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大地電磁數據的主要處理技術

大地電磁測深法以地下介質的電阻率分布為研究對象。地層的巖性變化、斷裂帶、剝蝕和風化面以及構造活動引起的不整合都會引起電性變化。當電性變化達到壹定規模時,就可以引起MT異常。在定性分析的基礎上,進行壹維和二維定量反演計算,處理結果可以反映從地表到地下幾千米甚至幾十千米的地下電性結構。根據電性層與各層的對應關系,結合鉆井、地震、重磁和區域地質資料,進行電性層的地質推斷和解釋。為了提高資料解釋的可靠性和準確性,應將電法資料與鉆井、地震、重磁資料有機結合起來。

1.處理解釋過程

數據處理和解釋大致按以下五個步驟進行:

1)常規處理:根據壹系列常規數據處理技術,對淺層沈積巖獲取各種用於解釋的數據和圖件。

2)特殊處理:根據深部結構和構造特征進行深度剖面反演,反演深度達到70km。

3)定性解釋:通過分析定性圖,可以定性了解電性基底的起伏形態、構造輪廓和構造單元的劃分。

4)定量解釋:在定性解釋的基礎上,分析定量反演結果,劃分和標定電性層。

5)綜合地質解釋:根據電性層與地層的對應關系,以二維反演為主,壹維反演為輔,結合地質、地震、鉆井等資料,最終解釋推斷出定量解釋得到的地球物理模型。

2.處理口譯工作量

①對柴達木盆地10 MT主要測線進行了重新處理和解釋,並對5條聯絡線進行了重新解釋。

②德令哈地區的大地電磁資料和紅山、懷頭塔拉地區的CEMP資料是根據石炭系資料解釋的。

3.主要處理解釋技術

(1)靜校正技術

柴達木盆地地表巖性復雜多變,淺層電性明顯不均勻。這些淺層電性不均勻會在地表附近產生附加電場,與頻率無關,影響大地電流場的分布。附加電場與正常電場的疊加,引起測量電場幅值的異常變化,從而改變視電阻率值,使視電阻率曲線在對數坐標系中沿電阻率軸上下移動。地形起伏或淺部電性不均勻的幾何形狀不同,附加電場對TE和TM極化方向視電阻率曲線的影響也不同。電阻率曲線平移有不同的組合:①視電阻率曲線在Te極化方向的平移;②視電阻率曲線向TM極化方向偏移;③TE和TM極化方向的視電阻率曲線均發生偏移。

在視電阻率等值線剖面上,靜態位移顯示等值線陡、密、高、低,變化無序,產生“掛面”現象(圖5-1a)。從剖面上也可以看出,盆地第四系覆蓋區的靜位移較小,周圍老地層出露區的靜位移較大。用靜校正前的數據反演得到的結果嚴重失真,不能用於解釋,因此在數據反演前必須對受靜位移影響的數據進行校正。

剖面窗自適應空間濾波靜校正:研究表明,隨著深度的增加,靜位移的影響範圍增大,所以對於剖面空間濾波,濾波窗口要相應增大,這就是CEMP靜校正的思想,即窗口隨趨膚深度變化的自適應空間濾波方法。高頻帶窗口小,靜校正量小,降頻窗口大,靜校正量大。因此,高頻帶具有良好的保真度,能夠反映出暴露地層的電特性;深電層不太陡,但相對平坦。這也是這個方法壹經提出就得到推廣的原因。

微調靜校正:經過前期處理後,還要進壹步利用可視化人機交互數據處理系統進行微調。就是把同壹個頻率點的視電阻率取成壹個剖面,與已知的地質構造進行對比,確定視電阻率沿剖面的波動是否與已知的構造相對應。如果不是,說明MT治療可能過度或不足;根據地質情況進行微調,直到滿意為止。微調校正的原理是:①參考相位輪廓形狀(圖5-1b);②相鄰點的電阻率應連續變化,並根據其變化趨勢進行校正;(3)當淺層為壹維時,使同壹測點的雙向曲線的第壹分支重合。

