大地电磁资料静态校正方法研究

大地电磁（MT）静态校正方法研究及应用龙宇1汪洋2姚强2作者单位：1、中石化石油工程地球物理有限公司华东分公司2、江苏华东八一四地球物理勘查有限公司联系方式：邮编：摘要：大地电磁（MT）资料静态效应的校正是大地电磁测深法资料处理中的关键问题，如果校正不当，会使后续的反演解释得出错误的结果。本文讨论了静态效应对MT参数资料的影响，并从实用性和可操作性的角度，提出了采用阻抗张量方法和利用非电场观测的电磁法进行静态校正，并在实际生产中得到了理想的应用效果。关键词：大地电磁（MT）、静态效应、阻抗张量、瞬变电磁法(TEM)引言：在大地电磁测深法（MT）中，通常地表存在电性不均匀体，在电流流过不均匀体界面时，形成界面积累电荷，由此产生一个与外电场成正比的附加电场，给大地电磁测深响应带来畸变，这种影响称为静态效应。实践证明这种由地表不均匀体及复杂地形和地貌引起的静态效应严重影响到MT资料的解释和应用，所以必须通过静态校正来消除静态效应对资料的影响。对静态校正国内外大地电磁工作者曾先后提出了一系列校正方法和技术，这些方法技术在一定条件下对静态效应起到了抑制作用。但有些方法由于条件的限制，只能在特定情况下使用。有些方法由于一些不确定因素较多，处理后的结果可信度无法把握，所以难以推广。目前国际通用的静态校正方法有：电磁阵列剖面法(EMAP)、阻抗张量分析法、联合反演方法、利用相位资料的静校正方法和空间滤波法等方法。在仅有MT资料的情况下，比较实用的静态校正方法是阻抗张量分解法和曲线平移法。阻抗张量分解法有个最小二乘拟合过程，所获得结果不稳定，加之假设的2D/3D模式，可能与实际情况不符，所以对这种方法的应用总是持谨慎的态度。曲线平移法采用不受静态效应影响的电磁测深数据对MT资料进行静态校正，在实际应用中效果更佳，但相应增加了施工成本，两种方法各有所长。阻抗张量静态校正法原理及方法：在大地电磁测深法中，某一频率的电、磁场分量（Ex，Ey，Hx，Hy）满足下列方程组：Ex=ZxxHx+ZxyHyEy=ZyxHx+ZyyHy(1-1)写成矩阵的形式有：E=ZH(1-2)其中：E=yxEEH=yxHHZ=yyyxxyxxZZZZ(1-3)Z为阻抗张量，当测点近地表存在有局部不均匀体时，其产生的静态影响使电场发生畸变，畸变后的电场为：E΄=SE（1-3）＇其中S为电场畸变张量，与频率无关，电场的畸变使得由其计算出的阻抗张量也发生了畸变，由式（1-2）可知畸变的阻抗张量Z΄与未受静态影响的真实阻抗张量Z具有如下关系:Z΄=SZ（1-4）令C=S-1，则由上式解得Z为:Z=CZ΄（1-5）C称为静态校正张量，与频率无关，显然如果能求得C，则就可获得正常的阻抗张量Z，实现静态校正。下面来讨论C的求法，在MT勘探中，由于趋肤效应的作用，高频的勘探范围很小，所以Z在理论上应满足一维地电模型条件下的阻抗张量特征，则：Zh=0ZZ000（1-6）下标h表示高频时的阻抗张量。由式（1-5）和式（1-6）解得：C=Z00110（Zh΄）-1（1-7）由于hyyhyxhxyhxxhZZZZZ（1-8）则：DZZZZZhxxhyxhxyhyy1h（1-9）hyxhxyhyyhxxZZZZD（1-10）D是一旋转不变量，其指数形式可写为djeD，它的平方根定义为有效阻抗。式（1-6）和（1-7）中Z0随后的讨论可知，其大小不会影响视电阻率和相位的曲线形态以及电性主轴、二维偏离度等参数，可暂时令其等于有效阻抗，则（1-7）式写为：C=2/dj2/1eDhxyhyyhxxhyxZZZZ（1-11）上式给出了静态校正张量的计算方法，将C乘以由实测资料计算出的Z΄，则得到静态校正后的阻抗张量，尔后对Z进行常规的阻抗张量旋转等处理，求得电性主轴方位的视电阻率和相位以及其它相关参数。对由Z计算出的视电阻率曲线再采用各种平移方法进一步进行校正，以获得合理的测点增益，完成MT的静态校正工作。图1某测点阻抗张量静态校正前结果图2某测点阻抗张量静态校正后结果a.视电阻率曲线b.