r越大越好，可利用的頻點越大，反演深度越大。測線太長，中途可以換源，在均勻半空間條件下，換源對觀測數(shù)據(jù)幾乎沒有影響。但在地下地質(zhì)情況比較復(fù)雜時，觀測的數(shù)據(jù)就不一樣。場源應(yīng)該布置在與測深點處地質(zhì)情況相近的地方，這樣才不會引起與場源有關(guān)的畸變。但隨著三維正反演的發(fā)展，這些場源效應(yīng)是可以利用，以獲得更多的地質(zhì)信息。

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1001—1749(2011)05—0527—04

2011－01－16 改回日期:2011－06－16

王剛(1981－)，男，碩士，主要從事綜合電磁法勘探方面的研究和生產(chǎn)工作。