CSAMT中的不同激電模型效果的對比研究

代小威　嚴(yán)良俊　周　磊　李鵬飛　聶　松

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)） 武漢　430100

CSAMT中的不同激電模型效果的對比研究

代小威嚴(yán)良俊周磊李鵬飛聶松

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)） 武漢430100

本文主要討論CSAMT一維正演模擬中加入不同的激電模型來觀測其對電場的影響，以最具代表性的cole-cole，dias和雙cole-cole激電模型為基礎(chǔ)，對不同的地電模型來做正演研究。本文以實(shí)驗(yàn)室所測某地區(qū)采集的野外巖石露頭電性參數(shù)為基礎(chǔ)，分別用上述三種模型來反演其頻譜參數(shù)，通過數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)雙cole-cole模型擬合效果最好，dias模型居中。基于上述三種模型，以復(fù)電阻率代替不考慮地電體極化效應(yīng)的直流電阻率，對CSAMT場源一維層狀模型進(jìn)行了正演模擬，分析其電場值變化，發(fā)現(xiàn)雙cole-cole模型引起的異常最大，dias居中，這與我們實(shí)驗(yàn)室所反演的效果相吻合。

CSAMTcole-cole模型dias模型雙cole模型一維正演

1.引言

電法勘探作為一種強(qiáng)有力的地球物理勘探方法，在中國的能源勘探方面發(fā)揮了重要的作用，一直以來，傳統(tǒng)CSAMT法進(jìn)行數(shù)據(jù)正反演時(shí)認(rèn)為大地介質(zhì)電阻率是與頻率無關(guān)的系數(shù)，而實(shí)際上地電體對頻率域電磁波激發(fā)源的響應(yīng)為電磁感應(yīng)和激電響應(yīng)的綜合響應(yīng)，尤其是在中高頻段這種反應(yīng)更加明顯，關(guān)于CSAMT中激電效應(yīng)的研究，前人已做過很多工作，并取得了很好的效果。

本文主要是在前人的基礎(chǔ)上，對不同的地電模型進(jìn)行一維CSAMT進(jìn)行正演研究，在地電模型中加入不同的激電模型，變化極化率，觀測場值的變換，以及對比不同激電模型所產(chǎn)生的變化，并分析其原因。

2.模型的引入

為了能對激電觀測效果進(jìn)行有效的分析，人們在充分研究復(fù)電阻率機(jī)理的基礎(chǔ)上，從等效電路理論出發(fā)建立了各種解釋模型。在這些模型中，普遍反映較好的有Dias模型和cole-cole模型及其組合（復(fù)cole-cole模型）。

三種不同模型的公式及參數(shù)意義

Cole-Cole模型是目前應(yīng)用最為廣泛，最為成熟的一個(gè)復(fù)電阻率模型，早在1941年，K.S.Cole和R.H.Cole就提出了一個(gè)來描述介電極化效應(yīng)的公式，這一數(shù)學(xué)模型也被人稱為Cole-Cole模型。之后1978年P(guān)elton提出了用Cole-Cole模型參數(shù)描述激電特性的激發(fā)極化法，也就是頻譜激電法。Dias經(jīng)過1968年和1972年的研究后提出一種新的復(fù)電阻率模型，之后于2000年他對該復(fù)電阻率頻譜的數(shù)學(xué)模型做了詳細(xì)的總結(jié)，并稱之為Dias模型，他認(rèn)為除了cole-cole模型以外，復(fù)cole-cole模型和Dias模型更能刻畫巖礦石標(biāo)本和露頭的復(fù)電阻率頻譜特點(diǎn)。式（1），（2），（3）分別表示這cole-cole，dias，雙cole-cole模型的公式。

3.實(shí)驗(yàn)室測量巖心的三種模型的反演擬合

針對三種模型的擬合效果，以實(shí)驗(yàn)室實(shí)測的野外露頭巖心為基礎(chǔ)，分別用三種模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，反演擬合效果圖如下：

