基于复杂地质结构的可控源音频大地电磁法数值模拟分析

孔德旭，韩飘平，卢 腾

（江西省核工业地质局二六一大队，江西 鹰潭 335000）

我国是对地质勘查是最具有积极性的国家之一，勘查到特复杂地质结构下的能源也是全国的共同期待，对复杂地质结构我们采取科学、合理的方法进行勘查，因此本文推出可控源音频大地电磁法，对特殊复杂地质结构进行勘查运用，并取得了良好的数据结果。文中以复杂地质结构火山带为例，研究分析了可控源音频大地电磁法技术在复杂地质结构下所获得的应用效果[1]。

1 勘查区地质构造与地球物理特征

1.1 区域地质构造研究

根据江西赣州龙南区地质等相关资料，本文所要勘查的区地质结构内地层岩性特征阐述如下。

以赣州龙南勘察区山体为例，本区的地势区域位于长江区域周围，是该区域板块移动碰撞时所形成的特殊复杂火山地带。受侏罗纪时代晚期地块行走移动影响，该地的地质再次发生了强烈的隆起聚集，形成地质更为复杂的火山岩地质结构，从而地下沉积了巨厚的红色碎屑岩系，不整合地叠覆于火山岩层之上。聚拢主要原因，是由太平洋板块一系列频繁活动，和规模不等的逆冲、截断、推滑，锻造组成了这些密集的聚拢构造。

地壳运动的强烈性，和原本火山内岩浆体的软流层充分结合，形成地下暗流热源导热构造带，并在内部形成地热异常区域。地下暗流水流中存在着，暗红色钙质粉砂岩、砾岩、黑色结晶体与红色泥岩状砂岩，此岩状物质呈不等厚度，夹杂多种杂色岩晶。岩石表层受氧化影响，表面出现裂隙。聚拢带多系暗河流动，其电阻率相对围岩结构较低，在电阻率呈现低组特征时，异常等值数据密集或不稳定，这就为本文可控源音频大地电磁法提供了在火山岩聚隆带数值模拟的物性条件。

1.2 复杂区域地球物理特征研究

勘查区由一系列向东南走向的山脉和宽缓的聚隆火山带山脉组成，西南部地势相对较高，东北部地势相对较低，整个赣州龙南研究区的平均海拔高度在253 米左右。除西南部，有些地区地势地形起伏比较大以外，勘察区其他部分地形分布相对平稳。

2 可控源音频大地电磁法工作技术方法

2.1 技术应用方法

本文采用可控音频大地电磁法采集数值进行模拟分析，该技术运用人工源频率域电磁测深勘探，通过人工发射源电流频率及电流强度进行勘查区地下电性结构特征分析。观测超低频天然大地电场和磁场正交分量来计算电阻率，人工场源产生的电磁场的频率和场强均由人为控制，该技术在作用过程中抗干扰能力比较强，从而提高工作效率[2]。

本文提出的可控源音频大地电磁法在常规AMT 电磁法探测技术基础上，对目标地区岩体的模型粗糙度进行数据采集和改进，以此作为先验信息，然后将勘察地区地质构造数据资料等先验信息，加入到可控源大地电磁需要的先验地电数值模型中，这样在工作迭代过程中在已有先验信息分布的基础上，将区域内修正模型逐渐的向先验信息靠拢，达到电性约束的效果，从而得到模型响应与实测数据数值的拟合精准度。

通过对一定长度的接地导线供入不同频率的电流，使电流作为发射场源，发射端通过依次改变发射谐变电流的频率，测出初始电阻率值和相位值随频率的变化，从而在一定收发距的侧区内产生相应频率的谐变电磁场，收发过程中，发射频率随时间发生变化，发射电流强度也会随着收发距离不同做出适当调整。在信号接收区域内采集不同频率的水平和垂直磁场分量，通过计算频率倾子、频率倾子相位等参量，进行间接了解掌握地下电性构造特征[3,4]。

2.2 野外工作布设

首先实地勘察地形、地貌、交通、气象、居民点、植被等条件，调查勘察区内电磁干扰源，对电磁干扰情况进行估计。其次综合考虑地质任务，勘察区地质构造特征、地形地貌、噪声水平、仪器设备性能等条件，核对收集到的地质、物化探、钻探及测绘等信息资料。为了资料解释需要，应有针对性进行电阻率参数测定，进行标本、露头测定或小极距测深，以及电测井和井旁测深。最后需要进行安全措施防护，开工前必须对供电导线进行检查，任何损坏和开裂都必须进行及时维修或替换，接头处应使用高压绝缘胶带包裹严密。在有高压电线的情况时，派专人巡视看管以达到安全作业标准。

