彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 103地質(zhì)大隊(duì)，貴州銅仁 554300）

靜態(tài)校正技術(shù)在冊(cè)亨縣納相金礦音頻大地電磁法勘探中的應(yīng)用

彭乾云，周明平，張德全，楊炳南

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 103地質(zhì)大隊(duì)，貴州銅仁 554300）

音頻大地電磁測(cè)深，簡(jiǎn)稱AMT（Audio Magnetotelluric），作為大地電磁勘探方法的一種，適用于中淺層地球物理勘查，探測(cè)深度一般在2 000m之內(nèi)，是一種有效的地球物理勘探方法。但靜態(tài)效應(yīng)是電磁方法中較為棘手的一個(gè)問題，為數(shù)據(jù)資料的處理帶來了極大地不便。這里簡(jiǎn)要闡述大地電磁方法基本原理和靜態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，并對(duì)不同的靜態(tài)校正技術(shù)進(jìn)行論述。同時(shí)還介紹了該技術(shù)在黔西南卡林型金礦的具體應(yīng)用及應(yīng)用效果，結(jié)果表明，該技術(shù)較好地克服了靜態(tài)效應(yīng)所帶來的影響。

音頻大地電磁法（AMT）；靜態(tài)效應(yīng)；卡林型金礦

1 音頻大地電磁方法基本原理和靜態(tài)校正形成機(jī)制

1.1 音頻大地電磁法基本原理

AMT是音頻大地電磁測(cè)深（Audio Magnetotelluric）的簡(jiǎn)稱，其基本原理與大地電磁測(cè)深（簡(jiǎn)稱MT：Magnetotelluric）相同，區(qū)別在于兩者頻率范圍不同而致使探測(cè)深度不同。AMT的頻率范圍是10 000Hz～1Hz，其高頻部份10 000Hz～1 000Hz頻段的聲波人耳能聽到，故稱為“音頻”。AMT技術(shù)適用于中淺層深入調(diào)查，探測(cè)深度一般為2 000m之內(nèi)。

作為AMT場(chǎng)源的天然大地電磁場(chǎng)是一種交變電磁場(chǎng)。當(dāng)交變電磁場(chǎng)以波的形式在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用和不同介質(zhì)的電磁特性，地面電磁場(chǎng)的觀測(cè)值將包含有地下介質(zhì)電阻率分布的信息。而且由于電磁場(chǎng)的集膚效應(yīng)，不同頻率的電磁場(chǎng)信號(hào)具有不同的穿透深度，因此研究大地對(duì)天然電磁場(chǎng)的頻率響應(yīng)，可獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布的信息。

使用大地電磁方法進(jìn)行地球物理探測(cè)，最早由前蘇聯(lián)學(xué)者A.H.TNXOHB提出的。他在1950年指出：①大地電磁場(chǎng)本身結(jié)構(gòu)雖然十分復(fù)雜，但場(chǎng)源可近似看成為平面波垂直入射大地；②引入射波阻抗的概念（Z＝E/H），它可以用于表征地球電性分布對(duì)大地電磁場(chǎng)的響應(yīng)；③利用單點(diǎn)大地電磁場(chǎng)觀測(cè)研究地球電性分布是可能的。隨后，1953年法國(guó)學(xué)者L.Cagniard論證了場(chǎng)源為垂直入射的平面波在大地介質(zhì)是水平均勻?qū)訝罘植嫉臈l件下，相應(yīng)大地電磁場(chǎng)的解，并把阻抗響應(yīng)變換為習(xí)慣的視電阻率形式：

這兩位前輩的論文發(fā)表，奠定了早期大地電磁測(cè)深法的理論基礎(chǔ)。大地電磁測(cè)深方法的野外觀測(cè)記錄都是在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行的，觀測(cè)資料的整理工作，首先必須從時(shí)間域的電磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果求出頻率域不同周期成份的振幅譜，之后再進(jìn)行進(jìn)一步的資料處理和反演。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，又借助于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，而今的大地電磁方法已經(jīng)非常成熟。

