可控源電磁測(cè)深數(shù)據(jù)場(chǎng)源效應(yīng)及反演討論,中鐵第五勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,結(jié)束語(yǔ),可控源音頻大地電磁法,一、,二、,CSAMT數(shù)值模擬,目前對(duì)電法的探測(cè)深度要求越來越高，常規(guī)電法有時(shí)難以滿足實(shí)際工作需要。與常規(guī)電法相比，可控源音頻大地電磁測(cè)深法具有探測(cè)深度大、設(shè)備相對(duì)輕便和橫向分辨率高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于地?zé)豳Y源、水文地質(zhì)、有色金屬礦產(chǎn)和工程地質(zhì)勘查工作之中，并取得了令人十分滿意的實(shí)際應(yīng)用效果。,一、可控源音頻大地電磁法,可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是電磁法的一種，它的主要特點(diǎn)是用人工控制的場(chǎng)源做頻率測(cè)深。采用人工場(chǎng)源可以克服天然場(chǎng)源信號(hào)微弱的缺點(diǎn)，但是波的非平面波特性決定了處理資料時(shí)的復(fù)雜性。當(dāng)發(fā)射距是探測(cè)深度的35倍，高頻時(shí)非平面波可以近似地看作平面波，低頻時(shí)則會(huì)出現(xiàn)電阻率隨頻率降低而在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上呈45上升的近場(chǎng)效應(yīng)，因此須作近場(chǎng)改正，校正后的數(shù)據(jù)可看作為平面波產(chǎn)生的結(jié)果，然后再采用用MT的方法來分析。所以，MT的反演方法原則上都可用來做近場(chǎng)校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演，其有效數(shù)據(jù)只能取遠(yuǎn)場(chǎng)的值，而對(duì)于近場(chǎng)甚至過渡場(chǎng)的資料都要摒棄不用，這將造成較大的浪費(fèi)。Pargha S.Routhet.al.嘗試了在一維空間用不做平面波校正的全資料來做CSAMT反演。全資料的CSAMT反演需要有源理論電磁法的正演解，當(dāng)介質(zhì)為水平成層介質(zhì)時(shí)有積分解，這方面的反演容易實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)電性結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，就沒有解析解，因此其反演問題也就更加復(fù)雜。,一、可控源音頻大地電磁法,一、可控源音頻大地電磁法,關(guān)于勘探深度,二、CSAMT數(shù)值模擬,一維（層狀介質(zhì)）、二維、三維 2.5維（Martyn Unsworth , et al） 許多情況下電性結(jié)構(gòu)走向變化很小，只沿著傾向發(fā)生變化，這種地點(diǎn)結(jié)構(gòu)是二維的，而人工源是三維的，因此可使用CSAMT資料觀測(cè)可用2.5維有限元法進(jìn)行數(shù)值模擬。,1、數(shù)值模擬方法,二、CSAMT數(shù)值模擬,如果定義 指定的電導(dǎo)率響應(yīng) 定義為主場(chǎng)， 響應(yīng) 定義為總場(chǎng)，兩者的差值則為二次場(chǎng)。,1）、從麥克斯韋方程 組出發(fā)：,2、2.5維CSAMT正演思路,二、CSAMT數(shù)值模擬,其中 為二次電場(chǎng)和磁場(chǎng)， 為主場(chǎng)。將總場(chǎng)分離為主場(chǎng)和二次場(chǎng)分量,主場(chǎng)值可以通過半空間電導(dǎo)率模型計(jì)算得到,2）、二次場(chǎng)滿足的方程如下：,二、CSAMT數(shù)值模擬,通過對(duì)x方向場(chǎng)分量的傅式變化可以將三維計(jì)算減少為二維計(jì)算。,3）、傅式變換,求解上述方程得到波數(shù)域(kx,y,z)的場(chǎng)值。 最后，通過傅里葉逆變換求得空間域(x,y,z)的EM場(chǎng)值,4）、有限元求解,二、CSAMT數(shù)值模擬,基本流程圖,模型、源參數(shù),(Kx,y,z) FE方程組,主場(chǎng) PrimaryField,Maxwell,FFT,IFF,二、CSAMT數(shù)值模擬,1、有限元網(wǎng)格剖分（GUI-CSAMT）,模型設(shè)計(jì)和模擬結(jié)果,二、CSAMT數(shù)值模擬,1）、均勻半空間模型,2、模型設(shè)計(jì),2）、層狀模型,3）、低阻模型,二、CSAMT數(shù)值模擬,1）、均勻半空間模型響應(yīng),收發(fā)距為4.25km,二、CSAMT數(shù)值模擬,2）、 層狀模型響應(yīng),二、CSAMT數(shù)值模擬,3）、單一低阻模型響應(yīng),收發(fā)距為3km,二、CSAMT數(shù)值模擬,不同頻點(diǎn)視電阻率對(duì)比曲線,3）、單一低阻模型響應(yīng),近場(chǎng)源影響,陰影效應(yīng),二、CSAMT數(shù)值模擬,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),CSAMT 法突出的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便快速，可以實(shí)現(xiàn)面積測(cè)量。