簡(jiǎn)述大地電磁MT在地?zé)豳Y源找尋中的應(yīng)用

鄭周平

前言：大地電磁測(cè)深（magnetotelluric sounding）它是探測(cè)巖石層電性結(jié)構(gòu)的主要方法。大陸普遍存在地殼內(nèi)和上地幔高導(dǎo)層。殼內(nèi)高導(dǎo)層大多出現(xiàn)在中地殼，有些高導(dǎo)層與殼內(nèi)低速層有較好相關(guān)性，主要反映脫水相變和部分熔融。一些強(qiáng)震區(qū)的中地殼也發(fā)育高導(dǎo)層。高導(dǎo)層的分布與地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程密切相關(guān)。本文以國(guó)內(nèi)某地?zé)崽餅閷?shí)例，對(duì)大地電磁MT如何找尋深部構(gòu)造做以敘述。

一、大地電磁MT所使用的儀器及工作原理

MT測(cè)量使用的儀器為德國(guó)進(jìn)口的GMS-07e大地電磁測(cè)量系統(tǒng)，其原理為：是利用接地水平電偶源為信號(hào)源的一種頻率域電磁測(cè)深法，該方法是二十世紀(jì)八十年代末才興起的一種勘探地球物理新技術(shù)，它基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程導(dǎo)出了水平電偶極源在地面上的電場(chǎng)及磁場(chǎng)公式：

式中，I為供電電流強(qiáng)度； 為供電偶極長(zhǎng)度；R為場(chǎng)源到接受點(diǎn)之間的距離，即收發(fā)距； 為自由空間磁導(dǎo)率。

將式 沿x方向的電場(chǎng)（ ）與式 沿y方向的磁場(chǎng)（ ）相比，并經(jīng)過(guò)一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算，就可以得到地下的視電阻率（ ）的公式：

（7）

式中f為頻率， 為電阻率，又稱為卡尼亞電阻，是由法國(guó)物理學(xué)家卡尼亞推導(dǎo)提出的。又根據(jù)電磁波的傳播理論，導(dǎo)出了趨膚深度公式 。雖然趨膚深度在某種意義上說(shuō)與電磁波在介質(zhì)中穿透的深度有關(guān)，但它并不代表電磁勘探中實(shí)際的有效勘探深度?？碧缴疃菵是一個(gè)比較模糊的概念，如果將電磁波能量衰減到50%時(shí)的深度稱為“勘探深度”，則

（8）

式中，D代表探測(cè)深度； 代表電阻率；f為頻率?？梢?jiàn)，當(dāng)?shù)乇黼娮杪使潭〞r(shí)，電磁波的傳播深度（或探測(cè)深度）與頻率成反比，高頻時(shí)探測(cè)深度淺，低頻時(shí)探測(cè)深度深。我們可以通過(guò)調(diào)整供電頻率的高低，得到不同深度的地電信息，從而達(dá)到垂向頻率測(cè)深的目的，根據(jù)所測(cè)視電阻率特征，了解地下地質(zhì)體的產(chǎn)狀和特征，分析推斷構(gòu)造帶空間分布形態(tài)及地層巖體之間接觸關(guān)系。

二、野外工作方法

在MT野外工作中，目前通常應(yīng)用的是張量MT，張量MT規(guī)定利用一個(gè)場(chǎng)源測(cè)量?jī)蓚€(gè)分量（Ex和Hy或者Ey和Hx），標(biāo)量測(cè)量對(duì)于一維的層狀條件或者走向已知的二維條件是足夠的，當(dāng)偶極方向垂直于斷層（TM方式時(shí)），用標(biāo)量數(shù)據(jù)可以很容易地確定線性的陡傾斜斷層。

三、MT法觀測(cè)參數(shù)

MT法測(cè)量四個(gè)參量：即電場(chǎng)振幅、電場(chǎng)相位、磁場(chǎng)振幅及磁場(chǎng)相位。觀測(cè)方式為張量觀測(cè)。目前常用張量觀測(cè)方式。視電阻率和相位差可以通過(guò)反映計(jì)算出來(lái)。

電場(chǎng)振幅（E）：是通過(guò)觀測(cè)電位差在一對(duì)接地電極（MN）上所獲得的。用電流歸一化對(duì)所有數(shù)據(jù)，是為了更好的解釋。電場(chǎng)數(shù)據(jù)作為一個(gè)獨(dú)立參量進(jìn)行分析以便確定噪聲源或特殊響應(yīng)及判斷近場(chǎng)區(qū)。

