回首邢台地震现场的日日夜夜

回首邢台地震现场的日日夜夜 煤田地质与勘探第 40 卷 第 5 期 Vol. 40 No.5 Oct. 2012 2012 年 10 月COAL GEOLOGY & EXPLORATION 文章编号: 1001-1986(2012)05-0078-04 回线源 TEM 山地勘探中的地形影响和校正方法 邱卫忠 (山西省煤炭地质 115 勘查院, 山西 大同 037003) 摘要: 陕西黄陵、山西王家岭的大回线和山西中条山小发射回线瞬变电磁探测,现出了不同的 地形影响特点。在典型地形影响规律的基础上,通过测道图判断影响的性质,根据电流线聚集与 发散机理,对地形影响的不同表现性状给出了解释。研究表明,对于典型的地形影响,可采用通 常的比值、滤波等校正方法,非典型的大回线地形影响,将视电阻率-深度剖面上原被空气置换部 分挖除是合理的,小回线装置较少受地形影响,可以仅作各测点的高程校正。 关 键 词,中心回线 TEM,地形影响,规律,机理,校正方法DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.05.020 中图分类号,P631 文献标识码,A Topographic effects and correction methods of loop source TEM in mountainous exploration QIU Weizhong (115 Coal Geological Exploration Institute, Shanxi Coal Geological Bureau, Datong 037003, China) Abstract: Transient electromagnetic exploration in Huangling, Shaanxi Province and Wangjialing, Shanxi with large loop source and in Zhongtiaoshan Mount, Shanxi Province with small loop shows different features. The character of effects can be judged through channel chart based on the classical topographical effect regularities. Different behaviors of topographic effect have been interpreted according to the mechanism of gathering and dis- persion of current lines. For typical topographic effect, general correction methods, such as ration correction, fil- tering correction, could be used, for non typical topographic effect of large loop it is suitable to remove the parts that had been occupied by air in apparent resistivity-depth section and elevation correction of observation points is enough for small loop which has less effect by topography. Key words: central loop TEM; topographic effect; regularity; mechanism; correction method 1 地形影响因素与基本规律 地形 影响是山地 回线 源 TEM(Transient Elec- tromagnetic)勘探中需要关注和解决的问题,也是提 1.1 地形影响因素 高探测精度、取得良好地质效果的重要环节。对地 造成地形影响的因素有几何因素和物理因素,形影响畸形校正,是包括 TEM 在内的电和电磁勘探 [2] 对于回线源 TEM 主要有以下几点,数据处理的重要内容。国内外对于 TEM 地形影响问 a. 接收回线高于水平地表,题,多集中在长导线源的研究方面,国外如 Ogilvy b. 山体作为导电体置换了空气,或空气作为绝 (1986)、Hördt 和 Müller(2000),国内有胡文宝、严 缘体置换了原属水平大地的一部分, 良俊等人都做了大量的工作,为回线源的研究提供 [1-4] c. 接收回线处于非水平状态,接收的不仅有磁 了条件。 ( 电 ) 场的垂直 ( 水平 ) 分量,还有水 平 ( 垂直 ) 分量 的 本文在这些研究的基础上,以陕西黄陵、山西 成分, 王家岭中心回线装置和山西中条山小发射回线中心 d. 山体和地下构造的耦合。