音频大地电磁法和可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法CSAMT介绍
红透山小西堡区56线可控源电阻率断面图
比例尺 1：10000
ZK56-4
ZK56-1
ZK56-3 ZK56-2
200
400
1300米
1400米
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
5000 3500 2000 1500 1200 1000 700 600 500 400 300 200 100 50 30 0
本区围岩电阻率多在 1000欧 姆 米以上 ， 在 这样的高阻区，低频 段常常进入“过渡 区”，甚至进入“近 场区”。不作“非远 区场校正”（或“近 场校正”），可能会 导致近地表层的视电 阻率畸变！
铜录山31线CSAMT法反演电阻率断面及解释推断图（2010年计算）
200 0
-200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400
静态效应的例子
MT法
已建立 多种
“静态 效应校 正”方 法，效 果不错
CSAMT“静态效应”的特点
CSAMT相对于MT静态效应有特点
1. 测量电极距较小，静态效应更突出； 2. 高频段供电电流较小，观测误差较大
3. 测点距较小，且通常（标量测量）与 测量电极距相同，成EMAP布极；
4. 相位观测精度可能较高。
红透山小西堡区42线可控源电阻率断面图
比例尺 1：10000
200 0
上部静态效应 的“挂面条” 异常，使中部 的低阻异常形 态畸变。
-200
-400 -600 -800 -1000 -1200 -1400
0
200
400
600
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CSAMT和EH-4原理、工作方法简介
一、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT ）（1）方法特点及应用范围可控源源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 法)最早是由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway 教授和他的学生Myaron Goldtein 于1971年提出。
针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。
从而从理论和实验两方面奠定了CSAMT 法的基础。
自70年代中期起CSAMT 法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和解释应用软件。
特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿床、水文、环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法，目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。
我们可以用图2-1来说明最常用的一种标量CSAMT 法的测量过程：场源：用发送机通过接地电极A 、B 向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。
电流的频率可在一定范围内变化，通常从2-3～213Hz 按2进制递变，在接地十分困难的地方可用不接地回线作垂直磁偶极子来发送电磁场。
测量：在距离AB 相当远的地方进行测量。
所谓“相当远”指的是在这些地方的电磁场已接近平面波，从而可使用卡尼亚电阻率计算公式并方便解释。
若选用直角坐标系，X 轴平行AB ，Z 轴垂直向下，那么标量测量是在测点测量每一频率的电场分量E X 和正交的磁场分量H Y ，并按：E E y x f 251=ρ计算卡尼亚电阻率。
式中f 为频率。
当从高到低逐个改变频率。
便可得到卡尼亚电阻率测深曲线。
根据需要，可以分别以相互垂直的两组场源供电，对每个场源都测量5个电磁场分量，从而形成张量CSAMT 测量。
可控源音频大地电磁法原理及应用
可控源音频大地电磁法原理及应用摘要：可控源音频大地电磁法（CSAMT）在构造判定和地层划分方面具有独特优势，近年来已广泛应用于矿山资源勘查中。
本文采用控源音频大地电磁法，对衡山市南岳城区东南部进行矿山资源勘查，利用法卡尼亚电阻率及相应反演结果确定电性层分布并推测工作区地层、断裂构造分布，验证断层（节理裂隙）位置及地层分布特征，为可控源音频大地电磁法在今后地质勘查工作中的合理运用提供参考依据。
关键词：可控源音频大地电磁法；地质勘查；断裂构造1前言传统的大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）场源信号微弱、易受周边环境影响，难以有效的对矿山资源进行勘查。
