多功能电磁探测技术-成都(林品荣)

中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所多功能电磁探测技术林品荣主要内容第一章前言第二章国际国内电/电磁方法技术及仪器第三章阵列式多功能电磁探测基本原理第四章阵列式多功能电磁系统仪器介绍第五章阵列式多功能电磁系统试验应用第一章前言阵列式多功能电磁探测方法技术系统，是在上级主管部门及物化探研究所的大力支持下，从上世纪90年代初开始，项目组经过将近20年的探索和攻关研究，从最初的单通道有线控制阵列天然场方法技术，发展为多通道GPS同步的阵列天然场与阵列人工场相结合、具有自主知识产权的多功能大探测深度电磁法新方法技术系统。阵列电磁法系统由阵列天然场电磁法和阵列人工场电磁法组成。阵列天然场电磁法阵列天然场电磁法主要开展音频大地电磁测深（AMT）工作，实现了天然源场的阵列覆盖、多点同步数据采集，方法技术本身具有轻便、快速、大探测深度和纵横向分辨率高等特点。阵列天然场电磁法在沙漠戈壁滩、中高山区、西南“三江”困难地区、西藏高原、林区、黄土沟壑等地貌条件下，开展了方法技术的试验与应用，取得良好的试验和找矿效果，该方法技术可广泛应用于多金属矿产、地下（热）水和油气等资源的勘查研究。阵列人工场电磁法测量功能：CSAMT（可控源音频大地电磁测深),TDIP/FDIP(时间域/频率域激电)，CR(复电阻率)等主要测量功能。技术特点：具有大功率、大深度、多参量、高分辨等特点。阵列人工场电磁法已在多个不同类型的矿区进行了方法技术的有效性试验与应用，取得显著的应用效果。硬件系统和软件系统硬件系统：大/中/小功率发射系统，宽带同步接收系统，磁场传感器；软件系统：阵列式数据采集，弱信号同步检测，无线遥测控制，数据处理和资料解释等部分构成。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述自瑞典在1640年采用磁性指南针寻找铁矿以来，地球物理技术用于矿产勘查已有300多年的历史。上世纪50年代前苏联研制出过渡过程法（脉冲瞬变电磁法，即TEM系统）以来，许多不同的频率域和时间域电磁(FEM和TEM)勘探系统先后被开发出来，直到今天这些方法仍在使用，但随着过去20年来电子技术的高速发展，使这些方法具有更高的精度和灵敏度。例如，IP技术从传统时间域方法演变成了如今称为复电阻率或频谱IP的多频IP技术，并可以用于区分蚀变、硫化物类型和人工引起的电磁耦合异常；垂直测深法，如可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和瞬变电磁法(TDEM或TEM)可以用来圈定地质结构和块状硫化物矿体。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述电/电磁勘查技术按场的性质划分，可分为天然场法与人工场法，若按类别划分，又可分为时间域法与频率域法，电磁勘查技术包括的方法有：自然电场法、电阻率法、激发极化法、充电法、大地电磁测深法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁测深法等等。在矿产资源勘查中，地球物理勘查技术多数情况下是作为间接找矿的手段，但当矿体（床）与围岩之间具备某种地球物理性质差异时，地球物理勘查技术也可作为直接找矿的手段。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述用电磁勘查技术方法获取的数据信息，是地球内部地质体（深部矿床/矿体）综合信息的表述—也就是我们通常所说的物探电法异常或电磁异常，根据物探异常和已建立的地质—地球物理等找矿模型，研判异常是否为矿致异常，也就是对异常进行定性解释；若认为是矿致异常，经过定量解释后，对矿床或矿体进行定位、定深、定形态，并通过钻探（或其它深部探矿工程）确定深部矿体，这就是直接找矿方式。当矿体的物性、规模和埋深（或与观测点的距离）等条件能满足物探在地表或地下矿体周围测得矿体的异常时，则可以在地表或地下采用物探直接找矿方式进行深部找矿。发现深部矿的异常难，而区分这些目标体的异常是否为矿致异常难度更大，所有这些需要采用综合方法。