視電阻率在高頻大地電磁中識(shí)別薄互層體的應(yīng)用

1、北京國(guó)電公司周劍 文章通過(guò)Cagniard視電阻率和Basokur視電阻率理論定義說(shuō)明了兩種電阻率的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)實(shí)例勘查結(jié)果分析了Basokur定義的視電阻率和Cagniard視電阻率在層狀體的反演結(jié)果比較，表明了Basokur視電阻率參數(shù)較之傳統(tǒng)的視電阻率在層狀體的反演方面表現(xiàn)出了更好的性質(zhì)，對(duì)中間層的分辨能力高，可有效地提高薄互層反演解釋的效果。 高頻大地電磁測(cè)深法作為一種頻率域電磁法，由于勘探深度大、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于石油、金屬礦、水電工程等各個(gè)勘查領(lǐng)域。隨著國(guó)家對(duì)礦產(chǎn)資源需求的快速增長(zhǎng)以及對(duì)工程質(zhì)量要求的日益提高，如何提高勘查的探測(cè)精度已成為勘探工作者的迫切任務(wù)，作者在野

2、外工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在高頻大地電磁測(cè)深中采用Basokur視電阻率較之傳統(tǒng)的視電阻率在層狀體的反演方面表現(xiàn)出了更好的性質(zhì)，對(duì)中間層的分辨能力高，可有效地提高薄互層反演解釋的效果。前言前言 傳統(tǒng)視電阻率參數(shù)是Cagniard于1953年引入的,即aC=(1/)|2。其中阻抗是電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量的比值,即=()/();是圓頻率;是介質(zhì)的磁導(dǎo)率?？梢?jiàn)aC只利用了電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量比值的模,還沒(méi)有利用到阻抗的虛部或相位。這種視電阻率定義存在以下一些缺點(diǎn): Cagniard本人將視電阻率參數(shù)引入MT時(shí)就已經(jīng)注意到,對(duì)于層狀介質(zhì)模型,視電阻率曲線在高頻端是無(wú)限振蕩的趨于第1層電阻率的。視電阻率曲線在反映下伏電阻率變

3、化之前,往往有一個(gè)小的振蕩干擾。如果下伏電性層是一個(gè)低阻層,則視電阻率曲線在下降之前,往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的極大值。相反,在反映高阻層之前會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的極小值.對(duì)中間電性層的反映不明顯,尤其是中間薄層。至于造成視電阻率振蕩的原因,Morrison等把它們歸于層間波的多次反射和干涉。1 1、BasokurBasokur定義的視電阻率定義的視電阻率1 1、BasokurBasokur定義的視電阻率定義的視電阻率2/1)/(iZY 222)/()(sgn(iriiraBYYYYY 式中:r,i分別表示阻抗的實(shí)部和虛部;sgnYi為符號(hào)函數(shù)。（1-2）（1-1） Basokur先給出了一種修改的阻抗形式據(jù)

4、此提出了如下的視電阻率定義: Basokur通過(guò)幾種經(jīng)典3層模型的不同視電阻率定義的曲線對(duì)比,顯示了其定義的視電阻率曲線較傳統(tǒng)的Cagniard視電阻率曲線左支振蕩性減小、中間層的分辨能力提高,以及相同頻率下反映更深的地電信息.眾所周知,MT的相位曲線相對(duì)振幅響應(yīng)曲線能以較高頻率成分的資料獲得有關(guān)地電斷面較深部的信息;而且在一定情況下,利用相位和振幅響應(yīng)兩種資料可以改進(jìn)解釋效果。從式(1-1)可以看到, Basokur的視電阻率定義實(shí)際上包含了阻抗的實(shí)部和虛部,由此不難理解其所取得的良好效果.由實(shí)測(cè)傳統(tǒng)Cagniard視電阻率aC和相位可簡(jiǎn)單導(dǎo)出Basokur所定義視電阻率aB。 1 1、Ba

5、sokurBasokur定義的視電阻率定義的視電阻率1 1、BasokurBasokur定義的視電阻率定義的視電阻率)()(214/ZRZIZIZRieZYemme2222)/2()(COSZRYYaCeiraB2222sin2/)/()(aCiriraBYYYY根據(jù)式(1-1)有：因此,有實(shí)部r=(1/2)(e+m)及虛部i=(1/2)(m-e).當(dāng)阻抗虛部i0時(shí),實(shí)際上是相位45時(shí),由式(1-2)有:同理,當(dāng)i0時(shí),即45時(shí),由式(1-2)有: 式(1-4)和(1-5)可見(jiàn), aB考慮了相位的影響,但當(dāng)相位趨近于0時(shí),它是不穩(wěn)定的。（1-3）（1-5）(1-4) 某鋁土礦區(qū)找礦效果試驗(yàn)是在

6、有詳細(xì)鉆孔資料的鋁土礦區(qū)進(jìn)行的科研合作。其試驗(yàn)的目的是用該方法探測(cè)查明地下巖層電性結(jié)構(gòu)，對(duì)所獲得物探異常結(jié)合地質(zhì)資料作出科學(xué)的解釋，判定鋁土礦與基巖之間的巖性接觸帶的空間賦存位置及延伸情況，以便指導(dǎo)成礦預(yù)測(cè)工作。有關(guān)資料表明，某鋁土礦區(qū)地層有如下地質(zhì)特征：鋁土礦下伏基巖為奧陶系灰?guī)r，在鋁土礦與奧陶系灰?guī)r之間可能有沉積型鐵礦。而鋁土礦的上蓋巖層分別為上二疊系煤層、上石炭統(tǒng)灰?guī)r、砂巖、粘土巖及第四系黃土。有的礦區(qū)可能會(huì)缺失一些巖層。有關(guān)資料表明，鋁土礦區(qū)各巖層的電阻率特征由表1-1所示2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)

