大地电磁法.docVIP

第一节 大地电磁测深法 大地电磁测深法（MagnetotelluricSounding）,简称MT，是苏联学者Tikhonov(1950)和法国学者Cagniard(1953)50年代初提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。由于它不用人工供电，成本低，工作方便，不受高阻层的屏蔽，对低阻层分辨率高，而且勘探深度随电磁场的频率而异，浅可以几十米，深可达数百公里，因此，近年来在许多领域都得到了成功的应用，引起了地球物理学家的广泛兴趣和极大的重视。 据报道，MT在苏联、美国、加拿大、澳大利亚、东欧、日本、冰岛等国的地球物理勘探工作中都占有重要地位。近十年来，在我国也取得了突飞猛进的发展。特别是在引进一批先进的仪器设备后，其勘探效果已逐渐被地球物理学家所公认。现在已成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的手段；在石油和天然气的普查与勘探中，该方法是其它地球物理方法，特别是地震法的一种重要的补充；此外，在地热田的调查、天然地震的预测预报等方面，MT都发挥了或者正在发挥着重要的作用。 和任何新生事物一样，大地电磁的发展也不是一帆风顺的。质自由50年代初问世以来，由于仪器测量精度不够，加之理论也不完善，它曾一度被打入冷宫，只是在此60年代引入模拟记录，在数字处理和解释中采用张量分析后，大地电磁才开始进入实际应用阶段。随着数字技术的发展和数字化仪的推广，大地电磁法的地质效果才最终被地球物理学家所乘认。在我国，虽然60年代初就引进了大地电磁法并开始了仪器的研制和方法的实验，然而，由于同样的原因，直至80年代初，在实际应用方面还没有取得任何突破性的进展。 大地电磁法（即大地电磁测深法）不仅给石油和天然气的普查与勘探增添了一种新的手段和方法，而且也给那些地震勘探难以进行（如火成岩和碳酸盐岩覆盖地区）和难以到达地区的石油勘探展示了新的前景。 大地电磁法也有它的不足。首先，野外施工期限和每个测点上数据采集时间都受大地电磁场变异的强弱制约，记录的质量也取决于场源的性质和尺寸，这种“靠天吃饭”的被动源工作方式，无疑会大大影响工作效率，增加工作成本；其次，体积勘探的性质决定了MT的分辨率不高而且电阻率越高、频率越低，分辨能力越低；第三，观测误差，特别是低频的观测误差较大，而且观测误差的大小不仅受场源性质，构造的复杂程度和干扰的大小所制约，而且也有赖于观测时间的长短和叠加次数的多少；第四，在复杂地质条件下的资料处理和解释方法还很不成熟，有待进一步研究和发展。 岩石的电性差别不仅是电磁测深法而且也是大地电磁测深法的基础和前提。不同种类的岩石的电阻率存在着明显的差异，这已为大量的事实所证明。因此，大地电磁法和电测深法一样可以在地质工作中发挥它应有的作用。这里，我们着重分析大地电磁法的地质、地球物理基础的另一个侧面：天然大地电磁场及其特征。 §7.1.1 大地电磁场及其特征 大家知道，地磁场可分为基本场和变化场两大部分。基本场起因于地球内部，是磁法勘探的研究对象；而变化场的起因却源于地球的外部，是大地电磁法和磁变测深等的研究对象，因此，这种变化场又称为大地电磁场或大地电磁变异。 根据现代理论，大地电磁变异与太阳风引起高空电离层的电流运动以及大气中的放电现象等有关，如图2-1所 示。研究表明，在地球表面随时随地都存在大地电磁 场，而且具有一定的规律和特征。 图2-1太阳风和地球磁层 首先，大地电磁变异可分为磁暴、磁湾、地磁脉动和雷电等几种形式（石应骏等，1985）。磁暴是一种振幅变化十分剧烈的不规则的电磁变异，有弱磁暴（变化幅度150…300伽马(），大磁暴（变化幅度300…500伽马），强磁暴（变化幅度大于500伽马）之分。磁暴的变化过程可以分为三个相应阶段：即初始期，主相期和恢复期，如图2-2所示。 图2-2 磁暴（1959年7月14日—15日，余山台记录） 磁湾是一种形如海湾的地磁场变异，如图2-3 所示。磁湾一般出现在地方时零时左右若开始时磁场的水平分量减小，称负磁湾反之称正磁湾。磁湾延续时间一般仅一到二小时，变化幅度仅为几伽马。 地磁脉动是一种正弦形或近似正弦形的地磁变 异，其周期一般为几秒到几百秒，振幅通常为几十分值一到几十伽马。地磁脉动又可分为规则脉动（Pc）和不规则脉动(Pt)等两大类，每一类又根据其周期范围分为若干小类，如表2-1所示。 图2-3磁湾记录（1971年5月19日，天水镇） 产生的地磁变异，呈短暂的脉动形式。其振幅变化很大，并具强烈的地区性和季节性。其频谱成分一般为高频。 其次，大地电磁场还有明显的空间和时间的分布规律性。一般讲，高纬度和中纬度强而低纬度弱；夏季强，冬季弱；白天强，夜间弱。 表2-1 第三，大量的统计表明，大地电磁场的频谱成分极其丰富，各种不同频率都有能量存在，而且振幅谱也很有规