陈清-可控源音频大地电磁测据场效应及反演
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log(ρ) Ω.m 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Distance(m)
b、TX-right
发送源位于右侧Right_TX
结束语
• 在人工源激发的电磁探测中，受场源效应影响导致解 释出现偏差，应当考虑采用动源工作方法，充分结合 地质情况综合分析观测到的异常响应特征，有利于提 高解释精度，提高钻探成功率。
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 log(ρ)Ω.m Distance /m
四、CSAMT反演
• 模型反演结果
Depth(m) Depth(m)
倾斜低阻模型
leftHEDx_TE
0
3.8
-100
3.6
3）、单一低阻模型响应
二、CSAMT数值模拟
3）、单一低阻模型响应 近场源 影响
阴影效应
不同频点视电阻率对比曲线
三、CSAMT场源效应
CSAMT 法突出的优点是简便快速，可以实现面积测量。 与天然场源不同，CSAMT采用人工场源，且场源到测深点 的距离有限，虽然带来了高质量的数据和较高的效率，但 是，靠近场源非平面波效应、由于场源下地质体情况复杂 带来的场源附加效应以及阴影效应都带来了数据处理和解 释的复杂。只有当观测点距离发射源足够远时（大于3到5 倍的趋肤深度），可认为场的分布和平面电磁波近似这时 利用平面电磁波的卡尼亚视电阻率公式计算的大地电阻率 与AMT的结果一致, 这样才可以用AMT的解释方法来解释 其资料。但是在进行CSAMT法的实际野外测量时，在收发 距小，大地电阻率较高或者工作频率较低时观测的电磁场， 属于近区场或者过渡区场，在此情况下按照远区计算卡尼 亚视电阻率将产生畸变，在非远低频段视电阻率值以近乎 45°角直线上升，不能直观反映地下介质电性分布情况。
Es Bs t
• 其中Es、Bs为二次电场和磁场，Ep为主场。将 总场分离为主场和二次场分量,主场值可以 通过半空间电导率模型计算得到
二、CSAMT数值模拟
3）、傅式变换
Fˆ (kx , y, z)
dxeikxx F (x, y, z)
F(x, y, z) 1
2
dk x e ik x
三、CSAMT场源效应
不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征
1000Ω·m均匀半空间下两个不同深度10Ω·m低阻体模型 分别模拟场源为于异常体左侧、右侧的异常特征
三、CSAMT场源效应
不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征
左
右
源
源
发
发
送
送
三、CSAMT场源效应
MT和CSAMT正演差异
8.5
7.5
可控源电磁测深数据场源效应 及反演讨论
中铁第五勘察设计集团有限公司
一、 可控源音频大地电磁法
二、 CSAMT数值模拟
三、 CSAMT场源效应
四、
CSAMT 反演
五、
结束语
一、可控源音频大地电磁法
• 目前对电法的探测深度要求越来越高，常 规电法有时难以满足实际工作需要。与常 规电法相比，可控源音频大地电磁测深法 具有探测深度大、设备相对轻便和横向分 辨率高等特点，已广泛应用于地热资源、 水文地质、有色金属矿产和工程地质勘查 工作之中，并取得了令人十分满意的实际 应用效果。
-3.6 -3.8
2.5
-4
1.5
-4.2
-4.4
0.5
-4.6
-4.8
-0.5
-5
-5.2
-1.5
200
400
600
800
1000
1200
1400 Ω.m
Distance / m
200
400
600
800
Distance / m
1000
1200
右 1400 Ω.m
a、MTX-leTft 、CSAMT正演视电阻率差异等值线b、TX图-right
• 求解上述方程得到波数域(kx,y,z)的场值。
• 最后，通过傅里叶逆变换求得空间域(x,y,z) 的EM场值
二、CSAMT数值模拟
• 基本流程图
Maxwell
FFT
主场 PrimaryField
(Kx,y,z) FE方程组
Eˆ s Bˆ s
IFF
Eˆ p Bˆ p
app
模型、源参数
二、CSAMT数值模拟
二、CSAMT数值模拟
• 2、2.5维CSAMT正演思路
1）、从麦克斯韦方程 组出发：
B
0E
0
J
s e
E
iwB
J
s m
• 如果定义 指定的电导率响应0(y, z)定义为主场， 响应定(y,义z) 为总场，两者的差值则为二次场。
二、CSAMT数值模拟
2）、二次场满足的方程如下：
Bs 0 ( y, z)Es 0 ( y, z)E p
四、CSAMT反演
• 模型反演结果
层状模型
Depth(m)
0
3
-100 2.8
-200 2.6
-300 2.4
-400 2.2
-500 2
-600 1.8
-700 1.6