1.2 靜態(tài)效應(yīng)形成機(jī)理

1.2.1 靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生

大地電磁方法最初假設(shè)地質(zhì)模型是均質(zhì)的，然而實(shí)際上地下介質(zhì)往往存在局部電性不均勻體，正是這種局部電性不均勻體導(dǎo)致靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生。電流通過局部電性不均勻體時(shí)，會(huì)在其表面積累大量電荷進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)，此附加電場(chǎng)的大小和外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。因此在此局部電性不均勻體周圍的外在電場(chǎng)，會(huì)比其它地方的電流密度稀疏或者致密，由此產(chǎn)生畸變現(xiàn)象。這種畸變現(xiàn)象表現(xiàn)為相鄰測(cè)點(diǎn)的視電阻率曲線和同一測(cè)點(diǎn)的ρTE、ρTM二條視電阻率曲線發(fā)生平行移動(dòng)（對(duì)相位曲線的影響較?。Ｔ诘卣鹂碧椒瓷浞ㄖ?，淺層速度不均勻會(huì)影響地震波的傳播時(shí)間，造成曲線平移，這種現(xiàn)象被稱為“靜位移”，而電磁法中的這種畸變現(xiàn)象與之類似，所以電磁方法也將其命名為“靜位移”，這種現(xiàn)象也稱作靜態(tài)效應(yīng)。

1.2.2 靜態(tài)效應(yīng)的特征

作者通過理論分析，查閱資料以及對(duì)本次物探工作資料處理與分析?？梢钥偨Y(jié)出靜態(tài)效應(yīng)的一些特征。這些特征和靜態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理是我們對(duì)靜態(tài)效應(yīng)進(jìn)行處理，即靜態(tài)校正時(shí)的理論依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。靜態(tài)效應(yīng)的主要特征有：

（1）靜態(tài)效應(yīng)主要是由淺部的局部電性不均勻體產(chǎn)生的，隨著深度的增加，靜態(tài)效應(yīng)會(huì)逐漸減弱。

（2）靜態(tài)效應(yīng)對(duì)電場(chǎng)數(shù)據(jù)的影響較大，但對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生影響。

（3）靜態(tài)效應(yīng)會(huì)影響視電阻率曲線的整體偏移，但是不會(huì)影響曲線形態(tài)，相位曲線不受影響。

（4）視電阻率擬斷面圖上的靜態(tài)效應(yīng)表現(xiàn)為視電阻率曲線的橫向范圍小，縱向密集而呈垂直狀。

（5）某些靜態(tài)效應(yīng)現(xiàn)象與電阻率異?，F(xiàn)象難以區(qū)分。

2 靜態(tài)校正處理技術(shù)介紹

基于靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理和特征，在靜態(tài)校正過程中可以采取不同的方法?？偟膩碚f分為三個(gè)大類：①由于靜態(tài)效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)分量基本沒有影響，且磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)較為可靠，所以可以將磁場(chǎng)分量參與來計(jì)算；②由于靜態(tài)效應(yīng)對(duì)阻抗相位基本沒有影響，所以可用阻抗相位來計(jì)算視電阻率；③可以采用數(shù)字濾波進(jìn)行靜態(tài)校正。具體做法有濾波法（空間濾波、中值濾波、EMAP濾波），相位換算法，磁場(chǎng)數(shù)據(jù)換算法，曲線平移法，小波分析壓制法等作者在本文中主要講述曲線平移法，對(duì)其它靜態(tài)校正方法略作介紹。

濾波法的主要步驟是設(shè)計(jì)濾波器。由于靜態(tài)效應(yīng)主要由于淺部局部電性不均勻體產(chǎn)生，趨膚效應(yīng)決定淺部信息蘊(yùn)含在高頻段電磁波當(dāng)中。若設(shè)計(jì)出一個(gè)低通濾波器，并以此濾波器為基礎(chǔ)進(jìn)行濾波計(jì)算，就可以壓制或減弱高頻段靜態(tài)效應(yīng)的影響。根據(jù)對(duì)初始數(shù)據(jù)的視電阻率斷面圖和工區(qū)內(nèi)厚度、深度、電性都較合適的電性層的認(rèn)真分析，可以得到應(yīng)當(dāng)濾去的頻點(diǎn)和頻段，之后可以自己設(shè)計(jì)或用已有的電磁法數(shù)據(jù)處理軟件，選擇合適的頻點(diǎn)與頻段進(jìn)行濾波。較常用的濾波方法有三點(diǎn)濾波五點(diǎn)濾波和七點(diǎn)濾波法，它們?cè)硐嗤?，只是所取的頻點(diǎn)數(shù)有差別。最終的濾波結(jié)果是使校正前視電阻率值乘以校正系數(shù)，從而更接近于無靜態(tài)效應(yīng)的情況。相位換算法和磁測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，是由于靜態(tài)效應(yīng)對(duì)相位和磁測(cè)數(shù)據(jù)影響甚?。ㄉ踔翛]有影響）而分別以它們作為基準(zhǔn)對(duì)視電阻率值進(jìn)行計(jì)算。

