简述大地电磁MT在地热资源找寻中的应用

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2024年1月8日发(作者：)

简述大地电磁MT在地热资源找寻中的应用

前言：大地电磁测深（magnetotelluricounding）它是探测岩石层电性结构的主要方法。大陆普遍存在地壳内和上地幔高导层。壳内高导层大多出现在中地壳，有些高导层与壳内低速层有较好相关性，主要反映脱水相变和部分熔融。一些强震区的中地壳也发育高导层。高导层的分布与地球动力学过程密切相关。本文以国内某地热田为实例，对大地电磁MT如何找寻深部构造做以叙述。

一、大地电磁MT所使用的仪器及工作原理

MT测量使用的仪器为德国进口的GMS-07e大地电磁测量系统，其原理为：是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法，该方法是二十世纪八十年代末才兴起的一种勘探地球物理新技术，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程导出了水平电偶极源在地面上的电场及磁场公式：

式中，I为供电电流强度；为供电偶极长度；R为场源到接受点之间的距离，即收发距；为自由空间磁导率。

将式沿某方向的电场（）与式沿y方向的磁场（）相比，并经过一些简单的运算，就可以得到地下的视电阻率（）的公式：

（7）

式中f为频率，为电阻率，又称为卡尼亚电阻，是由法国物理学家卡尼亚推导提出的。又根据电磁波的传播理论，导出了趋肤深度公式虽然趋肤深度在某种意义上说与电磁波在介质中穿透的深度有关，但它并不代表电磁勘探中实际的有效勘探深度。勘探深度D是一个比较模糊的概念，如果将电磁波能量衰减到50%时的深度称为“勘探深度”，则

（8）

式中，D代表探测深度；代表电阻率；f为频率。可见，当地表电阻率固定时，电磁波的传播深度（或探测深度）与频率成反比，高频时探测深度浅，低频时探测深度深。我们可以通过调整供电频率的高低，得到不同深度的地电信息，从而达到垂向频率测深的目的，根据所测视电阻率特征，了解地下地质体的产状和特征，分析推断构造带空间分布形态及地层岩体之间接触关系。

二、野外工作方法

在MT野外工作中，目前通常应用的是张量MT，张量MT规定利用一个场源测量两个分量（E某和Hy或者Ey和H某），标量测量对于一维的层状条件或者走向已知的二维条件是足够的，当偶极方向垂直于断层（TM方式时），用标量数据可以很容易地确定线性的陡倾斜断层。

三、MT法观测参数

MT法测量四个参量：即电场振幅、电场相位、磁场振幅及磁场相位。观测方式为张量观测。目前常用张量观测方式。视电阻率和相位差可以通过反映计算出来。

电场振幅（E）：是通过观测电位差在一对接地电极（MN）上所获得的。用电流归一化对所有数据，是为了更好的解释。电场数据作为一个独立参量进行分析以便确定噪声源或特殊响应及判断近场区。

电场相位（）：是指所测电场信号与发送信号之间的相位滞后。而现阶段独立的解释参量还不包括电场相位。

磁场振幅（H）：所获得的方式是通过高增益天线（磁棒）的测量。静态效应对磁场无影响，主要受场源效应影响。可以用来判断近场效应的影响，和电场一样。

磁场相位（H）：就是在观测中所看到的磁场信号相对于发送信号的相位滞后。一般磁场相位，在均匀大地情况下，在远区为-，近区则为零。而介于两者之间是在过渡带。如果不是均匀大地情况，根据磁场曲线斜率的变化，会让相位特性产生比较复杂的变化。这都不作为解释中的独立参量。

视电阻率（）：在CSAMT工作中视电阻率是最常用的参数。而且计算方法有几种，但卡尼亚公式是方法中最简单最常用的。不过卡尼亚公式只适用于远区，近区和过渡带是无效的，没有真实的电阻率值可以得到。在过渡带电场和磁场已使它们的特征改变。而且频率的函数，在近区不是磁场。使得在过渡带卡尼亚电阻率呈凹形，在近区呈45°上升的直线。

相位差（）：是阻抗相位，是在电场相位和磁场相位的计算差之下所获得。相位差与电阻率对数的斜率成正比，高于的值反映了上层电阻率高于下层电阻率；低于反映了上层电阻率低于下层电阻率。所以，在判断测深从一个带到另一个带的特性变化相位差参数是非常有用的。

预处理：检查数据的误差即噪声是MT数据预处理的要求。所以所有测得的磁场H和电场E分量的振幅和相位要得到利用，从而把视电阻率和相位差计算出来，以及分散的数据情况，根据标准偏差参数的利用，把误差和噪声明显的选择出来剔除。每天要进行转存采集来的原始数据，并预处理转换MT野外采集数据采用仪器所配专用软件CMTPRO进行，记录的原始采集数据要仔细查看是否完整。有时要把自由坐标以大地坐标替换在有

三维坐标应的情况下，视电阻率要重新进行计算。在完成以上数据的预处理，得到原始Botick视电阻率和相位差参数是可以解释的。

解释处理：在MT视电阻率拟断面图上，经常看到一些局部的垂直条带状异常（通常称之为挂面条现象）。反演解释处理，使用的是中国地震研究所研发的MT-SW反演软件。该软件功能强大，可对原始采集数据进行编辑处理，诸如归一化、静态改正、滤波等，该软件可对整条剖面的断面进行多种模式反演，如一维Botick反演，MT模型二维带地形反演，MT模型拟二维反演，一般根据测区的地质条件选用哪种模式进行反演，反演过程采用曲线圆滑法，最终提供反演后的电阻率断面图。

五、结语

根据观测结果，结合电测深、高密度等其他物理勘探方法，可对测区构造给出定位结论。结合地区岩层富水条件给出孔位及设计孔深。大地电磁MT的观测数据同其他勘探方法相对应，可大大提高地热井的成井几率。

本文标签： 电阻率磁场数据电场深度