可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种通过测量卡尼亚电阻率和相位的电磁探测技术，具有探测深度大、抗干扰性强等优势。
本文以某省南岳传奇小镇矿山资源勘查为例，论述该方法在矿山地质勘查中的应用。
2方法原理CSAMT法是一种通过使用人工控制场源以获得更佳探测效果的电磁测深法。
该方法通过改变发射源的发射频率进行测深，通过测量相互正交的电场和磁场分量计算卡尼亚视电阻率。
式中：。
CSAMT法所使用的人工场源分为磁性源和电性源。
其中磁性源是在不接地回线或线框中，供以音频（n×10-1～n×10-3Hz）电流，产生相应频率的电磁场。
电性源是在有限长（1km～3km）的接地导线中供以音频电流，产生相应频率的电磁场，通常称为电偶极。
电性源的收发距离可达十几公里，探测深度大。
CSAMT法常采用电偶源，旁侧观测装置。
一般要求场源和测深点之间的距离要达到3～5倍的趋肤深度，（503fρδ=，其中δ为趋肤深度、ρ为探区内预期的平均电阻率，f为工作频率）。
在平行于场源中垂线两边张角各30°的扇形区域内逐点观测电场分量EX和与之正交的水平磁场分HY振幅和相位，进而计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位。
3野外测量3.1测量方法及测线布置主要仪器为V8多功能电法工作站，采用装置为TM标量测量模式。
CSAMT&AMT
柱坐标系电偶极子场源CSAMT电磁场 表达式:
o
p
d
Er
IdLcos 1 e ikr (1 ikr ) 3 2 r
（4.2）
E
IdLsin 2 e ikr (1 ikr ) 2 r 3
Hr
3IdLsin ikr ikr 1 ikr ikr ikr ikr I1 k 1 ikr I1 k 0 I 0 k 1 2r 2 2 2 6 2 2 2 2
测点
00M 100M 200M 300M 400M
图 4-8
个旧矿区 T4 线 CSAMT 卡尼亚电阻率拟断面图
F11 ▽ ▽ ▽
▽ ▽
图 5-26
齐岳山隧道 F11 破碎带 CSAMT 法电性特征
图 5-24
云雾山隧道白果坝断裂 CSAMT 电性特征
p2w
p2w
图 5-22 野三关隧道二溪河向斜 CSAMT 法反演剖面图
2 2 2
B t D rotH J t divD q rotE divB 0 D E B H J E
E t H 方 H t t µ：介质的导磁率 程
2
2
y 2 z 2 2 q:电荷密度 2 E y j 2 Ezk E 2E x i 2 E x 2 Ex 2 Ex 2 ρ：电阻率 2 Ex x 2 y z 2 2 Ey
Z
E Hr r E 2 Hr
2 r
P 1
1、电场水平分量与频率无关，与电阻率成正 2、远区（P>>1）电磁场表达式：
可控源音频大地电磁测深法
可控源音频大地电磁法(CSAMT) 是在大地电磁法 (MT)和音频（n×10-1~n×103）大地电磁法(AMT)的基 础上发展起来的一种人工源频率域电磁测深方法.实质 是人工源卡尼亚电阻率测深法，有三大特点：使用人 工场源; 测量卡尼亚电阻率，而不是测量单分量视电阻 率;改变频率进行测深; 为了克服AMT 观测上的一些困难，20世纪70年代 初，加拿大多伦多大学的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。由于所观测电磁场的频率、 场强和方向可由人工控制，而其观测方式又与AMT法 相同，故称这种方法为可控源音频大地电磁法 (CSAMT)。
垂向区的布置图
CSAMT的仪器是具有实时处理的数字化仪，频率范围要求从0.1到200 Hz为了使用 更为有效，仪器应为多道。最高采样率要求达到0.25ms。每道都要有去假频滤波器和 抑制电源干扰的滤波器，同时整机的特性必须噪声低、输入阻抗高，道间干扰小。 GDP-32Ⅱ+仪器照片 V8仪器照片
3）提高观测质量的技术措施
—— 阻抗相位
3.4.2 CSAMT野外工作方法
1）最佳测量分量和位置的选择 垂向区：供电偶极的赤道区， r 共轴区：供电偶极的轴向区，
4
为远区。
r 5
为远区。
2）野外工作方法技术
供电偶极距：一般为1～3km 测点距供电偶极的距离（收发距）：5～20km 电场测量电极距：10～300m，一般用不极化电极 接收的磁场信号经绝缘线输送到接收器与电场同时记录。
3.4.4
应用实例
1）CSAMT在山西沁水盆地煤层气勘探中的应用
可控源音频大地电磁法（CSAMT）在某石墨矿中的应用
可控源音频大地电磁法（CSAMT）在某石墨矿中的应用【摘要】可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在大地电磁法(MT)的基础上，针对解决大地电磁法场源的随机性强和信号微弱而发展成的一种人工场源电磁测深方法。
