高频大地电磁测深法静态效应校正研究
胡清龙;张继伟;唐洪武
【摘 要】地表存在不均匀体,往往会对高频大地电磁测深资料产生静态影响,造成出现虚假的垂向大延伸异常体现象,严重影响资料解释结果.本文对不同情况下静态效应影响采用有限元法进行了正演模拟及分析,得到了静态影响的规律.提出了利用浅地表的岩性电阻率参数去标定电阻率曲线的首支后,再进行小尺度空间滤波来压制静态影响的校正方法.经过我国西部某河道深厚覆盖层勘探中的实际应用,表明这种方法是比较理想的校正方法.
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2013(010)005
【总页数】5页(P652-656)
【关键词】大地电磁测深;静态效应;有限元;校正
【作 者】胡清龙;张继伟;唐洪武
【作者单位】四川中水成勘院工程勘察有限责任公司,四川成都610072;四川中水成勘院工程勘察有限责任公司,四川成都610072;四川中水成勘院工程勘察有限责任公司,四川成都610072
【正文语种】中 文
【中图分类】P631
1 引 言
高频大地电磁测深法目前应用越来越广泛[1～6]，但资料往往会因为地表存在不均匀体而产生静态影响，造成出现虚假的垂向大延伸异常体现象，严重影响资料解释结果。因此，有必要分析高频大地电磁测深资料的静态影响并对其进行校正。
静态效用的校正是高频大地电磁测深资料处理过程中的关键，如果校正不当，会使后续的反演解释得出错误的结果。为此，一些科技工作者提出了许多校正方法(如：曲线平移法、联合解释法、空间滤波法、理论计算法、MT资料自身校正法等)，但各种校正方法的原理和对资料的要求不同，在实际应用中往往都会受到一定程度的限制。
本文针对水电工程勘察中常见的覆盖层勘探(通常为两层地下介质)设计了几组模型，采用有限元法[7]进行了正演模拟并分析了结果，模拟频率段为10Hz～100kHz(EH4频率)，得到了一些静态影响规律。针对影响规律，提出采用根据浅地表电阻率进行标定曲线首支后再进行小尺度空间滤波来压制静态影响的校正方法。并将这种校正方法应用于深厚覆盖层勘探中，结果表明这种校正方法处理效果比较理想。
2 正演模拟不同情况下静态效应影响特征
对于二维模型中静态效应的影响主要表现为TM场的畸变。从物理意义上讲，在TM场中，电场垂直构造走向，此时电流线穿过不均匀体界面时产生聚集在界面周围的多余电荷，致使正常电场结果发生变化。而对于TE场，电场平行构造走向，而走向电性结构均匀，即不会产生电流畸变。因此，对于静态效应，只需针对TM模式资料进行校正。
对于TM模式，静态影响在双对数坐标轴上，视电阻率曲线沿纵轴发生一个常数因子的位移，这个位移叫称为静态位移，即：
其中，ρs(f)＝为视电阻率，ρn(f)为没有地表局部电阻率异常体时的电阻率，C为静态偏移量。
为了充分了解静态效应的一些影响规律，建立了如图1所示的理论模型，考虑到本次研究针对的是水电工程勘察中常见的覆盖层勘探，因此模型的地下介质均设计成两层结构。模型中空气电阻率ρ0＝1010Ω·m；地下第一层介质(覆盖层)电阻率ρ1＝100Ω·m，层厚为h1＝200m；第二层介质(基岩)电阻率ρ1＝1000Ω·m，层厚h2为足够厚；不均匀体位于第一层介质中，电阻率为ρ3，长度为a，厚度为b，不均匀体顶面距离地表深度为h3，距离左右两个边界l1、l2距离相等，且为足够长。
图1 正演模型1Fig.1 The NO.1forward model
正演模拟采用有限元法[4]，对模型剖面使用矩形网格划分。纵向间距在不同的介质上、下两个界面处最小(不大于2m)，向上或向下间距逐渐加大；横向间距在不同的介质左、右两个界面处最小(不大于5m)，向左或向右间距逐渐加大；观测点位于剖面地表正中间。
2.1 不同电阻率静态效应影响特征
模型建立如图1所示，不均匀体电阻率ρ3分别取50Ω·m、80Ω·m、200Ω·m、500Ω·m，其长度a与厚度b相等，均为20m，顶面距离地表深度为h3为10m，其它参数不变。图2为模拟结果的曲线图。
从模拟结果可以看出：无静态影响的模拟结果曲线首支电阻率为100Ω·m，尾支逐渐升高，最低频率处电阻率为1000Ω·m，与实际模型吻合很好。而不同电阻率静态效应的模拟结果表现为整支曲线上下漂移，曲线形态基本不变，且模拟结果曲线的首支电阻率值与模型中不均匀体的电阻率值对应良好。模拟的结果同时也验证了式(1)所得到的结论。
2.2 不同规模(长度)静态效应影响特征
模型建立如图1所示，不均匀体的长度a分别取30m、50m、100m，不均匀体电阻率ρ3取50Ω·m，其厚度b为20m，顶面距离地表深度为h3为10m，其它参数不变，图3为模拟结果的曲线图。
从模拟结果可以看出：有静态影响的结果曲线首支均在50Ω·m处，但不均匀体的长度a越长，曲线尾支越接近模型设计的真实电阻率。这表明不均匀体规模越大，静态影响越小，即为正常的异常体表现。
图2 目标体不同电阻率静态效应影响特征曲线Fig.2 The static effect of different resistivity of inhomogeneous body
图3 目标体不同长度静态效应影响特征曲线Fig.3 The static effects of different length of inhomogeneous body
2.3 不同埋深静态效应影响特征
模型建立如图1所示，不均匀体的顶面距离地表深度为h3分别取0m、10m、30m、50m，不均匀体电阻率ρ3取50Ω·m，其长度ab与厚度相等，均为20m，其它参数不变，图4为模拟结果的曲线图。
从模拟结果可以看出：不均匀体的顶面距离地表深度为h3为0m时，静态影响最严重，其首支电阻率为50Ω·m；h3为10m时，静态影响明显变小，其首支电阻率为95Ω·m；h3为50m时，静态影响基本可以忽略不计。这表明不均匀体的埋深越深，静态影响越小，即为正常的异常体表现。
图4 目标体不同埋深静态效应影响特征曲Fig.4 The static effects of different depth of inhomogeneous body
从上述模拟结果得出：静态影响仅为浅地表的，并且规模小的不均匀体所引起。不均匀体
的规模过大，并且埋深过大时，均为正常的异常体表现。静态影响表现为整支曲线上下漂移(即：不均匀体为高电阻率时，视电阻率曲线向上漂移；不均匀体为低电阻率时，视电阻率曲线向下漂移)，而曲线形态基本不变。
