根据工作区的实际情况并参考行业规范^[22], 在各试验点分别布设了50 m、70 m、100 m和150 m4个长度的电极距, 其余装置及参数固定, 施工中严格布极并进行数据采集。通过对不同电极距采集数据进行计算对比, 以提高数据采集质量及工作效率为目的, 优选野外采集的最佳电极距。

由试验点S1、S2、S3、S4不同电极距长度试验结果可见(图2), 试验点S3、S4的4个电极距长度所测曲线形态基本一致, 数值接近, 无误差棒或误差棒较小, 使用较小的电极距(50~70 m)即能够获得高品质的实测曲线。试验点S1、S2对应电极距为50 m、70 m时所测视电阻率曲线误差棒较大, 电极距为100 m、150 m时实测曲线无误差棒或误差棒较小, 且质量明显优于电极距为50 m及70 m时实测曲线, 这种情况下使用较大的电极距(≥ 100 m)才能够获得高质量的实测资料。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 不同电极距视电阻率(ρ s)曲线对比图 ρ xy.极化模式TE下的视电阻率; ρ yx.极化模式TM下的视电阻率Fig.2 Comparison of apparent resistivity curves of different electrode (ρ s) spacing

由总体变化趋势来看, 随着电极距的增大, 电阻率曲线误差棒减小, 实测曲线变化较平滑。相比而言, 电极距≥ 70 m时所测视电阻率曲线无误差棒或误差棒较小, 整体信噪比较高。电极距加长后, 数据质量逐渐变好, 但电极距不是越长越好, 由观测结果对比可见, 电极距长度为100 m时采集的数据曲线效果最佳。

根据工作区情况并参考前人研究结果^[10], 在各试验点布设了一个带磁道的电法仪器进行长时间数据采集, 对采集数据分别截取6 h、8 h、12 h、16 h这4个时间段进行处理, 分析比较不同时段获得的视电阻率曲线, 通过对结果进行对比, 选择最佳采集时间长度。

由试验点S1、S2、S3、S4不同采集时长数据结果可见(图3), 采集时长较短的情况下, 视电阻率(ρ _s)曲线在低频段误差棒较大, 随着采集时长的增加, 低频段实测曲线误差棒明显减小或无误差棒。总体而言, 采集时间为6 h时获得曲线连续性较好, 但在低频点段误差棒较大, 采集时间为8 h时所获曲线连续性明显变好, 低频段误差棒较小, 当采集时间更长时(12~16 h), 所测曲线质量更好。

图3

Fig.3

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	图3 不同采集时间视电阻率(ρ s)曲线对比图 ρ xy.极化模式TE下的视电阻率; ρ yx.极化模式TM下的视电阻率Fig.3 Comparison of apparent resistivity curves of different acquisition time

采集时间的长短, 取决于勘探的深度和记录质量的好坏。勘探深度越大, 记录质量越差, 观测和记录时间应该越长。因此, 在记录质量不高的情况下, 为提高记录质量, 必须增加迭代次数, 延长采集时间^[23], 提高信噪比。由采集时长曲线对比结果可见, 随着采集时长由6 h增加到8 h, 实测曲线质量变化明显, 但当采集时间更长时(12~16 h), 实测曲线质量没有明显的变化。综合考虑工作成本及效率, 认为12 h及以上的采集时长均能获得高品质的实测曲线, 特殊情况下, 时长应不低于8 h。

电极接地电阻过大, 会降低电道采集信号, 从而降低资料的信噪比。北山地区降水量小, 蒸发量大, 地表干燥, 在野外施工中, 应采取深挖电极坑、多浇水等措施, 改善接地条件, 尽量降低接地电阻。根据工区情况, 应深挖坑埋置电极, 埋设深度应大于30 cm, 在电极坑内浇适量盐水, 加入适量泥土并搅匀呈泥糊状, 再将电极放入坑内压实填埋, 或采取多电极并联的方法减小接地电阻^[22]。有些地区接地电阻不稳定, 对曲线质量影响较大, 需要备用一套电极线和电极, 在上一个排列的仪器布设好之后, 提前几个小时埋设好下一个排列的电极, 这样可以改善接地电阻的稳定性, 提高数据采集质量。

