可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)教学教材
《伪随机信号电法与广域电磁法》教学大纲
伪随机信号电法与广域电磁法一、课程说明课程编号：010343Z10课程名称：伪随机信号电法与广域电磁法/ Pseudo-random signal coding electrical method and Wide field electromagnetic sounding methods课程类别：专业教育课程（专业选修课）学时/学分：32/2先修课程：电法勘探，大地电磁法，可控源音频大地电磁法，数理方程适用专业：地球物理学教材、教学参考书：[1]何继善。
广域电磁法和伪随机信号电法。
北京：高等教育出版社，2010年。
[2]何继善。
可控源音频大地电磁法。
长沙：中南工业大学出版社，1990年。
[3]何继善。
双频激电法。
北京：高等教育出版社，2006年。
[4]傅良魁。
电法勘探教程。
北京：地质出版社，1983年。
[5]朴化荣。
电磁测深法原理。
北京：地质出版社，1990年[6]米萨克N·纳比吉安. 赵经祥译。
勘查地球物理电磁法（第一卷）理论。
北京：地质出版社，1992年。
[7]A.A. Kaufman，G.V. Keller。
频率域和时间域电磁测深。
北京：地质出版社，1987年。
二、课程设置的目的意义伪随机信号与广域电磁法是为地球物理学和应用地球物理学专业设立的深化专业知识的专业选修课。
本课程介绍两种新的电法勘探方法，基于伪随机信号的广域电磁法和电法，包括方法的基本原理、仪器装备、理论计算成果和若干实例。
广域电磁法突破了风行世界的CSAMT法近似定义视电阻率而导致无法进行大深度探测的理论禁锢和技术缺陷，解决了传统人工源电磁法探测深度小、测量效率低、三维探测能力差等重大难题，实现了地质结构的大面积、大深度、高精度、高效率、多参数探测。
伪随机信号电法一次发送包含多个频率的伪随机信号，同时接收多个频率的地电信息，数十数百台接收机同时测量包含多个频率成分的地电信息，采用相干检测技术提取各频率信号信息，突破了变频方案的技术瓶颈，使频率域电磁法的野外效率大大提高，抗干扰能力强，信息量大，勘探精度高，有利于大面积快速扫面，使测量精度明显提高，为实现真正的三维电磁法勘探打下坚实基础。
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。
210978629_可控源音频大地电磁测深法在矿山地质勘探中有效性探析
地质勘探G eological prospecting可控源音频大地电磁测深法在矿山地质勘探中有效性探析王国润，叶 霈，史良乾摘要：可控源音频大地电磁测深法是利用工源频率勘查地球的一种技术手段，在勘查期间极具技术性优势，能够在最短时间内查找到矿源。
其信号强且稳定、穿透性强、深度光等特点都使得该技术手段被广泛使用。
本文基于青海省某地区的勘查工作，探究分析在矿山地质勘探中可控源音频大地电磁测深法的应用。
关键词：可控源音频大地电磁测深法；矿山勘查；地质勘查在矿山地质勘查中，各类技术层不出穷，可控源音频大地电磁测深法是勘查技术创新与勘查过程升级相结合的成果，相比较于其他方面的技术手段，可控源音频大地电磁测深法表现出良好的应用优势，在多个领域获得高成就。
所以，在矿山地质勘探之中，可控源音频大地电磁测深法表现出良好的应用价值。
1 地质与地球物理勘查1.1 勘查的目标任务在青海省某地区充分开展地质调查和收集分析前人工作资料的基础上，实施音频大地电磁测深工作，了解目标区的地下构造展布和电性分布特征，确定地热成矿有利区，并为下一步地质和钻探工作提供参考资料。
1.2 勘查工作内容根据项目设置目的，工作内容主要包括：第一，收集工作区物性与地质资料，了解构造、地层、岩性、物性等特征。
第二，收集工作区以往的地质、物探、钻探等相关资料，为成果解释提供参考。
第三，在设计的两条测线位置开展音频大地电磁测深工作。
1.3 勘查区地质与地球物理条件1.3.1 勘查区域地质条件勘查区位于青海省某地区南端降曲河谷，为高山河流峡谷地貌，地势东、南及北侧高，中部及西侧低。
地处降曲与支沟交汇处，中部地势平缓，东、南及北侧斜坡发育，坡度一般40°～60°。
河谷宽约50m～200m，两侧斜坡坡度较陡，右岸斜坡坡度约25°，左岸斜坡坡度45°～60°。
已有泉眼主要分布于漫滩上。
勘查区内构造作用强烈，褶皱、断裂发育，新构造活动亦较活跃。