與天然場(chǎng)源不同，CSAMT采用人工場(chǎng)源，且場(chǎng)源到測(cè)深點(diǎn)的距離有限，雖然帶來了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和較高的效率，但是，靠近場(chǎng)源非平面波效應(yīng)、由于場(chǎng)源下地質(zhì)體情況復(fù)雜帶來的場(chǎng)源附加效應(yīng)以及陰影效應(yīng)都帶來了數(shù)據(jù)處理和解釋的復(fù)雜。只有當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)距離發(fā)射源足夠遠(yuǎn)時(shí)（大于3到5 倍的趨膚深度），可認(rèn)為場(chǎng)的分布和平面電磁波近似這時(shí)利用平面電磁波的卡尼亞視電阻率公式計(jì)算的大地電阻率與AMT的結(jié)果一致, 這樣才可以用AMT的解釋方法來解釋其資料。但是在進(jìn)行CSAMT法的實(shí)際野外測(cè)量時(shí)，在收發(fā)距小，大地電阻率較高或者工作頻率較低時(shí)觀測(cè)的電磁場(chǎng)，屬于近區(qū)場(chǎng)或者過渡區(qū)場(chǎng)，在此情況下按照遠(yuǎn)區(qū)計(jì)算卡尼亞視電阻率將產(chǎn)生畸變，在非遠(yuǎn)低頻段視電阻率值以近乎45角直線上升，不能直觀反映地下介質(zhì)電性分布情況。,100 m均勻半空間下一個(gè)10 m的低阻體模型,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),簡(jiǎn)單低阻模型模擬場(chǎng)源效應(yīng)特征,(1)視電阻率曲線受場(chǎng)源影響顯著，呈現(xiàn)45度角直線上升； (2)當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于異常體和發(fā)射源之間（Tx-Rx=2350m）時(shí)，曲線畸變特征不明顯； (3)當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于異常體正上方（Tx-Rx=2950m）,時(shí)有顯著低阻特征； (4)越過異常體后（Tx-Rx=3550m）,存在明顯低阻特征受低阻體影響曲線畸變程度介于前兩者之間。,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),不同發(fā)送源復(fù)雜低阻模型模擬場(chǎng)源效應(yīng)特征,1000 m均勻半空間下兩個(gè)不同深度10 m低阻體模型 分別模擬場(chǎng)源為于異常體左側(cè)、右側(cè)的異常特征,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),不同發(fā)送源復(fù)雜低阻模型模擬場(chǎng)源效應(yīng)特征,左源發(fā)送,右源發(fā)送,MT、CSAMT正演視相位差異等值線圖,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),MT和CSAMT正演差異,左源發(fā)送,右源發(fā)送,MT、CSAMT正演視電阻率差異等值線圖,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),CSAMT資料采集方式,三、CSAMT場(chǎng)源效應(yīng),覆蓋點(diǎn)a、b呈現(xiàn)出典型的陰影效應(yīng)或場(chǎng)源復(fù)印效應(yīng)的影響。1）其中a點(diǎn)在場(chǎng)源移動(dòng)后低頻段的視電阻率低于移動(dòng)前，大致表明在發(fā)射源和接收點(diǎn)之間或發(fā)射源下方存在低阻異常。2）b點(diǎn)發(fā)射源移動(dòng)后從測(cè)線以北變換到測(cè)線以南，測(cè)得的視電阻率高于移動(dòng)前。測(cè)區(qū)的基底埋深大致是北深南淺，基底為高阻奧陶系石灰，因此可進(jìn)一步判斷b覆蓋點(diǎn)視電阻率增高是場(chǎng)源復(fù)印效應(yīng)所致，測(cè)線以南的發(fā)射源位置處的基底更 淺。,場(chǎng)源效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用討論（閆述 、陳明生）,1、一維反演 2、常規(guī)大地電磁二維反演 REBOCC、RRI、NLCG 標(biāo)準(zhǔn)的二維反演算法計(jì)算完整的二維靈敏度矩陣。RRI算法單獨(dú)計(jì)算每一測(cè)點(diǎn)下的模型在通過差值來得到二維模型。所以RRI并沒有直接計(jì)算求解二維靈敏度矩陣。 3、CSAMT-RRI 2.5維反演(底青云、Xinyou Lu ,etc) 4 、三維反演,四、CSAMT反演,模型反演結(jié)果 層狀模型,四、CSAMT反演,模型反演結(jié)果 單一低阻模型,四、CSAMT反演,模型反演結(jié)果 傾斜低阻模型,四、CSAMT反演,發(fā)送源位于右側(cè)Right_TX,發(fā)送源位于左側(cè)Left-TX,在人工源激發(fā)的電磁探測(cè)中，受場(chǎng)源效應(yīng)影響導(dǎo)致解釋出現(xiàn)偏差，應(yīng)當(dāng)考慮采用動(dòng)源工作方法