電場(chǎng)相位（ ）：是指所測(cè)電場(chǎng)信號(hào)與發(fā)送信號(hào)之間的相位滯后。而現(xiàn)階段獨(dú)立的解釋參量還不包括電場(chǎng)相位。

磁場(chǎng)振幅（H）：所獲得的方式是通過(guò)高增益天線（磁棒）的測(cè)量。靜態(tài)效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)無(wú)影響，主要受場(chǎng)源效應(yīng)影響。可以用來(lái)判斷近場(chǎng)效應(yīng)的影響，和電場(chǎng)一樣。

磁場(chǎng)相位（ H）：就是在觀測(cè)中所看到的磁場(chǎng)信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)的相位滯后。一般磁場(chǎng)相位，在均勻大地情況下，在遠(yuǎn)區(qū)為- ，近區(qū)則為零。而介于兩者之間是在過(guò)渡帶。如果不是均勻大地情況，根據(jù)磁場(chǎng)曲線斜率的變化，會(huì)讓相位特性產(chǎn)生比較復(fù)雜的變化。這都不作為解釋中的獨(dú)立參量。

視電阻率（ ）：在CSAMT工作中視電阻率是最常用的參數(shù)。而且計(jì)算方法有幾種，但卡尼亞公式 是方法中最簡(jiǎn)單最常用的。不過(guò)卡尼亞公式只適用于遠(yuǎn)區(qū)，近區(qū)和過(guò)渡帶是無(wú)效的，沒(méi)有真實(shí)的電阻率值可以得到。在過(guò)渡帶電場(chǎng)和磁場(chǎng)已使它們的特征改變。而且頻率的函數(shù)，在近區(qū)不是磁場(chǎng)。使得在過(guò)渡帶卡尼亞電阻率呈凹形，在近區(qū)呈45°上升的直線。

相位差（ ）：是阻抗相位，是在電場(chǎng)相位和磁場(chǎng)相位的計(jì)算差之下所獲得。相位差與電阻率對(duì)數(shù)的斜率成正比，高于 的值反映了上層電阻率高于下層電阻率；低于 反映了上層電阻率低于下層電阻率。所以，在判斷測(cè)深從一個(gè)帶到另一個(gè)帶的特性變化相位差參數(shù)是非常有用的。

四、MT法資料處理

預(yù)處理：檢查數(shù)據(jù)的誤差即噪聲是MT數(shù)據(jù)預(yù)處理的要求。所以所有測(cè)得的磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E分量的振幅和相位要得到利用，從而把視電阻率和相位差計(jì)算出來(lái)，以及分散的數(shù)據(jù)情況，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差參數(shù)的利用，把誤差和噪聲明顯的選擇出來(lái)剔除。每天要進(jìn)行轉(zhuǎn)存采集來(lái)的原始數(shù)據(jù)，并預(yù)處理轉(zhuǎn)換MT野外采集數(shù)據(jù)采用儀器所配專用軟件CMTPRO進(jìn)行，記錄的原始采集數(shù)據(jù)要仔細(xì)查看是否完整。有時(shí)要把自由坐標(biāo)以大地坐標(biāo)替換在有三維坐標(biāo)應(yīng)的情況下，視電阻率要重新進(jìn)行計(jì)算。在完成以上數(shù)據(jù)的預(yù)處理，得到原始Bostick視電阻率和相位差參數(shù)是可以解釋的。

解釋處理：在MT視電阻率擬斷面圖上，經(jīng)?？吹揭恍┚植康拇怪睏l帶狀異常（通常稱之為掛面條現(xiàn)象）。反演解釋處理，使用的是中國(guó)地震研究所研發(fā)的MT-SW反演軟件。該軟件功能強(qiáng)大，可對(duì)原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理，諸如歸一化、靜態(tài)改正、濾波等，該軟件可對(duì)整條剖面的 斷面進(jìn)行多種模式反演，如一維Bostick反演，MT模型二維帶地形反演，MT模型擬二維反演，一般根據(jù)測(cè)區(qū)的地質(zhì)條件選用哪種模式進(jìn)行反演，反演過(guò)程采用曲線圓滑法，最終提供反演后的電阻率斷面圖。

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合電測(cè)深、高密度等其他物理勘探方法，可對(duì)測(cè)區(qū)構(gòu)造給出定位結(jié)論。結(jié)合地區(qū)巖層富水條件給出孔位及設(shè)計(jì)孔深。大地電磁MT的觀測(cè)數(shù)據(jù)同其他勘探方法相對(duì)應(yīng)，可大大提高地?zé)峋某删畮茁省?/p>