相位激電法偶極
——偶極裝置的電磁耦合效應(yīng)的校正

李 棟，揚(yáng) 帆，高鵬舉

（長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710064）

相位激電法作為頻率域激電法的一種，是一種低頻率的復(fù)電阻率法。該方法被廣泛應(yīng)用于金屬礦產(chǎn)勘查中。盡管取得了相對(duì)顯著的成果，但也面臨著一些諸如資料處理過程中的如何解決“電磁耦合效應(yīng)”的問題。

近年來(lái)，針對(duì)激電法中的電磁耦合效應(yīng)特性和電磁耦合效應(yīng)的去除，學(xué)者們做了大量工作。1980年，羅延忠提出利用多頻觀測(cè)的頻散率法進(jìn)行去耦[1]；2015年，向畢文提出利用指數(shù)函數(shù)擬合來(lái)去除激電信息中的電磁耦合效應(yīng)[2]。但在應(yīng)用過程中，這些方法具體操作較為復(fù)雜。因此，尋找一種高效簡(jiǎn)便的去耦方法是目前野外工作的重點(diǎn)。

1 原理

1.1 均勻半空間中偶極裝置的電磁感應(yīng)響應(yīng)

在均勻半空間中，對(duì)于偶極裝置，假定dS，ds的水平坐標(biāo)分別為ζ1，ζ2(圖1)，其接地項(xiàng)為：

感應(yīng)項(xiàng)為：

圖1 偶極裝置簡(jiǎn)圖

對(duì)（1）、（2）式積分得 ：

其中：

以上公式中，Q、P為純感應(yīng)阻抗和接地阻抗，k1為傳波系數(shù)，ρ1為均勻大地電阻率，μ0為空氣中磁導(dǎo)率，n為偶極-偶極裝置的隔離系數(shù)，ω為角頻率，a為偶極大小。

1.2 電磁耦合校正

在0.1Hz～10Hz的工作頻率范圍內(nèi)，在測(cè)點(diǎn)上采集兩個(gè)不同頻率的激電相位值，較高頻率的相位值記為，較低頻率的記為，這兩組數(shù)據(jù)中既包含了激電響應(yīng)，也包含了電磁耦合響應(yīng)，故可記為，其中，為純激電響應(yīng)相位值，分別為兩個(gè)頻率下的電磁耦合相位值。當(dāng)這兩個(gè)頻率比較接近時(shí)，兩組數(shù)據(jù)中可視為相等的。要去除電磁耦合響應(yīng)的相位值，即將這兩項(xiàng)去除[3]。

由于電磁耦合相位與頻率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下近似為線性相關(guān)，故在工作頻率范圍內(nèi)，電磁耦合相位與頻率應(yīng)滿足：

即：

其中，fh、fl分別為高頻頻率和低頻頻率。

則，可得去除電磁耦合效應(yīng)后的激電相位為：

2 應(yīng)用實(shí)例

試驗(yàn)區(qū)選擇為內(nèi)蒙古某小型鉛鋅礦，已探明該礦脈呈近垂直地表產(chǎn)狀。

儀器使用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)研究所自主研發(fā)的分布式多參數(shù)電磁探測(cè)系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，一個(gè)發(fā)射機(jī)和三個(gè)接收機(jī)組成一個(gè)排列同時(shí)采集數(shù)據(jù)，布設(shè)偶極-偶極裝置。

為了提高采集效率并獲得較為準(zhǔn)確的相位數(shù)據(jù)，采用A、B、M、N同時(shí)移動(dòng)，接收極與發(fā)射極保持固定的隔離系數(shù)布極，掃頻觀測(cè)徑向電場(chǎng)，剖面總長(zhǎng)3.8km，發(fā)射極距AB=200m，接收極距MN=200m，點(diǎn)距100m，隔離系數(shù)為n=1,2,…,12，以獲取較為完整的測(cè)深范圍內(nèi)的剖面電性信息。利用式（8）進(jìn)行處理。

測(cè)線上的含鉛鋅礦體幾近直立產(chǎn)狀，因此在激電相位等值線圖中表現(xiàn)為明顯的“八”字異常。當(dāng)發(fā)射頻率降低時(shí)，電磁耦合效應(yīng)影響越來(lái)越大，在1Hz“八”字異常形態(tài)有所影響，在0.25Hz上異常形態(tài)完全發(fā)生“畸變”，無(wú)法反應(yīng)異常體的地質(zhì)特征。

利用三個(gè)頻率進(jìn)行兩兩組合來(lái)去除電磁耦合效應(yīng)，校正后的相位等值線圖明顯削弱了電磁耦合效應(yīng)。另外，對(duì)比不同頻率組合的去耦相位圖，可以發(fā)現(xiàn)，在一定頻率范圍內(nèi)，頻率相差越小，去耦效果相對(duì)明顯一些。

3 結(jié)論

本方法作為一種近似去耦方法，在一定程度上達(dá)到了去除電磁耦合效應(yīng)的目的。野外實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以調(diào)整發(fā)射頻率，在某一測(cè)站上采集多個(gè)頻率的相位數(shù)據(jù)，經(jīng)過后期的數(shù)據(jù)處理，可得到較好的結(jié)果。