CSAMT 場源效應試驗研究

王 剛，王書民，雷 達，趙富剛

(1.昆明理工大學國土資源學院，云南昆明 650093;2.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000)

CSAMT 場源效應試驗研究

王 剛1，2，王書民2，雷 達2，趙富剛2

(1.昆明理工大學國土資源學院，云南昆明 650093;2.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000)

在可控源音頻大地電磁法(CSAMT)野外勘查中，往往會存在場源效應的影響，而且場源效應也是長期以來困擾CSAMT野外施工和數據處理解釋的難題。因此，識別場源效應，分析場源效應的影響特征，對CSAMT的實際應用效果非常重要。這里采用野外試驗的方法，對場源效應進行了試驗對比，初步總結了CSAMT場源效應對其視電阻率和阻抗相位的影響特征。

CSAMT;場源效應;視電阻率;阻抗相位

0 前言

CSAMT通過分析地面或井中觀測到的人工可控源的電磁波信號，在地球介質中激發的電磁波場數據，以達到勘查地球內部電性結構的目的。由于采用的是人工場源，其觀測的信號較強，信噪比較高。而正是由于采用的是人工場源，因此對于CSAMT二維測量，當場源位置不同，或者場源下面、場源和接收點之間存在局部電性不均勻地質體時，都會引起視電阻率和阻抗相位曲線的畸變，這些畸變通常稱為場源效應［1～4］。場源效應所引起的視電阻率和阻抗相位的畸變，不僅使CSAMT數據的處理、資料的解釋更加復雜，而且常常會出現對地下地質結構的錯誤推斷，直接影響了CSAMT的實際應用效果。因此，研究CSAMT二維測量場源效應的影響特征是非常有意義的［5～7］。為了弄清場源效應對觀測數據的影響規律，作者設計了幾組試驗方案，對場源效應進行了實驗研究，并結合地質資料，取得了場源效應影響特征的一些新認識。

1 技術方法

野外試驗均采用加拿大鳳凰地球物理公司生產的電法工作站(V8)，標量CSAMT測量，赤道偶極裝置。

1.1 收發距r大小對觀測數據的影響試驗

為了弄清收發距r對觀測數據的影響特征，我們選擇了河北保定試驗區。該實驗區地處華北平原，第四系覆蓋非常厚，可以近似看成均勻半無限空間，這更能體現收發距r這個單一因素對觀測數據的影響程度。本次試驗在同一點接收，只改變收發距r的大小，分別為2km、3km、5km、7km。實驗的供電極距 AB為1km，工作頻率從0.1875Hz到7680Hz，共有32個頻率點，工作布置簡圖如圖1所示。

圖1 收發距r大小試驗工作布置簡圖Fig． 1 Set-up diagram of experiment with different distancebetween receiver and transmitter

1.2 不同場源對觀測數據的影響試驗

在野外工作中，經常遇到測線很長，需要在中途換源。為了弄清前、后兩個源對觀測數據的影響程度，我們設計了兩組試驗。試驗區分別選在保定地區和內蒙興和地區。保定地區可近似看成均勻半無限空間。而興和地區在各時代的地層發育都比較齊全，從太古界到新生界均有出露，其沉積類型繁雜，巖相、巖性變化復雜，受巖漿活動和構造運動影響，變質作用廣泛。主要地層以下太古界集寧群深變質相硅線榴石片麻巖、麻粒巖夾大理巖，及新生界第三系中新統玄武巖夾泥巖為主。這兩個區工作布置都一樣，在同一接收點觀測。在接收點左右各布設一個源，供電極距為1km，收發距為5km，工作頻率從0.1875Hz到 7680Hz，共32個頻率點。工作布置簡圖如圖2所示。

圖2 換源試驗工作布置簡圖Fig． 2 Set-up diagram of experiment with different sources

1.3 場源處基巖深度不同的對比試驗

場源處地下基巖深、淺不同，對測量數據也是有影響的。在內蒙古突泉縣試驗區，作者進行了相關的試驗。該試驗區位于牤牛海坳陷與瓦力營子隆起過渡帶，是一個斜坡地帶。區內為高阻火山巖基底，基底埋深大致是南淺北深。在同一接收點觀測，接收點南北兩側各布置一個場源，南邊場源位置處的基底淺，北邊場源位置處的基底深。供電極距為1km，收發距為6km，工作頻率從0.1875Hz到7680Hz，共32個頻率點。工作布置簡圖如圖3所示。

圖3 場源處基巖深淺不同試驗工作簡圖Fig． 3 Set-up diagram of experiment with different depth ofbedrock beneath the source

2 試驗結果

圖4是以收發距r為參量，視電阻率和阻抗相位變化曲線對比圖。其中，圖4(a)為視電阻率曲線對比圖，從總體上看:

(1)在近區(低頻段)，可以看出視電阻率明顯與收發距r有關。隨著r的減小，視電阻率逐漸增大，曲線所測得的視電阻率并非地下介質電阻率的真實反映。

圖4 不同收發距r的視電阻率和阻抗相位曲線對比圖Fig． 4 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different distance between receiver and transmitter

