电磁测量静态效应模拟及特征的思考

电磁测量静态效应模拟及特征的思考

王梓栋

关键词：电磁测量；静态效应；模拟

前言：所谓的静态效应，就是指在进行电磁测量时，由于接近地面位置存在着电性不均匀物质，使得电磁曲线出现异常变化，造成基于两种极化模式的曲线产生位移，而相位曲线保持稳定的现象。一旦产生静态效应，便会对电测测量手段的定量、定性解释造成负面影响，因而本课题对静态效应特征的研究具有现实意义。

1电磁测量的模拟方式

本课题建构了三层地电断面模型，其中p1≥p2≤p3，从水平方向来看，该模型的宽度达1000m，分为41个独立单元，而从纵向方向来看，其地下深度达500m，分为21个独立单元。以常规的地电模型A为例，各个层次的具体情况如下所示：第一层，厚度在75m左右，电阻率达50Ω·m，等同于新生界的沉积地层；第二层，厚度在350m左右，电阻率达20Ω·m，等同于中生界或者新生界的沉积地层；第三层，厚度不确定，电阻率达200Ω·m，等同于沉积盆地的高阻值基底地层[1]。

为了探究浅层不匀称体对电测测量曲线的影响作用，在第一层水平方位的850-925m之间设置了低阻和高阻两大电性不匀称体，即通过分析电阻值的变化，明确地质体的实况。与此同时，应用了基于有限元法的EM2D软件，对地电模型的电磁测量静态效应特征进行准确计算，具体方法为：首先，依据变分原量，将原有的边值问题转换为变分问题，其后，遵循一定规范将求知区域细分为网格单元，并且各个单元可基于相应节点实现连接，再次，在各个网格单元中实现变分函数的离散化，并求导出相对应的高阶线性方程组，最后，对方程组进行求解。

2电磁测量的静态效应模拟

2.1影响规律

2.1.1极化模式

地电模型A与B相类似，均在水平方位的850-925m位置处存在有电性不匀称体，且电阻值达10Ω·m，由此可判定其为地表低阻电性不匀称体。根据相关测量数据可知，电性不匀称体对TE极化模式和TM极化模式的电阻值的影响存在差异。当地表存在电性不匀称体时，基于TM极化模式的电阻值曲线频段均偏离预期电阻曲线，整体呈向下位位移态势，而基于TE极化模式则不会受其影响，能够较为准确地反映电磁测量点的实际电性特征。根据阻抗相位曲线可知，TM极化模式的运算数据在电性不匀称体位置处，它的曲线特征未出现变化，而TE极化模式的曲线特征则在高频段处出现了较大程度地位移，这就表明了TE极化模式的预算数据能更加准确地描述电测测量点的电性特征[2]。

2.1.2偶极长度

依据运算数据的统计结果可知，基于50m、100m以及200m的偶极长度，相较于常规A地电模型而言，全频段的平均电阻值偏差分别为155.0%、134.7%以及122.1%。基于上述统计结果可得，偶极长度越大，低通滤波处理作用也就越强，对于降低静态效应影响具有积极作用。

2.1.3电阻率

在水平方位的850-925m位置处，地电模型C、D、E和F均存在有低电阻值和高电阻值的电性不匀称体，电阻值分别为5Ω·m、20Ω·m，125Ω·m，以及500Ω·m，与此同时，电阻值与围岩电阻值的比较度分别是1:10、1:2.5、2.5:1以及10:1.

根据模拟运算数据可得，当地表电性不匀称体表现为低电阻值时，相较于常规地电模型的电阻值，其运算电阻值相对较低，曲线呈向下位移态势，而当地表电性不匀称体表现为高电阻值时，相较于常规地电模型的电阻值，其运算电阻值则相对较高，曲线呈向上位移态势。具体内容如下所示：

第一，基于地电模型C，即当不匀称体的电阻值低于围岩电阻值而且电测测量点处于围岩一端时，TM极化模式所得的模拟运算电阻值有少量增加，当测量点位于电性不匀称体之上时，运算电阻值则相对减小。地电模型E的测量结果与模型C正好相反。

第二，基于地电模型C，当不匀称体的电阻值与围岩电阻值的比较度为1:10时，此时运算电阻的最大值为5.2Ω·m，最小值为0.9Ω·m，与常规地电模型A的电阻值偏差达180.2%。

第三，基于地电模型D，当不匀称体的电阻值与围岩电阻值的比较度为1:2.5时，此时运算电阻的最大值为5.2Ω·m，最小值为0.9Ω·m，与常规地电模型A的电阻值偏差达102.9%。

第四，基于地电模型E，当不匀称体的电阻值与围岩电阻值的比较度为2.5:1时，此时运算电阻的最大值为299.6Ω·m，最小值为50.9Ω·m，与常规地电模型A的电阻值偏差达82.2%。

第五，基于地电模型F，当不匀称体的电阻值与围岩电阻值的比较度为10:1时，此时运算电阻的最大值为584.9Ω·m，最小值为97.7Ω·m，与常规地电模型A的电阻值偏差达133.3%。

综上所述，第一，两者的比较度越大时，电阻值偏差也就越大，第二，当两者的比较度相同时，高电阻值对运算结果的影响较小，而低电阻值的影响则相对较大。

2.2内在关系

基于常规A地电模型的运算电阻值偏差统计结果与B地电模型在不同电测测量点所得的运算电阻值可知，地表电性不匀称体对不同电测测量点的运算电阻值的影响特征不尽相同。由于测量点位置存在差异，因而测量曲线的位移程度也各不相同，具体表现为：第一，对于TM极化模式来说，当电测测量点位置为900m时，此时的运算电阻值偏差最大，为155.0%，其次则为850m以及950m，分别为96.6%和36.9%，即随着电测测量点与电性不匀称体之间距离的不断扩大，测量曲线的位移程度将逐渐缩小；第二，对于TE计划模型来说，随着电测测量点与电性不匀称体之间距离的不断扩大，其表现态势类似于TM极化模式。

2.3影响特征

笔者基于地电模型K，对弱地形的影响特征进行深入分析。根据测量结果可知：基于TE极化模式所得的运算电阻值曲线基本上不会受到局部电性不匀称体以及二维地形的影响，运算电阻值可准确反映深部测量点的电性特征；而基于TM极化模式所得的运算电阻值曲线则产生了分离问题，600m测量点处于高电阻值电性不匀称体与山谷之上，750m与850m测量点则处于山谷之上，相较于常规地电模型运算电阻值而言，三者基于TM极化模式所得的运算电阻值均相对较高[3]。再结合相位断面图进行分析，在水平方向的550-900m之间的运算电阻值等值线呈现密集分布态势，即其无法有效显示地电模型的电性特征，而阻抗相位曲线则与常规地电模型曲线存在对应关系，因而在分析电测测量资料时，应尽量结合相位资料。

结论：总而言之，第一，深层电性不匀称体对电磁测量的影响主要体现在TM测量曲线之上，第二，浅层电性不匀称体对电磁测量范围的影响主要集中于电性不匀称体周边，第三，若浅层电性不匀称体的电阻率较低，其作用范围会随着勘测深度的加深或者测量频率的减少而加大，第四，偶极距越小，静态效应影响越强。

参考文献：

[1]袁博.广域电磁法E-E_r数值模拟[D].中南大学,2013.

[2]吴爱平.随钻方位电磁波电阻率测井关键技术研究[D].中国地质大学,2013.

[3]王志宏,谭福强.电磁测量静态效应模拟及特征分析[J].物探化探计算技术,2012,34(02):167-173+7.