关于提高音频大地电磁测深法抗干扰能力的一些思考及应用

陈开银

( 贵州省地矿局111 地质大队， 贵州贵阳 550008)

1 方法概况

大地电磁测深法简称MT，是利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。其具有不用人工供电，成本低，工作方便，不受高阻层屏蔽，对低阻层分辨率高等优点，而且勘探深度随电磁场的频率而异，从几十米到数百公里不等［1］。

在野外大范围内进行观测，所观测到的天然交变电磁场称为大地电磁场。它以电场以及磁场分量的变化形式表现出来。电场部分大地电流的地球区域电流的存在有关，而磁场部分与地磁变化或大地电流的变化特点有关［2］。音频大地电磁测深的场源是由太阳微粒的辐射作用下形成的。太阳风的微粒辐射流具有较高的导电能力，因此地球的正常偶极磁场受到畸变导致不能穿过它，其频率范围是10000Hz～1Hz，因为其高频部10000Hz～1000Hz所在频段的声波人耳能听到，所以称为“音频”，探测深度一般为3km以上［3-4］。为了克服音频(n×10-1～n×103Hz)大地电磁法(AMT)观测上的一些困难，20世纪70年代初,加拿大多仑多大学的D.W.Strangway教授提出沿用AMT的测量方式不变,观测人工场源形成的音频电磁场。因为所观测电磁场的频率、场强和方向均可由人工控制,观测方式又与AMT法相同,因此称这种方法为可控源音频大地电磁法(CSAMT)。CSAMT法采用的人工场源通常是在野外选择一处干扰源较小的区域布设1km～3km的接地导线，并通过发电机发电传入导线,以产生相应频率的电磁场。

音频大地电磁测深(AMT)与可控源音频大地电磁法(CSAMT)的测量原理相同，都是通过测量垂直射入大地的电磁波在地面的电场及磁场分量Ex、Ey、Hx、Hy。其中Ex与Hy、Ey与Hx相互正交，通过测量各电场和磁场分量，可确定地下介质的视电阻率值，其计算公式为

式中Zxy为电场强度为x方向的电阻抗，ρxy为Zxy模式下的视电阻率。Zxy模式为TM模式，Zyx模式为TE模式，音频大地电磁测深（AMT）能得到TM与TE模式的视电阻率，而可控源音频大地电磁测深（CSAMT）仅能得到TM模式的视电阻率［5］。

2 改变测量方式以提高AMT法抗干扰能力的可行性探讨

音频大地电磁测深是大地电磁测深的其中一种测量方法，其仪器组成包括V8-6R、RXU-3ER、AMTC-30高频磁棒等，其场源是由太阳微粒辐射（太阳风）作用下形成的地球磁层和电离层的变化形成的。太阳风的微粒辐射流具有相当高的导电能力，所以地球的正常偶极磁场不能穿过它而受到畸变，其频率范围是10000Hz～1Hz，因为其高频部10000Hz～1000Hz所在频段的声波人耳能听到，所以称为“音频”，探测深度一般为3km以上。其勘探原理为通过测量垂直射入大地的电磁波在地面的电场及磁场分量Ex、Ey、Hx、Hy，其中Ex与Hy、Ey与Hx正交，通过测量相互正交的电场和磁场分量，进而得到对应视电阻率值［6］。在野外工作中，经常遇到高压线、变电站等干扰源，对磁道数据造成较大的干扰，对电道数据影响相对较小。我们知道，RXU-3ER盒子只采集电道数据，共用V8的磁道数据，对于地层缓变地区，一个V8测站可以控制大约2km的范围（即它方圆2km内的所有测站都可以用其磁场数据做参考），故而如果能保证磁道数据的采集质量，这将大大提高整体数据的采集质量，这也变相的达到了提高该方法的抗干扰能力的目的。

由上可知，在干扰源较多的区域，若能减少干扰源对磁道的影响，即能得到良好的磁道数据，将对整条测线的数据质量有较大的益处。笔者通过多年的野外工作经验并结合实例摸索出了以下野外测量方式，即在测线上寻找一处没有高压电线、变电站等干扰源的地方摆设主机V8，以确保磁道数据的采集质量，并固定其位置，在排列移动过程中，只变换RXU-3ER盒子的位置，这样既能得到较好的数据采集质量，又能减少摆设主机的次数，提高工作效率。唯一的缺点是在相当长一段测线上，RXU-3ER盒子都将共用同一位置的主机磁道数据，这对最终得到的视电阻率值结果有一定的影响，以下通过实例来对该采集方式的可行性进行印证。

3 CSAMT法与改变测量方式的AMT法对比应用实例

3.1 锦平敦寨花桥断裂勘探

该工区位于贵州省黔东南州锦平县敦寨镇一带，区内断裂构造非常发育，主要发育的断裂为花桥断层（F1）。据相关地质资料，花桥断层发育于工区的东部，总体走向北北东，倾向北西，倾角60°～75°，根据区域资料及本次工作后可知，在勘查区范围内断层倾向北西，倾角65°～75°，区域上断层发育长度大于80km。断层两侧岩层受强烈挤压而破碎，破碎带宽15m～100m不等，为区域性大断裂。