装置的勘探工程为例,分析了不同地形特点情况下, 不同尺寸回线源场的响应,给出了地形影响的判断 1.2 地形影响的基本规律 标准,针对不同情况采取的地形影响校正方法,对 a. 实测 EMF 与地形的变化反向,即地势高处 地形影响的机理与响应特征的关系给出了解释。降低,地势低处增高。 收稿日期: 2011-10-31 基金项目: 山西省科技攻关项目(20100321066) 作者简介: 邱卫忠(1963—),男,江苏常州人,硕士,工程师,从事煤田地质和电磁法勘探工作. c. 地形对早期 TEM 数据影响较大,随着观测 例如,根据地形影响的因素,可将接收点置于 时间的增加,地形影响逐渐减弱。地形变化较为平缓之处,避免剧烈变化,减小地形 d. 地形变化剧烈处,实测数据变化剧烈,地形 影响。对于 V8 等直径较小且带有水平泡的接收线 变化较平缓处变化平缓。 圈,可通过调整仅接收需要的分量,进一步地减小 地形影响,简化校正过程。 e. 高阻表层地形影响小,低阻表层影响大。 如图 1 所示,对于以电压值为基本观测量的电 根据地形影响规律,可以利用实测 EMF 测道图 和电磁法勘探来说,引起实测数据变化的原因可由 (或视电阻率剖面图)和地形剖面的对比判断地形起 经典的电流线在地形作用下的聚集和发散机理来解 伏对 TEM 数据的影响。考虑到视电阻率的算法多 [5]释,电流从源点到场点的流动过程中,随地势的 样、结果不尽相同,建议利用测道图判断。这种判 起伏,在山峰处电流线发散(密度小),山谷处电流 断较为直接,同时还可以通过对测道图的检验,对 测线上各点的干扰等情况进行判读。需要指出的是, 线聚集(密度大)。电场强度与电流密度成正比, J = σ E在地形影响的判断中,除实测数据外,测区的地层、 (1) 电压与电场强度成正比, 构造是判断的重要背景资料,这一点,不仅是地形 影响判断和校正的原则,也是电磁法勘探一贯遵照 V = E ? (2) ? l 的原则。 dl因此实测数据的大小变化与地形的高低变化 呈反向。3 基本规律下地形影响的不同表现形式 3.1 大回线中心 TEM 装置 地表电阻率相近、地形起伏程度相近,地层也 相近的陕西黄陵和山西王家岭中心回线 TEM 勘探, 表现出了不同的地形影响状态。 图 2 是陕西黄陵 TEM 勘探 14 线地形剖面和 EMF 测道图。对照地形 起伏(图 2a)和测道图(图 2b)的变化,其规律是,地 [5]图 1 地形对电流的聚集与发散作用 形下凹处,EMF 上凸,地形上凸处,EMF 下凹。根 Fig.1 Topographic effect on gathering and dispersion of [5]据前述地形影响规律,这是典型的地形影响表现。 current lines 上述地形影响的基本规律 a、c、d、e,无论对 直流电法还是时域、频域的电磁法勘探都是相同的。 c 中的早期,相当于频域中的高频和直流中的小极 距情况。但是,直流和频域中的视电阻率与电压(或 电场)成正比,因此视电阻率变化与地形起伏仍然是 [2, 6-8]反向的。在时域瞬变场,将在低阻体中激发起 较大的涡旋场,观测电压,也就是感应 EMF (Elec- tromotive Force)随之增大,在高阻体中激发的涡旋 场较小,EMF 随之减小。这种特性为 TEM 视电阻 率所反映,就是 TEM 的视电阻率值与 EMF 值的大 小相反以至 TEM 视电阻率变化与地形的高低变化 相同,所以时域 TEM 视电阻率随地形的变化(地形 影响基本规律 b)表现出了与频域和直流电法勘探不 图 2 陕西黄陵 14 线大回线(600 m×600 m)TEM 地形影响 一样的特点。但这在本质上是相同的,都是地形对 Fig. 2 Effect of topography on large loop (600 m×600 m) 电流线的发散与汇集作用造成观测数据改变。TEM data at survey line 14 in Huangling, Shaanxi Province A—地形高程,b—测道图 2 地形影响的判断 图 3 是王家岭 II 测区 240 号测线的地形剖面、 地形影响的因素和基本规律,是进行山地电和 测道图和视电阻率剖面。在 2 340~3 340 m,地形起 ? 80 ? 煤田地质与勘探第 40 卷 图 3 山西王家岭 II 区 240 线大回线(600m×600m TEM 地形影响 Fig.3 Effect of topography on large loop (600m×600m) TEM data at survey line 240 in zone II in Wangjialing, Shanxi Province a—地形剖面 240 线(实线)和 248 线(虚线),b—测道图,c—Bostick 反演视电阻率-深度剖面伏与 EMF 的变化反向,与 Bostic 反演视电阻率的变 a. 陕西黄陵测区,地表近似为二维,测线与地 形走向垂直布置,由感应的涡旋电流,在边长 600 m化同向,似有地形影响存在。但钻孔和地震勘探显 发射回线范围内的起伏地形中,形成图 1 所示的电示,此段反映的地层情况与地震揭示的趋势相一致。 