曲線平移法是較為常用且效果很好的一種方法。靜態(tài)效應(yīng)導(dǎo)致視電阻率曲線整體上下平移而不改變其本身形態(tài)，所以，能夠?qū)⑹莒o態(tài)效應(yīng)影響的曲線辨別并移動(dòng)，使之恢復(fù)到應(yīng)存在的位置，這樣可以在最大程度上恢復(fù)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。這種方法操作上看似簡(jiǎn)單，一般數(shù)據(jù)處理軟件都是用鼠標(biāo)來對(duì)曲線進(jìn)行平移歸位，但在實(shí)際操作過程中對(duì)數(shù)據(jù)處理人員的要求非常高。除了要區(qū)分判斷靜態(tài)效應(yīng)與異常之外，還要對(duì)工區(qū)背景電阻率有較好的把握，并分析靜態(tài)位移的影響程度。

對(duì)于我們每一個(gè)人，安全是第一需求。如果讓你直接在安全與危險(xiǎn)之間選擇，你一定會(huì)選擇安全；但如果將危險(xiǎn)隱藏在便宜或方便之后，但愿你仍然具備識(shí)別的慧眼、選擇的智慧?！疤焐喜粫?huì)掉餡餅”的另一種說法，就是“便宜和方便的背后總是隱藏著風(fēng)險(xiǎn)”。

3 靜態(tài)校正處理過程

作者在本次數(shù)據(jù)處理中，采用鳳凰地球物理有限公司提供的AMT SSMT－2000和成都理工大學(xué)編寫的MT2D－soft數(shù)據(jù)處理反演軟件，綜合運(yùn)用了磁道計(jì)算，相位對(duì)比，空間濾波及平移等多種靜態(tài)校正方法，取得了較好的效果。

3.1 選擇磁道數(shù)據(jù)參與計(jì)算

在生成曲線之前，需首先進(jìn)行阻抗計(jì)算。如下頁圖1所示，對(duì)相同時(shí)間采集的電道數(shù)據(jù)（所有采集均鎖定GPS衛(wèi)星保證時(shí)間同步），使用在該時(shí)間段采集的磁道信號(hào)參與計(jì)算。前文已述，磁道數(shù)據(jù)受靜態(tài)效應(yīng)的影響比較少，甚至不受影響，同時(shí)磁道數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定（大地電磁場(chǎng)本身存在一個(gè)穩(wěn)定電磁場(chǎng)），因此這種計(jì)算結(jié)果是較為可靠的。

3.2 空間濾波和曲線平移

如圖2所示，空間濾波時(shí)可以選擇不同的頻點(diǎn)和頻率。一般我們選擇曲線變化較大的高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。在充分研究本勘查區(qū)的地質(zhì)條件和本次工作的相位圖之后，選取合適的頻點(diǎn)與頻段，在受靜態(tài)位移影響較高頻段進(jìn)行濾波處理，并對(duì)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行校正計(jì)算，使曲線更接近于無靜態(tài)位移的狀態(tài)。三點(diǎn)濾波法在一些情況下對(duì)靜態(tài)效應(yīng)的壓制程度不夠，七點(diǎn)濾波法在某些時(shí)候會(huì)“過分壓制”，也會(huì)造成數(shù)據(jù)失真。所以此次濾波處理采用五點(diǎn)濾波法。

最直觀的處理方法是曲線平移。在處理界面中有二支曲線，其中藍(lán)色的為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（見圖3），即要進(jìn)行編輯平滑的數(shù)據(jù)；紅色（十字）的為推算結(jié)果，對(duì)視電阻率曲線來說，其為由相應(yīng)模式的實(shí)測(cè)阻抗相位推算出來的視電阻率值；對(duì)阻抗相位曲線來說，則為由相應(yīng)模式的實(shí)測(cè)視電阻率推算出來的阻抗相位值。這種推算出來的曲線，可作為我們對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯時(shí)的一種參考。

在本次數(shù)據(jù)處理中，曲線平移的操作步驟分為兩步：①根據(jù)曲線位置和形態(tài)選擇可靠的頻點(diǎn)和頻段（并綜合地質(zhì)資料確定其在穩(wěn)定電性層），以該曲線作為校正的“基準(zhǔn)曲線”。無把握選擇“基準(zhǔn)曲線”的，則沿著測(cè)線從第一個(gè)測(cè)點(diǎn)開始依次進(jìn)行；②參照“基準(zhǔn)曲線”，對(duì)不同頻段的曲線進(jìn)行上移或下移。在圖3中，藍(lán)色曲線表示TEA、紅色（十字）曲線表示TMA，曲線的圓滑程度較高，表明所采集的數(shù)據(jù)和前期處理工作都較好。對(duì)平移曲線后使曲線整體上升而未改變其整體形態(tài)。經(jīng)過校正，消除了靜態(tài)效應(yīng)的影響，之后再進(jìn)行成圖，得到可靠的斷面圖和剖面圖。

