大地电磁测深数据TE与TM极化模式的对比

万汉平

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

大地电磁测深数据TE与TM极化模式的对比

万汉平

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

在大地电磁测深工作中，由于实际地下介质的非均匀性，所得到实测资料的TE、TM极化模式视电阻率曲线有很大差异，给正确认识和判断实际地质结构带来困难。通过建立简单地堑、地垒及断层模型，并进行正反演，总结了这些模型条件下TE、TM极化模式的响应规律，为大地电磁测深数据的定性分析和解释提供了依据。

大地电磁测深；TE；TM；视电阻率曲线

大地电磁测深法多用于探测深大断裂构造的走向及倾向，由于这些复杂地质体都是呈二、三维性的非均匀介质，因此所得到大地电磁实测资料的TE、TM极化模式视电阻率曲线有很大差异。通过建立地堑、地垒和断层等常见地质模型，并进行正、反演计算，总结这些理论模型TE、TM极化模式的响应规律，对大地电磁测深数据的定性分析和解释及数据处理具有重要意义。

1 方法原理

大地电磁测深法（MT）是研究地壳和上地幔构造的一种地球物理勘探方法。其以天然交变电磁场为场源，因电磁场的趋肤效应（即不同频率的电磁场信号具有不同的穿透深度），通过观测地面电磁场值，从而获得地下不同深度介质的电阻率分布信息［1］。

在大地电磁测深的每一个测点上都可以获得两条视电阻率曲线，一条是电场沿构造走向极化的曲线，称之为TE极化模式视电阻率曲线；另一条是电场沿构造倾向极化的曲线，称之为TM极化模式视电阻率曲线［2］。在一维介质中，地面波阻抗是一标量，TE、TM模式视电阻率值是相同的。在二维、三维介质中波阻抗是张量，两种模式的视电阻率曲线不同。

2 模型建立及分析

所用正演方法为有限元法。都是在频率0.000 55～320 Hz采样范围内按对数间距选取40个频点对模型进行正演。二维反演方案为一维OCCAM加二维NLCG。

2.1 地堑模型

如图1所示，建立了一种简单的地堑模型。模型大小为4 km×2 km，模型分为两层，底部是电阻率为2 000 Ω·m的高阻层，上部是电阻率为1 000 Ω·m的覆盖层。在模型中部有一凹陷，深度为800 m。设计了19个测点，其中6～13号测点对应于模型凹陷区域。TE、TM模式的正演和反演结果分别如图2、3所示。

从模型的正演模拟结果可看出，TE模式的视电阻率断面图较好地揭示了电性分层，但未能很好地反映出凹陷区域。而TM模式对模型的拟合效果较好，对凹陷区域和电性分层均有较好的反映。从两种模式的反演结果看，TE模式的反演效果仍不如TM模式。

为了更清楚的了解TE、TM响应曲线在模型凹陷区域的变化情况，选取了1～18号测点的视电阻率曲线进行对比分析。各测点的视电阻率曲线如图4所示。

通过分析各测点的视电阻率曲线，可以看出整个测区范围内，TE模式视电阻率曲线未发生明显变化，说明TM模式视电阻率曲线对该模型的反映比TE模式灵敏；在地堑区域，TM模式视电阻率曲线总是位于TE模式视电阻率曲线下方。

2.2 地垒模型

如图5所示，建立了一种简单的地垒模型。模型大小为4 km×2 km，模型分为两层，底部是电阻率为2 000 Ω·m的高阻层，上部是电阻率为1 000 Ω·m的覆盖层。在模型中部有一隆起，深度为500 m。设计了20个测点，其中8～15号测点对应于模型隆起区域。TE、TM模式的正演和反演结果分别如图6、7所示。

从模型的正演断面图可看出，TE模式的视电阻率断面图较好地揭示了电性分层，但未能很好地反映出隆起区域。而TM模式对模型的拟合效果较好，对隆起区域和电性分层均有较好的反映。从两种模式的反演结果看，TE模式的反演效果仍不如TM模式。

