靜態(tài)校正技術(shù)在冊亨縣納相金礦音頻大地電磁法勘探中的應(yīng)用

彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 103地質(zhì)大隊，貴州銅仁 554300）

靜態(tài)校正技術(shù)在冊亨縣納相金礦音頻大地電磁法勘探中的應(yīng)用

彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 103地質(zhì)大隊，貴州銅仁 554300）

音頻大地電磁測深，簡稱AMT（Audio Magnetotelluric），作為大地電磁勘探方法的一種，適用于中淺層地球物理勘查，探測深度一般在2 000m之內(nèi)，是一種有效的地球物理勘探方法。但靜態(tài)效應(yīng)是電磁方法中較為棘手的一個問題，為數(shù)據(jù)資料的處理帶來了極大地不便。這里簡要闡述大地電磁方法基本原理和靜態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生的機理，并對不同的靜態(tài)校正技術(shù)進行論述。同時還介紹了該技術(shù)在黔西南卡林型金礦的具體應(yīng)用及應(yīng)用效果，結(jié)果表明，該技術(shù)較好地克服了靜態(tài)效應(yīng)所帶來的影響。

音頻大地電磁法（AMT）；靜態(tài)效應(yīng)；卡林型金礦

1 音頻大地電磁方法基本原理和靜態(tài)校正形成機制

1.1 音頻大地電磁法基本原理

AMT是音頻大地電磁測深（Audio Magnetotelluric）的簡稱，其基本原理與大地電磁測深（簡稱MT：Magnetotelluric）相同，區(qū)別在于兩者頻率范圍不同而致使探測深度不同。AMT的頻率范圍是10 000Hz～1Hz，其高頻部份10 000Hz～1 000Hz頻段的聲波人耳能聽到，故稱為“音頻”。AMT技術(shù)適用于中淺層深入調(diào)查，探測深度一般為2 000m之內(nèi)。

作為AMT場源的天然大地電磁場是一種交變電磁場。當交變電磁場以波的形式在地下介質(zhì)中傳播時，由于電磁感應(yīng)作用和不同介質(zhì)的電磁特性，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質(zhì)電阻率分布的信息。而且由于電磁場的集膚效應(yīng)，不同頻率的電磁場信號具有不同的穿透深度，因此研究大地對天然電磁場的頻率響應(yīng)，可獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布的信息。

使用大地電磁方法進行地球物理探測，最早由前蘇聯(lián)學(xué)者A.H.TNXOHB提出的。他在1950年指出：①大地電磁場本身結(jié)構(gòu)雖然十分復(fù)雜，但場源可近似看成為平面波垂直入射大地；②引入射波阻抗的概念（Z＝E/H），它可以用于表征地球電性分布對大地電磁場的響應(yīng)；③利用單點大地電磁場觀測研究地球電性分布是可能的。隨后，1953年法國學(xué)者L.Cagniard論證了場源為垂直入射的平面波在大地介質(zhì)是水平均勻?qū)訝罘植嫉臈l件下，相應(yīng)大地電磁場的解，并把阻抗響應(yīng)變換為習(xí)慣的視電阻率形式：

這兩位前輩的論文發(fā)表，奠定了早期大地電磁測深法的理論基礎(chǔ)。大地電磁測深方法的野外觀測記錄都是在時間域內(nèi)進行的，觀測資料的整理工作，首先必須從時間域的電磁場測量結(jié)果求出頻率域不同周期成份的振幅譜，之后再進行進一步的資料處理和反演。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，又借助于電子計算機技術(shù)，而今的大地電磁方法已經(jīng)非常成熟。

1.2 靜態(tài)效應(yīng)形成機理

1.2.1 靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生

大地電磁方法最初假設(shè)地質(zhì)模型是均質(zhì)的，然而實際上地下介質(zhì)往往存在局部電性不均勻體，正是這種局部電性不均勻體導(dǎo)致靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生。電流通過局部電性不均勻體時，會在其表面積累大量電荷進而產(chǎn)生一個附加電場，此附加電場的大小和外電場強度成正比。因此在此局部電性不均勻體周圍的外在電場，會比其它地方的電流密度稀疏或者致密，由此產(chǎn)生畸變現(xiàn)象。這種畸變現(xiàn)象表現(xiàn)為相鄰測點的視電阻率曲線和同一測點的ρTE、ρTM二條視電阻率曲線發(fā)生平行移動（對相位曲線的影響較?。Ｔ诘卣鹂碧椒瓷浞ㄖ?，淺層速度不均勻會影響地震波的傳播時間，造成曲線平移，這種現(xiàn)象被稱為“靜位移”，而電磁法中的這種畸變現(xiàn)象與之類似，所以電磁方法也將其命名為“靜位移”，這種現(xiàn)象也稱作靜態(tài)效應(yīng)。

