基于復雜地質結構的可控源音頻大地電磁法數值模擬分析

孔德旭，韓飄平，盧 騰

（江西省核工業地質局二六一大隊，江西 鷹潭 335000）

我國是對地質勘查是最具有積極性的國家之一，勘查到特復雜地質結構下的能源也是全國的共同期待，對復雜地質結構我們采取科學、合理的方法進行勘查，因此本文推出可控源音頻大地電磁法，對特殊復雜地質結構進行勘查運用，并取得了良好的數據結果。文中以復雜地質結構火山帶為例，研究分析了可控源音頻大地電磁法技術在復雜地質結構下所獲得的應用效果[1]。

1 勘查區地質構造與地球物理特征

1.1 區域地質構造研究

根據江西贛州龍南區地質等相關資料，本文所要勘查的區地質結構內地層巖性特征闡述如下。

以贛州龍南勘察區山體為例，本區的地勢區域位于長江區域周圍，是該區域板塊移動碰撞時所形成的特殊復雜火山地帶。受侏羅紀時代晚期地塊行走移動影響，該地的地質再次發生了強烈的隆起聚集，形成地質更為復雜的火山巖地質結構，從而地下沉積了巨厚的紅色碎屑巖系，不整合地疊覆于火山巖層之上。聚攏主要原因，是由太平洋板塊一系列頻繁活動，和規模不等的逆沖、截斷、推滑，鍛造組成了這些密集的聚攏構造。

地殼運動的強烈性，和原本火山內巖漿體的軟流層充分結合，形成地下暗流熱源導熱構造帶，并在內部形成地熱異常區域。地下暗流水流中存在著，暗紅色鈣質粉砂巖、礫巖、黑色結晶體與紅色泥巖狀砂巖，此巖狀物質呈不等厚度，夾雜多種雜色巖晶。巖石表層受氧化影響，表面出現裂隙。聚攏帶多系暗河流動，其電阻率相對圍巖結構較低，在電阻率呈現低組特征時，異常等值數據密集或不穩定，這就為本文可控源音頻大地電磁法提供了在火山巖聚隆帶數值模擬的物性條件。

1.2 復雜區域地球物理特征研究

勘查區由一系列向東南走向的山脈和寬緩的聚隆火山帶山脈組成，西南部地勢相對較高，東北部地勢相對較低，整個贛州龍南研究區的平均海拔高度在253 米左右。除西南部，有些地區地勢地形起伏比較大以外，勘察區其他部分地形分布相對平穩。

2 可控源音頻大地電磁法工作技術方法

2.1 技術應用方法

本文采用可控音頻大地電磁法采集數值進行模擬分析，該技術運用人工源頻率域電磁測深勘探，通過人工發射源電流頻率及電流強度進行勘查區地下電性結構特征分析。觀測超低頻天然大地電場和磁場正交分量來計算電阻率，人工場源產生的電磁場的頻率和場強均由人為控制，該技術在作用過程中抗干擾能力比較強，從而提高工作效率[2]。

本文提出的可控源音頻大地電磁法在常規AMT 電磁法探測技術基礎上，對目標地區巖體的模型粗糙度進行數據采集和改進，以此作為先驗信息，然后將勘察地區地質構造數據資料等先驗信息，加入到可控源大地電磁需要的先驗地電數值模型中，這樣在工作迭代過程中在已有先驗信息分布的基礎上，將區域內修正模型逐漸的向先驗信息靠攏，達到電性約束的效果，從而得到模型響應與實測數據數值的擬合精準度。

通過對一定長度的接地導線供入不同頻率的電流，使電流作為發射場源，發射端通過依次改變發射諧變電流的頻率，測出初始電阻率值和相位值隨頻率的變化，從而在一定收發距的側區內產生相應頻率的諧變電磁場，收發過程中，發射頻率隨時間發生變化，發射電流強度也會隨著收發距離不同做出適當調整。在信號接收區域內采集不同頻率的水平和垂直磁場分量，通過計算頻率傾子、頻率傾子相位等參量，進行間接了解掌握地下電性構造特征[3,4]。

2.2 野外工作布設

首先實地勘察地形、地貌、交通、氣象、居民點、植被等條件，調查勘察區內電磁干擾源，對電磁干擾情況進行估計。其次綜合考慮地質任務，勘察區地質構造特征、地形地貌、噪聲水平、儀器設備性能等條件，核對收集到的地質、物化探、鉆探及測繪等信息資料。為了資料解釋需要，應有針對性進行電阻率參數測定，進行標本、露頭測定或小極距測深，以及電測井和井旁測深。最后需要進行安全措施防護，開工前必須對供電導線進行檢查，任何損壞和開裂都必須進行及時維修或替換，接頭處應使用高壓絕緣膠帶包裹嚴密。在有高壓電線的情況時，派專人巡視看管以達到安全作業標準。