圖5-1靜態位移改正對比圖

大地電磁函數向上延拓法:其原理是在原觀測面的上部覆蓋壹層電性均勻層,其頂部平坦,底部與地形壹致,然後將觀測面上的數據向水平面延伸,使原觀測面上的大地電磁傳遞函數發生了變化,這種變化與原觀測面上的傳遞函數和覆蓋層的電性、幾何參數有關。傳遞函數擴展後,相當於觀測點遠離局部不均勻體。局部非均勻性的響應由於頻散和幾何衰減而迅速減弱,而深部結構的響應由於有限的上升流高度而幾乎不變。地形影響雖然存在,但已經大大削弱了。上覆巖層的參數是已知的,在二維反演中可以固定為已知參數。這是壹種消除地形影響的新方法。

靜校正效果:校正後視電阻率橫向變化規律明顯,但保持了校正前的趨勢(圖5-1c),且與相位有很好的對應關系,說明靜位移得到了很好的壓制。利用這種數據反演,可以很好地反映地下電性層的形態。

(2)深度反轉技術

二維連續介質反演是壹種帶地形校正的二維反演方法。它以壹維連續介質反演結果為初始模型,反復叠代得到最終解釋剖面,最大限度地消除或壓制了地形和靜位移對數據的影響,可作為進壹步地質解釋和推斷的依據。

目前勘探區多為山區,地形復雜,地表巖性變化大,淺層電性非均質分布廣。這使得電法數據不可避免地受到地形和靜位移的影響。有了這些未校正的數據,地下電性層的形態會嚴重扭曲,用它進行解釋很難得到準確的結果。通常,由地形響應和不均勻表面電特性引起的幹擾局限於空間。本文利用電磁場傳遞函數的向上延拓來同時抑制這些影響。理論上,向上延伸後,可以達到以下效果:

向上延遲的觀測點遠離原地表的局部不均勻性,由於異常的空間範圍小,電磁場傳播按幾何規律衰減,相應的靜態效應迅速減弱,而地下構造由於空間範圍大,向上高度有限,響應幾乎不變。電磁噪聲在空間上不具有區域性異常的特征,更類似於靜態效應。在空間上局部無規律分布,向上延伸影響會迅速減弱。向上延拓後,地形的響應相當於淺層結構的響應。因為蓋層的參數是已知的,所以在二維反演中可以固定為已知參數,在反演過程中可以自動消除其影響。向上延拓後,由淺至深電性結構的觀測數據靈敏度趨於平衡,改善了反演條件,有利於由淺至深電性結構的同時重建。

MT反演可以獲得深部電性剖面信息,為深部資料解釋和深部構造層研究奠定了基礎。

(3)優化分層技術

在電法資料處理中,不僅采用了傳統的壹維、二維反演技術,而且在二維連續介質反演結果的基礎上,采用了電法資料優化分層技術等新方法和新技術。由於反演過程是根據實測數據還原可能的地電結構,地電剖面以電阻率隨深度變化的形式顯示,相當於地震的速度剖面,地層界面、斷層等地質信息不直觀,因此這些信息的提取對後期解釋具有重要意義。在這方面,信息提取技術有很好的應用前景,所以我們從電法數據優化分層技術的角度對地質構造信息的提取做壹些探討。在實際工作中,這些新方法和新技術的應用,在壹定程度上幫助我們了解了構造形態,確定了斷層位置。

最優分層技術:利用層間偏差的計算方法,對電反演數據體進行優化分層。其分層目標是使每個區間內電阻率物性差異最小,區間間電阻率物性差異最大,充分體現了地下地電模型的分層規律。應用該方法,處理結果反映的地層界面的位置、起伏和產狀特征相對更加直觀,斷層位置、構造樣式和構造特征等信息更加豐富,可以為有效識別地質構造和構造變形提供有用信息,具有良好的應用前景。

電法資料優化分層技術(圖5-2)突出反映了無電阻率背景的地質信息,提高了縱向分辨率,提取的信息含有幹擾因素,必須結合電阻率剖面二維反演才能做出正確解釋,在理論上有很好的應用前景。實際上,電法資料優化分層技術可以在橫向上反映沿測線不同電性層的起伏和厚度變化,可以直觀地追蹤電性界面和裂縫信息,具有良好的應用前景,但有時可能會提供壹些其他虛假信息,在具體應用過程中必須結合二維反演電阻率剖面合理使用。

圖5-2德令哈地區MT04-1測線信息提取對比圖