CSAMT中的不同激電模型效果的對比研究

代小威　嚴良俊　周　磊　李鵬飛　聶　松

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學） 武漢　430100

CSAMT中的不同激電模型效果的對比研究

代小威嚴良俊周磊李鵬飛聶松

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學） 武漢430100

本文主要討論CSAMT一維正演模擬中加入不同的激電模型來觀測其對電場的影響，以最具代表性的cole-cole，dias和雙cole-cole激電模型為基礎，對不同的地電模型來做正演研究。本文以實驗室所測某地區采集的野外巖石露頭電性參數為基礎，分別用上述三種模型來反演其頻譜參數，通過數據擬合發現雙cole-cole模型擬合效果最好，dias模型居中。基于上述三種模型，以復電阻率代替不考慮地電體極化效應的直流電阻率，對CSAMT場源一維層狀模型進行了正演模擬，分析其電場值變化，發現雙cole-cole模型引起的異常最大，dias居中，這與我們實驗室所反演的效果相吻合。

CSAMTcole-cole模型dias模型雙cole模型一維正演

1.引言

電法勘探作為一種強有力的地球物理勘探方法，在中國的能源勘探方面發揮了重要的作用，一直以來，傳統CSAMT法進行數據正反演時認為大地介質電阻率是與頻率無關的系數，而實際上地電體對頻率域電磁波激發源的響應為電磁感應和激電響應的綜合響應，尤其是在中高頻段這種反應更加明顯，關于CSAMT中激電效應的研究，前人已做過很多工作，并取得了很好的效果。

本文主要是在前人的基礎上，對不同的地電模型進行一維CSAMT進行正演研究，在地電模型中加入不同的激電模型，變化極化率，觀測場值的變換，以及對比不同激電模型所產生的變化，并分析其原因。

2.模型的引入

為了能對激電觀測效果進行有效的分析，人們在充分研究復電阻率機理的基礎上，從等效電路理論出發建立了各種解釋模型。在這些模型中，普遍反映較好的有Dias模型和cole-cole模型及其組合（復cole-cole模型）。

三種不同模型的公式及參數意義

Cole-Cole模型是目前應用最為廣泛，最為成熟的一個復電阻率模型，早在1941年，K.S.Cole和R.H.Cole就提出了一個來描述介電極化效應的公式，這一數學模型也被人稱為Cole-Cole模型。之后1978年Pelton提出了用Cole-Cole模型參數描述激電特性的激發極化法，也就是頻譜激電法。Dias經過1968年和1972年的研究后提出一種新的復電阻率模型，之后于2000年他對該復電阻率頻譜的數學模型做了詳細的總結，并稱之為Dias模型，他認為除了cole-cole模型以外，復cole-cole模型和Dias模型更能刻畫巖礦石標本和露頭的復電阻率頻譜特點。式（1），（2），（3）分別表示這cole-cole，dias，雙cole-cole模型的公式。

3.實驗室測量巖心的三種模型的反演擬合

針對三種模型的擬合效果，以實驗室實測的野外露頭巖心為基礎，分別用三種模型對數據進行反演，反演擬合效果圖如下：

圖1　不同復電阻率模型擬合結果（a）為電阻率（b）為相位

從圖1可以看出不同激電模型對測量結果的復電阻率和相位曲線擬合的均方根誤差為單cole-cole模型〉Dias模型〉雙cole-cole模型，由此可判斷三種模型都對復電阻率有很好的描述。

4.含激電參數各模型CSAM T一維正演

根據以往的CSAMT的正演公式，用上述的模型的復電阻率代替極化地電體的電阻率，用程序對CSAMT方法對無極化、極化強度變化的均勻半空間介質模型進行正演計算，在此基礎對CSAMT三層、五層不極化層中含有極化層的模型做正演模擬，由此來考察激電效應對CSAMT電場場強值的響應情況。

4.1均勻大地CSAMT模型正演

本文采用CSAMT中最普遍的水平電偶極子源，在赤道方向上進行接收，4，000m，來進行CSAMT均勻半空間一維正演，設定地層電阻率為500/m，加入cole-cole模型，設定模型參數，c=0.25，m分別為0.2，0.4，0.6。

圖2圖3是不同極化率和不同激電模型均勻半空間電場幅值的響應情況：

圖2　不同極化率cole-cole模型CSAMT一維正演電場響應

由圖2可以看出當地層存在極化效應時，所產生的電場曲線與不極化電場曲線形態大致一樣。當不存在極化效應時，電場值是上升頂點下降趨于一個穩定值，存在極化效應時，電場值在頂點處是隨頻率的增加而下降的，且當極化率越高大，下降速度越快。

圖3　當m=0.2時不同模型CSAMT一維正演電場響應

由圖3可以看出，當用三種不同的激電模型對均勻半空間介質做CSAMT一維正演時，三種模型都能反映出電場值的異常，極化率相同時，明顯可以看出由雙cole模型引起的電場值異常最大。

4.2三層介質下的CSAMT一維正演模擬

層狀介質采取和均勻半空間相同的激發和接收方式，我們設定三層模型，令中間層為極化層，第一層電阻率為500歐姆米，厚度為200，第二層為極化層，厚度為100米，零頻電阻率為200歐姆米，極化率分別為0.2，第三層電阻率為300歐姆米，厚度無限大。根據正演所得電場幅值曲線圖4為：

圖4　三層介質當m=0.2時不同模型CSAMT一維正演電場響應

由圖4可看出在三層介質情況下，當只有中間層極化時，電場場值隨極化率的增加而減小，且極化率越大，場強越小，在低頻段電場場值不受極化率的影響，最后在高頻段交叉匯合?？赡茉斐傻脑蚴窃诘皖l段的近場效應，在高頻段由于趨膚深度很淺，所以無極化現象產生。

5.結論與建議

（1）在均勻半空間和層狀介質的情況下，電場響應曲線對極化層的反映都非常靈敏。

（2）在均勻半空間介質中，極化情況下的電場曲線和無極化情況下的電場曲線形態大致一樣，當不存在極化效應時，電場值是上升頂點下降趨于一個穩定值，存在極化效應時，電場值在頂點處是隨頻率的增加而下降的，且當極化率越高大，下降速度越快。

（3）在層狀介質下，極化率相同的三種激電模型中，雙cole-cole模型引起的激電異常最大。

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