地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (2): 836-839   PDF    
引用本文
孙博, 李桐林, 李鹤, 伍亮, 朱成. 2015. 可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究[J]. 地球物理学进展, 30(2): 836-839, doi: 10.6038/pg20150247  
SUN Bo, LI Tong-lin, LI He, WU Liang, ZHU Cheng. 2015. Study on the sounding of CSAMT. Progress in Geophysics, 30(2): 836-839, doi: 10.6038/pg20150247   
可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究
孙博, 李桐林 , 李鹤, 伍亮, 朱成    
吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026
收稿日期: 2014-11-09 修回日期: 2015-01-08 .
基金项目：中国地质调查局项目吉黑东部综合找矿方法研究(201301-060-004)资助.
作者简介：孙博,男,吉林大学博士研究生,主要从事电磁法研究.(E-mai:1927746165@qq.com)
通讯作者：李桐林,男,1962年生,教授,博导,主要从事电磁法理论及其应用研究.(E-mai:lilaoshizh@163.com)
摘要：可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注, 本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理, 说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型, 并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像, 与已知钻井资料对比分析表明, 可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确, 能够反映地下电性的垂向变化.
关键词： 可控源音频大地电磁测深法     近场校正     正演模拟    
Study on the sounding of CSAMT
SUN Bo, LI Tong-lin , LI He, WU Liang, ZHU Cheng    
College for Geoexploration of Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China
Abstract: Study on the sounding of CSAMT is wide attention in theoretical research and practical word.This paper analyzes the basic principle of forward mothod and inversion mothod on dipole electrode source in horizontal-layered earths.And indicate the CSAMT is reliability in terms of deep exploration. The result shows a good effect on application by comparison with known drilling data and CSAMT inversion result.The inversion mothod is accurate at 1000-2000meters underground with CSAMT and reflect the changes of the vertical subsurface electric vividly.
Key words: controlled source audio-frequency Magnetotelluric     near-field correction     forward modeling    
0 引 言

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)是为克服MT信号强度差的缺点而发展起来的一种人工源频率域测深方法，具有信噪比高，观测信号强的优点，在深部找矿、地热资源勘查等方面都取得了良好的效果(汤井田等，2005;底青云等，2008;何继善，2010).CSAMT的反演采用三类方法:一是不用近区及过渡区的资料，只利用远区数据进行反演，但这种反演方法反演深度较浅;二是将近区及过渡区的资料进行近场校正，再采用MT的反演理论来反演(Bartel，1987；Sasaki，1992)；三是CSAMT资料直接进行带源反演(王若，2003；阮帅等，2015;翁爱华等，2015).

朴化荣、罗延钟等提出了在均匀半空间上的近场校正方法，取得较好效果，然而在地下介质不均匀时，校正效果不理想(朴化荣，1990; 张赛珍等，1994;罗延钟等，1996)；Routh提出了CSAMT全资料一维水平层状介质的反演，反演效果优于近场校正后的结果(Routh，1999)；朴化荣等对电偶源电磁测深中的视电阻率进行了定义(殷长春等，1991;汤井田，1994)；汤井田、黄皓平等提出了一种新的全波视电阻率，能直接的反映地层电阻率随深度的变化(黄皓平，1992;李建平，2007;陈卫营，2014)；另外许多学者在CSAMT反演中取得了较好的效果(林昌洪，2012;李杰，2012;翁爱华等，2012;程浩等，2015)；于昌明等将CSAMT数据处理方法应用到了实际资料处理解释中，并取得了良好的效果(于昌明，1998;陈明生，2005;李帝铨，2008;胡祥云等，2013).

本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理，说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面 具有可靠性.通过建立两个三层地电模型，并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像，与已知钻井资料对比分析表明，可控源音频大地电磁测深法对地下1000-2000 m深度的反演较为准确，能够反映地下电性的垂向变化. 1 电偶源水平层状大地电磁场算法原理

基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出了电偶极源在水平层状大地上的电场及磁场公式为

积分采用汉克尔变换进行求解，其中，对于Ex，在积分核中减去相当于均匀半空间的解析部分，即积分核减去R1和R*1=1相对应的核函数，使核函数收敛，再加上均匀大地的Ex；对于Hy，在积分核中减去核函数的极限，然后加上对应极限的积分量.

反演采用阻尼最小二乘法，其中雅克比矩阵采用差分的方法进行求解，用差分代替偏导数，阻尼因子的缩放系数选10.在迭代过程中不断修改阻尼因子，保证收敛和收敛速度.