1.2.2 靜態(tài)效應(yīng)的特征

作者通過理論分析，查閱資料以及對本次物探工作資料處理與分析?？梢钥偨Y(jié)出靜態(tài)效應(yīng)的一些特征。這些特征和靜態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生的機理是我們對靜態(tài)效應(yīng)進行處理，即靜態(tài)校正時的理論依據(jù)和出發(fā)點。靜態(tài)效應(yīng)的主要特征有：

（1）靜態(tài)效應(yīng)主要是由淺部的局部電性不均勻體產(chǎn)生的，隨著深度的增加，靜態(tài)效應(yīng)會逐漸減弱。

（2）靜態(tài)效應(yīng)對電場數(shù)據(jù)的影響較大，但對磁場信號不會產(chǎn)生影響。

（3）靜態(tài)效應(yīng)會影響視電阻率曲線的整體偏移，但是不會影響曲線形態(tài)，相位曲線不受影響。

（4）視電阻率擬斷面圖上的靜態(tài)效應(yīng)表現(xiàn)為視電阻率曲線的橫向范圍小，縱向密集而呈垂直狀。

（5）某些靜態(tài)效應(yīng)現(xiàn)象與電阻率異?，F(xiàn)象難以區(qū)分。

2 靜態(tài)校正處理技術(shù)介紹

基于靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生機理和特征，在靜態(tài)校正過程中可以采取不同的方法。總的來說分為三個大類：①由于靜態(tài)效應(yīng)對磁場分量基本沒有影響，且磁場分量數(shù)據(jù)較為可靠，所以可以將磁場分量參與來計算；②由于靜態(tài)效應(yīng)對阻抗相位基本沒有影響，所以可用阻抗相位來計算視電阻率；③可以采用數(shù)字濾波進行靜態(tài)校正。具體做法有濾波法（空間濾波、中值濾波、EMAP濾波），相位換算法，磁場數(shù)據(jù)換算法，曲線平移法，小波分析壓制法等作者在本文中主要講述曲線平移法，對其它靜態(tài)校正方法略作介紹。

濾波法的主要步驟是設(shè)計濾波器。由于靜態(tài)效應(yīng)主要由于淺部局部電性不均勻體產(chǎn)生，趨膚效應(yīng)決定淺部信息蘊含在高頻段電磁波當中。若設(shè)計出一個低通濾波器，并以此濾波器為基礎(chǔ)進行濾波計算，就可以壓制或減弱高頻段靜態(tài)效應(yīng)的影響。根據(jù)對初始數(shù)據(jù)的視電阻率斷面圖和工區(qū)內(nèi)厚度、深度、電性都較合適的電性層的認真分析，可以得到應(yīng)當濾去的頻點和頻段，之后可以自己設(shè)計或用已有的電磁法數(shù)據(jù)處理軟件，選擇合適的頻點與頻段進行濾波。較常用的濾波方法有三點濾波五點濾波和七點濾波法，它們原理相同，只是所取的頻點數(shù)有差別。最終的濾波結(jié)果是使校正前視電阻率值乘以校正系數(shù)，從而更接近于無靜態(tài)效應(yīng)的情況。相位換算法和磁測數(shù)據(jù)計算，是由于靜態(tài)效應(yīng)對相位和磁測數(shù)據(jù)影響甚?。ㄉ踔翛]有影響）而分別以它們作為基準對視電阻率值進行計算。

曲線平移法是較為常用且效果很好的一種方法。靜態(tài)效應(yīng)導(dǎo)致視電阻率曲線整體上下平移而不改變其本身形態(tài)，所以，能夠?qū)⑹莒o態(tài)效應(yīng)影響的曲線辨別并移動，使之恢復(fù)到應(yīng)存在的位置，這樣可以在最大程度上恢復(fù)數(shù)據(jù)的真實性。這種方法操作上看似簡單，一般數(shù)據(jù)處理軟件都是用鼠標來對曲線進行平移歸位，但在實際操作過程中對數(shù)據(jù)處理人員的要求非常高。除了要區(qū)分判斷靜態(tài)效應(yīng)與異常之外，還要對工區(qū)背景電阻率有較好的把握，并分析靜態(tài)位移的影響程度。

對于我們每一個人，安全是第一需求。如果讓你直接在安全與危險之間選擇，你一定會選擇安全；但如果將危險隱藏在便宜或方便之后，但愿你仍然具備識別的慧眼、選擇的智慧?！疤焐喜粫麴W餅”的另一種說法，就是“便宜和方便的背后總是隱藏著風險”。

