矿产资源电磁法勘探新技术

通道频率范围：0.0007Hz~400Hz
独立ΔΣ24位模数转换器 具有50/60Hz工频抑制能力 32秒—86400秒 10MΩ(电通道)，100KΩ（磁通道） >120dB 144dB 程控1-16倍可调整 <30nV 10Vpp 10Hz、100Hz、1000Hz
MT5数据处理软件主界面
MT5数据块整理及编辑
1、资料的预处理
（1）电阻率曲线的圆滑处理 野外采集的原始视电阻率和相位资料，由于干扰和观测 误差的存在，相邻两频点的数据有时会出现了非正常的跳跃。 因此，必须根据最小方差原理和大地电磁测深曲线的固有特 征进行圆滑。 （2）ρTE和ρTM的识别 在野外资料采集过程中，MT采集软件自动将采集结果 转化为电性主轴方向，给出实测的ρxy和ρyx。张量阻抗主 轴方向有90° 的不确定性，经资料处理后的张量阻抗旋转方 向可能是构造走向，也可能是倾向。 为了比较准确地确定 TE和TM极化，我们主要是在综合实测阻抗和倾子旋转方向
的基础上，利用已知的地质构造走向及其它地球物理资料逐 点分析，划分出ρTE和ρTM。
（3）静位移与静校正 由于浅层不均匀的存在或地形不平，会使得视电阻率 ρTE和ρTM发生平行移动，而相应的相位曲线φTE和φTM却保持 一致，这就是所谓的静位移。对静态效应的校正方法目前比 较常用的有：①曲线平移法做静校正；②数值分析方法做静 校正（包括：空间域滤波法、数值模拟法、时频分离与压制 等等）；③联合反演法做静校正（例如利用TEM资料）；④ 利用相位换算资料做静校正；⑤直接的二维以及多维反演方 法。
（二）野外工作方法
MT5大地电磁法仪系统
MT5大地电磁法仪主机
主要特点：
接收机内置3个磁通道和2个电通道，采用GPS授时同步，频 带范围为3000s ~ 0.01s；采用U盘做为存储介质；内置锂离 子电池，连续采样时间可达96小时。
通道数 3个电磁通道2个电道
频带范围
AD位数 工频率抑制 连续采样时长 输入阻抗 道间隔离度 动态范围 前置放大器 等效噪声 最大输入电压 采样频率
3、辐射场源是当电磁场的频率超过105赫兹时，电磁场 能以波动形式传播，利用电磁场的透射、反射绕射和吸收特 性来实现勘探目的。
方法 大地电磁法（MT） 天然场源 音频大地电磁法（AMT） 频率域电磁法 可控制音频大地电磁法（ CSAMT ） 连续波场 频率域激电法（复电阻率CR） 瞬变脉冲场源法 瞬变电磁法 人工场源 无线电透视法 时间区域电磁法 辐射场法 地质雷达 甚低频法 场源形式 场源类型
吉林大学
矿产资源勘探技术已成为很多发达国家实现资源可持续 发展、地下空间利用和国家矿产勘查战略的重要组成部分。 自20世纪40年代以来，以金属矿为目标的电法勘探技术得到 了长足的发展，特别是从上世纪50年代兴起、90年代成熟的 电磁法已经成为矿产资源勘察的重要的方法。
电磁法是以地壳中岩体的电导性、介电性和导磁性的差 异为物理基础建立在宏观电磁场理论基础上的一种地球物理 勘探方法。该方法被广泛地应用于地球内部构造及其动力学 过程的研究，以及含油气构造、煤田构造、热田、地下水、 矿产资源和工程地质等勘探领域和地震前兆监测研究等方面。 随着我国经济的发展，电磁法的应用领域已经拓展到地下水 勘探、工程勘探、海洋资源勘探等众多领域，为我国电磁法 发展提供了良好的契机。
式中 H：磁场强度 E：电场强度 σ：电导率 ε：磁导率 μ ：介电常数 t：时间 2、屈肤深度计算公式
式中 ρ ：电阻率 f：频率 T ：周期
3、阻抗
4、电阻率
通常情况下，天然交变电磁场的频率范围约为104～104Hz，MT和AMT的不同之处在于接收的频段存在一定差异， MT接收频段为102~10-4，AMT接收频段为104~10-2，由此可 以看出，MT接收的大部分频段已经不在人文电磁场频段范 围之内，而AMT测量频段已经进入人文电磁场频段，因此 MT具有测量深度较大且信噪比较高的有点。
二、国内外研究现状
1、仪器设备 随着先进电子技术的不断进步，特别是近10多年来，针 对矿产资源勘探的电磁法仪器系统也不断地推陈出新。如美 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多功能电磁系统，1995年又推 出了能进行长周期天然场大地电磁法测量的多功能大地电磁 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，1997 年推出了商用MT-24阵列式大地电磁系统。加拿大凤凰公司 在完善V-5大地电磁系统的同时，于1997年推出了商用V52000型阵列式大地电磁系统，近年又推出V8系统。时间域 电磁仪器则以加拿大的EM-57、EM-67系列为代表。国内 Geopen集团2008年推出的E60EM系列综合电磁法系统。这
频大地电磁测深是以有限长接地导线为场源，在距场源中心 一定距离处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深方法。目 前应用大多采用赤道偶极装置进行标量测量，同时观测与场 源平行的电场水平分量Ex和与场源正交的磁场水平分量Hy 。 利用电场振幅Ex和磁场振幅Hy计算卡尼亚阻抗电阻率ρs， 电场相位Hp和磁场φs计算卡尼亚阻抗相位。阻抗电阻率和 阻抗相位联合反演计算反演电阻率参数，利用反演电阻率进 行地质推断解释。
