为总结偶极装置下低阻体的瞬变响应曲线特征, 建立系列理论模型进行正演模拟。如图1所示, 在均匀半空间中建立不同倾角的三维薄板低阻体, 模拟低阻薄板的三分量瞬变响应。正演软件选择EM Vision。分别计算正向(接收在前)和反向偶极 (发射在前)装置的三分量响应, 偶极距50 m, 发射框5 m× 5 m× 9匝。测线与低阻薄板位置如图1所示。测线长度950 m, 点距50 m, 起止点号为0~950, z分量垂直向下, x分量沿测线方向, y分量垂直测线。正演中接收点作为记录点位置(下同)。表1为采样时间道表, 表中列出了每一时间窗口的时间数据。

图1

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	图1 水平低阻薄板测点平面布置

表1

表1

表1 采样时间道 时间道 t/ms 时间道 t/ms 时间道 t/ms CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8 0.086 0.104 0.122 0.144 0.173 0.207 0.245 0.292 CH9 CH10 CH11 CH12 CH13 CH14 CH15 CH16 0.349 0.414 0.493 0.587 0.700 0.832 0.990 1.177 CH17 CH18 CH19 CH20 CH21 CH22 CH23 CH24 1.400 1.665 1.980 2.356 2.803 3.335 3.964 4.714

表1 采样时间道

模型一:均匀半空间中的水平低阻薄板均匀半空间电阻率300 Ω · m, 薄板电导率50 S。低阻薄板尺寸200 m× 300 m, 埋深100 m, 板体倾角0° (图2)。

图2

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	图2 水平低阻薄板模型

图3

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	图3 水平低阻薄板三分量TEM响应曲线

图3中给出了测线三分量瞬变响应曲线, 每个分量曲线分为3组绘制, 以清楚显示不同分量曲线分别在早、中、晚期的特征。图中瞬变响应曲线均为偶极正向和反向测量数据的合成数据。此合成数据为正向、反向测量在相同接收点数据之和。这是因为单边偶极只沿一个方向激发, 若遇产状与一次场方向接近之目标体, 则耦合效果不好, 难获良好异常。在由单向偶极合成双向偶极数据后, 由于偶极距及记录点选择的原因, 使得异常在测线上的两边界位置沿测线各偏移一个偶极距, 而异常中心不偏移。图中可以看出z分量响应最强, x分量次之, y分量最弱。在早期道中, x分量曲线在500处出现的过零值对应异常体中心。450、550处为峰值位置, 考虑偶极距长度(50 m)后, 则400、600处分别对应低阻板体的两边界。而y分量两个极小值和极大值与低阻板体的边界和中心位置相对应。z分量曲线呈现单峰异常, 异常极值点对应低阻板体中心位置。在中、晚期道曲线中x分量剖面曲线特征不同于早期道特征, 出现正负两个峰值, 在考虑偶极距因素后, 400、600和500三处仍与板体边界和中心对应。正负两峰值幅值相等说明板体是水平的。y分量中、晚期道中在500处出现极小值, 整体以负异常为主, 说明测线在板体中心的y负方向上, 即低阻板体中心在y分量的正方向。z分量中、晚期道仍为单峰异常, 峰值对应板体中心, 峰值两侧曲线对称, 对应板体的水平状态。在此例中可以看出, 早期道曲线形态复杂, 并随时间变化, 而中、晚期道曲线特征较为稳定, 与异常体对应关系明确。在曲线特征分析中应以中、晚期道为主。

模型二:均匀半空间中的倾斜低阻薄板偶极装置、均匀半空间及薄板参数同上。薄板顶界面埋深100 m, 倾角30° (图4)。

图4

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	图4 倾斜低阻薄板模型

图5

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	图5 倾斜低阻薄板三分量TEM响应曲线

图5为模型二的三分量瞬变响应曲线对比。对于x分量曲线, 早期道曲线较为复杂, 中、晚期道中曲线形态为左负右正“ S” 形, 零值点(500)对应于异常中心位置, 正(550)负(450)二峰值幅值以正峰值较大, 负峰值略缓, 与板体倾向相对应; 考虑偶极距因素后, 两位置400、600处对应地质体边界(由于计算中点距为50 m, 因此400处与实际边界有所偏差)。对于y分量曲线, 在中、晚期道曲线中负峰值幅度远强于正峰值, 说明板体的倾斜状态以及板体中心在y分量正向方向上。z分量的早期曲线在450和650处出现峰值, 而在中、晚期道均为单峰异常, 极大值两侧并不对称, 小号点方向异常较缓; 异常中心对应于板体中心位置, 这与倾斜板体的位置是吻合的。

