靜態校正技術在冊亨縣納相金礦音頻大地電磁法勘探中的應用

彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質礦產勘查開發局 103地質大隊，貴州銅仁 554300）

靜態校正技術在冊亨縣納相金礦音頻大地電磁法勘探中的應用

彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質礦產勘查開發局 103地質大隊，貴州銅仁 554300）

音頻大地電磁測深，簡稱AMT（Audio Magnetotelluric），作為大地電磁勘探方法的一種，適用于中淺層地球物理勘查，探測深度一般在2 000m之內，是一種有效的地球物理勘探方法。但靜態效應是電磁方法中較為棘手的一個問題，為數據資料的處理帶來了極大地不便。這里簡要闡述大地電磁方法基本原理和靜態效應產生的機理，并對不同的靜態校正技術進行論述。同時還介紹了該技術在黔西南卡林型金礦的具體應用及應用效果，結果表明，該技術較好地克服了靜態效應所帶來的影響。

音頻大地電磁法（AMT）；靜態效應；卡林型金礦

1 音頻大地電磁方法基本原理和靜態校正形成機制

1.1 音頻大地電磁法基本原理

AMT是音頻大地電磁測深（Audio Magnetotelluric）的簡稱，其基本原理與大地電磁測深（簡稱MT：Magnetotelluric）相同，區別在于兩者頻率范圍不同而致使探測深度不同。AMT的頻率范圍是10 000Hz～1Hz，其高頻部份10 000Hz～1 000Hz頻段的聲波人耳能聽到，故稱為“音頻”。AMT技術適用于中淺層深入調查，探測深度一般為2 000m之內。

作為AMT場源的天然大地電磁場是一種交變電磁場。當交變電磁場以波的形式在地下介質中傳播時，由于電磁感應作用和不同介質的電磁特性，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質電阻率分布的信息。而且由于電磁場的集膚效應，不同頻率的電磁場信號具有不同的穿透深度，因此研究大地對天然電磁場的頻率響應，可獲得地下不同深度介質電阻率分布的信息。

使用大地電磁方法進行地球物理探測，最早由前蘇聯學者A.H.TNXOHB提出的。他在1950年指出：①大地電磁場本身結構雖然十分復雜，但場源可近似看成為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電性分布對大地電磁場的響應；③利用單點大地電磁場觀測研究地球電性分布是可能的。隨后，1953年法國學者L.Cagniard論證了場源為垂直入射的平面波在大地介質是水平均勻層狀分布的條件下，相應大地電磁場的解，并把阻抗響應變換為習慣的視電阻率形式：

這兩位前輩的論文發表，奠定了早期大地電磁測深法的理論基礎。大地電磁測深方法的野外觀測記錄都是在時間域內進行的，觀測資料的整理工作，首先必須從時間域的電磁場測量結果求出頻率域不同周期成份的振幅譜，之后再進行進一步的資料處理和反演。經過數十年的發展，又借助于電子計算機技術，而今的大地電磁方法已經非常成熟。

1.2 靜態效應形成機理

1.2.1 靜態效應的產生

大地電磁方法最初假設地質模型是均質的，然而實際上地下介質往往存在局部電性不均勻體，正是這種局部電性不均勻體導致靜態效應的產生。電流通過局部電性不均勻體時，會在其表面積累大量電荷進而產生一個附加電場，此附加電場的大小和外電場強度成正比。因此在此局部電性不均勻體周圍的外在電場，會比其它地方的電流密度稀疏或者致密，由此產生畸變現象。這種畸變現象表現為相鄰測點的視電阻率曲線和同一測點的ρTE、ρTM二條視電阻率曲線發生平行移動（對相位曲線的影響較小）。在地震勘探反射法中，淺層速度不均勻會影響地震波的傳播時間，造成曲線平移，這種現象被稱為“靜位移”，而電磁法中的這種畸變現象與之類似，所以電磁方法也將其命名為“靜位移”，這種現象也稱作靜態效應。

1.2.2 靜態效應的特征

作者通過理論分析，查閱資料以及對本次物探工作資料處理與分析。可以總結出靜態效應的一些特征。這些特征和靜態效應產生的機理是我們對靜態效應進行處理，即靜態校正時的理論依據和出發點。靜態效應的主要特征有：

（1）靜態效應主要是由淺部的局部電性不均勻體產生的，隨著深度的增加，靜態效應會逐漸減弱。

（2）靜態效應對電場數據的影響較大，但對磁場信號不會產生影響。

（3）靜態效應會影響視電阻率曲線的整體偏移，但是不會影響曲線形態，相位曲線不受影響。

（4）視電阻率擬斷面圖上的靜態效應表現為視電阻率曲線的橫向范圍小，縱向密集而呈垂直狀。

（5）某些靜態效應現象與電阻率異常現象難以區分。

2 靜態校正處理技術介紹

基于靜態效應的產生機理和特征，在靜態校正過程中可以采取不同的方法。總的來說分為三個大類：①由于靜態效應對磁場分量基本沒有影響，且磁場分量數據較為可靠，所以可以將磁場分量參與來計算；②由于靜態效應對阻抗相位基本沒有影響，所以可用阻抗相位來計算視電阻率；③可以采用數字濾波進行靜態校正。具體做法有濾波法（空間濾波、中值濾波、EMAP濾波），相位換算法，磁場數據換算法，曲線平移法，小波分析壓制法等作者在本文中主要講述曲線平移法，對其它靜態校正方法略作介紹。