也由简单的层状介质向二维、2.5维、三维以及带地形的任 意三维模型方向发展。其主要体现如下几个方面：
①、在大地电磁法观测的时间序列处理方面，引入小波理论 和多尺度信号处理以及高阶统计量方法，以减少大地电磁观 测响应函数中的噪声。远参考道电磁阵列观测与Robust时 间序列处理技术的结合得到进一步研究和推广。 ②、在响应函数分析中，开展了资料的局部畸变及其克服方 法的研究。当前有效的方法如巴赫分解、GB分解、感应矢 量分析等，并仍进行了深入研究和推广应用。对于资料静位 移校正的有效性也进行了对比研究。此外还进行了大地电磁 数据极化模式的选择与确定的研究。
2、定量解释
（1）一维反演 常用的一维反演方法主要有：
①广义反演法：这是一种有代表性的反演方法，获得比 较广泛的应用； ②连续介质反演法(CMI)：适合电阻率随深度连续变化 的地质条件； ③Bostick反演、高斯—牛顿法、梯度法、马夸特法等
等；
（2）二维反演
由于实际的介质并非一维，基于一维反演方法求得的结 果，与真实的地电断面不会完全一致，要求得更接近实际的 地电模型，还必须结合大地电磁测深所获得的多种参数进行 二维反演。国内关于二维反演的研究却在80年代中期便开始 了，只是进展缓慢，始终达不到实用化的要求。其原因主要 体现在参与反演的参数多、数据量太大，反演迭代过程中雅 可比系数矩阵阶数大，导致计算量大幅度增加，在一般的Ｐ Ｃ机上难于实现。为了解决上述问题，通常采用寻找减小二 维正演和偏导数矩阵计算量的快速方法。这些方法都只是近 似的二维反演方法， 并只有少量参数参与反演。因而, 反 演结果仍然误差较大,不能完全满足实际应用的需要。常用 的二维反演方法：Occam，RRI等。
二维反演地电断面图
四、可控音频大地电磁法（CSAMT）
可控源音频大地电磁测深是在音频大地电磁测深（AMT） 基础上发展起来的一种人工源频率测深方法。上世纪50年代， 在卡尼亚（L Cagniard）论文的基础上，发展形成了基于 观测天然场大地电场和磁场正交分量，计算视电阻率的大地 电磁测深方法。在音频（n×10-1～n×103Hz）范围内，大地 电磁场相对较弱，同时，人为干扰较大。为了克服上述困难， 70年代初，D W Strangway教授和他的学生M A Goldstein 提出沿用AMT的测量方式，观测人工供电产生的音频电磁场， 由于所观测的电磁场频率、场强和方向由人工控制，其观测 的方式与AMT相同，所以称其为可控源音频大地电磁测深。 CSAMT法可以采用磁性源或电性源两种人工场源，目前 实际主要应用电性源可控源音频大地电磁测深法。可控源音
系统多具有频率域和时间域工作方式，且能进行多方法数据 采集，如激发极化法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法 等。这些方法与仪器已在深部地质构造研究、石油及天然气 勘查、金属矿产勘探、环境与工程勘查等领域得到广泛应用。
2、方法技术 与方法理论、仪器系统相适应，电磁法的数据处理技术 也在不断地改进与完善。大量的研究工作集中于消除噪声、 稳健的阻抗估计方法、静态效应校正、场源效应研究等数据 预处理方面。同时，有限差分、有限元、边界元、混合元等 数值方法不断应用于电磁法正演计算，马奎特方法、广义逆 及改进的广义逆方法、仿真淬火、遗传算法、随机搜索、神 经元网络等各种线性、非线性方法不断应用于反演成像，模
⑤、带地形的、多参数的大地电磁正反演研究一直受到关注。 对于二维问题，尽管理论研究早已展开并已获得较好的结果， 但由于实际条件的复杂性，各种消除地形影响的处理方法在 实测资料中的有效性还有待进一步验证。对三维地形影响的 研究也在进行中，并有很大的研究空间。
⑥、对于可控源电磁法的正反演技术也有了长足的进展。频 率域电磁法中，二维模型二维源（线源）问题得到了较好的 研究。二、三维模型三维源问题的研究也受到了重视。一些 研究提出了局部网格加密、吸收边界条件以及全区视电阻率 方法来提高计算的精度和稳定性。
三、大地电磁法（MT）以及音频大地电磁法（AMT）
（一）基本原理 大地电磁法最初最初由吉洪诺夫(1950)和卡格尼亚德 (1953)提出。其理论基础是基于场源为垂直入射到地面的平 面电磁波满足解麦克斯韦(Maxwell)方程组，若地下介质是 各向同性的，则电场强度和磁场强度互相垂直，在地面测量 由天然电磁场源在不同频率下产生的相互正交的电场和磁场 强度及相位，计算阻抗并由此得出不同深度下的电阻率值， 从而实现对地下目标体探测的目的。 1、电磁场波动方程
③、瞬变电磁法中，研究了信号源关断时间的改进和校正方 法，全期视电阻率的定义和反演方法，以及最小分辨率和最 大探测深度等有关问题。虽然时间域电磁法正反演技术不如 频率域电磁法成熟，但也有许多研究报道，其中包括二维模 型三维源问题的反演研究。