可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维全区Levenberg-Marquardt反演方法
可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维全区Levenberg-Marquardt反演方法周军;袁伟;连晨龙【摘要】将Levenberg-Marquardt这一全新反演方法引入可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘探的全区数据反演,提高了CSAMT勘探的深度,避免了测深数据的浪费.Levenberg-Marquardt反演的核心是引入变阻尼的思想,在反演的过程中根据向量各个分量的收敛速度的不同,给定不同的阻尼因子,实现反演的自适应化,这样就大大增加了整个反演的收敛速度和反演精度.反演中采用改进的Bostick变换作为初始模型,减少了反演的迭代次数.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)014【总页数】6页(P129-134)【关键词】可控源音频大地电磁法(CSAMT);Levenberg-Marquardt;Bostick变换【作者】周军;袁伟;连晨龙【作者单位】成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室,成都610059;重庆一三六地质队,重庆401147;机械工业勘察设计研究院,西安710043【正文语种】中文【中图分类】P319.32可控源音频大地电磁法(CSAMT)方法在增加信号强度的同时也带来的一些特殊的问题，尤其是低频段非平面波入射引起的近区和过度带视电阻率畸变给数据处理带来比较大的困难。
传统上对此问题一般采用三种处理方法：一是舍去近区和过度带频段的数据，这造成了较大的资料浪费；二是对近区数据做近场校正，再采用MT 的方法来反演。
但现有的近场校正方法都是建立在均匀半空间基础上得到的，此方法与地下不均匀介质不相符；三是采用对视电阻率重新定义来达到不做近场校正的目的[1]，但此类方法还未投入广泛应用。
因此引入对全区视电阻率的反演才是解决问题的关键。
本文引入一种新的最优化反演来处理CSAMT数据。
1 反演理论1.1 Levenberg-Marquardt反演方法对于CSAMT数据反演，由于在每一个测深点处都有与M个频fj(j=1,2，…,M)对应的视电阻率模型参数共有M个，分别为mi(i=1,2，…,N)，对应的向量记为m，在对应的频率下M个观测数据由模型参量m确定，它们的对应关系为dp=F(m)；用d0向量表示实测数据，记为dj，用Wd表示数据协方差矩阵，其中σi为每个数据的协方差。
瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法在地下矿山水文地质调查工作中的应用
瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法在地下矿山水文地质调查工作中的应用1、技术应用背景随着国家对安全生产的高压监管，尤其地下矿山的安全生产工作显得格外重要。
地下矿山中特别一些水文地质条件复杂大水矿山的防治水工作在矿山日常安全生产工作中的重要性不言而喻。
做好防治水工作的重要前提是对矿山的水文地质条件要有深入的了解，通过过去投入钻探、地质调查和矿山生产过程中积累的地质资料等已基本掌握矿山的水文地质条件，为更好服务矿山的防治水工作，目前可以通过物探方法例如瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法对矿区范围400m深度以浅的主要含水构造异常和含水体异常，推断含水构造走向、含水体位置进行勘查。
为矿山安全生产与防治水工作提供技术依据。
2、工作区位置济南市莱芜金牛矿业开发公司金牛铁矿建矿时间为1993年，目前为年产20万吨的小型铁矿。
矿山位于济南市莱芜区城区西约6km，行政区划属莱芜区牛泉镇，工作区东距莱芜—泰安高速公路（S26）莱芜西出入口约1.5km，北侧有省道（S330）公路通过，莱芜—牛泉的简易公路穿过工作区，交通条件便利。
3、地球物理特征通常情况下，同一地层（或电性特征差异不明显的不同地层）受梯度增温和上伏地层压力影响，在反演电阻率断面图上表现为：①电阻率值沿地层倾斜方向（以下简称横向）无明显变化，等值线横向无明显弯曲（理想状态下为一条直线）②沿地层层面法线方向（以下简称纵向）电阻率等值线呈均匀梯度变化，通常随深度增加电阻率值逐渐增大。