濾波法的主要步驟是設計濾波器。由于靜態效應主要由于淺部局部電性不均勻體產生，趨膚效應決定淺部信息蘊含在高頻段電磁波當中。若設計出一個低通濾波器，并以此濾波器為基礎進行濾波計算，就可以壓制或減弱高頻段靜態效應的影響。根據對初始數據的視電阻率斷面圖和工區內厚度、深度、電性都較合適的電性層的認真分析，可以得到應當濾去的頻點和頻段，之后可以自己設計或用已有的電磁法數據處理軟件，選擇合適的頻點與頻段進行濾波。較常用的濾波方法有三點濾波五點濾波和七點濾波法，它們原理相同，只是所取的頻點數有差別。最終的濾波結果是使校正前視電阻率值乘以校正系數，從而更接近于無靜態效應的情況。相位換算法和磁測數據計算，是由于靜態效應對相位和磁測數據影響甚小（甚至沒有影響）而分別以它們作為基準對視電阻率值進行計算。

曲線平移法是較為常用且效果很好的一種方法。靜態效應導致視電阻率曲線整體上下平移而不改變其本身形態，所以，能夠將受靜態效應影響的曲線辨別并移動，使之恢復到應存在的位置，這樣可以在最大程度上恢復數據的真實性。這種方法操作上看似簡單，一般數據處理軟件都是用鼠標來對曲線進行平移歸位，但在實際操作過程中對數據處理人員的要求非常高。除了要區分判斷靜態效應與異常之外，還要對工區背景電阻率有較好的把握，并分析靜態位移的影響程度。

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3 靜態校正處理過程

作者在本次數據處理中，采用鳳凰地球物理有限公司提供的AMT SSMT－2000和成都理工大學編寫的MT2D－soft數據處理反演軟件，綜合運用了磁道計算，相位對比，空間濾波及平移等多種靜態校正方法，取得了較好的效果。

3.1 選擇磁道數據參與計算

在生成曲線之前，需首先進行阻抗計算。如下頁圖1所示，對相同時間采集的電道數據（所有采集均鎖定GPS衛星保證時間同步），使用在該時間段采集的磁道信號參與計算。前文已述，磁道數據受靜態效應的影響比較少，甚至不受影響，同時磁道數據比較穩定（大地電磁場本身存在一個穩定電磁場），因此這種計算結果是較為可靠的。

3.2 空間濾波和曲線平移

如圖2所示，空間濾波時可以選擇不同的頻點和頻率。一般我們選擇曲線變化較大的高頻數據進行濾波處理。在充分研究本勘查區的地質條件和本次工作的相位圖之后，選取合適的頻點與頻段，在受靜態位移影響較高頻段進行濾波處理，并對整體數據進行校正計算，使曲線更接近于無靜態位移的狀態。三點濾波法在一些情況下對靜態效應的壓制程度不夠，七點濾波法在某些時候會“過分壓制”，也會造成數據失真。所以此次濾波處理采用五點濾波法。

最直觀的處理方法是曲線平移。在處理界面中有二支曲線，其中藍色的為實測數據（見圖3），即要進行編輯平滑的數據；紅色（十字）的為推算結果，對視電阻率曲線來說，其為由相應模式的實測阻抗相位推算出來的視電阻率值；對阻抗相位曲線來說，則為由相應模式的實測視電阻率推算出來的阻抗相位值。這種推算出來的曲線，可作為我們對實測數據進行編輯時的一種參考。

在本次數據處理中，曲線平移的操作步驟分為兩步：①根據曲線位置和形態選擇可靠的頻點和頻段（并綜合地質資料確定其在穩定電性層），以該曲線作為校正的“基準曲線”。無把握選擇“基準曲線”的，則沿著測線從第一個測點開始依次進行；②參照“基準曲線”，對不同頻段的曲線進行上移或下移。在圖3中，藍色曲線表示TEA、紅色（十字）曲線表示TMA，曲線的圓滑程度較高，表明所采集的數據和前期處理工作都較好。對平移曲線后使曲線整體上升而未改變其整體形態。經過校正，消除了靜態效應的影響，之后再進行成圖，得到可靠的斷面圖和剖面圖。