在试验点S1、S3、S4处分别进行了不同接地电阻情况的观测采集。由不同接地电阻实测曲线(图4)可见, 3种接地电阻范围所测视电阻率曲线数值接近, 所有曲线连续性较好。接地电阻在0.1~1 kΩ 与1~2 kΩ 范围时, 视电阻率曲线形态基本一致, 无误差棒或误差棒较小, 但接地电阻在2~3 kΩ 范围时, 实测曲线出现高频段畸变和低频段误差棒较大等情况。由此可见, 接地电阻越小, 实测视电阻率曲线误差越小, 曲线质量越好。分析认为, 接地电阻不超过2 kΩ 时, 能够获得高品质的实测数据, 同时满足行业规范要求。

图4

Fig.4

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	图4 不同接地电阻视电阻率(ρ s)曲线对比图 ρ xy.极化模式TE下的视电阻率; ρ yx.极化模式TM下的视电阻率Fig.4 Comparison of apparent resistivity curves of different grounding resistances

刮风对采集数据质量有一定的影响, 当传输电缆被风吹动在地磁场中摆动时, 传输线中有感生电流产生, 这些干扰噪声会对磁道和电道采集信号造成一定影响, 特别对磁道的信号影响较大, 会使水平磁场产生“ 漂移” , 造成采集到的电磁场频谱凌乱、连续性差。

为了减少风对采集信号的影响, 野外施工通常会将电极线、磁棒线紧贴地面, 用土掩埋, 并分段压实, 防止刮风晃动造成干扰。磁棒至仪器的信号线不能悬空, 不能并行靠近放置, 避免刮风吹动电极线和磁棒线切割地球磁场, 产生感应电流, 影响数据质量。室内数据处理也要采取相应的措施, 使时间序列的波形恢复在轴中央, 消除波形“ 漂移” 现象, 提高相干度, 减小视电阻率的误差, 最大限度地改善视电阻率和相位频谱曲线的连续性。

(1)地形地貌选定。局部起伏地形对数据采集质量会产生一定的影响, 会使电磁法的电阻率曲线表现出一种假静态效应现象。北山地区有很多中低山具有南坡陡险、北坡平缓的特征^[14], 局部地形起伏严重。因此, 在野外数据采集时, 要注意观察测点地形地貌, 合理选择仪器布设位置, 避开地形起伏大、基岩出露、不利于埋设电极的位置。可采用室内与野外相结合的方式选定测点, 尽量避开干扰源, 合理部署测线, 可采用Global Mapper、Google Earth、Ovitalmap等软件协助室内选点。

(2)电极与磁棒布设。电极与磁棒要选择在相对开阔、平坦的地区布设。电极一般采用“ 十” 字形布极方式, 此种方法能较好地克服表层电流场不均匀的影响, 若仪器安装在“ 十” 字交汇点附近, 还有助于消除共模干扰^[25]。使用的电极要浸泡湿润, 布极前进行电极配对试验, 要求俩俩配对, 其直流电位差不大于2 mV。电极与磁棒应布设在地表岩性均匀处, 避开骆驼刺或梭梭等植被根部。电极坑遇石膏层时, 应深挖至石膏层之下, 电极坑浇入适量盐水, 保证接地电阻不超过2 kΩ 。水平磁棒与垂直磁棒埋入土中应保持水平和垂直, 埋设好的水平磁棒上不能有土堆。

(3)远近参考道。对于存在电磁干扰, 影响天然场源电磁勘探采集质量的地区, 应采用远参考道法或近参考道法进行观测, 在两地布设测点, 同步观测。资料处理时, 利用对方磁道的资料进行相关分析处理, 可有效压制噪声和干扰, 提高数据采集资料的质量^[26]。

