大地电磁测深法

大地电磁法

研究专家

单位姓名

中南大学柳建新

中国地质大学(武汉) 胡祥云

成都理工大学王绪本

技术原理

大地电磁法（Magnetotelluric mehtod, MT) 是利用天然电磁场作场源，是在地面布设仪器测量5个分量的电磁场（3各相互垂直的磁场分量Hx, Hy and Hz 和2个相互垂直的水平分量Ex, Ey）（图1）.

图1 野外观测装置示意图（包括3个磁场分量，2个电场分量）

大地电磁数据处理

对观测记录的5个分量的原始时间序列（time series)数据，通过频谱(spectre)分析，获得各个场分量的频谱，然后计算它们各自的和相互之间的自功率谱和互功率谱(auto, cross- spectrum )，进而计算反映地下构造的张量阻抗(tensor impedance)，以及视电阻率(apparent resistivity)、阻抗相位(impedance phase)等其他参数（图2）。

图2 数据处理流程示意图

图3 是得到的视电阻率和阻抗相位图 0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000

0.1

1.0

10.0

100.01000.010000.0

100000.0

l o g 10(a p p .r e s i s t i v i t y /O h m m )0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000

log10(period/sec)0

30

6090p h a s e (d e g )xy

yx

图3视电阻率（上图）和阻抗相位（下图）， 横坐标是数据的周期

大地电磁数据反演

对视电阻率和阻抗相位等参数进行反演(inversion)解释得到地下的构造认识。对于资料的反演，目前较成熟的是二维反演方法(2-D inversion)。现世界上可用的先进的二维反演方法有几种，每种方法都有自己的优势，可以选择或对比使用。图4是对观测资料（视电阻率、相位等）进行反演过程示意图

反演得到的是沿每个测量剖面的地下的二维电性结构（电阻率或电导率），基于电性结构，进行地质解释。

一些先进数据处理和解释技术的应用

当前，为了提高观测资料的质量，即克服其他干扰因素的影响，一般采用远参考道(remote reference MT)测量法，并结合先进的对数据进行处理的robust技术，得到资料误差尽量小的视点阻率、阻抗相位以及其他资料，以保证反演解释结果的可靠性。

远参考道方法是，在观测目标区之外的其他地方（一般选择构造相对简单、干扰相对较小的地方），架设另一套完整大地电磁测量仪器（测量5个分量），把这个站称为远基准站（remote station).利用远基准站观测的资料和观测目标区的仪器测量的资料联合进行处理，得到目标观测区的张量阻抗、视电阻率和阻抗相位等参数，达到压制其他干扰影响的目的。

为了克服进地表往往存在的小的三维异常体对资料产生的畸变(distortion)影响，可以采用小点距的的测量方法，或者采用各个相邻测点的测量电场的电极相互连接（称为电磁阵列剖面 EMAP electromagnetic array profile)技术进行测量。

图4 对观测资料（视电阻率、相位等）进行反演过程示意图

AMT音频大地电磁法实验报告

本科生实习报告 实习类型生产实习 题目AMT生产实习 学院名称地球物理学院 专业名称勘查技术与工程 学生姓名ZRY 学生学号 指导教师 实习地点东苑及5417 实习成绩 二〇一二年十一月二〇一二年十一月

目录 AMT音频大地电磁法 摘要 学会使用V8仪器以及野外音频大地电磁法测量的基本原理和方法，从而进行数据资料的采集；此外也需要学会使用SSMT2000软件对所采集的电磁信号进行处理，最终通过一系列的计算得到最终的成果，这是要求学会AMT数据资料的处理与解释。 关键字：V8；SMT；SSMT2000 第1章AMT数据资料的采集 1.1数据采集仪器 V8主机，AMTC-30磁棒，不极化电极，GPS，电线及屏蔽电缆，CF卡以及读卡器，蓄电池等，参数设计工具软件TBLEDIT.exe，台式机或笔记本电脑。 其中V8多功能电法仪具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能；具备频率域的MT（大地电磁法）AMT（音频大地电磁法）CSAMT（可控源音频大地电磁法）SIP（频谱激电）勘探测量功能. 1.2实习内容 1.学习使用V8仪器，会熟练操作V8仪器； 2.学会AMT数据资料采集的野外布线方式； 3.掌握音频大地电磁法的基本原理以及操作方式。

