静态校正技术在册亨县纳相金矿音频大地电磁法勘探中的应用

2012-09-18彭乾云周明平张德全杨炳南

物探化探计算技术 2012年3期

关键词：电磁场静态电阻率

彭乾云，周明平，张德全，杨炳南

（贵州省地质矿产勘查开发局 103地质大队，贵州铜仁 554300）

静态校正技术在册亨县纳相金矿音频大地电磁法勘探中的应用

彭乾云，周明平，张德全，杨炳南

（贵州省地质矿产勘查开发局 103地质大队，贵州铜仁 554300）

音频大地电磁测深，简称AMT（Audio Magnetotelluric），作为大地电磁勘探方法的一种，适用于中浅层地球物理勘查，探测深度一般在2 000m之内，是一种有效的地球物理勘探方法。但静态效应是电磁方法中较为棘手的一个问题，为数据资料的处理带来了极大地不便。这里简要阐述大地电磁方法基本原理和静态效应产生的机理，并对不同的静态校正技术进行论述。同时还介绍了该技术在黔西南卡林型金矿的具体应用及应用效果，结果表明，该技术较好地克服了静态效应所带来的影响。

音频大地电磁法（AMT）；静态效应；卡林型金矿

1 音频大地电磁方法基本原理和静态校正形成机制

1.1 音频大地电磁法基本原理

AMT是音频大地电磁测深（Audio Magnetotelluric）的简称，其基本原理与大地电磁测深（简称MT：Magnetotelluric）相同，区别在于两者频率范围不同而致使探测深度不同。AMT的频率范围是10 000Hz～1Hz，其高频部份10 000Hz～1 000Hz频段的声波人耳能听到，故称为“音频”。AMT技术适用于中浅层深入调查，探测深度一般为2 000m之内。

作为AMT场源的天然大地电磁场是一种交变电磁场。当交变电磁场以波的形式在地下介质中传播时，由于电磁感应作用和不同介质的电磁特性，地面电磁场的观测值将包含有地下介质电阻率分布的信息。而且由于电磁场的集肤效应，不同频率的电磁场信号具有不同的穿透深度，因此研究大地对天然电磁场的频率响应，可获得地下不同深度介质电阻率分布的信息。

使用大地电磁方法进行地球物理探测，最早由前苏联学者A.H.TNXOHB提出的。他在1950年指出：①大地电磁场本身结构虽然十分复杂，但场源可近似看成为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电性分布对大地电磁场的响应；③利用单点大地电磁场观测研究地球电性分布是可能的。随后，1953年法国学者L.Cagniard论证了场源为垂直入射的平面波在大地介质是水平均匀层状分布的条件下，相应大地电磁场的解，并把阻抗响应变换为习惯的视电阻率形式：

这两位前辈的论文发表，奠定了早期大地电磁测深法的理论基础。大地电磁测深方法的野外观测记录都是在时间域内进行的，观测资料的整理工作，首先必须从时间域的电磁场测量结果求出频率域不同周期成份的振幅谱，之后再进行进一步的资料处理和反演。经过数十年的发展，又借助于电子计算机技术，而今的大地电磁方法已经非常成熟。

1.2 静态效应形成机理

1.2.1 静态效应的产生

大地电磁方法最初假设地质模型是均质的，然而实际上地下介质往往存在局部电性不均匀体，正是这种局部电性不均匀体导致静态效应的产生。电流通过局部电性不均匀体时，会在其表面积累大量电荷进而产生一个附加电场，此附加电场的大小和外电场强度成正比。因此在此局部电性不均匀体周围的外在电场，会比其它地方的电流密度稀疏或者致密，由此产生畸变现象。这种畸变现象表现为相邻测点的视电阻率曲线和同一测点的ρTE、ρTM二条视电阻率曲线发生平行移动（对相位曲线的影响较小）。在地震勘探反射法中，浅层速度不均匀会影响地震波的传播时间，造成曲线平移，这种现象被称为“静位移”，而电磁法中的这种畸变现象与之类似，所以电磁方法也将其命名为“静位移”，这种现象也称作静态效应。

1.2.2 静态效应的特征

作者通过理论分析，查阅资料以及对本次物探工作资料处理与分析。可以总结出静态效应的一些特征。这些特征和静态效应产生的机理是我们对静态效应进行处理，即静态校正时的理论依据和出发点。静态效应的主要特征有：

