陈清-可控源音频大地电磁测据场效应及反演

1、可控源电磁测深数据场源效应及反演讨论中铁第五勘察设计集团有限公司 五、五、结束语结束语可控源音频大地电磁法可控源音频大地电磁法一、一、二、二、CSAMT场源效应场源效应三、三、 CSAMT 反演反演四、CSAMT数值模拟数值模拟 目前对电法的探测深度要求越来越高，常规电法有时难以满足实际工作需要。与常规电法相比，可控源音频大地电磁测深法具有探测深度大、设备相对轻便和横向分辨率高等特点，已广泛应用于地热资源、水文地质、有色金属矿产和工程地质勘查工作之中，并取得了令人十分满意的实际应用效果。一、可控源音频大地电磁法一、可控源音频大地电磁法 可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁法的一种，它的主要

2、特点是用人工控制的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。当发射距是探测深度的35倍，高频时非平面波可以近似地看作平面波，低频时则会出现电阻率随频率降低而在双对数坐标图上呈45上升的近场效应，因此须作近场改正，校正后的数据可看作为平面波产生的结果，然后再采用用MT的方法来分析。所以，MT的反演方法原则上都可用来做近场校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演，其有效数据只能取远场的值，而对于近场甚至过渡场的资料都要摒弃不用，这将造成较大的浪费。Pargha S.Routhet.al.尝试了在一维空间用不做平面波校正的全资料来

3、做CSAMT反演。全资料的CSAMT反演需要有源理论电磁法的正演解，当介质为水平成层介质时有积分解，这方面的反演容易实现，但当电性结构复杂时，就没有解析解，因此其反演问题也就更加复杂。 一、可控源音频大地电磁法一、可控源音频大地电磁法 一、可控源音频大地电磁法一、可控源音频大地电磁法关于勘探深度关于勘探深度 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 一维（层状介质）、二维、三维 2.5维（Martyn Unsworth , et al）许多情况下电性结构走向变化很小，只沿着倾向发生变化，这种地点结构是二维的，而人工源是三维的，因此可使用CSAMT资料观测可用2.5维有限元法进行数值模拟。l1、数值模

4、拟方法 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 如果定义 指定的电导率响应 定义为主场， 响应 定义为总场，两者的差值则为二次场。se00JEBsmJBEiw),(0zy1）、从麦克斯韦方程 组出发：),(zy 2、2.5维CSAMT正演思路 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 其中 为二次电场和磁场， 为主场。将总场分离为主场和二次场分量,主场值可以通过半空间电导率模型计算得到 pzyzyE),(E),(B0s0st ssBE2）、二次场满足的方程如下：ssBE 、pE 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 通过对x方向场分量的傅式变化可以将三维计算减少为二维计算。 3）、傅式变换),(),(Fz

5、yxFdxezykxikxx),(21),(FzykFedkzyxxxikxx x1220020sxxpxpxsxsxBikEikEEEx1x2202sxxpsxsxEikEiwBiwBiw 求解上述方程得到波数域(kx,y,z)的场值。 最后，通过傅里叶逆变换求得空间域(x,y,z)的EM场值 4）、有限元求解二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 基本流程图模型、源参数 (Kx,y,z)FE方程组主场PrimaryFieldMaxwellFFTppssBEBEIFFapp二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 1、有限元网格剖分（GUI-CSAMT）l模型设计和模拟结果二、二、CSAMT数值模拟数

6、值模拟 1）、均匀半空间模型2、模型设计2）、层状模型 3）、低阻模型二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 1）、均匀半空间模型响应收发距为4.25km 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 2）、 层状模型响应二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 3）、单一低阻模型响应收发距为3km 二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 不同频点视电阻率对比曲线3）、单一低阻模型响应近场源影响阴影效应二、二、CSAMT数值模拟数值模拟 三、三、CSAMT场源效应场源效应CSAMT 法突出的优点是简便快速，可以实现面积测量。与天然场源不同，CSAMT采用人工场源，且场源到测深点的距离有限，虽然带来了高质量的数据和较高

