音频大地电磁法工程物探案例

音频大地电磁法工程物探案例

一、地形构造情况

浙江省某区地形地势平坦，处于平原与山地的接合部，环境清幽、鸟语花香。本区地质构造发展过程经历了多个地质构造发展阶段和多个构造旋回，中元古代晚期（大约从1400 Ma 开始），华夏克拉通开始裂解，地壳减薄，形成陆内裂陷槽，接受陈蔡群沉积。距今约11 亿年前，扬子地块南缘为被动大陆边缘。11-9 亿年前，华夏陆块开始向扬子陆块运动、俯冲，扬子地块南缘由被动大陆边缘转化为活动大陆边缘。到900 Ma 海槽关闭，晋宁运动褶皱抬升为陆。从130 Ma 开始到65 Ma 为燕山运动时期，燕山早期，以侏罗纪沉积盆地为特征。早白垩世，古太平洋板块开始向欧亚大陆俯冲，俯冲作用制约了岩浆活动。古太平洋俯冲角从早期到晚期由缓变陡，当俯冲角逐渐变陡，岩浆弧由西向东迁，形成大面积的火成岩和火山碎屑岩。燕山运动结束，浙江地壳全面抬升，处于隆起剥蚀状态。
 
  研究区地形图

二、地球物理勘察地热分布

一般情况下，第四系地层为低电阻率反映，而基岩为高电阻率反映，由于水的导电性较强，而围岩电阻率较高，运用电阻率法能很轻松地找到地下电阻率的分界面。同时，在断层发育位置，由于岩体较破碎，其视电阻率会随着岩体破碎的程度而降低，因此通过这种地电性质，我们可以很轻易的利用电阻率法找到富、集水区域或岩性分界面、断层界面，从而确定地下裂隙的发育情况和断层走向。这一特性构成了我们此次对项目区地热资源进行工程物探的地球物理前提。
 
本次地热地球物理勘查野外工作在野外地质调查之后进行，通过野外地热地质基础调查成果，使用音频大地电磁法测深仪器，初步分析测区内地层、构造的电性分布情况及推测了测区内构造发育规模。此次工作主要是了解2000米以上的深部隐伏构造及断裂情况。根据水文地质调查，该区的地层富水性弱，以裂隙水为主，主要是潜水-微承压水。其中野外数据采集是地球物理勘探工作的第一步，数据质量的高低程度直接影响后续的数据处理和成果解释，当然也会对成果的精度和效果产生影响。好的地球物理勘探工作必须从数据采集开始，严格按照设计和规范进行，由于现代电子和计算机技术的发展，地球物理仪器的智能化程度越来越高，仪器型号的选择成为影响地球物理数据质量的一个重要因素。
三、仪器选择
本次地热勘查物探工作，主要使用了2种主要设备，它们分别是V8大地电磁测深仪和GPS定位仪（放点定位）。
目前能够完成音频大地电磁法（AMT）的仪器有多种，全部为进口。主要有加拿大凤凰地球物理公司V5、V5-2000系列多功能电法仪器系统；美国Zonge公司的GDP-16、GDP-32系列多功能电法仪器系统；美国EMI公司的AMT-1、AMT-24大地电磁仪；德国Metronix公司MMS-05、MMS-06多功能电磁法仪系列。
V8系统是世界先进水平的电法勘探设备，由加拿大凤凰地球物理公司生产。它具有多功能、自动化程度高、测量精度高、多参数测量等优点。该系统利用微处理器控制测量，各种控制信号及参数的选择均由键盘输入，大屏幕的点阵液晶显示器可显示测量结果以及操作提示。大屏幕的液晶显示器上可实时观测采集到的数据以及相应的曲线形态，给后期的数据处理提供了可靠的数据源。微处理器还对观测信息进行实时校正、迭加与平均。仪器带有去假频滤波，可在强干扰、弱信号的地区工作，而且仪器内设置了一套相当完整的自校系统，可以通过自校系统方便的校正仪器和了解其工作状态（可以得到完整的一套校正数据，具有量的概念），为采集数据提供了相当可靠的保证。