1.3V8布线方式 1.3.1“十”字布极法 图 1“十”字布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.2“L”型布极法 图 2 “L”型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。

1.3.3“T”字型布极法 图 3 “T”字型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.4 RXU-3ER连接方法 图 44 RXU-3ER连接方法 工作特点：AMT/MT单点测深；张量观测：2电道观测；也有三种布极方法；只测量两个电道与V8主机共用磁道；提高工作效率 本次实习采用的是“十”字布极法。

大地电磁测深法作业指导书

大地电磁测深法作业指导书 大地电磁测深法是指可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和音频大地电磁测深(AMT)。 1.目的 为了规范和提高大地电磁测深法的勘查工作及其质量，提出该项目的设计、勘查、资料整理和报告编写等方面的要求。 2.适用范围 本作业指导书主要针对地热勘查工作中的适用于大地电磁测深法，其他地质勘查中的大地电磁测深法应遵照相应的规范要求执行。 3.总则 地热勘查工作中的大地电磁测深法工作，必需按本作业指导书和相应的规范要求执行。 设计编写 1.实施步骤 1.1 设计书编写的准备工作(综合研究) 1.1.1 项目实施单位根据有关部门下达的《任务书》，认真研究项目的目标任务，落实设计编写的具体方案，系统收集，分析与任务有关的资料。充分收集测区内所有前人工作成果

资料(包括地质、矿产、物探、化探和遥感图像资料及各种科研成果)，详细研究各种资料的可信度和存在问题，了解测区地质构造轮廓及地层、火成岩分布等性质。同时，应注意收集环境地质、水文地质、灾害地质、管道设施及输变电网布局等资料。作到充分利用以往资料，不作重复工作，分析在以往工作成果基础上获得新成果的可能性和新成果的价值，分析方法的有效性，充分利用先进适用的方法技术，获得最大的地质找矿效果。 1.1.2必要时，应在设计前进行现场踏勘和方法有效性试验，其主要内容为： a.实地考察测区地形、地貌、交通及生活条件 b.核对已收集的地质、物化探及测绘资料 c.测定电性参数，并分析它们于勘

查对象的相关性 d.在某些典型地段进行方法有效性试验 1.1.3落实编写部门和任务。编写部门用两天时间起草编写的具体方案，报有关专业地质调查部门审核，经批准后着手设计前的准备工作。 1.2技术设计 1.2.1 CSAMT 装置 AB 接地长导线为发射源，在ｒ＞3δ(趋肤深度)的扇形范围内布置测网，通过在接收点同时测量电场和磁场两个互相垂直的水平分量的振幅和相位，计算阻抗视电阻率P E/H 和相位差φ E-H 。装置图如下： A B O ≥3δHy Ex 1.2.2 CSAMT 装置的技术要求 1.2.2.1利用场强单分量视电阻率时，装置必须满足偶极子条件，而利用单一的比值视电阻率时可放宽。 1.2.2.2确定ｒ距(发射源到测量点的距离)的原则是确保勘