为了更清楚了解TE、TM响应曲线在模型隆起区域的变化情况，选取了1～18号测点的视电阻率曲线进行对比分析。各测点的视电阻率曲线如图8所示。

通过对各测点的视电阻率曲线分析，得到如下认识：整个测区范围内，TE模式视电阻率曲线未发生明显变化，说明TM模式视电阻率曲线对该模型的反映比TE模式灵敏；在地垒区域，TM模式视电阻率曲线总是位于TE模式视电阻率曲线上方。

2.3 断层模型

如图9所示，建立了一种断层模型。模型大小为6 km×3 km，模型分为3层，底部是电阻率为1 000 Ω·m的高阻层，顶部是电阻率为500 Ω·m的覆盖层，两者中间夹着一层厚度为600 m，电阻率为100 Ω·m的低阻层，且其在中部有一断裂，断裂部分电阻率为10 Ω·m。设计了16个测点，其中6～10号测点对应于模型断层区域。TE、TM模式的正演和反演结果分别如图10、11所示。

对比两种模式的正、反演结果，TM模式对模型有更好的拟合效果，它很好地对应了各电性分层，并准确揭示出断层位置。而TE模式的拟合效果要粗糙得多，它夸大了中间低阻电性层的纵向深度，也没有准确反映出断层的位置。为了更清楚地了解TE、TM响应曲线在模型各区域的变化情况，选取了1～15号测点的视电阻率曲线进行对比分析。各测点的视电阻率曲线如图12所示。

通过对各测点的视电阻率曲线分析，得到如下认识。

整个测区范围内，TM模式视电阻率曲线比TE模式视电阻率曲线变化明显，其不断上下跳动，而TE模式视电阻率曲线仅在对应于断层区域的几个测点处表现为在高频段有下降。这说明TM模式对该模型的反映较TE模式灵敏；测点未对应于断层时，TM模式的低频段总是在TE模式的上方；而在断层区域，TM模式的低频段逐渐下移到TE模式的下方，与其形成“喇叭状”。这点是断层模型很重要的一个特征，通过“喇叭状”这一明显现象可以判断出断层的存在及位置［3］。

3 结论

对类似模型的地堑、地垒和断层构造，TM模式要比TE模式反应更灵敏，能更好地反映真实模型。总结了3种模型所对应的不同极化模式下视电阻率曲线特征：在地堑区域，TM模式视电阻率曲线总是在TE模式视电阻率曲线的下方；在地垒区域，TM模式视电阻率曲线总是在TE模式视电阻率曲线的上方；在断层区域，TE模式视电阻率曲线与TM模式视电阻率曲线交叉形成“喇叭状”。从而为今后大地电磁测深实测数据进行定性分析与解释提供了依据。

以上仅对比分析了3种简单模型，还需要通过更多复杂的二、三维理论模型对比试验，以便更好地总结TE、TM模式下视电阻率曲线变化特征和规律。

［1］石应骏，刘国栋，吴光耀，等.大地电磁测深法教程［M］.北京：地震出版社，1985.

［2］张翔.大地电磁测深资料的TE、TM极化视电阻率曲线识别研究［J］.江汉石油学院学报，1999，21（4）:72-75.

［3］朱仁学.断层的大地电磁响应的研究［J］.长春科技大学学报，1999，29（3）:290-294.

TE and TM polarization modes for contrast of magnetotelluric data

WAN Han-ping

（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In magnetotelluric（MT）sounding，inhomogeneous underground media make apparent resistivity curve quite different with different TE and TM modes surveyed.Therefore，different modes can get different interpretation results which will bring difficulty to understand and judge geological configuration.Although there are obvious differences from polarization apparent resistivity curve between TE and TM mode，there are some regularities in specific geological configuration，simple graben，horst and fault model were set up and forward and inversion calculated their apparent resistivity with TE and TM modes which play an important role on data processing and interpretation. So it is meaningful to find and understand these regularities.

magnetotelluric sounding；TE；TM；apparent resistivity curve

P631.2

A

1672-0636（2013）04-0224-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2013.04.007

2013-03-18

万汉平（1986—），男，重庆巫山人，工程师，主要从事电磁方法研究工作。E-mail:whp910@163.com