2 模型试算

模型一为均匀层状大地：第一层厚度为200 m，电阻率为500 Ω·m；第二层厚度为800 m，电阻率为100 Ω·m；第三层电阻率为1000 Ω·m.收发距为8 km，源长度1 km.由图 1视电阻率曲线表明：在高频段视电阻率可以正确的反映地电变化，而在低频段视电阻率值明显高于初始模型给定的1000 Ω·m，发生严重畸变，不能准确的反映地电断面的垂向变化.而从图 2可以看出虽然视电阻率曲线在低频时不能反映地电断面的垂向变化，但由其反演仍然可以得到较一致的结果.

图 1 三层模型视电阻率图Fig. 1 Apparent resistivity curves of three layeres

图 2 三层模型反演图Fig. 2 Inversion result of three layeres

模型二为均匀层状大地：第一层厚度为200 m，电阻率为400 Ω·m；第二层厚度为800 m，电阻率为1000 Ω·m；第三层电阻率为400 Ω·m.收发距为8 km，源长度1 km.由图 3视电阻率曲线表明：在高频段视电阻率可以正确的反映地电变化，而在低频段视电阻率值明显高于初始模型给定的400 Ω·m，发生严重畸变，不能准确的反映地电断面的垂向变化.而从图 4可以看出虽然视电阻率曲线在低频时不能反映地电断面的垂向变化，但由其反演仍然可以得到较一致的结果.

图 3 三层模型视电阻率图Fig. 3 Apparent resistivity curves of three layeres

图 4 三层模型反演图Fig. 4 Inversion result of three layeres
3 研究区实际数据采集与反演解释

3.1 研究区地质环境

研究区所处大地构造位置为天山兴安地槽褶皱区吉黑褶皱系松辽中断陷和吉林优地槽褶皱带过渡地带；大的地貌单元介于松辽平原与大黑山低山丘陵相接触带以西.地处大黑山隆起带中的次级构造单元——新立城凹陷，表现为局部重力低，属中生代含盆地，面积约为40 km2.地层为侏罗-白垩季及二叠纪地层，基底为中侏罗花岗闪长岩或二叠花岗岩，地表被第四纪覆盖.发育为近南北向、东西向和北西向及北东向断裂. 3.2 研究区数据采集

在野外踏勘的基础上，野外CSAMT勘查的目的是在新立城盆地内寻找热储构造，开发地热资源.本次我们共设计和完成了6条可控源音频大地电磁测深测线，其中东西向测线2条，南北向测线4条，共完成可控源大地电磁测深实际测点为288个.野外工作仪器采用由加拿大凤凰公司制造的V8电法工作站，发射机电流为16 A，源长1.4 km，垂直收发距10 km. 3.3 反演解释

根据探测结果以及通过对数据进行整理、处理和反演，获得了各测线反演电阻率剖面，在地域构造解释的基础上，确定了含水地段和钻探井位.图 5即为钻探井孔南10 m的东西向反演电阻率剖面.钻井深度为2000 ｍ.

图 5 CSAMT拟断面图Fig. 5 Fitting section of CSAMT

从图 5可以看出，反演电阻剖面纵向变化具有明显的层状结构：(1)地表以下近100 m为相对高阻层，断续分布层厚100 ｍ，ρ＞100 Ω·ｍ.(2)埋深-300 m以上，层厚450 m，低阻层ρ≤100 Ω·ｍ.(3)-300～-900 ｍ，层厚600 ｍ，100＜ρ＜400 Ω·ｍ.(4)-900～-1750 ｍ，层厚650 ｍ，400＜ρ≤1000 Ω·ｍ.(5)埋深-1750 ｍ以下，层厚大约100 ｍ，ρ＜400 Ω·ｍ，可以看出1900 ｍ以下又出现低阻层，未见高阻花岗岩基底.

反演电阻剖面横向变化具有明显的断裂带，在425与475观测点之内发生跃变，跌幅达300~400 ｍ，推断为北西向断层. 4 结 论

反演电阻率上述纵横向规律性变化，取得了良好的地质效果，客观地反映了新立城凹陷白垩沉积地层的变化规律、岩性、厚度及其富水性，为确定井位和钻孔设计提供了依据.

反演电阻率剖面电阻率纵向变化(图 5)与测井实测电阻率曲线对比(图 6)，可以发现如下相似性：(1)反演电阻率与测井实测电阻率纵向变化规律相同.(2)二者相应高低阻段电阻率值相当，但测井实测值变高.(3)反演电阻率与测井电阻率纵向结构分层宏观上是一致的，对应的.(4)二者的一致性证明了反演电阻率剖面是真实的，可信的特别是低频段反演效果，即反演深度＞1000 ｍ的结果可信的.

图 6 测井电阻率Fig. 6 Log resistivity
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