我国大地电磁测深新进展及瞻望

第17卷　第2期 地　球　物　理　学　进　展 V ol.17　N o.2 2002年6月(245～254) PROG RESS　I N　GE OPHY SICS June　2002我国大地电磁测深新进展及瞻望 魏文博 (中国地质大学,北京100083) [摘　要]　简要回顾了上世纪60—80年代,我国大地电磁测深工作的起步和发展,较全面地介绍了90年代以来的新进展,并瞻望了新世纪的发展方向. [关键词]　大地电磁测深仪器;数据采集;数据处理和反演;应用;新进展 [中图分类号]　P631 [文献标识码]　A [文章编号]　1004229032(2002)022******* 0　引　言 电法勘探是勘探地球物理学的重要分支.如果从1815年P.F ox在硫化矿体上观测到自然电场[1]算起,电法勘探已有近200年历史;但真正得到发展,则不到100年时间.20世纪初,世界各国的工业迅速发展,矿产原料需求量急剧增加,迫切需要先进的勘查技术;因而,促使电法勘探从科学研究进入实用阶段,并得以迅速发展.显然,电法勘探的发展是和工业生产水平、社会经济状况,以及科学技术进步密切相关的.发展到今天,电法勘探在勘探地球物理学各分支中,方法技术最多、应用面最广,其应用领域遍及固体矿产、油气和水资源勘查,工程勘查,环境监测,及地学基础理论研究等各方面.在所有的电法勘探方法中,发展最快的是大地电磁测深. 大地电磁测深是20世纪50年代初由A.N.T ikhonov[2]和L.Cagnird[3]分别提出的天然电磁场方法.60年代以前,由于技术难度大,该方法的研究进展缓慢;但它具有探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对低阻层反应灵敏等吸引人的优点,因而对该方法的研究始终为人们所关注.70年代以来,由于张量阻抗分析方法的提出,方法理论研究出现突破性进展,并随着电子、计算机、信号处理技术突飞猛进的发展,大地电磁测深无论在仪器研制,或是数据采集、处理技术与反演、解释方法等方面的研究,都融合了当代先进的科学理论和高新技术,这使大地电磁测深有了长足的进步,因此成为电法勘探众多方法技术中最成熟的方法. 近年来,大地电磁测深方法不断得到完善,应用效果明显改善,成绩斐然,引人瞩目.在这新世纪开端,我们回顾它在我国的发展历程,总结近些年取得的进展,瞻望新世纪未来的方向,这将有益于大地电磁测深在我国的进一步推广应用,取得更辉煌的成就. 1　回　顾 我国的大地电磁测深工作始于20世纪60年代初期.至今,经历了60年代的引进、探索时期,70—80年代的研究、试验时期和90年代的迅速发展、推广应用时期. 20世纪60年代初期,在顾功叙院士的大力倡导下,原中国科学院兰州地球物理研究所 [收稿日期]　2001212226;　[修回日期]　2002203225. [基金来源]　中国科学院资源与环境重大项目(K29512A12401). [作者简介]　魏文博,男,1945年9月生,福建泉州人,1969年毕业于原北京地质学院地球物理勘探系,现任中国地质大学(北京)教授、博士生导师,主要从事电法勘探、海洋电磁探测及大陆动力学研究.

可控源音频大地电磁测深(CSAMT)作业指导书

目录 章节号内容页码 1. 立项作业指导书 (2) 2. 设计编写作业指导书 (4) 3. 野外作业指导书 (11) 4. 资料整理作业指导书 (16) 5. 资料野外验收作业指导书 (20) 6. 成果报告编写作业指导书 (23) 7. 成果报告评审作业指导书 (26)

立项作业指导书 1.目的 立项是可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)工作质量的起点，其质量将直接影响成果质量和找矿效果。本规范对可控源音频大地电磁测深法立项工作所必须遵循的规则作了具体规定，以提高立项质量。 2.适用范围 本规范适用于申请上级主管部门、社会企事业单位委托承包、招标承包的可控源音频大地电磁测深法的前期立项工作。 3.总则 可控源音频大地电磁测深法立项工作必须严格执行本规定及 DZ/T地球物理勘查名词术语 GB/T14499-93地球物理勘查技术符号 GB/T0069-93地球物理勘查图式图例及用色标准 4.实施步骤 4.1 综合研究 在确定任务时，应结合具体情况系统地收集和细致地研究目标区内前人工作成果资料(含以往地质、物探、化探、遥感等资料)，作到充分利用已有资料，不作重复工作，分析在以往工作成果基础上获得新成果的可能性和新成果的价值，研究开展可控源音频大地电磁测深法的地球物理前提及方法的有效性。 4.2 项目规划 4.2.1可控源音频大地电磁测深法(以下简称CSAMT)是利用人工源建立谐变电磁场，在固定发收距r的情况下人为的改变电磁场的频率f，以达到探测地下不同深度地层构造的目的。该方法的主要特点是能穿透高阻容屏蔽层，探测深度大，分辨率高。可用于金属矿勘探、油气田勘探、深部地层构造勘探和解决水文工程地质等问题。 4.2.2 CSAMT应用条件 4.2.2.1勘查对象与周围地质体之间存在较明显的电阻率差异。 4.2.2.2勘查对象产生的电性异常能从干扰背景中分辨出来。

