關(guān)于提高音頻大地電磁測(cè)深法抗干擾能力的一些思考及應(yīng)用

陳開(kāi)銀

( 貴州省地礦局111 地質(zhì)大隊(duì)， 貴州貴陽(yáng) 550008)

1 方法概況

大地電磁測(cè)深法簡(jiǎn)稱MT，是利用天然交變電磁場(chǎng)研究地球電性結(jié)構(gòu)的一種地球物理勘探方法。其具有不用人工供電，成本低，工作方便，不受高阻層屏蔽，對(duì)低阻層分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且勘探深度隨電磁場(chǎng)的頻率而異，從幾十米到數(shù)百公里不等［1］。

在野外大范圍內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)，所觀測(cè)到的天然交變電磁場(chǎng)稱為大地電磁場(chǎng)。它以電場(chǎng)以及磁場(chǎng)分量的變化形式表現(xiàn)出來(lái)。電場(chǎng)部分大地電流的地球區(qū)域電流的存在有關(guān)，而磁場(chǎng)部分與地磁變化或大地電流的變化特點(diǎn)有關(guān)［2］。音頻大地電磁測(cè)深的場(chǎng)源是由太陽(yáng)微粒的輻射作用下形成的。太陽(yáng)風(fēng)的微粒輻射流具有較高的導(dǎo)電能力，因此地球的正常偶極磁場(chǎng)受到畸變導(dǎo)致不能穿過(guò)它，其頻率范圍是10000Hz～1Hz，因?yàn)槠涓哳l部10000Hz～1000Hz所在頻段的聲波人耳能聽(tīng)到，所以稱為“音頻”，探測(cè)深度一般為3km以上［3-4］。為了克服音頻(n×10-1～n×103Hz)大地電磁法(AMT)觀測(cè)上的一些困難，20世紀(jì)70年代初,加拿大多侖多大學(xué)的D.W.Strangway教授提出沿用AMT的測(cè)量方式不變,觀測(cè)人工場(chǎng)源形成的音頻電磁場(chǎng)。因?yàn)樗^測(cè)電磁場(chǎng)的頻率、場(chǎng)強(qiáng)和方向均可由人工控制,觀測(cè)方式又與AMT法相同,因此稱這種方法為可控源音頻大地電磁法(CSAMT)。CSAMT法采用的人工場(chǎng)源通常是在野外選擇一處干擾源較小的區(qū)域布設(shè)1km～3km的接地導(dǎo)線，并通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電傳入導(dǎo)線,以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場(chǎng)。

音頻大地電磁測(cè)深(AMT)與可控源音頻大地電磁法(CSAMT)的測(cè)量原理相同，都是通過(guò)測(cè)量垂直射入大地的電磁波在地面的電場(chǎng)及磁場(chǎng)分量Ex、Ey、Hx、Hy。其中Ex與Hy、Ey與Hx相互正交，通過(guò)測(cè)量各電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，可確定地下介質(zhì)的視電阻率值，其計(jì)算公式為

式中Zxy為電場(chǎng)強(qiáng)度為x方向的電阻抗，ρxy為Zxy模式下的視電阻率。Zxy模式為TM模式，Zyx模式為TE模式，音頻大地電磁測(cè)深（AMT）能得到TM與TE模式的視電阻率，而可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）僅能得到TM模式的視電阻率［5］。

2 改變測(cè)量方式以提高AMT法抗干擾能力的可行性探討

音頻大地電磁測(cè)深是大地電磁測(cè)深的其中一種測(cè)量方法，其儀器組成包括V8-6R、RXU-3ER、AMTC-30高頻磁棒等，其場(chǎng)源是由太陽(yáng)微粒輻射（太陽(yáng)風(fēng)）作用下形成的地球磁層和電離層的變化形成的。太陽(yáng)風(fēng)的微粒輻射流具有相當(dāng)高的導(dǎo)電能力，所以地球的正常偶極磁場(chǎng)不能穿過(guò)它而受到畸變，其頻率范圍是10000Hz～1Hz，因?yàn)槠涓哳l部10000Hz～1000Hz所在頻段的聲波人耳能聽(tīng)到，所以稱為“音頻”，探測(cè)深度一般為3km以上。其勘探原理為通過(guò)測(cè)量垂直射入大地的電磁波在地面的電場(chǎng)及磁場(chǎng)分量Ex、Ey、Hx、Hy，其中Ex與Hy、Ey與Hx正交，通過(guò)測(cè)量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)視電阻率值［6］。在野外工作中，經(jīng)常遇到高壓線、變電站等干擾源，對(duì)磁道數(shù)據(jù)造成較大的干擾，對(duì)電道數(shù)據(jù)影響相對(duì)較小。我們知道，RXU-3ER盒子只采集電道數(shù)據(jù)，共用V8的磁道數(shù)據(jù)，對(duì)于地層緩變地區(qū)，一個(gè)V8測(cè)站可以控制大約2km的范圍（即它方圓2km內(nèi)的所有測(cè)站都可以用其磁場(chǎng)數(shù)據(jù)做參考），故而如果能保證磁道數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，這將大大提高整體數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，這也變相的達(dá)到了提高該方法的抗干擾能力的目的。