(4)观测记录。观测记录前, 检查仪器与传输线连接是否牢固, 仪器启动后, 应用电脑实时监控各道交流(AC)、直流(DC)变化及饱和记录, 若遇记录道反向、饱和、严重干扰等现象, 应及时处理, 使用电脑实时监控5 min, 待数据稳定且无饱和数据后再记录。

(5)安全防护。研究区夏季炎热, 地表温度最高可超过60 ℃, 为避免仪器损坏或提前自动关机影响正常生产和数据质量, 观测采集时应制作放置仪器的小架子, 使采集站仪器与地面隔离, 上面悬空覆盖多层防晒网, 防止仪器曝晒。野外风沙大, 还应注意仪器操作面板的遮挡, 防止沙土等进入仪器内部造成损坏。遇有雷雨天气应停止工作, 以防雷击。另外, 野外操作人员应配有防风镜和围脖等以防风沙, 配备常用药物, 预防中暑。在有骆驼或羊群活动的地方施工时, 应有人看守, 防止动物干扰正常采集或损坏仪器设备。施工期间应定期对仪器进行检修、维护, 确保仪器工作正常。

(6)工期安排。研究区四季气候特征明显, 昼夜温差大, 属内陆干燥气候, 夏季酷热, 冬季严寒, 春、冬两季多大风, 多为西北风, 风力一般3~4级, 8级以上大风全年达44 d, 大风常伴有沙尘暴, 年均沙尘暴次数14次。研究区年均气温8.3 ℃, 1月平均气温-11.6 ℃, 极端低温-36.4 ℃, 7月平均气温26.6 ℃, 极端高温42.5 ℃。相比而言, 1— 3月气温较低, 1— 5月风沙较大, 6— 10月风力相对较小, 但7月左右气温较高, 11— 12月气温较低, 且风沙较多。综合考虑可见, 5月中旬— 7月上旬与8月中旬— 10月上旬这两个时间段风力相对较小, 气温较合适, 是野外施工的有利时段。同时, 由于大地电磁场有明显的空间和时间分布规律, 一般高纬度和中纬度强, 低纬度弱, 夏季强, 冬季弱, 白天强, 夜间弱^[27], 因此, 应根据具体情况合理安排野外工期时间。

由DD-01剖面综合解释成果中重磁异常剖面、视电阻率(ρ _s)剖面和电阻率(ρ )反演剖面(图5(a)、(b)、(c))可见, 该剖面可分为5个地电异常段。其中, 1~17点段视电阻率在纵向呈现高频次高阻、中频次高阻、低频次高阻, 具有高阻凸起特征, 反映基底相对凸起; 17~73点段视电阻率值相对较低, 说明基底埋深较深, 低阻标志层明显且纵向延伸大, 反映中新生界沉积厚度大; 73~233点段视电阻率在高频段低阻比较发育, 纵向拉伸较大, 在中频段和低频段视电阻率表现为次高阻、高阻凸起特征, 反映基底相对凸起; 233~297点段视电阻率值相对较低, 说明基底埋深较深, 低阻标志层明显且纵向延伸大, 反映中新生界沉积厚度大; 297点到测线东端点视电阻率在高频段低阻比较发育, 纵向拉伸较大, 在中频和低频段视电阻率表现为次高阻、高阻凸起特征, 反映基底相对凸起。

从地质解释剖面(图5(d))来看, 剖面上盆地东西边界受正断层控制, 西部边界断裂位于剖面17点附近, 东部边界断裂位于313点附近。西部断裂较发育, 39点、45点、85点附近均发育正断层, 东部断裂相对不发育, 仅235点、293点附近发育正断层。边界断裂以外, 基底埋藏较浅, 西部边界断裂以外, 基底埋深约0.5 km, 东部边界断裂以外, 基底埋深约1 km, 盆地内各处前石炭系埋深5.5 km左右。

由图5(d)可见, 该剖面广泛发育白垩系、侏罗系、石炭系— 二叠系。从剖面综合反演解释结果来看, 盆地整体上地层平缓, 石炭系— 二叠系残余厚度较大、在盆地内部残余厚度约3 km, 侏罗系厚度约1.8 km, 白垩系厚度约0.6 km。