四、音频大地电磁法工作原理

音频大地电磁测深（AMT）是利用天然电磁场作为场源的一种地球物理方法。也是频率测深的一种方法。其原理可以简要概述为：在某个观测点上，测量由天然场源产生的电场（Ex、Ey）和磁场（Hx、Hy、Hz）分量，同一频率的电场对磁场的比值（E/H）称为阻抗，该阻抗是介质电性的函数。而电场、磁场的穿透深度伴随频率变化，频率和穿透深度成反比关系。因而可以通过在单个测点上测量不同频率阻抗的振幅和相位，达到了解不同深度介质电性的分布特征之目的。
（1）对场源及地质模型的假设
前人研究表明，大地电磁场来源于高空，可以近似看作是在地球表面垂直入射的平面波，若假设大地由水平层状介质所组成，介质模型的电性参数只随深度（Z）变化，此为一维介质模型（图2）；如果介质模型的电性参数同时为横向y的函数，则为二维介质模型。
 
               0
 
 
 
 
 
                    图2  一维层状介质模型
（2）大地电磁阻抗
由于地球的磁场随时间而变化，在地球内感应产生电流，构成统一的电磁感应现象。根据麦克斯韦方程，当电磁场变化比较缓慢时，可以忽略位移电流的影响。取直角坐标系，麦克斯韦方程可写为：

五、物探资料数据处理

    地球物理勘探的终极目的是要解决地质问题，精确的观测数据只是为准确的解释打下了良好的基础。要获得正确的地质方案和地质模型，数据处理和综合解释研究是其中的一个关键环节。合理的流程是解释的基础，由于本项目研究的任务主要是探测深部隐伏构造及断裂，处理对象为AMT地面观测数据。
主要处理方法有：1，曲线平滑——野外测量常常受到各种干扰因素的影响，加上纪录时间长短的限制，造成了数据的分散、跳跃或突变；这样会造成部分测线的频点出现畸变（单个频点非正常下降）。对于上述情况，应根据最小方差原理及AMT曲线原有的特征进行合理的圆滑。数据平滑的手段主要有人工平滑和计算机自动平滑。人工平滑主要是由有经验的解释人员根据野外工作和工作区地质的实际情况，手工进行。数据计算机自动平滑的方法有很多种。最常用的是最小二乘平滑，包括线性平滑和二次曲线平滑、高次曲线平滑等。线性平滑有三点平滑、五点平滑、七点平滑、九点平滑等。2，静态校正——相对规模不大的地层起伏或浅层电性不均匀体的存在，会使电场分布发生畸变，从而导致视电阻率曲线发生平行移动或畸变，而相应的阻抗相位保持一致，这就是所谓的电磁法勘探的“静态效应”。静态效应是由于地表电阻率横向不均匀而引起的一种电荷积累效应，静态效应主要影响是会引起一维反演模型产生误差，反演的电阻率发生偏移。静态效应这种畸变亦称静位移。这个问题从八十年代以来，已引起了国内外大地电磁专家的广泛重视，也有专门的文献报导（A.G. Jones，1988；王家映，1992；R.W.Groom、R.C.Bailey，1993等），并已达成基本的共识，在静位移严重地区做一维化解释时必须进行静位移修正。,3，反演解释——资料的地球物理反演及解释是电磁勘探工作中最重要的组成部分。由于地质结构的复杂性、方法理论的不完善性、反演解释的非唯一性等原因，处理解释往往须经历定性分析、定量反演、地质解释、处理反演、重新解释等多次反复。
本项目区采用上述仪器和数据处理流程得到了AMT音频大地电磁测深二维反演剖面图，再结合实际的构造断裂情况，为成功地建立起测区的温泉资源模型提供有利的依据。