模型三:均匀半空间中的垂直低阻薄板偶极装置、均匀半空间及板体参数同上例, 薄板倾角为90° , 顶界面埋深100 m。如图6所示。

图6

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	图6 垂直低阻薄板模型

图7为垂直薄板三分量瞬变响应剖面曲线对比。x分量曲线在早、中、晚期道中均出现双“ S” 特征, 出现3处曲线反转点, 其中双“ S” 中间位置与垂直板体正上方位置对应。y分量早、中、晚期道曲线特征一致, 为“ W” 型特征, 左右对称, 500点位置处出现的峰值与垂直薄板位置对应。z分量曲线呈现“ M” 型特征, 为双峰异常且对称, 两峰之间位置与板体位置对应。早、中、晚期曲线特征一致。

图7

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	图7 水平低阻薄板三分量TEM响应曲线

青海夏日哈木铜镍矿区位于青海省东昆仑西段祁漫塔格地区, 地处柴达木盆地西南缘, 是东昆仑成矿带新发现的一处超大型岩浆熔离型铜镍硫化物矿床^[13]。在HS26异常区L3线开展了偶极瞬变电磁法的野外试验。测线与地质勘探线重合, 方向为近南北向, 小号点在南端。试验发射框5 m× 5 m× 9匝, 发射电流13 A。接收使用PEM探头(10 kHz), 接收面积3 850 m², 偶极距50 m。实测3~18号点(图8), 点距50 m。分别测量正反向两组数据。图中为两组数据合成曲线。实测中定义z分量向下为正, x沿测线大号点方向为正, y方向垂直测线向西为正。图8为L3线测点分布及地质剖面示意。

图8

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	图8 夏日哈木铜镍矿区L3线测点布置及剖面示意

图9为夏日哈木铜镍矿区L3线实测TEM三分量曲线。z分量响应值最强, 早、中、晚期异常形态基本一致, 均出现两个峰值(10和15点)。两峰值早期道北高南低, 晚期道南高北低, 说明矿体南深北浅。在z分量晚期道中8~15点之间为异常区, 异常南缓北陡说明矿体向南倾。

图9

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	图9 夏日哈木铜镍矿区L3线水平低阻薄板三分量TEM响应曲线

x分量在早期道中出现两个首尾相连“ S” 型, 在10和15点出现两个曲线反转点, 在中期道和晚期道曲线中只在10点出现反转(过零点); 说明矿体存在2个中心点, 并且15点矿体中心较浅, 只在早期道有所显示, 10点对应的矿体中心相对较深, 这与z分量相吻合。x分量的小号点曲线较缓, 反映出矿体向南(小号点)倾。此外, 在晚期道中, 8、15点出现的两极值点对应矿体的南北两边界。

y分量响应曲线7~16点为异常范围, 这与矿体的边界位置相对应。曲线整体出现负值异常, 说明矿体在平面分布上, 其中心在测线的西面(y分量正方向), 这与矿区实际情况吻合。

通过在已知矿体开展试验, 将实测曲线与地质剖面对比分析可知, 偶极瞬变电磁法通过测量三分量数据, 能够获知矿体的中心、边界、倾向以及延伸方向等信息, 为地质勘查提供丰富可靠的矿体信息。

(1) 文中正演及实测资料整理中均使用正反向合成数据, 异常可靠, 不会出现单边偶极产生的假异常, 曲线异常形态在中、晚期道较为稳定。z分量异常形态稳定, 信号强, 不同时间道异常形态基本一致, 其异常中心对应于异常体的中心。x分量瞬变响应对地质体边界反应灵敏, 在边界、中心处均出现异常显示, 异常幅值大小变化可以反映板状体的倾向。y分量的曲线形态能够反映异常体中心与测线的位置关系:负异常说明异常体中心在测线的y正向方向, 正异常说明异常体中心在测线的y负向方向。

(2) 多分量综合解释可以更准确地反映地下异常体的位置、倾向、边界范围等几何参数, 为实际资料解释提供依据。