-800 1.4
-900 1.2
-1000 0
200
400
600
800
1000
1200
Distance(m)
四、CSAMT反演
Distance /m
Distance /m
a、 TX-left
b、TX-right
MT、CSAMT正演视相位差异等值线图
三、CSAMT场源效应
CSAMT资料采集方式
三、CSAMT场源效应
场源效应实际应用讨论（闫述 、陈明生）
覆盖点a、b呈现出典型的阴影 效应或场源复印效应的影响。 1）其中a点在场源移动后低频 段的视电阻率低于移动前，大 致表明在发射源和接收点之间 或发射源下方存在低阻异常。 2）b点发射源移动后从测线以 北变换到测线以南，测得的视 电阻率高于移动前。测区的基 底埋深大致是北深南浅，基底 为高阻奥陶系石灰，因此可进 一步判断b覆盖点视电阻率增 高是场源复印效应所致，测线 以南的发射源位置处的基底更 浅。
• 模型反演结果
单一低阻模型
Depth /m
0
-100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000
0
3 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1
a、TX-left
发送源位于左侧Left-TX
rightHEDx_TE
0
-100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000
0
3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
3.4
-200ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.2
3
-300
2.8
2.6
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2.4
2.2
2
-500
1.8
1.6
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1.4
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1
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0.6
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0
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log(ρ) Ω.m
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Distance(m)
6.5
5.5
Freq / Hz
4.5
3.5
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
左
源
发
送
8.6
7.6
6.6
5.6
Freq / Hz
4.6
3.6
2.6
1.6
0.6
-0.4
-1.4
8.5
-1.6
-1.8
7.5
-2
-2.2
6.5
-2.4
-2.6
5.5
Freq / Hz
-2.8
-3
4.5
-3.2 -3.4
3.5
模型设计和模拟结果 1、有限元网格剖分（GUI-CSAMT）
二、CSAMT数值模拟
2、模型设计 1）、均匀半空间模型 2）、层状模型 3）、低阻模型
二、CSAMT数值模拟
收发距为4.25km
1）、均匀半空间模型响应
二、CSAMT数值模拟
2）、 层状模型响应
二、CSAMT数值模拟
收发距为3km
一、可控源音频大地电磁法
• 可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制 的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波 的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。当发射距是探测深度的3～5倍， 高频时非平面波可以近似地看作平面波，低频时则会出现电阻率随频率降低而 在双对数坐标图上呈45°上升的近场效应，因此须作近场改正，校正后的数据 可看作为平面波产生的结果，然后再采用用MT的方法来分析。所以，MT的反演 方法原则上都可用来做近场校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演， 其有效数据只能取远场的值，而对于近场甚至过渡场的资料都要摒弃不用，这 将造成较大的浪费。Pargha S.Routhet.al.尝试了在一维空间用不做平面波校 正的全资料来做CSAMT反演。全资料的CSAMT反演需要有源理论电磁法的正演解 ，当介质为水平成层介质时有积分解，这方面的反演容易实现，但当电性结构 复杂时，就没有解析解，因此其反演问题也就更加复杂。