可控源音频大地电磁法介绍

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∠5×10ˉ10∕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。需要考虑的装置是： 测点距：２０－１００米 供电电极距：（AB）：１０００－３０００米 接收电极距（MN）：２０－１００米 可测扇区的夹角（?）≤１５° 我们可以用图1来说明最常用的一种赤道偶极装置进行标 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

可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘查设计

可控源音频大地电磁法（CSAMT）勘查方案 设计单位： 二〇〇八年四月

第一章前言 1.1 项目概况 目标任务是：查明区地层、及构造的分布情况……………………… 1.2位置与交通 1.3自然地理及经济地理概况 1.4以往开展的类似工作 第二章工作区域地质及构造情况 第三章工作方法 3.1测网布设 3.2 工作方法及技术要求 本次物探工作投入可控源音频大地电磁法执行以下有关规、规程： 1) 《可控源声频大地电磁法勘探技术规程》（SY/T 5772 – 2002） 2) 《物化探工程测量规》（DZ/T0153-1995） 3) 《地球物理勘查图式图例及用色标准》（DZ/T0069 –1993） （1）工作中采用的仪器为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法采集系统。 根据工作区要求的勘查深度大、附近人文干扰大等实际情况，采用抗干扰能力强的可控源音频大地电磁法（CSAMT法）进行勘查，CSAMT法测量方式采用标量。收发距暂定为3km，具体将按试验结果定。了解300m深度围岩体、构造分布情况。 （2)数据处理采用V8多功能采集系统配套反演软件。 了解矿区异常响应特征，包括异常强度、形态、围、时间特性、频率特性、地质噪声及信噪比等，查明外来电磁噪声电平及干扰特征，检查设计工作精度工作装置等是否合理工方法是否有效等，并依据方法试验结果确认，确定最佳的装置和测量参数。 3.3 质量要求和评价

3.4 可控源音频大地电磁法（CSAMT）精度及质量要求 1）本次CSAMT测量的质量评价将通过计算检查点与原始测量卡尼亚电阻率的均方相对误差Mr来衡量。其计算公式如下： Mr＜±5%为合格。 2）质量检查：总工作量的5%。 3）CSAMT工作精度 综合CSAMT测地工作精度要求，CSAMT精度用电磁法测地精度表中B级精度。 3.5 仪器型号及主要技术指标 3.5.1本项目拟使用以下几种物探仪器：V8多功能接收机、TXU-30多功能发射机、30KW发电机 3.5.2各仪器主要技术指标如下： 1）V8多功能接收机主要技术指标 V8是加拿大凤凰公司自1975年以来研制开发的第八代多功能电法系统，在非常成熟的系统2000和V5,V6A的基础上，V8更趋向于尽善尽美，包括轻便坚固的采集系统和GPS同步系统以及触摸式防水ASCII键盘和彩色的背光屏幕，让操作员可以轻松地对数据质量进行监控处理。 V8有三个电道和三个磁道，磁道可以连接MTC-50,AMTC-30磁探头或TDEM 线圈。V8可以单机工作;也可以和多个其他系统单元如V8或RXU-3ER（3个电道采集站）组成多测站多道无线局域网络采集系统。 所有地记录单元及场源发射均通过GPS信号保持精确同步,在GPS信号不好的地方,系统晶振时钟会自动启动同步. （1）其技术特点为： ●先进地模块化设计●灵活，配置可选择●重量轻，便携 式 ●工作温度：-20℃到+50℃●网络化，站与站或和发射机之间无连 线 ●场源和接收网络均通过GPS同步●不受地域限制高精度同步叠加，扫 频 ●可控源功能，用户可添加测量频点提高测量分辨率