圖3 平移之后的曲線Fig.3 The curve after translating

4 靜態(tài)校正處理前后成果對(duì)比

在理論上，經(jīng)過靜態(tài)校正之后的斷面圖和剖面圖在準(zhǔn)確度和美觀程度上，比原始資料圖都有很大的改觀，然而校正后的結(jié)果是否真實(shí)可靠，也取決于工作中對(duì)地質(zhì)情況的掌握和對(duì)數(shù)據(jù)資料分析的程度。以下以具體的斷面圖（下頁圖4和圖5）為例，展示靜態(tài)校正前后反演結(jié)果的不同。需要說明的是，斷面圖并非最終成果圖，并未考慮地形等因素。同時(shí)在斷面圖中，高程、平距和電阻率的值都是相對(duì)的，我們僅需看出其中的差異。

故而作者又重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了靜校正并進(jìn)行反演成圖，所成剖面圖如下頁圖6所示，可以很明顯地看出，與圖4和圖5相比，圖8（見下頁）有明顯改進(jìn)：①曲線陡立情況已經(jīng)消失；②紡錘形局部封閉等值線不復(fù)存在；③空白和“黑團(tuán)”現(xiàn)象已經(jīng)被消除；④視電阻率圖和相位圖對(duì)應(yīng)效果很好；⑤異常情況明顯。若在此時(shí)加入地形的因素，會(huì)使反演結(jié)果與工區(qū)實(shí)際情況更為相符。

5 結(jié)論與建議

（1）靜態(tài)效應(yīng)對(duì)AMT方法有極大影響，使電阻率曲線發(fā)生位移，從而導(dǎo)致反演結(jié)果失真，造成圖形混亂和假的異?，F(xiàn)象，不利于成果解釋。

（2）靜態(tài)校正技術(shù)有多種方法，每種方法各有其用途、特點(diǎn)，綜合利用才能更好地克服靜態(tài)效應(yīng)所帶來的影響。

（3）由于磁道數(shù)據(jù)和相位沒有靜態(tài)效應(yīng)，因此在進(jìn)行靜態(tài)校正時(shí)，可以它們作為基準(zhǔn)進(jìn)行電阻率的計(jì)算和修正，所以這兩者的準(zhǔn)確性對(duì)靜態(tài)校正起著至關(guān)重要的作用。要解決此問題，必須嚴(yán)格進(jìn)行野外操作，使數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

（4）對(duì)于某些電磁系統(tǒng)，有多個(gè)電道接受器卻只存在一個(gè)磁道接受器，此時(shí)在以磁道進(jìn)行計(jì)算應(yīng)采用同時(shí)間段的磁道數(shù)據(jù)來計(jì)算和修正同時(shí)間段的電道數(shù)據(jù)，不能混淆錯(cuò)亂，否則后果不堪設(shè)想

圖4 TE模式原始數(shù)據(jù)圖Fig.4 The diagram of the raw date in the TE model

圖5 TE模式靜校正后圖Fig.5 The diagram after static calibration in the TE model

（5）靜態(tài)效應(yīng)使電阻率曲線發(fā)生上下平移，而不會(huì)改變其形態(tài)，因此，對(duì)曲線進(jìn)行恰當(dāng)?shù)纳舷缕揭疲涂梢院芎玫乜朔o態(tài)效應(yīng)。此時(shí)應(yīng)特別注意對(duì)比參考曲線（即通過相位計(jì)算所得的曲線），必須選擇合適的頻段的曲線作為第一條平移曲線，此后的曲線平移也以此作為參考。

（6）靜態(tài)校正工作屬于人機(jī)聯(lián)合工作，計(jì)算機(jī)軟件會(huì)提供極大地方便，而人的因素尤為重要。進(jìn)行靜態(tài)校正時(shí)，頻點(diǎn)的選擇、曲線移動(dòng)的多少，以及方向、平滑程度、濾波程度等都由人來確定，因此對(duì)工作者的要求就很高。除了熟知靜態(tài)校正的原理、方法、過程外，還應(yīng)有較豐富的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合工區(qū)地形地質(zhì)條件，唯有如此才能將靜態(tài)校正工作做得更好。

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book=95,ebook=95

1001—1749（2012）03—0314—06

P 631.3＋25

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.13

彭乾云（1987－），男，助理工程師，從事電、磁法地球物理勘探工作。

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地質(zhì)科研項(xiàng)目基金（黔地礦科2010－1）

2011－10－20改回日期：2012－03－22