x
Fˆ
(kx
,
y,
z)
• 通过对x方向场分量的傅式变化可以将三维 计算减少为二维计算。
二、CSAMT数值模拟
4）、有限元求解
0Eˆ
s x
2
0Eˆ xs
0 Exp
ikx
Eˆ 2
p
ikx Bˆxs
1
2
x
iwBˆ xs
2
iwBˆxs
iw0
Eˆ 2
p
x
ikx Eˆ xs
1
2
x
源
发
8.6
7
5
7.6
3
1
6.6
-1
5.6
-3
Freq / Hz
-5
4.6
-7
-9
3.6
-11
-13
2.6
-15
1.6
-17
-19
0.6
-21
-23
-0.4
-25
-1.4
200
400
600
800
1000
1200
1400
200
400
600
800
1000
1200
1400
送 7
5 3 1 -1 -3 -5 -7 -9 -11 -13 -15 -17 -19 -21 -23 -25
四、CSAMT反演
• 1、一维反演 • 2、常规大地电磁二维反演
REBOCC、RRI、NLCG • 标准的二维反演算法计算完整的二维灵敏度矩阵。RRI算法单
独计算每一测点下的模型在通过差值来得到二维模型。所以 RRI并没有直接计算求解二维灵敏度矩阵。
• 3、CSAMT-RRI 2.5维反演(底青云、Xinyou Lu ,etc) • 4 、三维反演
100Ω· m均匀半空间下一个10Ω· m的低阻体模型
三、CSAMT场源效应
简单低阻模型模拟场源效应特征
(1)视电阻率曲线受场源影响显著，呈现45度角直线上升； (2)当测点位于异常体和发射源之间（Tx-Rx=2350m）时，曲线畸变特征不明显； (3)当测点位于异常体正上方（Tx-Rx=2950m）,时有显著低阻特征； (4)越过异常体后（Tx-Rx=3550m）,存在明显低阻特征受低阻体影响曲线畸变程度介于前 两者之间。
• 对于同一模型不同发送源条件下的反演结果存在较大 差异，需要考虑发送源和异常体位置综合判断。
• 二维反演显示了其无法比拟的优越性，结果真实可靠 地反映了实际模型情况。
Thank you！
请批评指正
一、可控源音频大地电磁法
关于勘探深度
二、CSAMT数值模拟
1、数值模拟方法 • 一维（层状介质）、二维、三维
• 2.5维（Martyn Unsworth , et al）
许多情况下电性结构走向变化很小，只沿着 倾向发生变化，这种地点结构是二维的，而 人工源是三维的，因此可使用CSAMT资料观 测可用2.5维有限元法进行数值模拟。
Distance(m)
b、TX-right
发送源位于右侧Right_TX
结束语
• 在人工源激发的电磁探测中，受场源效应影响导致解 释出现偏差，应当考虑采用动源工作方法，充分结合 地质情况综合分析观测到的异常响应特征，有利于提 高解释精度，提高钻探成功率。
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 log(ρ)Ω.m Distance /m
四、CSAMT反演
• 模型反演结果
Depth(m) Depth(m)
倾斜低阻模型
leftHEDx_TE
0
3.8
-100
3.6
3）、单一低阻模型响应
二、CSAMT数值模拟
3）、单一低阻模型响应 近场源 影响
阴影效应
不同频点视电阻率对比曲线
三、CSAMT场源效应
CSAMT 法突出的优点是简便快速，可以实现面积测量。 与天然场源不同，CSAMT采用人工场源，且场源到测深点 的距离有限，虽然带来了高质量的数据和较高的效率，但 是，靠近场源非平面波效应、由于场源下地质体情况复杂 带来的场源附加效应以及阴影效应都带来了数据处理和解 释的复杂。只有当观测点距离发射源足够远时（大于3到5 倍的趋肤深度），可认为场的分布和平面电磁波近似这时 利用平面电磁波的卡尼亚视电阻率公式计算的大地电阻率 与AMT的结果一致, 这样才可以用AMT的解释方法来解释 其资料。但是在进行CSAMT法的实际野外测量时，在收发 距小，大地电阻率较高或者工作频率较低时观测的电磁场， 属于近区场或者过渡区场，在此情况下按照远区计算卡尼 亚视电阻率将产生畸变，在非远低频段视电阻率值以近乎 45°角直线上升，不能直观反映地下介质电性分布情况。
Es Bs t
• 其中Es、Bs为二次电场和磁场，Ep为主场。将 总场分离为主场和二次场分量,主场值可以 通过半空间电导率模型计算得到
二、CSAMT数值模拟
3）、傅式变换
Fˆ (kx , y, z)
dxeikxx F (x, y, z)
F(x, y, z) 1
2
dk x e ik x
三、CSAMT场源效应
不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征
1000Ω·m均匀半空间下两个不同深度10Ω·m低阻体模型 分别模拟场源为于异常体左侧、右侧的异常特征
三、CSAMT场源效应
不同发送源复杂低阻模型模拟场源效应特征
左
右
源
源
发
发
送
送
三、CSAMT场源效应
MT和CSAMT正演差异
8.5
