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AMT数据的静态效应分析

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 87次


 

罗勇涛

(中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院,武汉 430200)

 

  要:在复杂地区运用音频大地电磁法(AMT)进行电磁法勘探时,由于近地表存在横向电性不均匀体,获得的视电阻率曲线在双对数坐标下,会出现移位现象,称之为“静态效应”。静态效应会严重影响深度地质体的反应,出现虚假信息,对解释结果影响甚大,需要进行静校正处理。文中,对静态效应的影响因素进行了讨论,进而运用空间滤波和中值滤波法进行静校正,取得了一定效果。

关键词:音频大地电磁法;静态效应;静态校正;空间滤波

 

1 引言

在复杂地区进行电磁法勘探时,无论是可控源音频大地电磁法(CSAMT),还是音频大地电磁法(AMT),其观测数据都容易受到静态效应的影响,而且勘测之前还无法进行预测。情况严重时,影响可能会达到两个数量级,近似于正常场与异常场的比值平方,这将对数据的解释带来严重影响,在视电阻率拟断面图上出现虚假的垂直﹑深的大断裂或异常体,从而掩盖地下由矿体或目标物引起的异常。因此必须对那些与水平电场有关的测量值进行校正,降低静态效应对解释结果的影响。

在以往的研究中就静态效应这个问题,不管是国外还是国内的学者都做了相应的研究工作,并取得了一定的成果。根据查阅相关的文献资料,目前校正的方法主要有:空间滤波法﹑相位换算电阻率法﹑阻抗张量法﹑磁场实测资料法﹑小波分析法和瞬变电磁近似校正法等。本文主要运用空间滤波法﹑中值滤波法对实测AMT数据进行处理分析。

2 静态效应产生的原理

大量的电磁法实测资料和理论研究表明,当浅层或近地表存在电性不均匀体时,会使相邻测点的视电阻率曲线,或同一测点上的两条视电阻率曲线(TE模式和TM模式)发生移位现象,而相位曲线几乎不发生变化,我们把这种视电阻率曲线的畸变称之为“静态效应”或称静位移

   在不均匀体的界面上,所有穿过边界的场和位都是连续的,只有电感应强度的法向分量不连续: 

                                                (1)

    此处为不均匀体表面的面电荷密度,为法向矢量。根据, 式(1)可以写为:

                                                 (2)

    根据微分形式的欧姆定律:及电流连续性方程, 并假设频率有关系为,在交变电流下,式(2)可写为: 

                                   (3)

   由(2)和(3)可得: 

                                                (4)      

   在准静态极限下(), 则有: 

                                             (5)   

    虽然表面电荷密度不大,然而对电场的作用却不可忽略,它是所谓静态位移的物理原因。正如Ward和Hohmann(1987)的表达式所示: 

                                         (6)

    式中为面积微元。当趋肤深度比不均匀体的尺寸大许多时,就可观测到表面电荷造成的影响。这表明,在地表或地表附近小的二维或三维不均匀体可能对整个电场测量都有影响。当然,较深的物体也能引起静态位移, 但地表附近的不均匀体是最复杂的。

3 静态效应的影响因素

曲线图中的表示模式;表示模式;数字‘0,100.....’等表示偏离地质体中心在地面投影的距离(也就是该测点的位置),如表示模式下偏离中心点处的测点;Ori表示没有地质体的情况;h表示地质体的埋深;d表示地质体的纵向厚度;表示地质体的电阻率。

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图1 三层介质模型图

3.1不同测点的测深曲线

    从图(2)和图(3)可以看出,TE模式下视电阻率和相位几乎不受静态效应的影响,两图中高频段曲线有所变化,因为高频段对应于浅部地层,所以曲线的变化是地表不均匀体的低阻异常的响应所引起的。由图(3)可以明显的看出,由于地表不均匀的影响,不同测点的测深曲线明显改变:越是接近地质体中心,视电阻率越接近地质体的电阻率值;越是远离地质体,静态效应越弱,曲线与三层地层的响应曲线越接近。而相位曲线几乎不受影响。也就是在二维地电模型下,静态效应对TE模式几乎没有影响;而对TM模式下的视电阻率影响很大。

图3图1    图2 TE模式下视电阻率曲线          图3 TM模式下视电阻率曲线                         

3.2 改变地质体的埋深

从图(4)和图(5)可以看出:改变埋深,TE模式的视电阻率还是不受静态效应的影响;而对于TM模式而言,埋深越大,所受影响越小

图6图5    图4 TE模式下视电阻率曲线            图5 TM模式下视电阻率曲线

3.3 改变地质体的电阻率

图7由图(7)可以看出,对于TM模式,当地质体的电阻率增大时,曲线向上抬升;电阻率较低时,曲线下移;从图(6)可知TE模式不受此影响。

图8      图6 TE模式下视电阻率曲线          图7 TM模式下视电阻率曲线

 

