CSAMT 场源效应试验研究

2011-01-11王书民赵富刚

物探化探计算技术 2011年5期

关键词：场源接收点基岩

王刚，王书民，雷达，赵富刚

(1.昆明理工大学国土资源学院，云南昆明 650093;2.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000)

CSAMT 场源效应试验研究

王刚1，2，王书民2，雷达2，赵富刚2

(1.昆明理工大学国土资源学院，云南昆明 650093;2.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000)

在可控源音频大地电磁法(CSAMT)野外勘查中，往往会存在场源效应的影响，而且场源效应也是长期以来困扰CSAMT野外施工和数据处理解释的难题。因此，识别场源效应，分析场源效应的影响特征，对CSAMT的实际应用效果非常重要。这里采用野外试验的方法，对场源效应进行了试验对比，初步总结了CSAMT场源效应对其视电阻率和阻抗相位的影响特征。

CSAMT;场源效应;视电阻率;阻抗相位

0 前言

CSAMT通过分析地面或井中观测到的人工可控源的电磁波信号，在地球介质中激发的电磁波场数据，以达到勘查地球内部电性结构的目的。由于采用的是人工场源，其观测的信号较强，信噪比较高。而正是由于采用的是人工场源，因此对于CSAMT二维测量，当场源位置不同，或者场源下面、场源和接收点之间存在局部电性不均匀地质体时，都会引起视电阻率和阻抗相位曲线的畸变，这些畸变通常称为场源效应［1～4］。场源效应所引起的视电阻率和阻抗相位的畸变，不仅使CSAMT数据的处理、资料的解释更加复杂，而且常常会出现对地下地质结构的错误推断，直接影响了CSAMT的实际应用效果。因此，研究CSAMT二维测量场源效应的影响特征是非常有意义的［5～7］。为了弄清场源效应对观测数据的影响规律，作者设计了几组试验方案，对场源效应进行了实验研究，并结合地质资料，取得了场源效应影响特征的一些新认识。

1 技术方法

野外试验均采用加拿大凤凰地球物理公司生产的电法工作站(V8)，标量CSAMT测量，赤道偶极装置。

1.1 收发距r大小对观测数据的影响试验

为了弄清收发距r对观测数据的影响特征，我们选择了河北保定试验区。该实验区地处华北平原，第四系覆盖非常厚，可以近似看成均匀半无限空间，这更能体现收发距r这个单一因素对观测数据的影响程度。本次试验在同一点接收，只改变收发距r的大小，分别为2km、3km、5km、7km。实验的供电极距 AB为1km，工作频率从0.1875Hz到7680Hz，共有32个频率点，工作布置简图如图1所示。

图1 收发距r大小试验工作布置简图Fig． 1 Set-up diagram of experiment with different distancebetween receiver and transmitter

1.2 不同场源对观测数据的影响试验

在野外工作中，经常遇到测线很长，需要在中途换源。为了弄清前、后两个源对观测数据的影响程度，我们设计了两组试验。试验区分别选在保定地区和内蒙兴和地区。保定地区可近似看成均匀半无限空间。而兴和地区在各时代的地层发育都比较齐全，从太古界到新生界均有出露，其沉积类型繁杂，岩相、岩性变化复杂，受岩浆活动和构造运动影响，变质作用广泛。主要地层以下太古界集宁群深变质相硅线榴石片麻岩、麻粒岩夹大理岩，及新生界第三系中新统玄武岩夹泥岩为主。这两个区工作布置都一样，在同一接收点观测。在接收点左右各布设一个源，供电极距为1km，收发距为5km，工作频率从0.1875Hz到 7680Hz，共32个频率点。工作布置简图如图2所示。

图2 换源试验工作布置简图Fig． 2 Set-up diagram of experiment with different sources

1.3 场源处基岩深度不同的对比试验

场源处地下基岩深、浅不同，对测量数据也是有影响的。在内蒙古突泉县试验区，作者进行了相关的试验。该试验区位于牤牛海坳陷与瓦力营子隆起过渡带，是一个斜坡地带。区内为高阻火山岩基底，基底埋深大致是南浅北深。在同一接收点观测，接收点南北两侧各布置一个场源，南边场源位置处的基底浅，北边场源位置处的基底深。供电极距为1km，收发距为6km，工作频率从0.1875Hz到7680Hz，共32个频率点。工作布置简图如图3所示。