相位曲线c.电性主轴d.二维偏离度(SKEW)-180-135-90-4504590135180-90-45045900.00.20.40.60.81.0ρxyρyx10101010101001234510101010101010103210-1-2-3-410101010101010103210-1-2-3-410101010101010103210-1-2-3-4φxyφyx10101010101010103210-1-2-3-4视电阻率频率a相位频率频率频率电性主轴二维偏离度bcd-180-135-90-4504590135180-90-45045900.00.20.40.60.81.0ρxyρyx10101010101001234510101010101010103210-1-2-3-410101010101010103210-1-2-3-410101010101010103210-1-2-3-4φxyφyx10101010101010103210-1-2-3-4视电阻率频率a相位频率频率频率电性主轴二维偏离度bcd图1是某测点阻抗张量静态校正前的结果，ρxy和ρyx两条曲线严重分离，说明资料中有很强的静态干扰，特别是相位资料，φyx出现了超相位现象(φyx-90或φxy90)。经阻抗张量静态校正后(图2b)，φyx曲线恢复正常，对于该测点如果不首先进行阻抗张量的静校正，而仅采取曲线平移的方法，不仅超相位现象消除不了，相位资料无法利用，而且曲线形态相差甚远（特别是ρyx，图1中为Q型曲线，图2中为HK型曲线），会使解释结果发生严重错误。曲线平移静校正原理及方法：曲线平移校正方法其原理是利用不受静态效应影响的近场源电磁测深数据对大地电磁数据曲线进行整体平移校正，一般采用瞬变电磁测深（TEM）法，该方法是一种时间域方法，观测人工建立的交变电场源在消失时产生的瞬变磁场响应信号，不受地表不均匀体的影响，所以观测结果中不包含静态效应。由于大地电磁最高频为300Hz左右（一般为320Hz），最小探测深度在低阻区为几十米，高阻区为上百米至几百米，要想应用TEM资料进行静校，两者探测深度必须要有相适应的重叠范围。笔者在下扬子某地区采用了重庆奔腾数控技术研究所研制的WTEM-1Q型瞬变电磁仪进行TEM资料采集，采用中心重叠回线装置，发射框大小为100×100m，接收框为20×20m，发射频率为8Hz，通过试验发现实测数据能对MT单点进行有效静改，图3为某单点静态改正示意图。图3某MT单点静较前结果图4某MT单点静较后结果图5某测线静态改正前、后视电阻率－频率断面a:静态改正前视电阻率－频率断面；b:静态改正后视电阻率－频率断面；c:阻抗相位－频率断面图5给出了某测线静态校正前、后视电阻率-频率断面，由于相位资料是视电阻率取对数后对频率的求导，所以相位资料不受静态影响，图5-c中也列出了相位—频率断面，以比较校正的合理性。校正前原始的视电阻率-频率断面（图5-a）横向变化有间断现象，等值线呈竖条状分布，显示出明显的静态干扰特征。通过静态校正后（图5-b），视电阻率-频率断面中横向连续性改善，与相位-频率断面（图5-c）具有较好的相关性，视电阻率突变点也是相位的变化点，两者的横向变化趋势也是一致的。综上所述，基于大地电磁测深响应在高频时应具有一维响应的特征，从静态效应的机理出发，通过实际应用，证实了利用阻抗张量或实测的电场分量实施静态校正的方法是有效的。参考文献[1]王家映,徐义贤,胡祥云等.国外大地电磁响应函数估算方法.地学前缘,1998,5(1-2):217-222;[2]王家映.我国大地电磁测深研究新进展.地球物理学报1997,40(增刊):206-216;[3]汤井田,何继善.静效应校正的波数域滤波方法.物探与化探1993,17:209-216;[4]王家映.关于大地电磁的静校正问题.地质科技情报1992,11(1):69-76;[5]鲁新便,田春来,李貅.1995.瞬变电磁测深在大地电磁测深曲线静校正中的应用.石油物探,34(1):86-95.abc