3 靜態(tài)校正處理過程

作者在本次數(shù)據(jù)處理中，采用鳳凰地球物理有限公司提供的AMT SSMT－2000和成都理工大學(xué)編寫的MT2D－soft數(shù)據(jù)處理反演軟件，綜合運用了磁道計算，相位對比，空間濾波及平移等多種靜態(tài)校正方法，取得了較好的效果。

3.1 選擇磁道數(shù)據(jù)參與計算

在生成曲線之前，需首先進行阻抗計算。如下頁圖1所示，對相同時間采集的電道數(shù)據(jù)（所有采集均鎖定GPS衛(wèi)星保證時間同步），使用在該時間段采集的磁道信號參與計算。前文已述，磁道數(shù)據(jù)受靜態(tài)效應(yīng)的影響比較少，甚至不受影響，同時磁道數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定（大地電磁場本身存在一個穩(wěn)定電磁場），因此這種計算結(jié)果是較為可靠的。

3.2 空間濾波和曲線平移

如圖2所示，空間濾波時可以選擇不同的頻點和頻率。一般我們選擇曲線變化較大的高頻數(shù)據(jù)進行濾波處理。在充分研究本勘查區(qū)的地質(zhì)條件和本次工作的相位圖之后，選取合適的頻點與頻段，在受靜態(tài)位移影響較高頻段進行濾波處理，并對整體數(shù)據(jù)進行校正計算，使曲線更接近于無靜態(tài)位移的狀態(tài)。三點濾波法在一些情況下對靜態(tài)效應(yīng)的壓制程度不夠，七點濾波法在某些時候會“過分壓制”，也會造成數(shù)據(jù)失真。所以此次濾波處理采用五點濾波法。

最直觀的處理方法是曲線平移。在處理界面中有二支曲線，其中藍色的為實測數(shù)據(jù)（見圖3），即要進行編輯平滑的數(shù)據(jù)；紅色（十字）的為推算結(jié)果，對視電阻率曲線來說，其為由相應(yīng)模式的實測阻抗相位推算出來的視電阻率值；對阻抗相位曲線來說，則為由相應(yīng)模式的實測視電阻率推算出來的阻抗相位值。這種推算出來的曲線，可作為我們對實測數(shù)據(jù)進行編輯時的一種參考。

在本次數(shù)據(jù)處理中，曲線平移的操作步驟分為兩步：①根據(jù)曲線位置和形態(tài)選擇可靠的頻點和頻段（并綜合地質(zhì)資料確定其在穩(wěn)定電性層），以該曲線作為校正的“基準曲線”。無把握選擇“基準曲線”的，則沿著測線從第一個測點開始依次進行；②參照“基準曲線”，對不同頻段的曲線進行上移或下移。在圖3中，藍色曲線表示TEA、紅色（十字）曲線表示TMA，曲線的圓滑程度較高，表明所采集的數(shù)據(jù)和前期處理工作都較好。對平移曲線后使曲線整體上升而未改變其整體形態(tài)。經(jīng)過校正，消除了靜態(tài)效應(yīng)的影響，之后再進行成圖，得到可靠的斷面圖和剖面圖。

圖3 平移之后的曲線Fig.3 The curve after translating

4 靜態(tài)校正處理前后成果對比

在理論上，經(jīng)過靜態(tài)校正之后的斷面圖和剖面圖在準確度和美觀程度上，比原始資料圖都有很大的改觀，然而校正后的結(jié)果是否真實可靠，也取決于工作中對地質(zhì)情況的掌握和對數(shù)據(jù)資料分析的程度。以下以具體的斷面圖（下頁圖4和圖5）為例，展示靜態(tài)校正前后反演結(jié)果的不同。需要說明的是，斷面圖并非最終成果圖，并未考慮地形等因素。同時在斷面圖中，高程、平距和電阻率的值都是相對的，我們僅需看出其中的差異。

故而作者又重新對數(shù)據(jù)進行了靜校正并進行反演成圖，所成剖面圖如下頁圖6所示，可以很明顯地看出，與圖4和圖5相比，圖8（見下頁）有明顯改進：①曲線陡立情況已經(jīng)消失；②紡錘形局部封閉等值線不復(fù)存在；③空白和“黑團”現(xiàn)象已經(jīng)被消除；④視電阻率圖和相位圖對應(yīng)效果很好；⑤異常情況明顯。若在此時加入地形的因素，會使反演結(jié)果與工區(qū)實際情況更為相符。