图3 场源处基岩深浅不同试验工作简图Fig． 3 Set-up diagram of experiment with different depth ofbedrock beneath the source

2 试验结果

图4是以收发距r为参量，视电阻率和阻抗相位变化曲线对比图。其中，图4(a)为视电阻率曲线对比图，从总体上看:

(1)在近区(低频段)，可以看出视电阻率明显与收发距r有关。随着r的减小，视电阻率逐渐增大，曲线所测得的视电阻率并非地下介质电阻率的真实反映。

图4 不同收发距r的视电阻率和阻抗相位曲线对比图Fig． 4 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different distance between receiver and transmitter

(2)过渡带低谷所对应的频率，随收发距r的增大而减小，这样可用的频点越多，说明在其它条件不变的情况下，收发距r越大，探测深度越深。

(3)在远区(高频段)，各曲线重合，说明视电阻率与收发距无关，只与地下介质的电阻率有关，所测得的视电阻率是地下介质电阻率的真实反映。

图4(b)显示，阻抗相位在近区趋近于零，在远区趋近于45°。阻抗相位曲线形态表现出与视电阻率曲线呈“镜像”的变化规律，且随着收发距r的增大，过渡带低谷逐渐向较低的频率移动。

图5(a)是保定地区换源前、后的视电阻率曲线对比图。由图5(a)可见，换源前、后所观测到的两条曲线几乎重合，这是由于场源和接收点之间地质情况较单一，不存在断层或较大岩性变化，近似均匀半空间。由卡尼亚电阻率计算公式可知，在垂直电偶极源中垂线两侧小于30°的范围内，装置系数不变，得到的卡尼亚电阻率值几乎不变，所以换源对观测数据影响不大。图5(b)是兴和地区换源前、后的视电阻率曲线对比图，由图5(b)可见，两条曲线明显的分离了，这是由于在场源与接收点之间地质体不同所引起的。

图5 换源前后视电阻率曲线对比图Fig． 5 The apparent resistivity curve of the different sources

图6 场源处基岩深浅不同视电阻率和阻抗相位曲线对比图Fig． 6 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different depth of rock bed beneath the source

图6 为场源源处地下基岩深、浅不同，在同一位置(125号CSAMT测深点)接收的视电阻率和阻抗相位曲线对比图。由图6可看出，两个源的视电阻率曲线在远区是重合的，大致在100Hz以下进入过渡区，视电阻率曲线便分离了:在发射源处基岩浅的视电阻率曲线，其过渡带低谷出现在频率比较高处，且曲线更陡峭一些，会给人以测点处地下电阻率增大的假象;在发射源处基岩深的视电阻率曲线，其过渡带低谷出现在较低频率，给人以测点电阻率值减小的假象;在近区曲线形态完全不一样。这些是由于在地面，只有电场分量的地层波对场源效应有贡献［8］。高阻基岩深时，场源下电阻率低，透射到地下电磁波(地层波)衰减快，所以似乎地下电阻率降低了;当场源位于基岩浅处，则相反。阻抗相位曲线在远区也是重合的，到过渡带、近区，就逐渐分离了。

综上所述可以说明，基岩的深、浅，对测深曲线是有一定影响的。所以，场源应该布置在与测深点处地质情况相近的地方，这样才不会引起与场源有关的畸变。

3 结论

上述试验表明，在均匀半空间、信噪比足够高的条件下，收发距r越大越好，可利用的频点越大，反演深度越大。测线太长，中途可以换源，在均匀半空间条件下，换源对观测数据几乎没有影响。但在地下地质情况比较复杂时，观测的数据就不一样。场源应该布置在与测深点处地质情况相近的地方，这样才不会引起与场源有关的畸变。但随着三维正反演的发展，这些场源效应是可以利用，以获得更多的地质信息。

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