视电阻率在高频大地电磁中识别薄互层体的应用

1、北京国电公司周剑 文章通过Cagniard视电阻率和Basokur视电阻率理论定义说明了两种电阻率的优缺点。通过实例勘查结果分析了Basokur定义的视电阻率和Cagniard视电阻率在层状体的反演结果比较，表明了Basokur视电阻率参数较之传统的视电阻率在层状体的反演方面表现出了更好的性质，对中间层的分辨能力高，可有效地提高薄互层反演解释的效果。 高频大地电磁测深法作为一种频率域电磁法，由于勘探深度大、工作效率高等优点，已被广泛应用于石油、金属矿、水电工程等各个勘查领域。随着国家对矿产资源需求的快速增长以及对工程质量要求的日益提高，如何提高勘查的探测精度已成为勘探工作者的迫切任务，作者在野

2、外工作实践中发现，在高频大地电磁测深中采用Basokur视电阻率较之传统的视电阻率在层状体的反演方面表现出了更好的性质，对中间层的分辨能力高，可有效地提高薄互层反演解释的效果。前言前言 传统视电阻率参数是Cagniard于1953年引入的,即aC=(1/)|2。其中阻抗是电场和磁场分量的比值,即=()/();是圆频率;是介质的磁导率。可见aC只利用了电场和磁场分量比值的模,还没有利用到阻抗的虚部或相位。这种视电阻率定义存在以下一些缺点: Cagniard本人将视电阻率参数引入MT时就已经注意到,对于层状介质模型,视电阻率曲线在高频端是无限振荡的趋于第1层电阻率的。视电阻率曲线在反映下伏电阻率变

3、化之前,往往有一个小的振荡干扰。如果下伏电性层是一个低阻层,则视电阻率曲线在下降之前,往往会出现一个小的极大值。相反,在反映高阻层之前会出现一个小的极小值.对中间电性层的反映不明显,尤其是中间薄层。至于造成视电阻率振荡的原因,Morrison等把它们归于层间波的多次反射和干涉。1 1、BasokurBasokur定义的视电阻率定义的视电阻率1 1、BasokurBasokur定义的视电阻率定义的视电阻率2/1)/(iZY 222)/()(sgn(iriiraBYYYYY 式中:r,i分别表示阻抗的实部和虚部;sgnYi为符号函数。（1-2）（1-1） Basokur先给出了一种修改的阻抗形式据

4、此提出了如下的视电阻率定义: Basokur通过几种经典3层模型的不同视电阻率定义的曲线对比,显示了其定义的视电阻率曲线较传统的Cagniard视电阻率曲线左支振荡性减小、中间层的分辨能力提高,以及相同频率下反映更深的地电信息.众所周知,MT的相位曲线相对振幅响应曲线能以较高频率成分的资料获得有关地电断面较深部的信息;而且在一定情况下,利用相位和振幅响应两种资料可以改进解释效果。从式(1-1)可以看到, Basokur的视电阻率定义实际上包含了阻抗的实部和虚部,由此不难理解其所取得的良好效果.由实测传统Cagniard视电阻率aC和相位可简单导出Basokur所定义视电阻率aB。 1 1、Ba

5、sokurBasokur定义的视电阻率定义的视电阻率1 1、BasokurBasokur定义的视电阻率定义的视电阻率)()(214/ZRZIZIZRieZYemme2222)/2()(COSZRYYaCeiraB2222sin2/)/()(aCiriraBYYYY根据式(1-1)有：因此,有实部r=(1/2)(e+m)及虚部i=(1/2)(m-e).当阻抗虚部i0时,实际上是相位45时,由式(1-2)有:同理,当i0时,即45时,由式(1-2)有: 式(1-4)和(1-5)可见, aB考虑了相位的影响,但当相位趋近于0时,它是不稳定的。（1-3）（1-5）(1-4) 某铝土矿区找矿效果试验是在

6、有详细钻孔资料的铝土矿区进行的科研合作。其试验的目的是用该方法探测查明地下岩层电性结构，对所获得物探异常结合地质资料作出科学的解释，判定铝土矿与基岩之间的岩性接触带的空间赋存位置及延伸情况，以便指导成矿预测工作。有关资料表明，某铝土矿区地层有如下地质特征：铝土矿下伏基岩为奥陶系灰岩，在铝土矿与奥陶系灰岩之间可能有沉积型铁矿。而铝土矿的上盖岩层分别为上二叠系煤层、上石炭统灰岩、砂岩、粘土岩及第四系黄土。有的矿区可能会缺失一些岩层。有关资料表明，铝土矿区各岩层的电阻率特征由表1-1所示2 2、两种视电阻率在层状体的实际应用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果2 2、两种视电阻率在层状体的实际应

