连续电磁剖面法在山前带构造识别中的应用

[摘 要]塔里木盆地西南凹陷因受山前带复杂地表及深层地震地质条件的影响,地震勘探攻关在山前带遇到严重困难,为此在该区开展了连续电磁剖面法勘探研究.采用Robust、远参考、静态校正多种预处理方法有效压制了干扰,提高了数据品质.通过综合应用带地形的二维和三维处理及反演方法得到电阻率深度剖面,进一步深化了山前冲断带地质结构和石油地质认识.

[关 键 词 ]连续电磁剖面法；静位移；逆冲推覆构造

中图分类号：O361.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0352-01

塔西南山前地震资料相对较差,且黄土层和砾石层区域分布不均,区块断裂及浅层推覆体较发育,构造解释建模与解释相对较难.通过CEMP资料处理与解释,能更好地判定深部断裂发育特征,理清新生界层位和断块的分布及各构造单元演化发育过程,填补地震资料的不足,辅助做好构造建模和浅层速度场研究,夯实圈闭研究与评价基础.

1.CEMP概述

1986年,F.X.Bostick为消除 MT法中的静态干扰提出了电磁阵列剖面法（ EMAP） ,通过全新的观测方法和处理手段,最大限度地提取地电信息和消除静态效应,从而提高了数据解释质量.我国物探工作者在此基础上结合勘探实践,提出了连续电磁剖面法,被称为“China’s EMAP”[1,2].

CEMP 技术[3 ,4]是以观测具有区域性分布特征的天然交变电磁场来研究地下岩层的电学性质及其分布特征的一种勘探方法.它以频率丰富的天然电磁场为场源,在地表接收与地下介质电性有关的水平、正交的电场磁场 4个分量的时间序列信号,来增加测线方向信息量,压制浅部电性不均匀造成的静态效应,其中沿测线方向的电场分量为连续观测[3,4].在处理中,应用傅氏变换把时间域信号转变为频率域信号,通过阻抗张量计算公式求得不同频率的电阻率和相位等信息.

2.岩层电性特征

收集整理了塔西南地区岩石标本的电性资料,对测区内地层标本（149块）进行电阻率测定分析,统计其电性特征.

3.CEMP 资料采集处理与反演解释技术

采用200米点距的大地电磁测深 （MT）法四分量观测,获取张量阻抗数据.利用张量阻抗分解技术和空间滤波法作静态位移校正.用带地形的二维和三维处理及反演方法得到电阻率深度剖面,运用前陆盆地的逆冲推覆和冲断系模式解释电法剖面、划分构造单元和圈定局部构造.

3.1 静态位移校正

经主轴旋转所得的阻抗Z含有浅层电性不均匀体的静态位移、地形和构造信息.基于张量阻抗分解模型对Z作静态位移处理,可以得到TE极化和TM极化 （平行极化）方式下的阻ZTE和ZTM.由于分解是非唯一的,分解后还要经由小尺度的空间滤波法达到完全消除静位移效应的目的.

静位移效果：采用张量阻抗分解法作静态校正后,视电阻率剖面横向连续性变好而又保持了校正前的变化趋势,且视电阻率剖面与相位剖面保持较好的相关性和一致性,静位移校正达到了预期的效果.

可以看出,静校正后,“挂面条”现象似乎并未完全消除.这是与地形和近表层的构造有关,称之为“残留效应”.

3.2 资料反演

3.2.1 方法原理

Mackie和Madden开发了一种不求偏导数矩阵的反演方法（MM法,也称子空间法）,该方法计算偏导数矩阵对特征矢量的作用,并用切除共轭梯度法,部分求解牛顿法的每步迭代方程.它除避开了大型线性方程组的完全求解外,还避免了完全计算雅可比矩阵,只计算雅可比矩阵对指定矢量的作用.MM法偏离了严格的线性迭代反演,而只是部分求解非线性反演问题,因此大大减少了大型反演所需的计算资源.

非线性共轭梯度（NLCG）反演法,或称为直接应用于非线性反演目标函数最小化问题的共轭梯度法,进一步偏离了严格的线性反演迭代过程.理论和实际资料的数值模拟表明,共轭梯度法比高斯牛顿法在计算时间和所需内存方面都更有优势.这主要是因为共轭梯度法避免了牛顿法每次迭代都计算完全的雅可比矩阵及在整个模型空间中完全地求解线性方程组.

对于整个反演过程,首先要对模型进行局部剖分,使模型成为有限个正方矩角形单元,并在每个单元中构造满足一定的条件线性插值多项式；然后进行单元分析,把总体合成,将局部的近似集成为总体近似；最后求取定解问题的最优解.

3.2.2 反演效果

通过理论模型模拟计算和分析和带地形的二、三维反演,得出以下结论：

（1）地形和近地表构造也形成视电阻率剖面的“挂面条”现象,但它不是静态位移；不能在静态校正时消除[9].

（2）采用带地形的二、三维反演后,电阻率剖面上纵向电性分层性好,分辨能力得到改善,且与已知的综合分析的地质构造模式有较好的一致性.

3.3.3 获得纵高分辨能力的深度剖面的技术手段

三维反演可在空间上做到信息互补,反演的电阻率在空间上也是自然闭合的.电阻率深度切片并不是与构造起伏成简单对应关系,但其变化较大之处即为断层.

在该地区运用电法三维反演资料,取得了很好的效果,有效提高了资料的分辨率.处理成果所反映地层界面位置、起伏变化、产状特征等相对更为准确,所包含断层位置、地质结构特征方面的信息更加丰富.

4.结论

（1） 通过设置远参考观测,采用 Robust、远参考及静态校正多种预处理方法最大限度地压制了人为干扰,消除了浅层不均匀体及地形起伏的影响,有效提高了数据品质.

（2） 采用不同方法进行反演,通过对比发现运用电法三维反演资料,取得了很好的效果,有效提高了资料的分辨率,以此作为地质解释与推断的基础较为合理.

（3） 勘探结果揭示了山前带逆冲推覆构造的发育特征,明确了山前逆冲推覆断裂下盘地层空间展布及该区的盆山接触关系,为山前带的油气勘探提供参考依据.