7.5
可控源电磁测深数据场源效应 及反演讨论
中铁第五勘察设计集团有限公司
一、 可控源音频大地电磁法
二、 CSAMT数值模拟
三、 CSAMT场源效应
四、
CSAMT 反演
五、
结束语
一、可控源音频大地电磁法
• 目前对电法的探测深度要求越来越高，常 规电法有时难以满足实际工作需要。与常 规电法相比，可控源音频大地电磁测深法 具有探测深度大、设备相对轻便和横向分 辨率高等特点，已广泛应用于地热资源、 水文地质、有色金属矿产和工程地质勘查 工作之中，并取得了令人十分满意的实际 应用效果。
-3.6 -3.8
2.5
-4
1.5
-4.2
-4.4
0.5
-4.6
-4.8
-0.5
-5
-5.2
-1.5
200
400
600
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1000
1200
1400 Ω.m
Distance / m
200
400
600
800
Distance / m
1000
1200
右 1400 Ω.m
a、MTX-leTft 、CSAMT正演视电阻率差异等值线b、TX图-right
• 求解上述方程得到波数域(kx,y,z)的场值。
• 最后，通过傅里叶逆变换求得空间域(x,y,z) 的EM场值
二、CSAMT数值模拟
• 基本流程图
Maxwell
FFT
主场 PrimaryField
(Kx,y,z) FE方程组
Eˆ s Bˆ s
IFF
Eˆ p Bˆ p
app
模型、源参数
二、CSAMT数值模拟
二、CSAMT数值模拟
• 2、2.5维CSAMT正演思路
1）、从麦克斯韦方程 组出发：
B
0E
0
J
s e
E
iwB
J
s m
• 如果定义 指定的电导率响应0(y, z)定义为主场， 响应定(y,义z) 为总场，两者的差值则为二次场。
二、CSAMT数值模拟
2）、二次场满足的方程如下：
Bs 0 ( y, z)Es 0 ( y, z)E p
四、CSAMT反演
• 模型反演结果
层状模型
Depth(m)
0
3
-100 2.8
-200 2.6
-300 2.4
-400 2.2
-500 2
-600 1.8
-700 1.6
-800 1.4
-900 1.2
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1200
Distance(m)
四、CSAMT反演
Distance /m
Distance /m
a、 TX-left
b、TX-right
MT、CSAMT正演视相位差异等值线图
三、CSAMT场源效应
CSAMT资料采集方式
三、CSAMT场源效应
场源效应实际应用讨论（闫述 、陈明生）
覆盖点a、b呈现出典型的阴影 效应或场源复印效应的影响。 1）其中a点在场源移动后低频 段的视电阻率低于移动前，大 致表明在发射源和接收点之间 或发射源下方存在低阻异常。 2）b点发射源移动后从测线以 北变换到测线以南，测得的视 电阻率高于移动前。测区的基 底埋深大致是北深南浅，基底 为高阻奥陶系石灰，因此可进 一步判断b覆盖点视电阻率增 高是场源复印效应所致，测线 以南的发射源位置处的基底更 浅。
• 模型反演结果
单一低阻模型
Depth /m
0
-100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000
0
3 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1
a、TX-left
发送源位于左侧Left-TX
rightHEDx_TE
0
-100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000
0
3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
3.4
-200ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.2
3
-300
2.8
2.6
-400
2.4
2.2
2
-500
1.8
1.6
-600
1.4
1.2
-700
1
0.8
-800
0.6
0.4
-900
0.2
0
-1000 0
log(ρ) Ω.m
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Distance(m)
6.5
5.5
Freq / Hz
4.5
3.5
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
左
源
发
送
8.6
7.6
6.6
5.6
Freq / Hz
4.6
3.6
2.6
1.6
0.6
-0.4
-1.4
8.5
-1.6
-1.8
7.5
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-2.2
6.5
-2.4
-2.6