该方法由于使用了功能强大的人工信号源，与大地电磁法(MT)相比，更能够压制干扰，采集到高品质的数据；该方法具有勘探深度大、快速高效、横向分辨力高等优点。
【关键词】石墨地球物理勘探可控源音频大地电磁视电阻率1.工区地质及地球物理特征区内出露地层单一，仅见第四系全新统洪冲积（Qhapl）分布于矿区沟谷及地势低洼地带，出露面积较小，主要由花岗岩碎块、亚粘土松散堆积而成，花岗岩碎块大小0.1～3厘米不等，碎块多呈棱角或次棱角状，磨圆度较差。
地表植被较发育，洪冲积层厚度0.3～1.5米不等。
花岗岩类石墨矿是由岩浆热液不同阶段结晶矿物和石墨组成的各种含石墨花岗岩，石墨呈侵染状分布于花岗岩中，石墨可呈球状、豆状聚积，构成球状石墨花岗岩。
根据统计，本区内主要为含钾长石、斜长石及石英的花岗岩，其常见电阻率如表2-1所示。
根据以往工作经验，含石墨花岗岩电阻率一般为数十欧姆每米，而花岗岩等普遍在数千欧姆每米，随着花岗岩体中石墨矿矿化程度的升高，其整体电阻率反应会呈现逐渐降低的趋势，因此，本区目标矿体石墨矿体与花岗岩等围岩之间存在明显的电性差异，采用可控源音频大地电磁法寻找石墨矿具备良好的地球物理前提。
表2-1 勘探区常见岩矿石电阻率统计表2.工作方法与技术本次可控源音频大地电磁法共布设4条试验测线（X线、Y线、0线、7线），17条勘探测线，其中X、Y线为南北向布设，其余测线均为东西向布设。
东西向测线线距200米，点距50米，南北测线线距200米，点距50米，共设计线上物理点386个。
采用赤道偶极装置方法，测量方式为标量测量，即使用发送机通过接地电极A、B向地下供不同频率交变电流，在距离AB相当远的地方同时测量互相垂直的水平电场分量Ex和磁场分量Hy，从而计算卡尼亚电阻率和阻抗相位。
可控源音频大地电磁法概述
可控源音频大地电磁法介绍1.方法原理和仪器可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 卡尼亚电阻率测深曲线，因此又称可控源音频大地电磁测深法。
该法最早是由加拿大多伦多大学的D. W.Strangway教授和他的学生Myaron Goldtein于1971年提出。
针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。
从而在理论和实践两方面奠定了CSAMT法的基础。
自70年代中期起CSAMT法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT法测量的仪器和解释应用软件。
主要仪器是美国Zonge公司生产的GDP-16和GDP-32两种多功能电磁仪。
现以GDP-32为例说明仪器的技术指标：该仪器有八个接收通道，能够完成时域激发极化（TDIP）、频域激发极化（RPIP）、复电阻率（CR）、瞬变电磁法（TEM）、可控源音频大地电磁法（CSAMT）测量。
其性能指标为工作频率0.007Hz—8192Hz,工作温度-20℃--60℃，工作湿度5%--100%，时钟稳定度∠5×10¯10∕24h,输入阻抗10 Ω ∕D C ,动态范围190dB,最小检测信号电压０.03µv、相位±0.1mard（毫弧度），最大输入信号电压±３２v,自动补赏电压±２.２５v（自动），增益１／８－６５５３６（自动）。
2.方法技术80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查，勘探石油、天然气、地热、金属矿床，水文，环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法。
目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。
可控源音频大地电磁测深法是以有限长地电偶极子为场源,在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深法。
可控源音频大地电磁法在采空区勘探中的应用分析
可控源音频大地电磁法在采空区勘探中的应用分析可控源音频大地电磁法（CSAMT）是近年来所发展起来的一种新的探测技术，在采空区勘探工作中得到了非常广泛的应用。
本文对可控音源大地电磁法的工作远离进行了简单分析，并介绍了可控音源大地电磁法在矿区采空区勘探工作中的应用，通过分析，可以确定该探测方法在矿区采空区勘探工作中应用的可行性。
标签：CSAMT 采空区勘探应用1可控源大地电磁法工作原理在利用可控音频大地电磁法进行勘探时，通常是对均匀半空间电或磁偶极子在地面上的场进行研究，这主要是因为构造电磁法勘探通常实在地面上进行观测的。
众所周知，偶极天线所产生的电磁波是沿着多个方向辐射的，从波的传播途径来看，可以分为天波、地面波和底层博三种。
电磁波在空气中传播的波长为c/f（c表示光速；f表示电磁波的频率），在大地中传播的波长为[107/（fσ1）]1/2。