该工区的目标断层即为花桥断层，测线与断层正交布设，长度4.5km。在测线线路上部分区域存在大量与测线方向近垂直走向的高压电输电线路，不利于电磁法的开展，争对出现的不利情况，笔者认为这是一个验证提高AMT法抗干扰能力试验的机会，故而在该测线上同时开展了可控源音频大地电磁测深（CSAMT）及音频大地电磁测深（AMT）法，对比分析其反演结果，验证该方法在提高AMT法抗干扰能力上的有效性。

如图1左侧所示，该反演图为该测线音频大地电磁测深法（AMT）二维反演电阻率断面等值线图，由该反演图可知，在测线2.5km（Y1-1异常点）处沿测线小号方向存在一低阻条带，与花桥断层平面位置相近，综合分析认为该异常带对应为花桥断层（F1）发育，发育宽度约100m，视倾角62°，与已知相关地质资料基本吻合。图1右侧为该测线可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)二维反演电阻率断面等值线图，在测线2.5km处沿测线小号方向形成一高低阻分界面，综合分析认为该高低阻分界面对应为花桥断层（F1）发育，其形态及断层发育情况与音频大地电磁测深法(AMT)二维反演电阻率断面等值线图相近，只在断层上盘视电阻率值有所差别，对比二者的反演断面图，会发现音频大地电磁测深法(AMT)对断层带的反应更为突出、直观，而可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)只有整体的高低阻界面，对断层破碎带没有较好的反应。由上可知，通过改变测量方式的音频大地电磁测深法(AMT)在干扰源较多的区域，其测量效果与可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）相当，在分辨率上还要更好，分析认为是由于可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）排列的长度有限，通常为450m，在干扰源较多的区域其磁棒不能完全避开干扰源，其部分磁道数据采集质量较差所导致。

图1 锦屏敦寨AMT法及CSAMT法二维反演电阻率断面等值线图

3.2 剑河革东断裂勘探

该工区位于贵州省黔东南州剑河县革东乡一带，有一北东向断层发育，其发育规模较大，在测线布置位置有一次生断层发育，与主断裂相距约500m。该测线横穿该断层及其次生断层，以查明该断裂带在深部的发育情况，为后续的地热资源开发提供依据。由于该测线范围内存在大量北东向走向的输电线路，不利于电磁法的开展，即使采用可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法，由于其一个测量排列的长度有限，大部分区域并不能寻找到干扰较小的位置摆设V8，使其磁道数据干扰严重，故而经过综合分析认为本次测量采用改进测量方式的音频大地电磁测深(AMT)法进行测量，即选择一处没有高压电线、变电站等干扰源的地方摆设主机V8，以确保磁道数据的采集质量，并固定其位置，在排列移动过程中，只变换RXU-3ER盒子的位置，经过实测数据并反演成图得到了很好的勘探效果，如图2所示。

图2 剑河革东AMT法二维反演电阻率断面等值线图

在测线950m处（对应图中Y2-1异常点），视电阻率值出现分界面，其视电阻率值等值线向下凸起，并略向小号方向倾斜，从其视电阻率值曲线分布形态并结合已知地质资料综合分析认为，推测有F3断层存在，该断层向北西倾斜，视倾角在72°左右；在测线1450m左右（对应图中Y2-2异常点），其视电阻率值等值线同样向下凸起，并略向测线小号方向倾斜，从其曲线分布形态分析，推测有F2断层存在，该断层向北西倾斜，视倾角在64°左右。

由对以上二维反演电阻率断面等值线图分析可知，该反演断面对断裂带的反应较为明晰，在测线800m～1500m段的低阻带对应为断裂带，其中Y2-1异常点对应次生断层F3，Y2-2异常点对应主断层F2，在两条断裂相距较近且干扰严重的情况下，能清晰的反映出两条断裂带的发育情况，说明音频大地电磁测深（AMT)的该测量方式是可以显著提高抗干扰能力的。

4 结论与建议

综上所述，选定干扰源较少的位置摆设主机V8，在测量过程中，只移动RXU-3ER盒子的音频大地电磁测深法（AMT）测量方式，大大提高了音频大地电磁测深法（AMT）的抗干扰能力，其方法的有效性得到了很好的印证。这为以后在干扰源较多的区域开展电磁法测深提供了更多可供选择的工作方式。

在传统工作方式中，音频大地电磁测深法（AMT）相比于可控源音频大地电磁测深法（CSAMT），其具有勘探深度更深、野外测量更为便捷、施工成本更低等优点，但其抗干扰能力较可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）弱，给该方法的广泛应用造成了一定的局限性。本文通过对音频大地电磁测深法（AMT）工作方式的调整初步得到了解决音频大地电磁测深法（AMT）抗干扰能力较低的弱点的工作方法，相信音频大地电磁测深法（AMT）在以后的电磁勘探中将会有更大的应用空间。

另外，在采用该工作方式时也应注意距离的控制，对于地层缓变地区，一个V8测站可以控制大约2km的范围（即它方圆2km内的所有测站都可以用其磁场数据做参考），因此建议在采用该测量方式时，应注意控制主机V8与RXU-3ER盒子的距离。