电性特征差异明显地层间的整合接触（或平行不整合接触）会破坏纵向电性的均匀变化，其在反演电阻率断面图上通常表现为：①电阻率值横向无明显变化，等值线无明显弯曲②电阻率值纵向变化明显，等值线在地层接触面位置处呈密集层状分布。
4、工作方法4.1测地工作测量工作主要是为本次可控源音频大地电磁测量和瞬变电磁法布设工作提供精度可靠的测量成果。
利用RTK测量技术实施平面测量和高程测量。
4.1.1 技术标准《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2016）《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009-2010）4.1.2 仪器设备测地工作采用国产中海达RTK接收机1台套，仪器编号为：337。
可控源音频大地电磁测深法在双尖山矿区勘探中的应用
可控源音频大地电磁测深法在双尖山矿区勘探中的应用大地电磁测深法（Electromagnetic sounding method）是一种使用电磁信号探测地下电阻率分布的地球物理勘探方法。
可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）是大地电磁测深法的一种改进方法，其利用宽频带和可控源的特点，可以提供更高分辨率和更准确的地下信息。
双尖山矿区是位于中华人民共和国河北省保定市涞水县境内的一个矿区，以其丰富的矿产资源而闻名。
然而，由于地质结构复杂和地下情况的不确定性，传统的地质勘探方法往往难以得到准确的地下信息。
因此，CSAMT方法在双尖山矿区的勘探中具有广阔的应用前景。
CSAMT方法通过在地面上设置一对天线，其中一个天线作为发射源，产生一定频率的电磁信号，另一个天线则用于接收信号，通过测量接收到的信号的幅度和相位差，可以计算出地下电阻率分布。
CSAMT方法相比传统的大地电磁测深法具有以下优势：1. 宽频带：CSAMT方法使用宽频带的电磁信号，可以提供更广泛的频率响应范围。
这使得CSAMT方法能够探测更大范围的地下结构，并提供更详细的地下信息。
2. 可控源：CSAMT方法可以通过改变发射源的电流频率和幅度，来探测不同深度的地下结构。
这使得CSAMT方法能够在同一地点进行多次测量，从而提供更全面的地下信息。
在双尖山矿区的勘探中，CSAMT方法可以应用于以下几个方面：1. 矿产资源勘探：CSAMT方法可以提供关于地下岩石类型、含矿物质的分布和矿床形态等方面的信息。
这对于确定矿区的产状、规模和开采方式等具有重要意义。
3. 工程地质勘探：CSAMT方法可以用于探测地下构造和地质断裂带等信息，从而评估地震、滑坡和地质灾害等风险。
这对于矿区的工程建设具有重要意义。
综上所述，CSAMT方法在双尖山矿区的勘探中具有广泛的应用前景。
通过利用其宽频带和可控源的特点，可以获得更准确、更全面的地下信息，为矿区的开发和保护提供科学依据。
电法勘探方法种类及优缺点
可控源音频大地电磁法(CSAMT)编辑利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。
CSAMT采用可控制人工场源。
测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1-2km。
测量是在距离场源5—10km 以外的范畴进行．此时场源可以近似为一个平面波。
2优点编辑由于该方法的探测深度较大(通常可达2k m)，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点：第一。
使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比——卡尼亚电阻率．增强了抗干扰能力，并减少地形的影响。
第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深．提高了工作效率．一次发射可同时完成7个点的电磁测深。
第三．探测深度范围大，一般可达1~2km。
第四，横向分辨率高。
可以灵敏地发现断层。
第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。
与MT和AM T法相同，CSAMT法也受静态效应和近场效应的影响．可以通过多种静态校正方法来消除“静态效应”的影响。