3 模擬數值與研究成果

3.1 復雜地質結構數值模擬前準備工作

模擬數值處理首先需通過數據編輯、濾波、過濾校正等，篩選、排除采集到的可控源音頻大地電磁法數據的各種噪音影響，例如地質噪音、人文噪音、儀器噪音自然環境噪音等，得到精準數值，見圖1。

圖1 可控源音頻大地電磁法數據處理流程圖

以下為模擬數值流程，以本次勘察區為例，采用傳統天然源大地電磁法與可控源音頻大地電磁法進行對比試驗。即數據采集過程中，可控源音頻大地電磁法采用了赤道偶極裝置進行標量測量從而得到模擬數值，本方法使用一段距離的接地導線作為發射端場源，距離場源中心的50km 范圍內作為接收端，進行勘測與人工場源平行的水平電場分量頻率傾子，和與場源相互連接的水平磁場頻率傾子相位等參量，見圖2。使用電場幅值和磁場的幅值計算電阻率，電場的相位值和磁場的相位值計算相位，對電阻率和相位進行反演，得到電阻率參數，利用得到的電阻率實際分布情況進行后續地質結構推斷。

圖2 發射端布置示意圖與接收端模式布置示意圖

而傳統天然源大地電磁法采用的是天然源大地電磁法，在勘測地質結構信息時，需將電磁波進行垂直均勻入射到地面，大地電磁測深就是根據地表實測的視電阻率、相位等數據來求取大地深部電導率結構，操作起來較為復雜，也更難以掌控，稍有外在因素的影響便無法進行，其縱向分辨能力會隨著深度的增加而迅速減弱。而采用的可控源音頻大地電磁法與傳統方法對比，所得到的可控源音頻大地電磁法頻率數據更多，分辨率更高，監測過程更加精準。

3.2 數值模擬實際操作及結果

下面為同等條件環境下二者通過地下測深采集到的數據對比，見表1。

表1 兩種測深技術方法頻率數據表

通過以上數據結果我們可以看出，800m 探測深度時，傳統大地電磁法技術，對比本文提出的技術，采集到的數值信息相對較弱，而1500m 時傳統技術更是受深度影響，采集的數值不穩定，甚至較本文技術少探測到1 個數值點。所以結合上述數據，不難看出可控源音頻大地電磁法比傳統天然源大地電磁法得到的數據更加精準清晰。

以可控源音頻大地電磁法進行有限元場值的數值模擬，選擇三個復雜介質結構區域作為模型，發射端位于坐標原點，接收測線平行發射偶極子在X 方向八千米處。模擬所用參數如下；

接收點位置y：從400 ～2100點，點距離為100m，共18個點，從2100 ～7300 點，點距離為200m，有26 個點，共44 個。

頻率f(Hz)為：2048，1024，512，256，128，64，32，16，8，4，2，1 共12 個。

波 數k 為：1.78，3.16，5.63，10.0，17.8，31.6，56.3，80.0，100.0，178.0，316.0，1000.0，2000.0，5000.0，共15 個。

勘查區三個復雜介質構造模型，在44 個接收點上對應12 個頻率的電阻率及相位斷面，無論是電阻率還是相位斷面都展示出了三個復雜介質構造模型體的異常特征，異常的范圍要大出異常體很多。電阻率曲線在21 號及34 號接收點上，由于曲線通過3 個模型，所以在對比電磁頻率0.5Hz ～2Hz 段電阻率呈現出低阻特征。而3 個模型的相位沒有低阻特征，只是對應異常地質構造位置相位相對變高。

從而得知，可控源音頻大地電磁法通過數值模擬可勘測出復雜地質結構，較常規電磁法得到的數據更加精準，該技術的數值模擬結果，能夠直觀的給出地質區域內的異常形態。

4 結束語

通過上述結構模擬數值結果表明，無論是斷面還是單值頻率勘測，結合文中圖例，得知可控源音頻大地電磁法對地下復雜地質結構的特征，都有明顯的顯示。根據實驗勘察區結構特征，收發距離大于4 倍的趨膚深度才能得到穩定的受近場影響小的高質量數據。可控源音頻大地電磁法數值模擬技術，可以靈活的實現復雜地質結構的模擬，因此該方法是一種可以具有實際利用價值的數值模擬技術，基于此技術的數據，實驗才更具有實用意義。