簡述大地電磁MT在地熱資源找尋中的應用

鄭周平

前言：大地電磁測深（magnetotelluric sounding）它是探測巖石層電性結構的主要方法。大陸普遍存在地殼內和上地幔高導層。殼內高導層大多出現在中地殼，有些高導層與殼內低速層有較好相關性，主要反映脫水相變和部分熔融。一些強震區的中地殼也發育高導層。高導層的分布與地球動力學過程密切相關。本文以國內某地熱田為實例，對大地電磁MT如何找尋深部構造做以敘述。

一、大地電磁MT所使用的儀器及工作原理

MT測量使用的儀器為德國進口的GMS-07e大地電磁測量系統，其原理為：是利用接地水平電偶源為信號源的一種頻率域電磁測深法，該方法是二十世紀八十年代末才興起的一種勘探地球物理新技術，它基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程導出了水平電偶極源在地面上的電場及磁場公式：

式中，I為供電電流強度； 為供電偶極長度；R為場源到接受點之間的距離，即收發距； 為自由空間磁導率。

將式 沿x方向的電場（ ）與式 沿y方向的磁場（ ）相比，并經過一些簡單的運算，就可以得到地下的視電阻率（ ）的公式：

（7）

式中f為頻率， 為電阻率，又稱為卡尼亞電阻，是由法國物理學家卡尼亞推導提出的。又根據電磁波的傳播理論，導出了趨膚深度公式 。雖然趨膚深度在某種意義上說與電磁波在介質中穿透的深度有關，但它并不代表電磁勘探中實際的有效勘探深度。勘探深度D是一個比較模糊的概念，如果將電磁波能量衰減到50%時的深度稱為“勘探深度”，則

（8）

式中，D代表探測深度； 代表電阻率；f為頻率。可見，當地表電阻率固定時，電磁波的傳播深度（或探測深度）與頻率成反比，高頻時探測深度淺，低頻時探測深度深。我們可以通過調整供電頻率的高低，得到不同深度的地電信息，從而達到垂向頻率測深的目的，根據所測視電阻率特征，了解地下地質體的產狀和特征，分析推斷構造帶空間分布形態及地層巖體之間接觸關系。

二、野外工作方法

在MT野外工作中，目前通常應用的是張量MT，張量MT規定利用一個場源測量兩個分量（Ex和Hy或者Ey和Hx），標量測量對于一維的層狀條件或者走向已知的二維條件是足夠的，當偶極方向垂直于斷層（TM方式時），用標量數據可以很容易地確定線性的陡傾斜斷層。

三、MT法觀測參數

MT法測量四個參量：即電場振幅、電場相位、磁場振幅及磁場相位。觀測方式為張量觀測。目前常用張量觀測方式。視電阻率和相位差可以通過反映計算出來。

電場振幅（E）：是通過觀測電位差在一對接地電極（MN）上所獲得的。用電流歸一化對所有數據，是為了更好的解釋。電場數據作為一個獨立參量進行分析以便確定噪聲源或特殊響應及判斷近場區。

電場相位（ ）：是指所測電場信號與發送信號之間的相位滯后。而現階段獨立的解釋參量還不包括電場相位。

磁場振幅（H）：所獲得的方式是通過高增益天線（磁棒）的測量。靜態效應對磁場無影響，主要受場源效應影響。可以用來判斷近場效應的影響，和電場一樣。

磁場相位（ H）：就是在觀測中所看到的磁場信號相對于發送信號的相位滯后。一般磁場相位，在均勻大地情況下，在遠區為- ，近區則為零。而介于兩者之間是在過渡帶。如果不是均勻大地情況，根據磁場曲線斜率的變化，會讓相位特性產生比較復雜的變化。這都不作為解釋中的獨立參量。

視電阻率（ ）：在CSAMT工作中視電阻率是最常用的參數。而且計算方法有幾種，但卡尼亞公式 是方法中最簡單最常用的。不過卡尼亞公式只適用于遠區，近區和過渡帶是無效的，沒有真實的電阻率值可以得到。在過渡帶電場和磁場已使它們的特征改變。而且頻率的函數，在近區不是磁場。使得在過渡帶卡尼亞電阻率呈凹形，在近區呈45°上升的直線。

相位差（ ）：是阻抗相位，是在電場相位和磁場相位的計算差之下所獲得。相位差與電阻率對數的斜率成正比，高于 的值反映了上層電阻率高于下層電阻率；低于 反映了上層電阻率低于下層電阻率。所以，在判斷測深從一個帶到另一個帶的特性變化相位差參數是非常有用的。

四、MT法資料處理

預處理：檢查數據的誤差即噪聲是MT數據預處理的要求。所以所有測得的磁場H和電場E分量的振幅和相位要得到利用，從而把視電阻率和相位差計算出來，以及分散的數據情況，根據標準偏差參數的利用，把誤差和噪聲明顯的選擇出來剔除。每天要進行轉存采集來的原始數據，并預處理轉換MT野外采集數據采用儀器所配專用軟件CMTPRO進行，記錄的原始采集數據要仔細查看是否完整。有時要把自由坐標以大地坐標替換在有三維坐標應的情況下，視電阻率要重新進行計算。在完成以上數據的預處理，得到原始Bostick視電阻率和相位差參數是可以解釋的。

解釋處理：在MT視電阻率擬斷面圖上，經常看到一些局部的垂直條帶狀異常（通常稱之為掛面條現象）。反演解釋處理，使用的是中國地震研究所研發的MT-SW反演軟件。該軟件功能強大，可對原始采集數據進行編輯處理，諸如歸一化、靜態改正、濾波等，該軟件可對整條剖面的 斷面進行多種模式反演，如一維Bostick反演，MT模型二維帶地形反演，MT模型擬二維反演，一般根據測區的地質條件選用哪種模式進行反演，反演過程采用曲線圓滑法，最終提供反演后的電阻率斷面圖。

五、結語

根據觀測結果，結合電測深、高密度等其他物理勘探方法，可對測區構造給出定位結論。結合地區巖層富水條件給出孔位及設計孔深。大地電磁MT的觀測數據同其他勘探方法相對應，可大大提高地熱井的成井幾率。