3前景编辑CSAMT法一出现就展示了比较好的应用前景．尤其是作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决深层的地质问题，如在寻找隐伏金属矿、油气构造勘查、推覆体或火山岩下找煤、地热勘查和水文工程地质勘查等方面．均取得了良好的地频率测深法[频率测法]freque ncy soundi ng method是指频率在几十周/秒到几万周/秒的音频范围内，通过改变交变磁场频率的办法探测岩层电阻率随深度的变化以了解地质构造和找矿的一种人工场源电磁法。
可控源音频大地电磁法及在地质勘探中的应用重点
可控源音频大地电磁法及在地质勘探中的应用人民长江 2012 年个分量 ( Ex、Ey、Hx、Hy、Hz) 。
与大地电磁场不同，CSAMT 场源不是全方位的，所以需要两个场源。
为了完全确定阻抗张量，总共需要测量 10 个分量。
张量测量一般用于构造复杂的地区和测深点距比地质构造尺寸大很多的地区。
( 2) 矢量。
CSAMT 利用单一个场源来测量 4 个或5 个分量( Ex、Ey、Hx、Hy，有时加测 Hz) 。
矢量 CSAMT数据提供了关于地下二维或三维构造的信息，但比张量测量的信息少。
矢量 CSAMT 在各向异性不强的地区确定复杂地质构造较为有效。
( 3) 标量。
最简单，也是目前所有商业仪器及野外采用的 CSAMT 形式，亦可称为可控源音频大地电流法( CSAET) 。
它系统地测量电场，只在个别点测量磁场，从而把电场的测量值转换为近似的卡尼亚电阻率。
勘探深度影响到 CSAMT 设计中的每一个参数，如观测频率、发收距等。
CSAMT 的勘探深度与大地电阻率和信号频率有关，可按 Bostick 深度公式计算。
CSAMT 的实际勘探深度为 10 ～ 3 000 m。
3 数据处理与资料解释数据处理主要包括数据编辑、曲线圆滑、主轴判别、静态效应及地形效应校正等。
室内数据处理的过程包括: ① 对数据进行编辑处理，对照野外记录观察原始曲线形态，判断并剔除飞点、跳点，圆滑曲线，压制噪声，在此基础上给出原始电阻率断面图; ② 结合地形、地质资料评估静态、地形的影响程度，并对初步处理后的数据进行静态校正，进而反演计算。
针对工作环境和地质条件复杂且地表电性不均匀的实际情况，综合分析地下介质电导率，同时采用五点二次滤波去噪、曲线平移和设置汉宁窗滤波法进行静态校正，将三者结合取得较好的校正效果，可真实地反映地下的地质情况。
4 工程应用实例广西桂中治旱乐滩水库引水灌区工程是以乐滩水库水源为主的大型引水工程。
引水工程位于桂西山地与桂中盆地过渡地带，干渠工程主要经过的地层有泥盆系、石盆系、二迭系、三迭系及第四系地层。
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• 相位积分法；
• 使用独立的、无静态效应的测量结果进 行辅助校正
可控源音频大地电磁测深资料正 、反演
• 实际中多应用MT一维、二维或三维正反 演方法进行反演。
汇报内容
• 野外施工方法 • 理论模拟 • 资料处理 • 实例 • 资料归档
Application in XX city
CSAMT法的显著特点是工作效率高。人工场 源克服了天然场源信号弱的不足，因而信噪比高。 如果野外测点密集，按排列接收，一个小时左右 便可完成一套频率的测量，一台仪器一天便可完 成几个乃至十几个排列的观测。敷设一次供电线 路，能观测一块相当大的测区，生产效率高。
电磁法勘探技术
特点： 最高功率：200kw（传统: 30） 电流：100-150A（传统:30） 频率范围：9600-0.0078Hz （传统： 8192-0.125） 频点数：82（传统:14） 信噪比增加 勘探深度加大 分辨率提高
汇报内容
• 野外施工方法 • 理论模拟 • 资料处理 • 实例 • 资料归档
理论模拟计算
10000
RHO(omm) after correct
RHO(omm) pre-correct Ex
1000
100
100
10
10
1
10000 1000
100
10
1
fre q .(h z)
(a)
1
0.1
0.01
10000 1000
100
10
1
fre q .(h z)
(b)
10 1
0.1 0.01 0.001
Hy
1000 100 10 1 0.1 0.01
0.001
10000 1000
100
10
1
000
10
1
fre q .(h z)