可以看出电磁波在大地中传播时的波长远远小于在空气中传播时的波长，这样一来，电磁波传播时的地面波s0和地层波s1在某一时刻t时，由于波程差，会在地表附近形成一个接近水平方向的波阵面，造成一个几乎是垂直向下传播的S*波，即近似的水平极化平面波。
s0波、s1波和s*波在传播的过程中，都会与地下地质结构发生作用，并将这种作用的结果反映到地面观测点中[1]。
2采空区地质条件和地球物理特征2.1地层及构造本文以某铁矿为例进行分析，工作区以及周边区域的地层根据揭露情况由老到新包括了奥陶系马家沟组、新近系与第四系。
其中奥陶系马家沟组以石灰岩为主，在矿区内夹有厚度不同的铁矿层。
新近系以粘土岩和砂页岩为主；第四系则以粘土、粘质砂土和砂质粘土为主。
根据现有的矿区地质资料来看，矿区内尚未发现断裂构造的存在。
2.2地球物理特征根据测井以及电法资料统计，矿区的主要岩层电阻率参数如表1所示。
从表1种的数据可以看出，含铁矿石层与石灰岩之间的电性存在较大的差异，铁矿石层的围岩石灰岩电阻率最高，但是在夹铁矿层时，电阻率出现了明显的下降。
第五章 音频大地电磁法(AMT)
λ
z(1− i)
引入趋肤深度 δ ， δ 表示 H oy 衰减到 1 e 时，电磁波传播的距离。 故δ =
λ 2 ρ = = 503 （米） 2π f ωµσ
(5.2.15)
趋肤深度 δ 与频率的平方根成反比，与大地介质电阻率的平方根成正比。由（5.2.15） 式不难看出，当工作频率高时，探测深度小；随着工作频率降低，探测深度也随着增 大。当在一个宽频带（如 EH-4 电导成像仪的工作频率 10Hz～100kHz）上由高频向低 频测量每个频点上的 E 和 H 时，可以计算出视电阻率和相位变化规律，据此可确定该 点一定体积范围内的地下介质结构情况。这就是大地电磁测深的基本原理。 为了讨论波阻抗与介质的关系，仍然以 H y − E x 组偏振波，或 TM 波为例。由方程 （5.2.4）知： −
（5.2.5）
～ （5.2.5） 式不难看出， 电场分量 E y 与磁场分量 H x 有关， 磁场分量 H y 由 （5.2.2） 与电场分量 E x 有关，它们均沿 Z 轴传播。在普通物理学中称这种波为线性极化波。为 了与光波的偏振对应， 又称这种波为线性偏振波。 值得注意的是， 所谓电磁波的极化， 并非指的是电场中的介质极化，而是指电磁波在传播过程中电场强度矢量随时间或频 率的变化状态。 如果电磁波在传播过程中电场强度在空间的指向不变， 只是大小变化， 那么在垂直于电磁波传播方向的平面上，电场强度矢量的末端随时间变化的轨迹是一 条直线，称此类波为线性极化波，或线性偏振波。任意线性极化波，其极化方向，总 是垂直于传播方向。若在电磁波传播的 X 方向上，有电场分量，而磁场方向与波的传 播方向垂直，则称此种极化波为 TM 波，又称 H 波；那么，在传播的 X 方向上有磁 场分量，而电场方向垂直与波的传播方向，则称此种波为 TE 波，又称 E 波。 在波区，电磁波为线性偏振波，经常将电磁场分量分成两组，一组是 Ey—Hx，以 电磁波沿 Y 方向的分量来命名。则该组波在波的传播方向上有电场 Ey 分量，故此种 波称 TE 波或 E 波；另一组 Hy—Ex，该组在波的传播方向有磁场 Hy 分量，故称此种 波为 TM 波，或 H 波。自然地，若电、磁场分量都垂直于波的传播方向，则称此种波 为 TEM 波。
可控源音频大地电磁法CSAMT介绍
上部静态效应 旳“挂面条” 异常，使中部 旳低阻异常形 态畸变。
底部旳高阻 异常，可能 是近场效应 旳成果。
甘肃花牛山金银铅锌矿
此类“直上 直下”旳 “挂面条” 异常，是静 态效应校正 做旳不好引 起旳假异常。
底部旳特高 阻异常，很 可能是“近 场效应”旳 成果，应引 入“近场效 应校正”。
采用MT旳数据处理和解释 软件处理CSAMT资料,效果 一般不佳:
CSAMT“静态效应”旳特点
CSAMT相对于MT静态效应有特点
1. 测量电极距较小，静态效应更突出； 2. 高频段供电电流较小，观察误差较大
3. 测点距较小，且一般（标量测量）与 测量电极距相同，成EMAP布极；
4. 相位观察精度可能较高。
CSAMT应该，而且能够建立和采用 与MT不同旳静态效应校正措施。
1. 静态效应校正效果往往不好
2. 不作近场效应校正，使深部 出现高阻假异常。
采用优异CSAMT软件， 对上述三个CSAMT资料 旳处理和解释成果。
本区出现 大量“直 上直下” 旳异常 （所谓 “挂面条” 异常）， 很可能是 静态效应 校正做旳 不好旳成 果。
电阻率断面及解释推断图（2023年计 算）
a＝900Ωm， f ＝1 Hz时， ＝15 km
近场校正
•当不满足“远区场”条件
（r>3 ）时，需要做“近场校
正”。 •已经建立了多种“近场校正”措
施，使观察成果能形象地反应地
近场校正例1
均匀大地
近场校正例2
低型二层大地
近场校正例3
Q型三层大地
近场校正例4
K型三层大地
近场校正例5
HK型四层大地
热烈祝贺内蒙古地矿局 物探方法技术及测试分析高级培训班