5.5
Freq / Hz
-2.8
-3
4.5
-3.2 -3.4
3.5
模型设计和模拟结果 1、有限元网格剖分（GUI-CSAMT）
二、CSAMT数值模拟
2、模型设计 1）、均匀半空间模型 2）、层状模型 3）、低阻模型
二、CSAMT数值模拟
收发距为4.25km
1）、均匀半空间模型响应
二、CSAMT数值模拟
2）、 层状模型响应
二、CSAMT数值模拟
收发距为3km
一、可控源音频大地电磁法
• 可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制 的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波 的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。当发射距是探测深度的3～5倍， 高频时非平面波可以近似地看作平面波，低频时则会出现电阻率随频率降低而 在双对数坐标图上呈45°上升的近场效应，因此须作近场改正，校正后的数据 可看作为平面波产生的结果，然后再采用用MT的方法来分析。所以，MT的反演 方法原则上都可用来做近场校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演， 其有效数据只能取远场的值，而对于近场甚至过渡场的资料都要摒弃不用，这 将造成较大的浪费。Pargha S.Routhet.al.尝试了在一维空间用不做平面波校 正的全资料来做CSAMT反演。全资料的CSAMT反演需要有源理论电磁法的正演解 ，当介质为水平成层介质时有积分解，这方面的反演容易实现，但当电性结构 复杂时，就没有解析解，因此其反演问题也就更加复杂。
x
Fˆ
(kx
,
y,
z)
• 通过对x方向场分量的傅式变化可以将三维 计算减少为二维计算。
二、CSAMT数值模拟
4）、有限元求解
0Eˆ
s x
2
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0 Exp
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Eˆ 2
p
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1
2
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2
iwBˆxs
iw0
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源
发
8.6
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Freq / Hz
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-15
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-17
-19
0.6
-21
-23
-0.4
-25
-1.4
200
400
600
800
1000
1200
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送 7
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四、CSAMT反演
• 1、一维反演 • 2、常规大地电磁二维反演
REBOCC、RRI、NLCG • 标准的二维反演算法计算完整的二维灵敏度矩阵。RRI算法单
独计算每一测点下的模型在通过差值来得到二维模型。所以 RRI并没有直接计算求解二维灵敏度矩阵。
• 3、CSAMT-RRI 2.5维反演(底青云、Xinyou Lu ,etc) • 4 、三维反演
100Ω· m均匀半空间下一个10Ω· m的低阻体模型
三、CSAMT场源效应
简单低阻模型模拟场源效应特征
(1)视电阻率曲线受场源影响显著，呈现45度角直线上升； (2)当测点位于异常体和发射源之间（Tx-Rx=2350m）时，曲线畸变特征不明显； (3)当测点位于异常体正上方（Tx-Rx=2950m）,时有显著低阻特征； (4)越过异常体后（Tx-Rx=3550m）,存在明显低阻特征受低阻体影响曲线畸变程度介于前 两者之间。
• 对于同一模型不同发送源条件下的反演结果存在较大 差异，需要考虑发送源和异常体位置综合判断。
• 二维反演显示了其无法比拟的优越性，结果真实可靠 地反映了实际模型情况。
Thank you！
请批评指正
一、可控源音频大地电磁法
关于勘探深度
二、CSAMT数值模拟
1、数值模拟方法 • 一维（层状介质）、二维、三维
• 2.5维（Martyn Unsworth , et al）
许多情况下电性结构走向变化很小，只沿着 倾向发生变化，这种地点结构是二维的，而 人工源是三维的，因此可使用CSAMT资料观 测可用2.5维有限元法进行数值模拟。