fre q .(h z)
(c)
(d)
CURRENT ELECTRODE AB = 2000.0M,
– 由时间域信号转换为频率域信号。 – 张量阻抗的性质及计算。 – 场源效应、静态效应等的消除和校正。 – 绘制成果图件。 – 一维、二维正反演计算。
可控源音频大地电磁测深资料预 处理
• 预处理包括检查数据的误差及噪声。为 此要利用所有测得的电场（E）和磁场（ H）分量的振幅和相位，计算视电阻率和 相位差。
阴影效应。
• 对场源效应所作的改正统称为场源效应校正。
场源效应校正
• 非平面波效应的校正 • 场源附加效应及校正 • 场源阴影效应及校正
– 参考书目 – 何继善等编 可控源声频大地电磁法
中南工大出版社 1990
可控源声频大地电磁测深资料静
态位移校正
• 产生机理：一般认为，当地表存在局部 导电性不均匀体时，电流流过不均匀体 ，并在其表面上形成积累电荷，进而产 生一个与外电流场成正比的附加电场， 使得实测的各个频率的视电阻率值相对 于无局部不均匀体时有一个常系数的变 化。从而使绘于双对数坐标系中的电磁 测深视电阻率曲线，沿视电阻率轴发生 上下平移。
可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT)
可控源音频大地电磁法(CSAMT)，采用人 工场源供电，其频率范围为0.25～8192Hz。由 于CSAMT法所观测电磁场的频率范围、场强和 方向可由人工控制，其观测方式又与MT方法相 同，所以称为“可控源音频大地电磁法”。
Controlled Source Audio Magneto Telluric (CSAMT)
A
B
Transmitting
Source
Offset
Hy
Ex
Hy Ex
R x Receiving
Station High signal-to-noise ratio and high precision within 3000m depth.
电磁法勘探技术
CSAMT装置由发射(Tx)和接收（Rx）两部分组成， 人工场源有电性源和磁性源两种，目前最常用的为 电性源，沿一定方向布置接地导线AB，长度一般为 1-3km，向地下供入频率为f的交变电流，形成交变 电磁场。一般在AB一侧或两侧60度张角的扇形区域 内，平行AB布置测线，在每一个测点进行观测时， 逐次改变供电频率，观测沿测线方向相应频率的电 场分量Ex和与之正交的磁场分量Hy，便可计算出随 频率变化的视电阻率和阻抗相位，达到频率测深的 目的：
可控源音频大地电磁测深资料场 源校正
• 由于人工场源的存在致使CSAMT资料与天然场 源的AMT相比具有很多不同特征，究其原因主 要是场源效应。一般来说有三类场源效应：
– 由于测点靠近场源而产生的非平面波效应。 – 由于场源下的地质情况而产生的场源附加效应（或
叫混叠效应）。 – 场源与测点之间地质体的影响被投射开来，产生的
• 野外施工方法 • 理论模拟 • 资料处理 • 实例 • 资料归档
资料处理
• CSAMT资料处理主要是消除各种效应、绘制视 电阻率和相位曲线或拟断面图，对CSAMT资料 进行正反演计算获得深度域的电阻率断面等。
• 资料处理包括以下几个步骤：
– 预处理（其中包括观测数据的解编、信号的回放检 查、仪器系统的标定等）。
• 产生的影响：静态位移会使测深曲线的 定量解释结果，无论电阻率还是层厚度 都会产生误差；而在对视电阻率拟断面 图作定性解释时，会使粗心的解释者误 将静态位移推断为陡立的深大断裂或垂 向大延伸的异常体。因此，对静态位移 作校正，消除或减小其影响，是CSAMT资 料处理的一项不可缺少的重要任务
• 校正方法：静态位移不可避免，我们必 须对那些与水平电场E有关的测量值进行 校正。基本方法有三个：
suburb
Apparent resistivty(ohm.m) Apparent resistivty(ohm.m)
Data quality
100.0
line:1 site:78
10.0
100.0 10.0
line:1 site:37
1.0
1000.00
100.00
CURRENT I = 1.0A
MESASURE DIPOLE ABSCISSA X= 0.0M,
ORDINATE Y= 1000 2000 4000 8000 16000M .
LAYERS NUMBER : 1 LAYERS RESISTIVITY(o-M)
1
10.0
0.1
0.01
0.1
0.01
汇报内容