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述用物探等勘查技术方法取得深部控矿、容矿、含矿地质体或地质现象（岩体、地层、接触带、破碎带、火山机构、褶皱带、沉积盆地等）的信息，经过解释和定量反演，编绘成前述目标地质体（特别是深部目标地质体）的推断立体地质图，根据成矿规律、成矿模式和矿产预测准则，在推断立体地质图上圈出矿床（矿体）可能的部位，通过钻探（或其它深部探矿工程）寻找深部矿体，这就是间接找矿方式。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述当矿体与围岩的物性差异小，不能满足物探直接找矿条件时，或物性虽有差异，但矿体规模小而埋深又大，不能满足物探在地表直接找深部矿的条件时，为了在地表找深部矿，应该采用物探间接找矿方式进行深部找矿。物探间接找矿时的目标地质体深度虽然大，但其体积远大于矿体，因此，发现它们要容易些。物探间接找矿在技术上遇到的难题也只有采用综合方法才能较好解决：①是有利于更好地判断所发现的异常是否为矿致异常;②是当遇到矿体小且埋深大，使得异常弱或不明显时，还可以在地表按间接找矿方式进行工作，一旦有钻孔后，再及时采用井中物探进行直接找盲矿。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备1、概述如前所述，地面物探直接找矿时，能找的矿一般是规模较大的矿，而地下物探能发现相对较小的矿。此外，地面物探直接找矿发现了异常，在定性解释上可能无误，但在验证孔位和孔斜的建议方面有可能不准，造成首孔未见矿，此时，及时进行井中物探，将发现井旁或井底盲矿，从而可避免与矿“擦肩而过”所造成的遗憾。2、国际电/电磁方法技术及仪器装备在电阻率法方面，随着现代化的多电极仪器（如：MUCEP系统）和连续测量系统（如：ohmMapper系统，PACES系统）的诞生，传统的电阻率测深或剖面测量模式在某种程度上已逐渐失去了意义。多剖面、高密度同步数据采集使得后续的二维、三维反演的横向分辨率和对模型几何尺寸的确定的准确性大为提升。在激电方面，20世纪90年代，澳大利亚MIM勘探公司开发出了MIMDAS多功能电法系统，采用100个遥测单元组成接收系统（该系统同时还可进行TEM、MT或CSAMT测量），以及美国AGI公司开发的SUPERSTINGR/IP8系统，实现了IP数据的三维采集，高密度、高质量的三维数据，对IP数据的三维反演带来了飞跃。特别是SMART电极出现大大降低了测量成本，并提高了测量效率。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备美国Geometric公司生产的基于电容耦合的OhmMapper电阻率测量仪阵列MT连续剖面测量技术-澳大利亚BHPMIMDAS系统2、国际电/电磁方法技术及仪器装备在被动源电磁法方面，上世纪50年代提出频率域大地电磁法，50年代末前苏联出现首个MT仪，它用悬丝式磁场传感器，通过光电倍增管转换成电信号，再通过检流计打印在感光照片上。它频带上限为0.1Hz，记录仪的动态范围约20dB。上世纪60年代美国采用感应式磁场传感器和模拟磁带记录仪，其频带上限达100Hz，最高灵敏度0.01nT，动态范围40dB以上。70年代出现瞬时浮点放大技术和以磁带为记录介质的数字记录仪，动态范围达60—80dB。80年代初，德国Metronix公司和加拿大凤凰公司推出车载大地电磁现场实时处理系统，频带范围扩展至384Hz-4096秒，法国推出以超导磁力仪做磁场传感器的MT系统。由于计算机水平的快速提高和新的A/D转换器技术的出现，80年代末车载MT实时处理系统被便携式MT实时处理系统所替代。上世纪90年代由于压制局部噪声的远参考道方法和消除静位移的EMAP方法的提出，以及GPS同步技术的采用，频率域的大地电磁仪由单站系统发展为多台或网络系统，如GMS-06和V5-2000。这使得MT的数据质量和应用效果得到显著提高。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备加拿大凤凰地球物理公司生产的V5-2000系统德国Metronix公司生产的GMS-06大地电磁测深系统2、国际电/电磁方法技术及仪器装备在人工源电磁法方面，仪器系统的发展总体体现在信噪比的提升。