影响卡尼亚大地电磁法测值真实可靠性的主要因素

影响卡尼亚大地电磁法测值真实可靠性的主要因素——质疑卡尼亚视电阻率大地电磁理论及应用技术郑州地象科技有限公司寇内目前进口应用较多、技术较为先进、具有综合探测功能的电磁法仪：加拿大凤凰公司（phoenix）的V-8电磁系统，美国ZONGE公司的GDP-32Ⅱ多功能电法仪，德国Metronix公司的GMS-07（ADU-07）综合电磁法仪。这三套系统都是集多种大地电磁方法于一体，既能做天然场也能做人工源，既能够做磁法也能做电法，既能够做频率域的也能够做时间域的。然而，在实践中在这些电磁法仪中使用最多的还是大地电磁法的AMT、CSAMT方法，其它方法基本上都是摆设。以下仅与影响其测值真实可靠性的有关因素予以分析。1、影响AMT、CSAMT测值真实性的数据采集装置问题卡尼亚法认为：在地表测得的大地电磁场信息就是自天而降的电磁波在导电地球内部层间界面上反射产生二次场，其由垂直于传播方向的电场分量和磁场分量组成向地表反射。为接收垂直于电磁波走向（平行于地表）的E-极化波（电磁分量）和H-极化波（磁场分量），须由两个互相垂直水平放置的磁场感应器和两对对称插入地下的电极采集数据，再由它们计算出地表波阻抗、视电阻率和相位，经过反演计算求取大地深部电导率结构。大地电磁法规范要求：采样装置由两个磁场感应器和两对电极组成，每个测点上必须测量彼此正交的电场和磁场。两个磁传感器成90度平放在地面上测取磁场分量HX、HY；两对不极化电极可以选择十字型、T型和L型方式布极来测取电场分量EX、EY，电极距一般取50—200米，电极距越大，信号越强。这种采集数据装置及布线形式可能导致测值失真的问题在于：1）因天然场源大地电磁信号十分微弱，而电极拾取电信号能力较差，为增大极间电阻、提高大地电磁信号强度，只能增加电极间距离。加大极距的后果：一是必须整个项目区都要采用统一极距才能确保项目区测值的可比性，若是极距过大，在地形较为复杂区域很难实现，并且电磁干扰增大、信号中所含地下电磁波电分量值占比明显变小，导致计算结果真实性变差；若是极距过小，采集电场信号太小、与磁场测值相比后数值差过小、灵敏度太低，易导致勘探结果失真。2）因采集的是对称电极内自下而上电场分量信号，两两对称电极拾取信号中必然包含柱形体内介质的电磁反应信息，即存在一定的体积效应。极距越大、体积效应越强，采集信息包含极间柱形体积内信息越多，其中具有高低异常值的位置或深度层在极距内信号被平均后、就显示不出高低异常了。同时，极距大小也限制了勘探剖面点间距的大小，即最小点间距只能等于或大于极距长度，否则会因勘探体积重合影响测值的真实可靠性。3）感应式磁传感器属于较为成熟的技术，灵敏度高低、线性度优劣主要取决于所用磁芯材料，即使是都采用的高导磁坡莫合金材料也有很多种、性能不一，就进口电磁法仪的磁传感器来看，性能指标差别不大，对于采集数据的真实可靠性影响不大。而影响较大的实际上是连接电极的屏蔽线，这些屏蔽线具有一定的屏蔽电磁干扰国内，但并不能完全屏蔽电磁干扰（尤其是50Hz电磁场干扰），2对50—200米电极距的屏蔽线所接收的电磁干扰信号远高于要采集的大地电磁信号，这是影响大地电磁法测值真实可靠性的最大祸源之一。2、因施工地质环境条件造成的AMT、CSAMT测值真实可靠性差的问题1）大地电磁法技术规程要求：测点应设置在外界电磁干扰小，地表浅部介质电阻率比较均匀的地区；测点不能选在山顶或狭窄的深沟底；选点应考虑布极范围内地表土质均匀、不能设置在明显的局部非均匀体旁。实践中，由于开展勘探项目的地质条件不同、地形地貌各异，在敷设观测装置时实地施工条件很难达到规程要求，遇到接地不好、极间电阻小、高低落差过大、极间连线穿过电力线下或悬空等情况，都很容易产生采样数据不正常、不稳定等问题，严重影响勘探成果的真实可靠性。2）大地电磁法技术规程对观测装置的敷设要求较多：水平方向的两对电极和两磁传感器分别互相垂直敷设、且其方位偏差不大于1°；接收电极距应根据观测信号强弱和噪声水平在50—300m之间选择确定、极距误差应小于±1%；电极应埋入土中20cm—30cm、两电极埋置条件基本相同、接地电阻要求不大于2000Ω；2个水平放置的磁棒入土深度为30cm、用水平仪校准保证水平。在敷设观测装置时实地施工条件很难达到规程对于偏差的要求，在山区丘陵地区的地质条件很难保证对称两极的埋置条件基本相同、2个水平放置的磁棒保证水平。若是非要严格按照规程敷设，则会大大增加施工强度和时间；反之则很容易产生采样数据不正常、不稳定等问题，严重影响勘探成果的真实可靠性。3、影响AMT、CSAMT测值真实性的50Hz电磁干扰问题1）大地电磁法技术规程要求所选测点应远离电磁干扰源，一般要求：离开大的工厂、矿山、电气铁路、电站2km以上，离开广播电台、雷达站1km以上，离开高压电力线500m以上，离开繁忙的公路200m以上。在实践中，山区有人居住的山谷或较大山沟里，沿沟谷内公路或河流都架设有高压线，居民区或大部分田间都有生活生产电力网线；平原地区人口密集、村镇紧邻，高低压电力网线密集度高。所以，在平原地区和山区沟谷内应用大地电磁法的勘探项目，能够符合规程要求避开电力网线电磁干扰的地方不多，尤其是在山区横穿沟谷隐伏断裂勘探正常勘探几乎是不可能的。2）虽然卡尼亚大地电磁法认定其场源信号来自于天上，包括50Hz工业用电也是场源之一，但在进口大地电磁物探仪采集放大电路中还是采取了50Hz陷波、滤波等去除工频干扰措施，可效果并不明显，无奈只好要求远离电力干扰源。其实，导致仪器对于电力网形成的工频电磁场抗干扰能力差、勘探结果明显失真的真正原因，还是依据卡尼亚大地电磁法原理设计的采集数据系统本身。一是没有一点抗干扰措施的电极棒插入地下很容易接收到地表及之上各种电磁波信号，其强度远高于地下反射上来的微弱的二次场电磁波信号，尤其是50Hz工频及其谐波的干扰信号过多过强，导致探测结果明显失真；二是即使两对电极间连线使用多层屏蔽的导线，但屏蔽线并不能完全屏蔽电力电磁场干扰，会在采集信号中掺杂较多50Hz及其谐波干扰信号，而且采集有用信号占比的衰减量也会随着连线的长度增加而递增，导致接收仪实际收到信号中的干扰噪声过大而失真；三是2个露天水平置放的磁感应器，通过磁场穿过感应器强