圖3 平移之后的曲線Fig.3 The curve after translating

4 靜態校正處理前后成果對比

在理論上，經過靜態校正之后的斷面圖和剖面圖在準確度和美觀程度上，比原始資料圖都有很大的改觀，然而校正后的結果是否真實可靠，也取決于工作中對地質情況的掌握和對數據資料分析的程度。以下以具體的斷面圖（下頁圖4和圖5）為例，展示靜態校正前后反演結果的不同。需要說明的是，斷面圖并非最終成果圖，并未考慮地形等因素。同時在斷面圖中，高程、平距和電阻率的值都是相對的，我們僅需看出其中的差異。

故而作者又重新對數據進行了靜校正并進行反演成圖，所成剖面圖如下頁圖6所示，可以很明顯地看出，與圖4和圖5相比，圖8（見下頁）有明顯改進：①曲線陡立情況已經消失；②紡錘形局部封閉等值線不復存在；③空白和“黑團”現象已經被消除；④視電阻率圖和相位圖對應效果很好；⑤異常情況明顯。若在此時加入地形的因素，會使反演結果與工區實際情況更為相符。

5 結論與建議

（1）靜態效應對AMT方法有極大影響，使電阻率曲線發生位移，從而導致反演結果失真，造成圖形混亂和假的異常現象，不利于成果解釋。

（2）靜態校正技術有多種方法，每種方法各有其用途、特點，綜合利用才能更好地克服靜態效應所帶來的影響。

（3）由于磁道數據和相位沒有靜態效應，因此在進行靜態校正時，可以它們作為基準進行電阻率的計算和修正，所以這兩者的準確性對靜態校正起著至關重要的作用。要解決此問題，必須嚴格進行野外操作，使數據真實可靠。

（4）對于某些電磁系統，有多個電道接受器卻只存在一個磁道接受器，此時在以磁道進行計算應采用同時間段的磁道數據來計算和修正同時間段的電道數據，不能混淆錯亂，否則后果不堪設想

圖4 TE模式原始數據圖Fig.4 The diagram of the raw date in the TE model

圖5 TE模式靜校正后圖Fig.5 The diagram after static calibration in the TE model

（5）靜態效應使電阻率曲線發生上下平移，而不會改變其形態，因此，對曲線進行恰當的上下平移，就可以很好地克服靜態效應。此時應特別注意對比參考曲線（即通過相位計算所得的曲線），必須選擇合適的頻段的曲線作為第一條平移曲線，此后的曲線平移也以此作為參考。

（6）靜態校正工作屬于人機聯合工作，計算機軟件會提供極大地方便，而人的因素尤為重要。進行靜態校正時，頻點的選擇、曲線移動的多少，以及方向、平滑程度、濾波程度等都由人來確定，因此對工作者的要求就很高。除了熟知靜態校正的原理、方法、過程外，還應有較豐富的經驗，并結合工區地形地質條件，唯有如此才能將靜態校正工作做得更好。

［1］ 楊生，鮑光淑，李愛勇.MT法中靜態效應及阻抗張量靜態校正法［J］.中南工業大學學報，2002，33（1）：8.

［2］ 魏文博.我國大地電磁測深新進展及瞻望［J］.地球物理學進展，2002，17（2）：245.

［3］ 魏勝，王家映，羅志瓊.應用地球物理學進展［M］.武漢：中國地質大學出版社，1996.

［4］ 陳清禮，胡文寶，李金銘，等.利用地表電阻率校正大地電磁靜態偏移［J］.物探與化探，1999，23（4）：289.

［5］ 張翔，胡文寶，嚴良俊，等。大地電磁測深中的地形影響與校正［J］.江漢石油學院學報，1999（3）：37.

［6］ 王家映.關于大地電磁的靜校正問題［J］.地質科技情報，1992，11（1）：69.

［7］ 王家映.地球物理反演問題概述［J］.工程地球物理學報，2007，4（1）：1.

［8］ 何梅興，胡祥云，陳玉萍，等.CSAMT奧克姆一維反演的應用［J］.工程地球物理學報，2008，5（4）：439.

［9］ 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.

［10］王大為，張羅磊.大地電磁測深相位數據的研究和應用［J］.上海地質，2006，97（1）：58.

［11］楊生，鮑光淑，張少云.MT法中利用阻抗相位資料對畸變視電阻率曲線的校正［J］.地質與勘探，2001，37（6）：42.

［12］王永濤，白改先.大地電磁測深曲線的畸變及校正［J］.石油物探，1997，36（1）：96.

［13］王家映.電磁陣列剖面法的基本原理［J］.地球科學1990，15（增刊）：1.

［14］強建科，阮百堯，熊彬.淺部不均勻體對目標體電阻率異常影響的研究［J］.地球物理學報，2004，47（3）542.

book=95,ebook=95

1001—1749（2012）03—0314—06

P 631.3＋25

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.13

彭乾云（1987－），男，助理工程師，從事電、磁法地球物理勘探工作。

貴州省地質礦產勘查開發局地質科研項目基金（黔地礦科2010－1）

2011－10－20改回日期：2012－03－22