如加拿大凤凰公司于上世纪80年代中叶，推出了以可控源音频大地电磁测深为主的V-4系统，随后又相继推出V-5、V5-2000、V-6系统，近年又推出了V-8系统。美国Zonge工程与研究组织在1991年推出了GDP-16多功能电磁系统，1994年推出GDP-32系统，近年又推出功能增强型的GDP-32Ⅱ多功能电磁系统。EMI公司在完善MT-1大地电磁系统的同时，于1995年推出了适用于矿产与工程探测的商用EH-4电磁系统。德国METRONIX公司在推出以大地电磁测深为主的GMS-05、GMS-06系统后，新近又推出多功能的GMS-07系统。上述这些仪器系统，在我国多家单位和院校都有引进，在资源勘查及教学实践中发挥作用。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备技术指标1、最大输入功率：30KVA2、最高输出电压：1000V3、最大输出电流：45A4、频率范围8KHz—1/64Hz5、发射波形：正负方波/占空比1:1方波6、重量：93KgGDP32—30KW发射机指标GDP32—30KW发电机指标技术指标1、功率：30KVA2、输出电压：120/208VAC3、频率：400Hz4、重量：约500Kg技术指标1、频率范围：8KHz—1/64Hz2、通道数：1~16道可选3、模数转换：每通道一个16位AD4、具有工频陷波5、键盘操作、液晶显示6、可开展IP、SIP、CSAMT及AMT等方法的数据采集工作7、重量：约20KgGDP32接收机指标EH-4技术指标发射机技术指标1、垂直磁偶源发射2、频率范围500Hz—70KHz3、天线尺寸：2个4m2的垂直正交线圈4、最大发射能量：400A-m25、供电电源：12V、60Ah电瓶接收机技术指标1、频率范围10Hz—100KHz2、通道数4道（2磁、2电）3、模数转换：18位AD4、高频观测磁偶源发射信号（500Hz—70KHz）5、低频观测天然电磁场信号（1000Hz—10Hz）开展CSAMT+AMT的测量，获取视电阻率信息凤凰公司—30KW发射机指标发射机技术指标1、频率范围：DC—10KHz2、最高电压：1000V3、发射波形：正负方波/占空比1:1方波4、重量：95Kg发射机发电机凤凰公司推出的V8接收机技术指标1、频率范围：10KHz—1/2000Hz2、通道数：8通道3、模数转换：每通道一个24位AD，最高采样率96KHz4、具有工频陷波5、键盘操作、液晶显示6、可开展IP、SIP、CSAMT及AMT、MT等的测量7、多个接收机利用GPS同步，可组成阵列覆盖观测网络8、功耗：15W9、重量：7Kg阵列MT+IP测量技术-加拿大TITAN243、国内电/电磁方法技术及仪器装备在我国，1936年丁毅等在安徽当涂铁矿上，杜锡范等在湖南水口山铅锌矿上进行的自然电场法找矿实验，当属国人电法工作的起步。此后，在新中国成立前，顾功叙等还在一些铁矿、锡矿、黄铁矿、铜矿、煤矿上开展了少量的自然电场法和电阻率法工作。我国电法/电磁法勘探的开创与国家的命运息息相关，经历了艰苦创业带来的兴业发达，也承受了干扰与挫折。但基于电法/电磁法工作者们的勤奋和坚忍不拔的事业心，无论在基础理论、方法技术、应用领域、应用水平和应用效果等方面都取得了巨大的进展。至今，我国已拥有当今世界上所有的电法/电磁法方法和技术，其中某些方面已达到世界先进水平。在各种矿产资源、油气资源、水文、工程地质、地壳上地幔深部地质结构等研究调查领域，电法/电磁法已成为不可替代的最有效的勘查技术，在考古、环保、地灾、军事等领域，电法/电磁法也是有效的调查技术方法。二、国际国内电/电磁方法技术及仪器装备3、国内电/电磁方法技术及仪器装备上世纪50年代是新中国电法/电磁法创业阶段，完善和发展了自然电场法，电阻率剖面法和电测深法，在一些矿产资源勘查中很快形成了生产力。自然电场法成为勘查浅埋良导矿的快速经济普查方法；电测深成为煤田等资源勘查的重要方法；对电阻率剖面法的各种装置进行了试验。同时还引进了高频感应法、强度法、直流等位线法、充电法等方法技术和有关仪器设备，其中充电法取得较好效果并得到发展。上世纪