(2)過渡帶低谷所對應的頻率，隨收發距r的增大而減小，這樣可用的頻點越多，說明在其它條件不變的情況下，收發距r越大，探測深度越深。

(3)在遠區(高頻段)，各曲線重合，說明視電阻率與收發距無關，只與地下介質的電阻率有關，所測得的視電阻率是地下介質電阻率的真實反映。

圖4(b)顯示，阻抗相位在近區趨近于零，在遠區趨近于45°。阻抗相位曲線形態表現出與視電阻率曲線呈“鏡像”的變化規律，且隨著收發距r的增大，過渡帶低谷逐漸向較低的頻率移動。

圖5(a)是保定地區換源前、后的視電阻率曲線對比圖。由圖5(a)可見，換源前、后所觀測到的兩條曲線幾乎重合，這是由于場源和接收點之間地質情況較單一，不存在斷層或較大巖性變化，近似均勻半空間。由卡尼亞電阻率計算公式可知，在垂直電偶極源中垂線兩側小于30°的范圍內，裝置系數不變，得到的卡尼亞電阻率值幾乎不變，所以換源對觀測數據影響不大。圖5(b)是興和地區換源前、后的視電阻率曲線對比圖，由圖5(b)可見，兩條曲線明顯的分離了，這是由于在場源與接收點之間地質體不同所引起的。

圖5 換源前后視電阻率曲線對比圖Fig． 5 The apparent resistivity curve of the different sources

圖6 場源處基巖深淺不同視電阻率和阻抗相位曲線對比圖Fig． 6 The apparent resistivity and impedance phase curve of the different depth of rock bed beneath the source

圖6 為場源源處地下基巖深、淺不同，在同一位置(125號CSAMT測深點)接收的視電阻率和阻抗相位曲線對比圖。由圖6可看出，兩個源的視電阻率曲線在遠區是重合的，大致在100Hz以下進入過渡區，視電阻率曲線便分離了:在發射源處基巖淺的視電阻率曲線，其過渡帶低谷出現在頻率比較高處，且曲線更陡峭一些，會給人以測點處地下電阻率增大的假象;在發射源處基巖深的視電阻率曲線，其過渡帶低谷出現在較低頻率，給人以測點電阻率值減小的假象;在近區曲線形態完全不一樣。這些是由于在地面，只有電場分量的地層波對場源效應有貢獻［8］。高阻基巖深時，場源下電阻率低，透射到地下電磁波(地層波)衰減快，所以似乎地下電阻率降低了;當場源位于基巖淺處，則相反。阻抗相位曲線在遠區也是重合的，到過渡帶、近區，就逐漸分離了。

綜上所述可以說明，基巖的深、淺，對測深曲線是有一定影響的。所以，場源應該布置在與測深點處地質情況相近的地方，這樣才不會引起與場源有關的畸變。

3 結論

上述試驗表明，在均勻半空間、信噪比足夠高的條件下，收發距r越大越好，可利用的頻點越大，反演深度越大。測線太長，中途可以換源，在均勻半空間條件下，換源對觀測數據幾乎沒有影響。但在地下地質情況比較復雜時，觀測的數據就不一樣。場源應該布置在與測深點處地質情況相近的地方，這樣才不會引起與場源有關的畸變。但隨著三維正反演的發展，這些場源效應是可以利用，以獲得更多的地質信息。

［1］ 何繼善.可控源音頻大地電磁法［M］.湖南:中南工業大學出版社，1990.

［2］ 李金銘.地電場與電法勘探［M］.北京:地質出版社，2005.

［3］ 石昆法.可控源音頻大地電磁法理論與應用［M］.北京:科學出版社，1999.

［4］ 米薩克 N·納比吉安.電磁法(第一卷)理論［M］.趙經祥，譯.北京:地質出版社，1992.

［5］ 傅良魁，田憲謨，羅延鐘，等.應用地球物理教程－電法、放射性、地熱［M］.北京:地質出版社，1990.

［6］ 林長佑，羅東山，武玉霞，等.電偶源頻率電磁測深二維阻抗視電阻率計算的源效應校正法［J］.西北地震學報，1996，18(2):43.

［7］ 閻述，陳明生.CSAMT測深中的陰影和場源復印效應問題［J］.石油地球物理勘探，2004，39(增刊):8.

［8］ 陳明生，閻述.CSAMT勘探中場區、記錄規則、陰影及場源復印效應的解釋研究［J］.地球物理學報，2005，48(4):951.

［9］ 高文.大地電磁感應的場源效應［J］.地球物理學報，1991，34(4):210.

［10］殷長春.電法勘探專題［M］.長春:吉林大學出版社，1993.

［11］雷達，孟曉紅，王書民，等.復雜地形條件下的可控源音頻大地電磁測深數據二維反演技術及應用效果［J］.物探與化探，2004，28(4):323.

［12］程銘宇.三維電性非均勻體上CSAMT畸變效應研究［D］.中國優秀碩士論文全文數據庫，2006.

［13］楊生，施婉華，王慶乙.CSAMT的非遠場改正和二維解釋問題［J］.地質與勘探，1993，29(9):42.

［14］王若，王妙月.可控源音頻大地電磁數據的反演方法［J］.地球物理學進展，2003，18(2):197.

［15］胡祖志，胡祥云，吳文鸝，等.大地電磁二維反演方法對比研究［J］.煤田地質與勘探，2005，33(1):64.

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1001—1749(2011)05—0527—04

2011－01－16 改回日期:2011－06－16

王剛(1981－)，男，碩士，主要從事綜合電磁法勘探方面的研究和生產工作。