5 結(jié)論與建議

（1）靜態(tài)效應(yīng)對AMT方法有極大影響，使電阻率曲線發(fā)生位移，從而導(dǎo)致反演結(jié)果失真，造成圖形混亂和假的異?，F(xiàn)象，不利于成果解釋。

（2）靜態(tài)校正技術(shù)有多種方法，每種方法各有其用途、特點，綜合利用才能更好地克服靜態(tài)效應(yīng)所帶來的影響。

（3）由于磁道數(shù)據(jù)和相位沒有靜態(tài)效應(yīng)，因此在進行靜態(tài)校正時，可以它們作為基準進行電阻率的計算和修正，所以這兩者的準確性對靜態(tài)校正起著至關(guān)重要的作用。要解決此問題，必須嚴格進行野外操作，使數(shù)據(jù)真實可靠。

（4）對于某些電磁系統(tǒng)，有多個電道接受器卻只存在一個磁道接受器，此時在以磁道進行計算應(yīng)采用同時間段的磁道數(shù)據(jù)來計算和修正同時間段的電道數(shù)據(jù)，不能混淆錯亂，否則后果不堪設(shè)想

圖4 TE模式原始數(shù)據(jù)圖Fig.4 The diagram of the raw date in the TE model

圖5 TE模式靜校正后圖Fig.5 The diagram after static calibration in the TE model

（5）靜態(tài)效應(yīng)使電阻率曲線發(fā)生上下平移，而不會改變其形態(tài)，因此，對曲線進行恰當?shù)纳舷缕揭?，就可以很好地克服靜態(tài)效應(yīng)。此時應(yīng)特別注意對比參考曲線（即通過相位計算所得的曲線），必須選擇合適的頻段的曲線作為第一條平移曲線，此后的曲線平移也以此作為參考。

（6）靜態(tài)校正工作屬于人機聯(lián)合工作，計算機軟件會提供極大地方便，而人的因素尤為重要。進行靜態(tài)校正時，頻點的選擇、曲線移動的多少，以及方向、平滑程度、濾波程度等都由人來確定，因此對工作者的要求就很高。除了熟知靜態(tài)校正的原理、方法、過程外，還應(yīng)有較豐富的經(jīng)驗，并結(jié)合工區(qū)地形地質(zhì)條件，唯有如此才能將靜態(tài)校正工作做得更好。

［1］ 楊生，鮑光淑，李愛勇.MT法中靜態(tài)效應(yīng)及阻抗張量靜態(tài)校正法［J］.中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，33（1）：8.

［2］ 魏文博.我國大地電磁測深新進展及瞻望［J］.地球物理學(xué)進展，2002，17（2）：245.

［3］ 魏勝，王家映，羅志瓊.應(yīng)用地球物理學(xué)進展［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1996.

［4］ 陳清禮，胡文寶，李金銘，等.利用地表電阻率校正大地電磁靜態(tài)偏移［J］.物探與化探，1999，23（4）：289.

［5］ 張翔，胡文寶，嚴良俊，等。大地電磁測深中的地形影響與校正［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報，1999（3）：37.

［6］ 王家映.關(guān)于大地電磁的靜校正問題［J］.地質(zhì)科技情報，1992，11（1）：69.

［7］ 王家映.地球物理反演問題概述［J］.工程地球物理學(xué)報，2007，4（1）：1.

［8］ 何梅興，胡祥云，陳玉萍，等.CSAMT奧克姆一維反演的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報，2008，5（4）：439.

［9］ 胡祖志，胡祥云，吳文鸝，等.大地電磁二維反演方法對比研究［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2005，33（1）：64.

［10］王大為，張羅磊.大地電磁測深相位數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用［J］.上海地質(zhì)，2006，97（1）：58.

［11］楊生，鮑光淑，張少云.MT法中利用阻抗相位資料對畸變視電阻率曲線的校正［J］.地質(zhì)與勘探，2001，37（6）：42.

［12］王永濤，白改先.大地電磁測深曲線的畸變及校正［J］.石油物探，1997，36（1）：96.

［13］王家映.電磁陣列剖面法的基本原理［J］.地球科學(xué)1990，15（增刊）：1.

［14］強建科，阮百堯，熊彬.淺部不均勻體對目標體電阻率異常影響的研究［J］.地球物理學(xué)報，2004，47（3）542.

book=95,ebook=95

1001—1749（2012）03—0314—06

P 631.3＋25

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.13

彭乾云（1987－），男，助理工程師，從事電、磁法地球物理勘探工作。

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地質(zhì)科研項目基金（黔地礦科2010－1）

2011－10－20改回日期：2012－03－22