EH-4连续电导率剖面仪内置的IMAGEM程序, 是将时间序列文件(Y文件)通过快速傅里叶变换(FFT变换), 转换为频率域数据, 并根据标定数据计算出6.25~10⁵ Hz共计292个频点的自功率谱及互功率谱数据文件(X文件), 最后形成以(12.6, 15.8, 20, 25.1, 31.6, 39.8, 50.1, 63.1, 79.4, 100)× 10ⁿ为频点(0≤ n≤ 4, n∈ N)的阻抗文件(Z文件), 从而得到视电阻率、阻抗相位、相关度、张量阻抗等信息用于反演。一般在数据质量极好的情况下, 可用频点数最多为40个, 基本可以满足生产及科研需要, 但是在大地电磁场信号不稳定或存在50 Hz干扰的时, 可用频点数往往较少, 特别是50 Hz及其谐波的频点(50.1、100、158、200及251), 数据跳动较大, 从而导致局部频段信息缺失, 纵向分辨率降低。国内外一些处理软件多是基于这40个频点的Z文件进行数据处理, 而南方硬岩地区地质条件往往较为复杂, 这就需要更全面详细的信息来反映地质体的地电结构特征。利用MTP可以实现对EH-4功率谱文件(X文件)的直接读取, 通过阻抗计算, 获得视电阻率相位等信息, 并得出数据误差, 从而减少以相干度来判别信号好坏的局限性^[2], 获取更多的有用信息。

图2为在沙子江地区开展EH-4测量某点的实测曲线, 其中, 图2a为EH-4原始Z文件的视电阻率和相位, 图2b、c为提取60及290个频点的视电阻率和相位曲线, 频率范围10 Hz~100 kHz。可以看出, 提取频点数越多, 反映的信息量也就越大, 越能够反映细节信息。当然, 数据量越大也就意味着计算量越大, 反演时间也就越长, 因此, 合适的频点选择是速度和细节反映的折中点, 笔者认为宜选择50~80频点。

此外, 南方居民区较为密集, 大多存在人文干扰, 特别是50 Hz的电磁干扰, 即使采用滤波的方式也难以完全消除, 倘若50Hz及其谐波在目的探测深度内, 势必会影响资料的可靠程度。因此, 在数据处理时选择相对密集的频点, 并对跳变点进行删除, 是比较科学可信的选择。如图2所示, 在50、100 Hz处, 视电阻率和相位曲线发生了明显的跳变, 如果在原始曲线(图2a)中删除该点, 将会造成数据的严重缺失, 而在图2b、c两图中则可以将该两点删除, 两侧的频点不会对数据的疏密程度造成影响, 从而保证了数据的完整性和准确性。

图2

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	图2 沙子江矿床L线原始频点与选择频点测量结果对比

岩性变化多样, 断裂构造密集, 岩体、岩脉发育, 共同构成了南方硬岩地区复杂的地质环境。EH-4测线一般是垂直于区域构造走向布置, 但在实际工作中, TM-TE方向并非完全垂直或平行主构造线方向, 而是存在一些偏差, 影响反演结果可靠性, 而TM和TE模式的识别也至关重要。此外与区域构造斜交的断裂会对电磁场产生一定的影响, 如不予以校正, 往往带来冗余的虚假信息, 片面地扩大或缩小地电异常, 从而影响资料的解释^[3]。

阻抗张量分解技术, 是近年来逐渐发展起来的, 其目的主要是尽可能地去除局部畸变的影响, 将原始数据中的畸变部分和区域构造响应部分分离开来, 减少局部畸变效应的影响, 获得区域构造阻抗和走向等参数, 对静态效应及地形效应进行校正, 同时分析电性结构的维性, 提取有利信息, 确定构造主轴的方向 46。MT-Pioneer则是目前国内外极少的将阻抗张量分解技术完全融入到数据处理中的软件。目前常用的阻抗张量分解有Swift旋转、Bahr分解、GB分解及相位张量(CBB)等。通过阻抗张量分解, 重新获得区域阻抗方向, 并确定最佳主轴方向。在目前实际资料处理中, 采用最佳主轴方向的数据进行二维反演是比较普遍的现象^[7]。最佳主轴方向的确定是一个统计的过程:通过绘制如图3所示的该线全频率玫瑰图, 可以确定各频点主轴方向的变化范围, 大致在60° 或-30° (存在90° 的模糊性); 统计主轴方位随频率的变化情况, 得知该测线主轴方位的主导频率在1 000~30 000 Hz, 据此绘制了多频点最佳主轴玫瑰图; 最后统计的多频点主轴方位, 确定整个剖面的最佳主轴方向。

图3

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	图3 最佳主轴方位统计结果

在本次的反演过程中, 采用MT-Pioneer中的相位张量分解法进行阻抗张量分解和阻抗旋转, 并通过玫瑰图统计确定最佳主轴方向(图3)。相位张量分解是假设表层局部三维异常体覆盖在二维区域构造之上, 提出处理近地表局部非均匀体引起的电场电流畸变的张量分解方法, 是目前较为常用的阻抗张量分解方法, 其实质是求解分解定义式推导出的非线性超定方程组^[8]。通过张量分解, 达到消除地表三维异常影响, 压制电场畸变的作用。

南方硬岩地区地表风化不均、第四系覆盖不稳定, 浅部地质体在横向上存在电性差异, 不均匀体表面电荷的分布能引起电场幅值的异常变化, 而这一变化与频率无关, 显示为视电阻率曲线在双对数坐标的纵轴上发生相应的上下平移, 而相位不发生改变, 即发生静位移。静位移效应展现的是一种虚假的地质信息, 在推断解释时会引起一定的误差, 因此, 当存在静位移时必须对其做校正, 消除或减小其影响是音频大地电磁资料处理的一项必不可少的工作^{[9, 10]}。国内外近年来在静校正方面有不少研究, 但在实际应用过程中并不能很好地应用, 往往需要采用手动方式进行校正处理。图4即为静校正前与校正后的对比, 可以清晰地看出:在静校正之前, 反演电阻率断面有明显的“ 挂面条” 现象, 校正之后, 图形整体表现比较圆滑。

图4

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	图4 沙子江地区L线静校正前后对比

地形改正原理为根据不同测点处的实际标高, 按一定比例进行网格划分, 构造实际地形的网格模型。在剖分网格时, 尽量细分模型浅部网格, 然后, 结合表层电阻率构成一个带地形的二维地电模型。由该模型出发进行二维正、反演计算, 达到间接消除地形影响的目的。

本次反演中, 通过在软件中导入实测的地形数据, 构建二维地形网格, 拟合实际地形起伏形态, 并以此为基础建立二维反演模型, 从而实现地形校正。

不同反演方法最终的结果往往有很大差异。图5为采用不同反演方法的结果对比, 其中图5a为使用Bostick法进行的数据处理, 为利用EH-4自带的IMAGEM程序仅通过Bostick计算得到相应的深度— 电阻率数据, 未能较好地反映地电体特征; 图5b、c为采用Occam法和NLCG法处理的结果, 可以看出这两种方法的反演结果较为相似, 基本上都能较好地反映地电体的特征, 尤以图5c反演结果与地质勘探线剖面一致性较好。因此, 只有取得正确的地电结构剖面, 客观地反映地电结构, 才能得到与实际相吻合的反演图件。

图5

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	图5 L线不同反演方法得到的电阻率断面