7、的效率，但是，靠近场源非平面波效应、由于场源下地质体情况复杂带来的场源附加效应以及阴影效应都带来了数据处理和解释的复杂。只有当观测点距离发射源足够远时（大于3到5 倍的趋肤深度），可认为场的分布和平面电磁波近似这时利用平面电磁波的卡尼亚视电阻率公式计算的大地电阻率与AMT的结果一致, 这样才可以用AMT的解释方法来解释其资料。但是在进行CSAMT法的实际野外测量时，在收发距小，大地电阻率较高或者工作频率较低时观测的电磁场，属于近区场或者过渡区场，在此情况下按照远区计算卡尼亚视电阻率将产生畸变，在非远低频段视电阻率值以近乎45角直线上升，不能直观反映地下介质电性分布情况。 100 m均匀半空间下

8、一个10 m的低阻体模型 三、三、CSAMT场源效应场源效应简单低阻模型模拟场源效应特征(1)视电阻率曲线受场源影响显著，呈现45度角直线上升；(2)当测点位于异常体和发射源之间（Tx-Rx=2350m）时，曲线畸变特征不明显；(3)当测点位于异常体正上方（Tx-Rx=2950m）,时有显著低阻特征；(4)越过异常体后（Tx-Rx=3550m）,存在明显低阻特征受低阻体影响曲线畸变程度介于前两者之间。 三、三、CSAMT场源效应场源效应不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征1000 m均匀半空间下两个不同深度10 m低阻体模型分别模拟场源为于异常体左侧、右侧的异常特征 三、三、CSAMT场源效

9、应场源效应不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征左源发送左源发送右源发送右源发送 MT、CSAMT正演视相位差异等值线图三、三、CSAMT场源效应场源效应MT和CSAMT正演差异左源发送左源发送右源发送右源发送200400600800100012001400Distance / ma、TX-left-1.5-8.5Freq / Hz200400600800100012001400Distance / mb、TX-right-1.5-8.5Freq / Hz-5.2-5-4.8-4.6-4

10、.4-4.2-4-3.8-3.6-3.4-3.2-3-2.8-2.6-2.4-2.2-2-1.8-1.6.m.mMT、CSAMT正演视电阻率差异等值线图200400600800100012001400Distance /ma、 TX-left-1.4-8.6Freq / Hz-25-23-21-19-17-15-13-11-9-7-5-3-11357200400600800100012001400Distance /mb、TX-right-1.4-8.6Freq / Hz-25-23-2

11、1-19-17-15-13-11-9-7-5-3-11357 三、三、CSAMT场源效应场源效应l CSAMT资料采集方式 三、三、CSAMT场源效应场源效应 覆盖点a、b呈现出典型的阴影效应或场源复印效应的影响。1）其中a点在场源移动后低频段的视电阻率低于移动前，大致表明在发射源和接收点之间或发射源下方存在低阻异常。2）b点发射源移动后从测线以北变换到测线以南，测得的视电阻率高于移动前。测区的基底埋深大致是北深南浅，基底为高阻奥陶系石灰，因此可进一步判断b覆盖点视电阻率增高是场源复印效应所致，测线以南的发射源位置处的基底更浅。l 场源效应实际应用讨论（闫述 、陈明生） 1、一维反演 2、常规

12、大地电磁二维反演 REBOCC、RRI、NLCG 标准的二维反演算法计算完整的二维灵敏度矩阵。RRI算法单独计算每一测点下的模型在通过差值来得到二维模型。所以RRI并没有直接计算求解二维灵敏度矩阵。 3、CSAMT-RRI 2.5维反演(底青云、Xinyou Lu ,etc) 4 、三维反演四、四、CSAMT反演反演 模型反演结果层状模型四、四、CSAMT反演反演020040060080010001200Distance(m)-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000Depth(m)1.82.83 模型反演结果单一

13、低阻模型四、四、CSAMT反演反演01002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500Distance /m-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000Depth /m3log().m 模型反演结果倾斜低阻模型四、四、CSAMT反演反演01002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400Distance(m)a、TX-leftlef

14、tHEDx_TE-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000Depth(m)00.81.82.83.8log() .m01002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400Distance(m)b、TX-rightrightHEDx_TE-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000Depth(m)log() .m00.81.82.833.