可控源音频大地电磁测深CSAMT成果报告编写作业指导书

可控源音频大地电磁测深CSAMT成果报告编写作业指导书1．目的 本规程对CSAMT成果报告编写所必须遵循的规则作了基本的规定，以保证报告的质量。 2．适用范围 本规范适用于CSAMT成果报告的编写工作。 3．总则 CSAMT成果报告编写必须严格执行本规定。 4．实施步骤 4.1分队在通过野外验收后一个月内拟定报告编写提纲报院物化探部审批。 4.2报告编写提纲已经审批，分队立即组织人员落实编写任务，报告编写时间规定为5个月。 4.3成果报告编写要求 4.3.1成果报告应实事求是，内容全面，突出，立论有据，文字简练，逻辑严密，所用名词、术语、符号、格式等必须统一。

4.3.2报告的附图，附件，附表应目的明确，配置得当，文字说明简练。 4.4成果报告的内容 4.4.1成果报告的正文应包括： a.承担地质任务及完成情况 b.测区地质、地球物理概况 c.野外工作方法与技术要求 d.资料的处理解释 e.地质推断 f.结论与建议 4.4.2成果报告附图包括： a.交通位置图 b.实际材料图 c.曲线类型图 d.电性参数剖面等值线图 e.频率测深工作成果图 f.电性－地质剖面图

d.其他图件 4.4.3成果报告附件包括： a.岩石电性资料说明 b.正反演解释方法论述 c.静态位移校正方法说明 d.正反演解释结果数据表及软盘 e.资料质量统计表 f.其它 4.5报告编写其间，分队要不定期开展讨论会，以便了解进展情况，处理有关问题。对各章节，分队技术负责必须认真审阅修改，以达到各方面的统一，必要时责成编写人修改，补充。 4.6经技术负责统稿后的初稿，报送院有关部门初审，初审通过的报告复制(一式八份)，同时向项目主管单位提交评审申请书。 4.7评审所需资料有：野外验收意见书和补充工作的报告，项目合同书，设计书，设计审查意见书，文字报告及附