3 模拟数值与研究成果

3.1 复杂地质结构数值模拟前准备工作

模拟数值处理首先需通过数据编辑、滤波、过滤校正等，筛选、排除采集到的可控源音频大地电磁法数据的各种噪音影响，例如地质噪音、人文噪音、仪器噪音自然环境噪音等，得到精准数值，见图1。

图1 可控源音频大地电磁法数据处理流程图

以下为模拟数值流程，以本次勘察区为例，采用传统天然源大地电磁法与可控源音频大地电磁法进行对比试验。即数据采集过程中，可控源音频大地电磁法采用了赤道偶极装置进行标量测量从而得到模拟数值，本方法使用一段距离的接地导线作为发射端场源，距离场源中心的50km 范围内作为接收端，进行勘测与人工场源平行的水平电场分量频率倾子，和与场源相互连接的水平磁场频率倾子相位等参量，见图2。使用电场幅值和磁场的幅值计算电阻率，电场的相位值和磁场的相位值计算相位，对电阻率和相位进行反演，得到电阻率参数，利用得到的电阻率实际分布情况进行后续地质结构推断。

图2 发射端布置示意图与接收端模式布置示意图

而传统天然源大地电磁法采用的是天然源大地电磁法，在勘测地质结构信息时，需将电磁波进行垂直均匀入射到地面，大地电磁测深就是根据地表实测的视电阻率、相位等数据来求取大地深部电导率结构，操作起来较为复杂，也更难以掌控，稍有外在因素的影响便无法进行，其纵向分辨能力会随着深度的增加而迅速减弱。而采用的可控源音频大地电磁法与传统方法对比，所得到的可控源音频大地电磁法频率数据更多，分辨率更高，监测过程更加精准。

3.2 数值模拟实际操作及结果

下面为同等条件环境下二者通过地下测深采集到的数据对比，见表1。

表1 两种测深技术方法频率数据表

通过以上数据结果我们可以看出，800m 探测深度时，传统大地电磁法技术，对比本文提出的技术，采集到的数值信息相对较弱，而1500m 时传统技术更是受深度影响，采集的数值不稳定，甚至较本文技术少探测到1 个数值点。所以结合上述数据，不难看出可控源音频大地电磁法比传统天然源大地电磁法得到的数据更加精准清晰。

以可控源音频大地电磁法进行有限元场值的数值模拟，选择三个复杂介质结构区域作为模型，发射端位于坐标原点，接收测线平行发射偶极子在X 方向八千米处。模拟所用参数如下；

接收点位置y：从400 ～2100点，点距离为100m，共18个点，从2100 ～7300 点，点距离为200m，有26 个点，共44 个。

频率f(Hz)为：2048，1024，512，256，128，64，32，16，8，4，2，1 共12 个。

波 数k 为：1.78，3.16，5.63，10.0，17.8，31.6，56.3，80.0，100.0，178.0，316.0，1000.0，2000.0，5000.0，共15 个。

勘查区三个复杂介质构造模型，在44 个接收点上对应12 个频率的电阻率及相位断面，无论是电阻率还是相位断面都展示出了三个复杂介质构造模型体的异常特征，异常的范围要大出异常体很多。电阻率曲线在21 号及34 号接收点上，由于曲线通过3 个模型，所以在对比电磁频率0.5Hz ～2Hz 段电阻率呈现出低阻特征。而3 个模型的相位没有低阻特征，只是对应异常地质构造位置相位相对变高。

从而得知，可控源音频大地电磁法通过数值模拟可勘测出复杂地质结构，较常规电磁法得到的数据更加精准，该技术的数值模拟结果，能够直观的给出地质区域内的异常形态。

4 结束语

通过上述结构模拟数值结果表明，无论是断面还是单值频率勘测，结合文中图例，得知可控源音频大地电磁法对地下复杂地质结构的特征，都有明显的显示。根据实验勘察区结构特征，收发距离大于4 倍的趋肤深度才能得到稳定的受近场影响小的高质量数据。可控源音频大地电磁法数值模拟技术，可以灵活的实现复杂地质结构的模拟，因此该方法是一种可以具有实际利用价值的数值模拟技术，基于此技术的数据，实验才更具有实用意义。