7、用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果表表1.1 1.1 河南省铝土矿区岩层电参数统计表河南省铝土矿区岩层电参数统计表岩岩 性性电阻率电阻率( ( mm）电性特征电性特征粘土岩（P1X）小于100较小砂 岩（P1S）100200中等煤60100小上石炭统灰岩（C3）300500较大铝 土 矿70100小奥陶系灰岩（O2）7002000最大2 2、两种视电阻率在层状体的实际应用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果 从表1-1可知奥陶系灰岩与其它岩性电阻差异较大，可达1-2个数量级，而铝土矿作为奥陶系灰岩的上盖层。这一物性差异是用高频大地电磁测深的物性条件。由于铝土矿是沉积在奥陶灰岩的岩溶

8、洼区，因此高频大地电磁测深需解决奥陶灰岩的基岩顶面深度及基岩起伏形态，就可以根据矿床的形成特征进行间接找矿，另处有些地方铝土矿的厚度较厚，且与其上覆层的上石炭统灰岩电阻差异较大，如能划分出上石炭统灰岩的界面，则可以初步估计铝土矿的厚度，提高找矿效果。这主要取决于提高垂向分辨率，根据前人数值模拟资料分析,如果目的层的厚度与埋深之比等于或大于0.2，同时，目的层的电阻率与围岩电阻率之比大于、等于10倍以上，则电阻层可以分辨出来。一般而言，层状体比起相同埋深二维或三维目标体会更易分辨，铝土矿区的铝土矿体属层状体，与下面奥陶系灰岩电阻差异较大，属于较区分的界面，与其上覆层的上石炭统灰岩的电阻差异在7-

9、8倍，属较难区分的界面。2 2、两种视电阻率在层状体的实际应用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果2 21 1、CagniardCagniard视电阻率的反演结果视电阻率的反演结果 100200300400500600700800点 号-1000100200300400500010030050070090011001300150017001900高程(m)色谱电阻率(m)推 测 的 基 岩 顶 面ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7202C3O2s1PxP1 图2-1为Cagniard视电阻率的二维反演断面图，从图中反映的基岩顶面起伏形态与实际的钻孔资料基本吻合，但上石炭

10、统灰岩的界面则无法区分，铝土矿的上盖岩层上石炭统灰岩、砂岩、粘土岩及第四系黄土都难于分辨。图2-1 河南渑池某矿区72线高频大地电磁测深二维反演及异常解释断面图 2 2、两种视电阻率在层状体的实际应用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果2 22 2、BasokurBasokur视电阻率的反演结果视电阻率的反演结果 Basokur定义的视电阻率可由Cagniard定义的视电阻率转换而来，当阻抗虚部i0时,实际上是相位45时,同理,当i0时,即45时,由式(1-5) 可知当相位趋近于0时,它是不稳定的。 图2-2为没有考虑当相位趋近于0的影响的二演反演结果，从图中可看出虽然曲线的分层能力有所提

11、高，但有些等值线曲线变化过大，原先为低阻形态的位置变为高阻形态，这主要因为当过于小时，转换出来的aB会变化过大，有时会导致错误的结果。0100200300400500600700800点 号-1000100200300400500-20002515035055075095011501350155017501950高程(m)色谱电阻率(m)ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7202C3O2s1PxP1图2-2 未考虑低相位影响的二维反演及异常解释断面图2 2、两种视电阻率在层状体的实际应用效果、两种视电阻率在层状体的实际应用效果2 22 2、BasokurBasokur视电阻率

12、的反演结果视电阻率的反演结果 考虑到当相位趋近于0的不稳定的影响，故在进行电阻率转换时采用了折中的方法，对当1045当45时，当10不进行转换，图2-3为考虑到当相位趋近于0的不稳定的影响进行的反演结果。从图2-3可以看出，奥陶系灰岩基岩顶面起伏形态与实际的钻孔资料更加吻合，虽然上石炭统灰岩的界面仍无法区分，但P1x层凹口形态已显示出来，且地表的高阻的卵石层与下面低阻的粘土岩层也显现出来。图2-3 去除低相位影响的二维反演及异常解释断面图0100200300400500600700800点 号-1000100200300400500010030050070090011001300150017001900色谱电阻率(m)ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7