带地形的可控源音频大地电磁法二维正演

一第３８卷第１期物一探一与一化一探Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１一一２０１４年２月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＦｅｂ．，２０１４一 ＤＯＩ：１０．１１７２０／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８９１８．２０１４．１．２８ 带地形的可控源音频大地电磁法二维正演 张斌１，谭捍东２ （１．有色金属矿产地质调查中心，北京一１０００１２；２．中国地质大学地球物理与信息技术学院，北京一１０００８３） 摘要：利用二次场算法研究了可控源音频大地电磁法二维正演问题三采用有限单元法进行正演模拟，将矩阵压缩存储和共轭梯度解方程方法应用到正演算法中，加快了正演算法的速度，并且将地形因素考虑到正演算法中三通过不同的模型验算，检验了算法的精度三 关键词：可控源音频大地电磁法；２．５维正演；地形因素；有限元单元法 中图分类号：Ｐ６３１一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０１－０１５１－０６ 一一可控源音频大地电磁法因其勘探深度大二抗干扰能力强二采集效率高而被广泛应用于地质勘探中，仪器的功能和测量精度日臻完善三但是由于人工场源的引入，其处理技术却远不如大地电磁方法那么成熟三目前多采用二维大地电磁反演程序处理可控源数据，但可控源数据中包含了场源的影响，近区场和过渡区场二阴影效应等因素会影响处理结果的解释，所以有必要研究场源对数据的影响三另外，通过时频转换，可将频率域电磁法的结果变换到时间域，为时间域电磁法正演奠定基础三因此研究可控源音频大地电磁法正演有一定的实际应用价值三 相关领域国内外学者作了许多工作，Ｓｔｏｙｅｒ和Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ［２０］通过有限元方法计算了磁偶极子频率域的电磁响应；Ｕｎｓｗｏｒｔｈ［１５］计算了电偶极子频率域的响应；Ｓｕｇｅｎｇ和Ｍｉｔｓｕｈａｔａ先后应用等参单元研究了带地形的电磁场模拟三国内罗延钟［７］和底青云［２］研究了ＣＳＡＭＴ有限元正演算法；雷达［４］研究了带地形的正反演算法；沈金松［６］研究了海底可控源的电磁响应三阎述［１０］二陈小斌［１１］二王若［１２］二张继峰［１３］二柳建新［１４］等分别研究了线源大地电磁法正演模拟三 此次研究考虑从三维场源二维模型入手，一方面比线源模拟更加符合实际情况，另一方面比三维算法计算速度更快三现有的研究中常通过总场算法来处理地形问题，而二次场算法中因涉及到一次场的求取，很少考虑地形因素三为了减小场源对计算精度的影响，在二次场算法中使用 拟均匀半空间 方法将地形因素加入到二次场算法中，提高方法的收稿日期：２０１２－１０－３０适用性和精度三同时分析算法的特点，以提高正演模拟计算速度三 １一可控源音频大地电磁法正演 １．１一电磁场方程 二维正演计算中所用到的模型和网格如图１所示，ｙ为走向方向，电阻率值沿走向方向不变，仅在ｘｚ平面内变化 三 图１一正演剖分网格 参考Ｎａｂｉｇｈｉａｎ等人的研究成果［１９］，假设时间因子为ｅｉωｔ，并且忽略位移电流的影响，二次场满足的麦克斯韦方程组描述为［１９］ ??Ｅｓ＝－ｉωμＨｓ， ??Ｈｓ＝σＥｓ＋σａＥｐ， }（１） 其中，μ为自由空间磁导率；σ二σ０分别为模型及背景的电导率，σａ＝σ－σ０为异常电导率；Ｅｓ二Ｈｓ分别为电场二磁场的二次场值，Ｅｐ为根据背景场计算的电场值三该方法相对总场模拟方法精度高，并且适用于不同场源的数值模拟三以下使用均匀半空间来

地球物理仪器之大地电磁测深法

题目：大地电磁勘测法 学号： 201220120109 姓名：李星星 班级： 1221201 专业：测控技术与仪器 课程名称：地球物理仪器 课程老师：徐哈宁 二零一五年十二月

目录 1引言............................................................. 1.1定性近似反演法 ............................................... 1.1.1博斯蒂克反演法.......................................... 1.1.2曲线对比法.............................................. 1.1.3拟地震解释方法.......................................... 1.2马奎特反演法................................................. 1.2.1广义反演法.............................................. 1.2.2奥克姆反演法............................................ 1.2.3快速松弛反演法.......................................... 1.2.4共轭梯度反演法.......................................... 1.2.5拟线性近似反演法......................................... 1.2.6聚焦反演法.............................................. 2.1全局搜索最优反演方法.......................................... 2.1.1二次函数逼近反演法....................................... 2.1.2多尺度反演法............................................ 2.1.3模拟退火反演法.......................................... 2.1.4量子路径积分反演算法..................................... 2.1.5遗传算法反演法.......................................... 2.1.6人工神经网络反演法....................................... 2.1.7贝叶斯统计反演.......................................... 2.1.8粒子群优化反演.......................................... 3大地电磁反演方法存在的问题.......................................... 4大地电磁反演技术发展方向............................................ 4.1复杂地电结构条件下电磁理论研究 ................................. 4.2提高反演方法速度的研究 ........................................ 4.3非线性反演理论研究............................................ 4.1混合反演方法的研究............................................ 4.2与其它资料的联合反演研究....................................... 5 学习总结 ........................................................