由上可知，在干擾源較多的區(qū)域，若能減少干擾源對(duì)磁道的影響，即能得到良好的磁道數(shù)據(jù)，將對(duì)整條測(cè)線的數(shù)據(jù)質(zhì)量有較大的益處。筆者通過(guò)多年的野外工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)例摸索出了以下野外測(cè)量方式，即在測(cè)線上尋找一處沒(méi)有高壓電線、變電站等干擾源的地方擺設(shè)主機(jī)V8，以確保磁道數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，并固定其位置，在排列移動(dòng)過(guò)程中，只變換RXU-3ER盒子的位置，這樣既能得到較好的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，又能減少擺設(shè)主機(jī)的次數(shù)，提高工作效率。唯一的缺點(diǎn)是在相當(dāng)長(zhǎng)一段測(cè)線上，RXU-3ER盒子都將共用同一位置的主機(jī)磁道數(shù)據(jù)，這對(duì)最終得到的視電阻率值結(jié)果有一定的影響，以下通過(guò)實(shí)例來(lái)對(duì)該采集方式的可行性進(jìn)行印證。

3 CSAMT法與改變測(cè)量方式的AMT法對(duì)比應(yīng)用實(shí)例

3.1 錦平敦寨花橋斷裂勘探

該工區(qū)位于貴州省黔東南州錦平縣敦寨鎮(zhèn)一帶，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，主要發(fā)育的斷裂為花橋斷層（F1）。據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，花橋斷層發(fā)育于工區(qū)的東部，總體走向北北東，傾向北西，傾角60°～75°，根據(jù)區(qū)域資料及本次工作后可知，在勘查區(qū)范圍內(nèi)斷層傾向北西，傾角65°～75°，區(qū)域上斷層發(fā)育長(zhǎng)度大于80km。斷層兩側(cè)巖層受強(qiáng)烈擠壓而破碎，破碎帶寬15m～100m不等，為區(qū)域性大斷裂。

該工區(qū)的目標(biāo)斷層即為花橋斷層，測(cè)線與斷層正交布設(shè)，長(zhǎng)度4.5km。在測(cè)線線路上部分區(qū)域存在大量與測(cè)線方向近垂直走向的高壓電輸電線路，不利于電磁法的開(kāi)展，爭(zhēng)對(duì)出現(xiàn)的不利情況，筆者認(rèn)為這是一個(gè)驗(yàn)證提高AMT法抗干擾能力試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，故而在該測(cè)線上同時(shí)開(kāi)展了可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）及音頻大地電磁測(cè)深（AMT）法，對(duì)比分析其反演結(jié)果，驗(yàn)證該方法在提高AMT法抗干擾能力上的有效性。

如圖1左側(cè)所示，該反演圖為該測(cè)線音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）二維反演電阻率斷面等值線圖，由該反演圖可知，在測(cè)線2.5km（Y1-1異常點(diǎn)）處沿測(cè)線小號(hào)方向存在一低阻條帶，與花橋斷層平面位置相近，綜合分析認(rèn)為該異常帶對(duì)應(yīng)為花橋斷層（F1）發(fā)育，發(fā)育寬度約100m，視傾角62°，與已知相關(guān)地質(zhì)資料基本吻合。圖1右側(cè)為該測(cè)線可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)二維反演電阻率斷面等值線圖，在測(cè)線2.5km處沿測(cè)線小號(hào)方向形成一高低阻分界面，綜合分析認(rèn)為該高低阻分界面對(duì)應(yīng)為花橋斷層（F1）發(fā)育，其形態(tài)及斷層發(fā)育情況與音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)二維反演電阻率斷面等值線圖相近，只在斷層上盤視電阻率值有所差別，對(duì)比二者的反演斷面圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)對(duì)斷層帶的反應(yīng)更為突出、直觀，而可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)只有整體的高低阻界面，對(duì)斷層破碎帶沒(méi)有較好的反應(yīng)。由上可知，通過(guò)改變測(cè)量方式的音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)在干擾源較多的區(qū)域，其測(cè)量效果與可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT）相當(dāng)，在分辨率上還要更好，分析認(rèn)為是由于可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT）排列的長(zhǎng)度有限，通常為450m，在干擾源較多的區(qū)域其磁棒不能完全避開(kāi)干擾源，其部分磁道數(shù)據(jù)采集質(zhì)量較差所導(dǎo)致。

