AMT方法在变电站极址电阻率调查中的应用

2012-11-08严良俊油气资源与勘探技术教育部重点实验室长江大学湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2012年1期

夏云,严良俊 (油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北荆州 434023)

夏云,严良俊 (油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北荆州 434023)

变电站极址的选址对输变电安全非常重要，站址地下中浅层电阻率关系到接地好坏。采用AMT方法测试了变电站极址的中浅层电阻率分布(共测试AMT点9个，检查点1个)，采用的仪器是网络化多功能电法系统V8，通过观测计算地面上相互垂直的电、磁场分量，得到了观测点上的视电阻率-频率曲线。通过野外电阻率测试、资料处理与反演，得出反演电阻率结果与特征，从而直观地判断曲线类型和地下电性层变化规律，对变电站极址的接地层位提供了重要依据。

AMT；电阻率;变电站极址；反演

随着我国西部大开发战略的实施，大西南的金沙江、大渡河梯级电站项目正在加快进行，其配套的输变电站及线路建设任务繁重。为了确保输变电安全与工程质量，换流站、变电站极址的选址及勘察尤为重要。站址地下中浅层(50～1000m)岩石的电阻率的大小关系到变电站设备接地好坏。良好的接地条件是输电安全的重要参数。近年来，随着电磁法仪器的性能及其抗干扰能力的不断提高，音频大地电磁测深法[1-4](Audio-frequency Magnetotelluric, AMT)在工程物探、煤田勘探、电法找水、地热与金属矿勘探等方面受到了地球物理工作者的青睐。

1 工区地质概况

图1 场地工程地质剖面

如图1所示(其中Qdel为滑坡堆积碎石土；Qdl为坡积土；Q为粘性土；T3q为三叠系灰岩)，变电站站址位于水洛河右岸的大型古滑坡的次级滑动体上。大型古滑坡体后缘高程约为2480m，前缘抵水洛河右岸，高程约为2145m。滑坡沿垂直于水洛河流向方向发生，顺滑动方向(NE向)长约1.0km，垂直于滑动方向长约1.5km。滑坡在高程2400m和2270m(站址位置)高程形成平台。站址所在的次级滑坡体平台高程2240～2270m，相对高差30m左右。平台NE侧地形较为平缓，总体坡度15～20°。平台SW侧地势较陡，总体坡体达20°，局部超过40°。平台NW侧为滑坡次级滑动所形成的凹陷，现为农田，宽20～30m，凹陷以西地形坡度约15～20°。

2 仪器选择及工作布置

2.1仪器选择

根据测区的地质地球物理特征，选用加拿大凤凰公司生产的新一代网络化多功能电法系统System 2000.net(V8)。该系统总体由4大系统组成：发射系统、采集(接收)系统、定位系统、数据记录处理系统。

2.2工作布置

工程采用音频大地电磁测深法 (AMT)和浅层瞬变电磁法(TEM)测量该500kV变电站新建工程站址地表到地下1000m范围内不同深度的电阻率分布。要求测量AMT点9个，检查点1个；TEM点9个，检查点1个。AMT点位和TEM点位重合。为了保证观测资料的质量和可信度，在AMT05点进行了重复观测，2次观测的视电阻率资料经编辑后，在目标深度范围内，曲线形态一致，均方相对误差为3.5%，小于规范中5%的要求。

3 AMT资料处理与反演方法

3.1资料预处理与校正

1)Robust处理 AMT研究的是波阻抗的频率响应，而电磁场观测是在时间域进行的，因此首先应该从时间序列的记录中提取电磁场的频谱信息，根据谱分析结果求取张量阻抗元素。在求取张量阻抗元素时，常用的是Robust估计法[5]。该方法可以对采集的数据进行校正，去除飞点，保证采集的数据的质量。

2)资料编辑、平滑对原始数据进行对比编辑、平滑，删除飞点。平滑后的数据不改变原始曲线的类型。

3)地形的影响及其校正地形影响主要是指地形起伏对AMT观测数据的影响。电磁法的测量结果易收地形的影响而发生畸变，使反演结果出现假异常层或假构造，研究发现TM模式比TE模式更易受地形影响，山顶比谷底更易受地形的影响，所以在解释前，应该对地形影响进行校正[6]。

4)静态偏移的校正在电磁法勘探中，只要测量电场分量，静态效应总是存在。感应电流垂直穿过电性异常体时，在流入端和流出端会有电荷积累，两端电荷量大小相等，符号相反，从而建立一个静电场，并叠加在观测的电场分量中，使电场数据向上或向下移动一个常数视电阻率曲线也沿纵轴在双对数坐标系中发生上下平移,这种现象称为静态偏移。静态效应会使测深曲线(一维)定量解释结果，无论电阻率或层厚度都产生误差；而在对视电阻率拟断面图作定性解释时，会误将静态效应推断为陡立的深大断裂或垂向大延深的异常体，因此，需对资料进行静态校正。静态校正的空间滤波法[7]是利用MT法中发展的电磁阵列剖面法(EMAP)基本原理，用数字滤波技术压制静态效应。

3.2资料处理与成果解释

1)视电阻率与相位的计算对于标量观测方式，视电阻率ρ与相位ψ按下式计算：

ρ=0.2T|Z|2ψ=arctan|Im(Z)/Re(I)|

式中,Z为波阻抗；T为周期；I为电流。

2)资料处理解释与反演工程采用由长江大学研究开发的单点AMT连续介质反演方法，来获取地下层状介质地电模型的高分辨率电阻率与厚度参数，该法称为“正演修正法”[8]。 “正演修正法”以“虚拟全区视电阻率”为反演过程中的拟合目标函数，它根据“虚拟全区视电阻率”的观测值和反演结果正演计算的拟合情况来调整电性层的电性和几何参数。选个时间点的数据，以一维Bostick反演的结果作为初始模型，将地下电性层划分为N+1=21层，根据正演结果和观测值的差异，逐层修正电阻率和厚度并循环进行。由于采用对称方形的小偏移距的线框作为发射源，并且是在中心点上采集时间序列的衰减信号，因此，它更类似于自激自收的垂向测深法。在这种情形下，一维反演结果具有很高的精确性。

4 变电站极址的电阻率调查与分析

通过对水洛站址测试点的资料处理与反演，获得了该站址从地表至地下1000m范围内的电阻率分层模型及数据(见图2～图4)。通过分析9个TEM点反演电阻率分层数据发现，站址浅层电阻率有如下特点：埋深60m内，电阻率大致分为3层。第1电性层较薄，不超过2m;第2电性层也较薄，约5m；第3层较厚，约50m。浅层电阻率表现为K型电性结构，表层电阻率平均约300Ω·m，中间高层电阻率将近2000Ω·m，底层电阻率约500Ω·m。深部地下电阻率分层有如下特点：电性分层大致可分4层，即第1电性层为高阻，第2电性层为低阻，第3电性层为高阻，最后一层为稳定的低阻层，总体表现为HK型电性结构。深部第1层高阻与浅层电阻率测量结果相吻合而衔接，电阻率一般在500Ω·m左右；中间低阻层在9个AMT点上普遍存在，该低阻层电阻率平均为62Ω·m，平均厚度为37m，顶板埋深大约在70m左右，该层是较好的接地层位；在低阻层下部有层厚度较大的高阻层，电阻率约为700Ω·m，厚度有400m左右，在最下部为一稳定存在的低阻层，电率较低，不大于100Ω·m，一直延伸到1000m。