可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘查设计说明

可控源音频电磁法（CSAMT）勘查方案 设计单位： 二〇〇八年四月

第一章前言 1.1 项目概况 目标任务是：查明区地层、及构造的分布情况……………………… 1.2位置与交通 1.3自然地理及经济地理概况 1.4以往开展的类似工作 第二章工作区域地质及构造情况 第三章工作方法 3.1测网布设 3.2 工作方法及技术要求 本次物探工作投入可控源音频电磁法执行以下有关规、规程： 1) 《可控源声频电磁法勘探技术规程》（SY/T 5772 – 2002） 2) 《物化探工程测量规》（DZ/T0153-1995） 3) 《地球物理勘查图式图例及用色标准》（DZ/T0069 –1993） （1）工作中采用的仪器为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法采集系统。 根据工作区要求的勘查深度大、附近人文干扰大等实际情况，采用抗干扰能力强的可控源音频电磁法（CSAMT法）进行勘查，CSAMT法测量方式采用标量。收发距暂定为3km，具体将按试验结果定。了解300m深度围岩体、构造分布情况。 （2)数据处理采用V8多功能采集系统配套反演软件。 了解矿区异常响应特征，包括异常强度、形态、围、时间特性、频率特性、地质噪声及信噪比等，查明外来电磁噪声电平及干扰特征，检查设计工作精度工作装置等是否合理工方法是否有效等，并依据方法试验结果确认，确定最佳的装置和测量参数。 3.3 质量要求和评价

3.4 可控源音频电磁法（CSAMT）精度及质量要求 1）本次CSAMT测量的质量评价将通过计算检查点与原始测量卡尼亚电阻率的均方相对误差Mr来衡量。其计算公式如下： Mr＜±5%为合格。 2）质量检查：总工作量的5%。 3）CSAMT工作精度 综合CSAMT测地工作精度要求，CSAMT精度用电磁法测地精度表中B级精度。 3.5 仪器型号及主要技术指标 3.5.1本项目拟使用以下几种物探仪器：V8多功能接收机、TXU-30多功能发射机、30KW发电机 3.5.2各仪器主要技术指标如下： 1）V8多功能接收机主要技术指标 V8是加拿大凤凰公司自1975年以来研制开发的第八代多功能电法系统，在非常成熟的系统2000和V5,V6A的基础上，V8更趋向于尽善尽美，包括轻便坚固的采集系统和GPS同步系统以及触摸式防水ASCII键盘和彩色的背光屏幕，让操作员可以轻松地对数据质量进行监控处理。 V8有三个电道和三个磁道，磁道可以连接MTC-50,AMTC-30磁探头或TDEM 线圈。V8可以单机工作;也可以和多个其他系统单元如V8或RXU-3ER（3个电道采集站）组成多测站多道无线局域网络采集系统。 所有地记录单元及场源发射均通过GPS信号保持精确同步,在GPS信号不好的地方,系统晶振时钟会自动启动同步. （1）其技术特点为： ●先进地模块化设计●灵活，配置可选择●重量轻，便携 式 ●工作温度：-20℃到+50℃●网络化，站与站或和发射机之间无连 线 ●场源和接收网络均通过GPS同步●不受地域限制高精度同步叠加，扫 频 ●可控源功能，用户可添加测量频点提高测量分辨率

可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘查设计

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第一章前言 1.1 项目概况 目标任务是：查明区地层、及构造的分布情况……………………… 1.2位置与交通 1.3自然地理及经济地理概况 1.4以往开展的类似工作 第二章工作区域地质及构造情况 第三章工作方法 3.1测网布设 3.2 工作方法及技术要求 本次物探工作投入可控源音频电磁法执行以下有关规、规程： 1) 《可控源声频电磁法勘探技术规程》（SY/T 5772 – 2002） 2) 《物化探工程测量规》（DZ/T0153-1995） 3) 《地球物理勘查图式图例及用色标准》（DZ/T0069 –1993） （1）工作中采用的仪器为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法采集系统。 根据工作区要求的勘查深度大、附近人文干扰大等实际情况，采用抗干扰能力强的可控源音频电磁法（CSAMT法）进行勘查，CSAMT法测量方式采用标量。收发距暂定为3km，具体将按试验结果定。了解300m深度围岩体、构造分布情况。 （2)数据处理采用V8多功能采集系统配套反演软件。 了解矿区异常响应特征，包括异常强度、形态、围、时间特性、频率特性、地质噪声及信噪比等，查明外来电磁噪声电平及干扰特征，检查设计工作精度工作装置等是否合理工方法是否有效等，并依据方法试验结果确认，确定最佳的装置和测量参数。 3.3 质量要求和评价