7、用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果表表1.1 1.1 河南省鋁土礦區(qū)巖層電參數(shù)統(tǒng)計(jì)表河南省鋁土礦區(qū)巖層電參數(shù)統(tǒng)計(jì)表巖巖 性性電阻率電阻率( ( mm）電性特征電性特征粘土巖（P1X）小于100較小砂 巖（P1S）100200中等煤60100小上石炭統(tǒng)灰?guī)r（C3）300500較大鋁 土 礦70100小奧陶系灰?guī)r（O2）7002000最大2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果 從表1-1可知奧陶系灰?guī)r與其它巖性電阻差異較大，可達(dá)1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，而鋁土礦作為奧陶系灰?guī)r的上蓋層。這一物性差異是用高頻大地電磁測(cè)深的物性條件。由于鋁土礦是沉積在奧陶灰?guī)r的巖溶

8、洼區(qū)，因此高頻大地電磁測(cè)深需解決奧陶灰?guī)r的基巖頂面深度及基巖起伏形態(tài)，就可以根據(jù)礦床的形成特征進(jìn)行間接找礦，另處有些地方鋁土礦的厚度較厚，且與其上覆層的上石炭統(tǒng)灰?guī)r電阻差異較大，如能劃分出上石炭統(tǒng)灰?guī)r的界面，則可以初步估計(jì)鋁土礦的厚度，提高找礦效果。這主要取決于提高垂向分辨率，根據(jù)前人數(shù)值模擬資料分析,如果目的層的厚度與埋深之比等于或大于0.2，同時(shí)，目的層的電阻率與圍巖電阻率之比大于、等于10倍以上，則電阻層可以分辨出來(lái)。一般而言，層狀體比起相同埋深二維或三維目標(biāo)體會(huì)更易分辨，鋁土礦區(qū)的鋁土礦體屬層狀體，與下面奧陶系灰?guī)r電阻差異較大，屬于較區(qū)分的界面，與其上覆層的上石炭統(tǒng)灰?guī)r的電阻差異在7-

9、8倍，屬較難區(qū)分的界面。2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果2 21 1、CagniardCagniard視電阻率的反演結(jié)果視電阻率的反演結(jié)果 100200300400500600700800點(diǎn) 號(hào)-1000100200300400500010030050070090011001300150017001900高程(m)色譜電阻率(m)推 測(cè) 的 基 巖 頂 面ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7202C3O2s1PxP1 圖2-1為Cagniard視電阻率的二維反演斷面圖，從圖中反映的基巖頂面起伏形態(tài)與實(shí)際的鉆孔資料基本吻合，但上石炭

10、統(tǒng)灰?guī)r的界面則無(wú)法區(qū)分，鋁土礦的上蓋巖層上石炭統(tǒng)灰?guī)r、砂巖、粘土巖及第四系黃土都難于分辨。圖2-1 河南澠池某礦區(qū)72線高頻大地電磁測(cè)深二維反演及異常解釋斷面圖 2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果2 22 2、BasokurBasokur視電阻率的反演結(jié)果視電阻率的反演結(jié)果 Basokur定義的視電阻率可由Cagniard定義的視電阻率轉(zhuǎn)換而來(lái)，當(dāng)阻抗虛部i0時(shí),實(shí)際上是相位45時(shí),同理,當(dāng)i0時(shí),即45時(shí),由式(1-5) 可知當(dāng)相位趨近于0時(shí),它是不穩(wěn)定的。 圖2-2為沒(méi)有考慮當(dāng)相位趨近于0的影響的二演反演結(jié)果，從圖中可看出雖然曲線的分層能力有所提

11、高，但有些等值線曲線變化過(guò)大，原先為低阻形態(tài)的位置變?yōu)楦咦栊螒B(tài)，這主要因?yàn)楫?dāng)過(guò)于小時(shí)，轉(zhuǎn)換出來(lái)的aB會(huì)變化過(guò)大，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。0100200300400500600700800點(diǎn) 號(hào)-1000100200300400500-20002515035055075095011501350155017501950高程(m)色譜電阻率(m)ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7202C3O2s1PxP1圖2-2 未考慮低相位影響的二維反演及異常解釋斷面圖2 2、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果、兩種視電阻率在層狀體的實(shí)際應(yīng)用效果2 22 2、BasokurBasokur視電阻率

12、的反演結(jié)果視電阻率的反演結(jié)果 考慮到當(dāng)相位趨近于0的不穩(wěn)定的影響，故在進(jìn)行電阻率轉(zhuǎn)換時(shí)采用了折中的方法，對(duì)當(dāng)1045當(dāng)45時(shí)，當(dāng)10不進(jìn)行轉(zhuǎn)換，圖2-3為考慮到當(dāng)相位趨近于0的不穩(wěn)定的影響進(jìn)行的反演結(jié)果。從圖2-3可以看出，奧陶系灰?guī)r基巖頂面起伏形態(tài)與實(shí)際的鉆孔資料更加吻合，雖然上石炭統(tǒng)灰?guī)r的界面仍無(wú)法區(qū)分，但P1x層凹口形態(tài)已顯示出來(lái)，且地表的高阻的卵石層與下面低阻的粘土巖層也顯現(xiàn)出來(lái)。圖2-3 去除低相位影響的二維反演及異常解釋斷面圖0100200300400500600700800點(diǎn) 號(hào)-1000100200300400500010030050070090011001300150017001900色譜電阻率(m)ZK7208ZK7210ZK7206ZK7204ZK7