流聚集和发散现象,产生了典型的地形影响(图 2)。 如做地形校正将下倾地层校平,将会出现解释误差。 测线的其余地段,地形影响的典型性也不足。整条 剖面的地层电性反映均与钻孔揭露和地震勘探总体 一致。 王家岭 II 测区的其他测线,也没有表现出明显 的地形影响特征。可以说,地形影响的物理因素未 对 TEM 实测数据发生明显影响。 3.2 小回线中心 TEM 装置 图 4 是 5 m×5m 小回线中心 TEM 装置的山地探 测剖面图。图 4 中的 EMF 测道图没有表现出与地形 起伏变化相反的状态(地形影响的基本规律 a),地形 对探测结果没有产生显著的影响。 4 地形影响的不同表现与处理方法 4.1 地形影响不同表现的物理解释 图 2—图 4 所示的陕西黄陵、山西王家岭、中 条山 3 个地区,均系黄土覆盖的山地、表层电阻率 图 4 山西中条山 A1N 线小回线(5 m×5 m)TEM 地形影响 相近,但地形影响的性状不同。依照地形对电流线 Fig.4 Effect of topography on small loop (5 m×5 m) TEM data at survey line AIN in Zhongtiaoshan Mount, Shanxi 的聚集和发散机理(图 1),此 3 处不同地形影响性状 Province 可做如下解释, a—测道图,b—视电阻率-深度剖面 源 TEM 探测资料处理和解释中应当注意的。实际 线该段上凸处,沿测线电流线聚集与发散不一定和 上,大回线 TEM 地形校正中,对于山西王家岭这类 该测线的地形剖面相合,反之亦然。在 2 340~3 340 非典型的地形影响,采用“白化文件”覆盖的校正方 m 测段,边长 600 m 回线内,地形为单向斜坡,电 法,在物探工程中已有应用,这里为此提供了方法 流线与地表平行,且密度均匀,和水平地形电流线 理论上的依据。类似地,大量工程实践中观察到的 形态、密度差异不明显。因此,整条测线均未表现 小发射回线 TEM 较少受地形影响的原因,也应用电 出典型的地形影响(图 3)。 流线的聚集与发散给出了解释。 c. 在山西中条山 TEM 探测中,利用小发射回 此外,在山地 TEM 施工中,分析地形影响产生线施工的灵活性,将测点尽量布置在地形平缓处, 的因素,尽量减弱地形影响、简化校正方法,也是 使边长 5 m 回线内的地形变化不大,局部范围内电 很有必要的。 流线基本均匀分布,测线没有地形影响表现(图 4), 仅有测点高程上的差异。 参考文献 4.2 地形校正方法 [1] OGILVY R D. Topographic distortions of transient electromag- 针对上述不同地形影响的性态,可以采用不同 netic anomalies in resistivity terrains[J]. Geoexploration,1986, 的校正方法,24,29?42. a. 典型地形影响,如图 2 陕西黄陵 TEM 探测 HÖRDT A,MÜLLER M. Understanding LOTEM data from[2] [6-8]的地形影响 ,可以采用 比值、滤波 等常规方法 mountainous terrain[J]. Geophysics,2000,65(4),1113?1123. 进行地形影响校正。YAN Liangjun,SU Zhuliu,HU Jiahua,et al. Field trials of [3] b. 非典型的地形影响,如图 3 的王家岭测区, LOTEM in a very rugged area[J]. The Leading Edge,1997,16, 根据实测 EMF 和地质资料判断地形影响属性后,可 379?382. 将视电阻率-深度剖面上原为空气的一部分挖掉,如[4] 唐新功,胡文宝,严良俊. 地堑地形对长偏移距瞬变电磁测深 影响的研究[J]. 工程地球物理学报,2004,1(4),313?317. 图 3 c 所示。 [5] FOX R,HOHMANN G W,KILLPACKS T J,et al. Topographic c. 地形仅引起了测点间的高程差异,如山西中 effects in resistivity and induced-polarization surveys[J]. Geo- 条山小 TEM 回线探测,可仅对视电阻率-深度剖面 physics,1980,45(1),75?93. 进行各测点高程的几何校正,即各测点的探测深度 闫述,陈明生,陆俊良. 频率测深的地形影响及其校正方法[J].[6] 从各测点的高程处起算,如图 4b 的结果。 煤田地质与勘探,1994,22(4),45?49. 陈明生,闫述. 论频率测深应用中的几个问题[M]. 北京,地[7] 5 结 语 质出版社,1995. 闫述, 陈明生,李志民. 频率测深二维地形影响的边界元素 地形对中心回线装置 TEM 的影响,随情况不同 [8] 法正演计算模拟[J]. 物探化探计算技术1996,,18(4),310?319. 有不同的性状。电流线的聚集与发散机理,为不同