（1）静态效应主要是由浅部的局部电性不均匀体产生的，随着深度的增加，静态效应会逐渐减弱。

（2）静态效应对电场数据的影响较大，但对磁场信号不会产生影响。

（3）静态效应会影响视电阻率曲线的整体偏移，但是不会影响曲线形态，相位曲线不受影响。

（4）视电阻率拟断面图上的静态效应表现为视电阻率曲线的横向范围小，纵向密集而呈垂直状。

（5）某些静态效应现象与电阻率异常现象难以区分。

2 静态校正处理技术介绍

基于静态效应的产生机理和特征，在静态校正过程中可以采取不同的方法。总的来说分为三个大类：①由于静态效应对磁场分量基本没有影响，且磁场分量数据较为可靠，所以可以将磁场分量参与来计算；②由于静态效应对阻抗相位基本没有影响，所以可用阻抗相位来计算视电阻率；③可以采用数字滤波进行静态校正。具体做法有滤波法（空间滤波、中值滤波、EMAP滤波），相位换算法，磁场数据换算法，曲线平移法，小波分析压制法等作者在本文中主要讲述曲线平移法，对其它静态校正方法略作介绍。

滤波法的主要步骤是设计滤波器。由于静态效应主要由于浅部局部电性不均匀体产生，趋肤效应决定浅部信息蕴含在高频段电磁波当中。若设计出一个低通滤波器，并以此滤波器为基础进行滤波计算，就可以压制或减弱高频段静态效应的影响。根据对初始数据的视电阻率断面图和工区内厚度、深度、电性都较合适的电性层的认真分析，可以得到应当滤去的频点和频段，之后可以自己设计或用已有的电磁法数据处理软件，选择合适的频点与频段进行滤波。较常用的滤波方法有三点滤波五点滤波和七点滤波法，它们原理相同，只是所取的频点数有差别。最终的滤波结果是使校正前视电阻率值乘以校正系数，从而更接近于无静态效应的情况。相位换算法和磁测数据计算，是由于静态效应对相位和磁测数据影响甚小（甚至没有影响）而分别以它们作为基准对视电阻率值进行计算。

曲线平移法是较为常用且效果很好的一种方法。静态效应导致视电阻率曲线整体上下平移而不改变其本身形态，所以，能够将受静态效应影响的曲线辨别并移动，使之恢复到应存在的位置，这样可以在最大程度上恢复数据的真实性。这种方法操作上看似简单，一般数据处理软件都是用鼠标来对曲线进行平移归位，但在实际操作过程中对数据处理人员的要求非常高。除了要区分判断静态效应与异常之外，还要对工区背景电阻率有较好的把握，并分析静态位移的影响程度。

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3 静态校正处理过程

作者在本次数据处理中，采用凤凰地球物理有限公司提供的AMT SSMT－2000和成都理工大学编写的MT2D－soft数据处理反演软件，综合运用了磁道计算，相位对比，空间滤波及平移等多种静态校正方法，取得了较好的效果。

3.1 选择磁道数据参与计算

在生成曲线之前，需首先进行阻抗计算。如下页图1所示，对相同时间采集的电道数据（所有采集均锁定GPS卫星保证时间同步），使用在该时间段采集的磁道信号参与计算。前文已述，磁道数据受静态效应的影响比较少，甚至不受影响，同时磁道数据比较稳定（大地电磁场本身存在一个稳定电磁场），因此这种计算结果是较为可靠的。

3.2 空间滤波和曲线平移

如图2所示，空间滤波时可以选择不同的频点和频率。一般我们选择曲线变化较大的高频数据进行滤波处理。在充分研究本勘查区的地质条件和本次工作的相位图之后，选取合适的频点与频段，在受静态位移影响较高频段进行滤波处理，并对整体数据进行校正计算，使曲线更接近于无静态位移的状态。三点滤波法在一些情况下对静态效应的压制程度不够，七点滤波法在某些时候会“过分压制”，也会造成数据失真。所以此次滤波处理采用五点滤波法。

最直观的处理方法是曲线平移。在处理界面中有二支曲线，其中蓝色的为实测数据（见图3），即要进行编辑平滑的数据；红色（十字）的为推算结果，对视电阻率曲线来说，其为由相应模式的实测阻抗相位推算出来的视电阻率值；对阻抗相位曲线来说，则为由相应模式的实测视电阻率推算出来的阻抗相位值。这种推算出来的曲线，可作为我们对实测数据进行编辑时的一种参考。

在本次数据处理中，曲线平移的操作步骤分为两步：①根据曲线位置和形态选择可靠的频点和频段（并综合地质资料确定其在稳定电性层），以该曲线作为校正的“基准曲线”。无把握选择“基准曲线”的，则沿着测线从第一个测点开始依次进行；②参照“基准曲线”，对不同频段的曲线进行上移或下移。在图3中，蓝色曲线表示TEA、红色（十字）曲线表示TMA，曲线的圆滑程度较高，表明所采集的数据和前期处理工作都较好。对平移曲线后使曲线整体上升而未改变其整体形态。经过校正，消除了静态效应的影响，之后再进行成图，得到可靠的断面图和剖面图。