3.4 改变地质体的厚度

从图(9)可以看出:当地质体的横向宽度不变时,地质体纵向厚度越大,TM模式下的视电阻率越接近于该处的电阻率。地质体正上方的测点,测出的视电阻率几乎就是地质体的电阻率。

图10图9    图8 TE模式下视电阻率曲线          图9 TM模式下视电阻率曲线

从上述分析可以看到:

(1)大地电磁两种极化模式中TM模式受静态效应的影响很小,TM模式中视电阻率受静态效应影响较大,但视相位所受影响很小。

(2)在地表不均匀体的上方静态效应影响最明显,视电阻率曲线偏移程度大,当测点远离不均匀体时,静态影响逐渐减弱。

(3)当不均匀体为低阻时,视电阻率曲线下移;为高阻时向上抬升,电阻率值越大,抬升幅度越大。

(4)埋藏较深时,静态效应逐渐消失;厚度变厚时,测出的视电阻率与该处的电阻率越相近

4  AMT数据的静态效应分析

    利用空间滤波法进行静校正的基本思想是:地下电性异常体或地质构造引起的视电阻率沿测线的变化是较平缓的,而地表局部电性不均匀体或局部地形不平则会引起视电阻率沿测线急剧变化,而这种影响在大区域上是可以被“削平”的。所以可以通过低通滤波来求取视电阻率的局部分布,然后移动各点的观测数据,使视电阻率曲线的首支和滤波后的视电阻率相一致,以此达到静校正的效果。

通常我们用到五点滤波和七点滤波:

中值滤波与常规空间滤波是一脉相承的,由罗延钟等提出来。其做法是:将滤波窗口内视电阻率按大小排好,然后选取其“中位数”作为平均视电阻率的值。

18-原(a) 原始视电阻率拟断面图

(b) 经七点滤波校正后视电阻率拟断面图18-7点

18-反演 (c)经中值滤波校正后视电阻率拟断面图18

(d)经数据处理反演得到视电阻率拟断面图

图10 静态校正效果图

    如图10是某地区的一条AMT观测线的静态效应分析图,可以看到,该测线的原始视电阻率拟断面图存在几个陡立的等值线带,经过七点滤波和中值滤波都可以在一定程度上消除掉这种由于静态效应引起的“挂面条”现象,这样有助于对数据的后期处理。而且经静校正后的视电阻率拟断面图与经数据处理后的反演图更为接近。

5 结论

1)根据静态效应的产生原理,总结了静态效应的特点和影响因素:在对数坐标上视电阻率曲线形态几乎不发生变化,只是会整体上移或下移,但是对于相位曲线而言,几乎不发生变化;在受静态效应影响的剖面上,视电阻率的等值线表现为密集的陡立等值线或局部封闭的纺锤形,甚至更为复杂的曲线形态。当总体而言就是横向上不大的密封等值线带;

2)运用空间滤波法和中值滤波法对实测的AMT数据进行了静态效应的分析;同时结合查阅的文献也知道静态效应只能进行压制和一定程度上的校正,并不能完全消除,所以在实际生产工作中一定要结合实际的地质情况,必要时要结合钻井资料进行相关的静校正工作。

 

参考文献

[1] 汤井田,何继善.可控源音频大地电磁法及其应用.湖南:中南大学出版社,2005

[2] 李金铭.地电场与电法勘探.北京:地质出版社,2005

[3] 陈辉.可控源音频大地电磁法静态效应校正技术及其方法研究:[硕士学位论文].中国地质大学(北京),2007

[4] 罗延钟,何展翔,马瑞伍,郭建华.可控源音频大地电磁法的静态效应校正.物探与化探,1996,15(3),196~202

[5] 李金铭,罗延钟.电法勘探新进展.北京:地质出版社1996,37~41

[6] Ward S H , Hohmann G W. Electromagnetic theory f or geophysical applications in Nabighian , M. N. , Ed. , E. M. methods-theory and practice[ J] . Society of Exploration Geophysicists , 1987,1,131 ~ 311.

 

The Static Shift analysis of AMT Data

Luo Yong-tao

(China Gezhouba Group Co.,Ltd Survey and Design Institute,Wuhan 430200)

Abstract: When the Audio Electromagnetic method be used in complex area.there is a phenomena in AMT called static shift caused by the small-scale lateral shallow electric inhomogeneous blocks beneath the surface.The apparent resistivity would parallel move a long the axis of apparent resistivity in the log-log coordinate. Static shift will have serious effect on the deep geologic body,it’s adverse to the quantitative interpretation of AMT.The influence factors of static shift are discussed in this paper ,and then an example of static correction has been given used filtering  method and median filter method to the data.These static correction methods gained a good applicable effect.

 

作者简介:罗勇涛(1990-),男,硕士,主要从事地球物理勘探方面的研究,

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