圖1　不同復(fù)電阻率模型擬合結(jié)果（a）為電阻率（b）為相位

從圖1可以看出不同激電模型對測量結(jié)果的復(fù)電阻率和相位曲線擬合的均方根誤差為單cole-cole模型〉Dias模型〉雙cole-cole模型，由此可判斷三種模型都對復(fù)電阻率有很好的描述。

4.含激電參數(shù)各模型CSAM T一維正演

根據(jù)以往的CSAMT的正演公式，用上述的模型的復(fù)電阻率代替極化地電體的電阻率，用程序?qū)SAMT方法對無極化、極化強(qiáng)度變化的均勻半空間介質(zhì)模型進(jìn)行正演計(jì)算，在此基礎(chǔ)對CSAMT三層、五層不極化層中含有極化層的模型做正演模擬，由此來考察激電效應(yīng)對CSAMT電場場強(qiáng)值的響應(yīng)情況。

4.1均勻大地CSAMT模型正演

本文采用CSAMT中最普遍的水平電偶極子源，在赤道方向上進(jìn)行接收，4，000m，來進(jìn)行CSAMT均勻半空間一維正演，設(shè)定地層電阻率為500/m，加入cole-cole模型，設(shè)定模型參數(shù)，c=0.25，m分別為0.2，0.4，0.6。

圖2圖3是不同極化率和不同激電模型均勻半空間電場幅值的響應(yīng)情況：

圖2　不同極化率cole-cole模型CSAMT一維正演電場響應(yīng)

由圖2可以看出當(dāng)?shù)貙哟嬖跇O化效應(yīng)時(shí)，所產(chǎn)生的電場曲線與不極化電場曲線形態(tài)大致一樣。當(dāng)不存在極化效應(yīng)時(shí)，電場值是上升頂點(diǎn)下降趨于一個(gè)穩(wěn)定值，存在極化效應(yīng)時(shí)，電場值在頂點(diǎn)處是隨頻率的增加而下降的，且當(dāng)極化率越高大，下降速度越快。

圖3　當(dāng)m=0.2時(shí)不同模型CSAMT一維正演電場響應(yīng)

由圖3可以看出，當(dāng)用三種不同的激電模型對均勻半空間介質(zhì)做CSAMT一維正演時(shí)，三種模型都能反映出電場值的異常，極化率相同時(shí)，明顯可以看出由雙cole模型引起的電場值異常最大。

4.2三層介質(zhì)下的CSAMT一維正演模擬

層狀介質(zhì)采取和均勻半空間相同的激發(fā)和接收方式，我們設(shè)定三層模型，令中間層為極化層，第一層電阻率為500歐姆米，厚度為200，第二層為極化層，厚度為100米，零頻電阻率為200歐姆米，極化率分別為0.2，第三層電阻率為300歐姆米，厚度無限大。根據(jù)正演所得電場幅值曲線圖4為：

圖4　三層介質(zhì)當(dāng)m=0.2時(shí)不同模型CSAMT一維正演電場響應(yīng)

由圖4可看出在三層介質(zhì)情況下，當(dāng)只有中間層極化時(shí)，電場場值隨極化率的增加而減小，且極化率越大，場強(qiáng)越小，在低頻段電場場值不受極化率的影響，最后在高頻段交叉匯合?？赡茉斐傻脑蚴窃诘皖l段的近場效應(yīng)，在高頻段由于趨膚深度很淺，所以無極化現(xiàn)象產(chǎn)生。

5.結(jié)論與建議

（1）在均勻半空間和層狀介質(zhì)的情況下，電場響應(yīng)曲線對極化層的反映都非常靈敏。

（2）在均勻半空間介質(zhì)中，極化情況下的電場曲線和無極化情況下的電場曲線形態(tài)大致一樣，當(dāng)不存在極化效應(yīng)時(shí)，電場值是上升頂點(diǎn)下降趨于一個(gè)穩(wěn)定值，存在極化效應(yīng)時(shí)，電場值在頂點(diǎn)處是隨頻率的增加而下降的，且當(dāng)極化率越高大，下降速度越快。

（3）在層狀介質(zhì)下，極化率相同的三種激電模型中，雙cole-cole模型引起的激電異常最大。

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