图3 平移之后的曲线Fig.3 The curve after translating

4 静态校正处理前后成果对比

在理论上，经过静态校正之后的断面图和剖面图在准确度和美观程度上，比原始资料图都有很大的改观，然而校正后的结果是否真实可靠，也取决于工作中对地质情况的掌握和对数据资料分析的程度。以下以具体的断面图（下页图4和图5）为例，展示静态校正前后反演结果的不同。需要说明的是，断面图并非最终成果图，并未考虑地形等因素。同时在断面图中，高程、平距和电阻率的值都是相对的，我们仅需看出其中的差异。

故而作者又重新对数据进行了静校正并进行反演成图，所成剖面图如下页图6所示，可以很明显地看出，与图4和图5相比，图8（见下页）有明显改进：①曲线陡立情况已经消失；②纺锤形局部封闭等值线不复存在；③空白和“黑团”现象已经被消除；④视电阻率图和相位图对应效果很好；⑤异常情况明显。若在此时加入地形的因素，会使反演结果与工区实际情况更为相符。

5 结论与建议

（1）静态效应对AMT方法有极大影响，使电阻率曲线发生位移，从而导致反演结果失真，造成图形混乱和假的异常现象，不利于成果解释。

（2）静态校正技术有多种方法，每种方法各有其用途、特点，综合利用才能更好地克服静态效应所带来的影响。

（3）由于磁道数据和相位没有静态效应，因此在进行静态校正时，可以它们作为基准进行电阻率的计算和修正，所以这两者的准确性对静态校正起着至关重要的作用。要解决此问题，必须严格进行野外操作，使数据真实可靠。

（4）对于某些电磁系统，有多个电道接受器却只存在一个磁道接受器，此时在以磁道进行计算应采用同时间段的磁道数据来计算和修正同时间段的电道数据，不能混淆错乱，否则后果不堪设想

图4 TE模式原始数据图Fig.4 The diagram of the raw date in the TE model

图5 TE模式静校正后图Fig.5 The diagram after static calibration in the TE model

（5）静态效应使电阻率曲线发生上下平移，而不会改变其形态，因此，对曲线进行恰当的上下平移，就可以很好地克服静态效应。此时应特别注意对比参考曲线（即通过相位计算所得的曲线），必须选择合适的频段的曲线作为第一条平移曲线，此后的曲线平移也以此作为参考。

（6）静态校正工作属于人机联合工作，计算机软件会提供极大地方便，而人的因素尤为重要。进行静态校正时，频点的选择、曲线移动的多少，以及方向、平滑程度、滤波程度等都由人来确定，因此对工作者的要求就很高。除了熟知静态校正的原理、方法、过程外，还应有较丰富的经验，并结合工区地形地质条件，唯有如此才能将静态校正工作做得更好。

［1］杨生，鲍光淑，李爱勇.MT法中静态效应及阻抗张量静态校正法［J］.中南工业大学学报，2002，33（1）：8.

［2］魏文博.我国大地电磁测深新进展及瞻望［J］.地球物理学进展，2002，17（2）：245.

［3］魏胜，王家映，罗志琼.应用地球物理学进展［M］.武汉：中国地质大学出版社，1996.

［4］陈清礼，胡文宝，李金铭，等.利用地表电阻率校正大地电磁静态偏移［J］.物探与化探，1999，23（4）：289.

［5］张翔，胡文宝，严良俊，等。大地电磁测深中的地形影响与校正［J］.江汉石油学院学报，1999（3）：37.

［6］王家映.关于大地电磁的静校正问题［J］.地质科技情报，1992，11（1）：69.

［7］王家映.地球物理反演问题概述［J］.工程地球物理学报，2007，4（1）：1.

［8］何梅兴，胡祥云，陈玉萍，等.CSAMT奥克姆一维反演的应用［J］.工程地球物理学报，2008，5（4）：439.

［9］胡祖志，胡祥云，吴文鹂，等.大地电磁二维反演方法对比研究［J］.煤田地质与勘探，2005，33（1）：64.

［10］王大为，张罗磊.大地电磁测深相位数据的研究和应用［J］.上海地质，2006，97（1）：58.

［11］杨生，鲍光淑，张少云.MT法中利用阻抗相位资料对畸变视电阻率曲线的校正［J］.地质与勘探，2001，37（6）：42.

［12］王永涛，白改先.大地电磁测深曲线的畸变及校正［J］.石油物探，1997，36（1）：96.