圖1 錦屏敦寨AMT法及CSAMT法二維反演電阻率斷面等值線圖

3.2 劍河革東斷裂勘探

該工區(qū)位于貴州省黔東南州劍河縣革東鄉(xiāng)一帶，有一北東向斷層發(fā)育，其發(fā)育規(guī)模較大，在測(cè)線布置位置有一次生斷層發(fā)育，與主斷裂相距約500m。該測(cè)線橫穿該斷層及其次生斷層，以查明該斷裂帶在深部的發(fā)育情況，為后續(xù)的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。由于該測(cè)線范圍內(nèi)存在大量北東向走向的輸電線路，不利于電磁法的開(kāi)展，即使采用可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）法，由于其一個(gè)測(cè)量排列的長(zhǎng)度有限，大部分區(qū)域并不能尋找到干擾較小的位置擺設(shè)V8，使其磁道數(shù)據(jù)干擾嚴(yán)重，故而經(jīng)過(guò)綜合分析認(rèn)為本次測(cè)量采用改進(jìn)測(cè)量方式的音頻大地電磁測(cè)深(AMT)法進(jìn)行測(cè)量，即選擇一處沒(méi)有高壓電線、變電站等干擾源的地方擺設(shè)主機(jī)V8，以確保磁道數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，并固定其位置，在排列移動(dòng)過(guò)程中，只變換RXU-3ER盒子的位置，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并反演成圖得到了很好的勘探效果，如圖2所示。

圖2 劍河革東AMT法二維反演電阻率斷面等值線圖

在測(cè)線950m處（對(duì)應(yīng)圖中Y2-1異常點(diǎn)），視電阻率值出現(xiàn)分界面，其視電阻率值等值線向下凸起，并略向小號(hào)方向傾斜，從其視電阻率值曲線分布形態(tài)并結(jié)合已知地質(zhì)資料綜合分析認(rèn)為，推測(cè)有F3斷層存在，該斷層向北西傾斜，視傾角在72°左右；在測(cè)線1450m左右（對(duì)應(yīng)圖中Y2-2異常點(diǎn)），其視電阻率值等值線同樣向下凸起，并略向測(cè)線小號(hào)方向傾斜，從其曲線分布形態(tài)分析，推測(cè)有F2斷層存在，該斷層向北西傾斜，視傾角在64°左右。

由對(duì)以上二維反演電阻率斷面等值線圖分析可知，該反演斷面對(duì)斷裂帶的反應(yīng)較為明晰，在測(cè)線800m～1500m段的低阻帶對(duì)應(yīng)為斷裂帶，其中Y2-1異常點(diǎn)對(duì)應(yīng)次生斷層F3，Y2-2異常點(diǎn)對(duì)應(yīng)主斷層F2，在兩條斷裂相距較近且干擾嚴(yán)重的情況下，能清晰的反映出兩條斷裂帶的發(fā)育情況，說(shuō)明音頻大地電磁測(cè)深（AMT)的該測(cè)量方式是可以顯著提高抗干擾能力的。

4 結(jié)論與建議

綜上所述，選定干擾源較少的位置擺設(shè)主機(jī)V8，在測(cè)量過(guò)程中，只移動(dòng)RXU-3ER盒子的音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）測(cè)量方式，大大提高了音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）的抗干擾能力，其方法的有效性得到了很好的印證。這為以后在干擾源較多的區(qū)域開(kāi)展電磁法測(cè)深提供了更多可供選擇的工作方式。

在傳統(tǒng)工作方式中，音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）相比于可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT），其具有勘探深度更深、野外測(cè)量更為便捷、施工成本更低等優(yōu)點(diǎn)，但其抗干擾能力較可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT）弱，給該方法的廣泛應(yīng)用造成了一定的局限性。本文通過(guò)對(duì)音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）工作方式的調(diào)整初步得到了解決音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）抗干擾能力較低的弱點(diǎn)的工作方法，相信音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）在以后的電磁勘探中將會(huì)有更大的應(yīng)用空間。

另外，在采用該工作方式時(shí)也應(yīng)注意距離的控制，對(duì)于地層緩變地區(qū)，一個(gè)V8測(cè)站可以控制大約2km的范圍（即它方圓2km內(nèi)的所有測(cè)站都可以用其磁場(chǎng)數(shù)據(jù)做參考），因此建議在采用該測(cè)量方式時(shí)，應(yīng)注意控制主機(jī)V8與RXU-3ER盒子的距離。