3.4 可控源音频电磁法（CSAMT）精度及质量要求 1）本次CSAMT测量的质量评价将通过计算检查点与原始测量卡尼亚电阻率的均方相对误差Mr来衡量。其计算公式如下： Mr＜±5%为合格。 2）质量检查：总工作量的5%。 3）CSAMT工作精度 综合CSAMT测地工作精度要求，CSAMT精度用电磁法测地精度表中B级精度。 3.5 仪器型号及主要技术指标 3.5.1本项目拟使用以下几种物探仪器：V8多功能接收机、TXU-30多功能发射机、30KW发电机 3.5.2各仪器主要技术指标如下： 1）V8多功能接收机主要技术指标 V8是加拿大凤凰公司自1975年以来研制开发的第八代多功能电法系统，在非常成熟的系统2000和V5,V6A的基础上，V8更趋向于尽善尽美，包括轻便坚固的采集系统和GPS同步系统以及触摸式防水ASCII键盘和彩色的背光屏幕，让操作员可以轻松地对数据质量进行监控处理。 V8有三个电道和三个磁道，磁道可以连接MTC-50,AMTC-30磁探头或TDEM 线圈。V8可以单机工作;也可以和多个其他系统单元如V8或RXU-3ER（3个电道采集站）组成多测站多道无线局域网络采集系统。 所有地记录单元及场源发射均通过GPS信号保持精确同步,在GPS信号不好的地方,系统晶振时钟会自动启动同步. （1）其技术特点为： ●先进地模块化设计●灵活，配置可选择●重量轻，便携 式 ●工作温度：-20℃到+50℃●网络化，站与站或和发射机之间无连 线 ●场源和接收网络均通过GPS同步●不受地域限制高精度同步叠加，扫 频 ●可控源功能，用户可添加测量频点提高测量分辨率

大地电磁测深法

大地电磁法 研究专家 单位姓名 中南大学柳建新 中国地质大学(武汉) 胡祥云 成都理工大学王绪本 技术原理 大地电磁法（Magnetotelluric mehtod, MT) 是利用天然电磁场作场源，是在地面布设仪器测量5个分量的电磁场（3各相互垂直的磁场分量Hx, Hy and Hz 和2个相互垂直的水平分量Ex, Ey）（图1）. 图1 野外观测装置示意图（包括3个磁场分量，2个电场分量） 大地电磁数据处理 对观测记录的5个分量的原始时间序列（time series)数据，通过频谱(spectre)分析，获得各个场分量的频谱，然后计算它们各自的和相互之间的自功率谱和互功率谱(auto, cross- spectrum )，进而计算反映地下构造的张量阻抗(tensor impedance)，以及视电阻率(apparent resistivity)、阻抗相位(impedance phase)等其他参数（图2）。

图2 数据处理流程示意图 图3 是得到的视电阻率和阻抗相位图 0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000 0.1 1.0 10.0 100.01000.010000.0 100000.0 l o g 10(a p p .r e s i s t i v i t y /O h m m )0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000 log10(period/sec)0 30 6090p h a s e (d e g )xy yx 图3视电阻率（上图）和阻抗相位（下图）， 横坐标是数据的周期

大地电磁测深的野外工作方法简介

大地电磁测深的野外工作方法简介 大地电磁测深的野外工作，首先必须根据所要研究的地质、地球探测问题和任务进行施工设计；然后根据设计1，正确的进行观测布极，资料采集时要求观测资料要求观测资料必须包含有足够的频率成分，足够的记录长度并满足一定的质量指标。最后对观测资料进行自评。下面介绍野外工作中值得重视的几个环节。 一施工设计 在进行MT野外施工之前，应根据地质任务的要求进行施工设计，主要包括以下内容：（1）收集工区及邻区已有的地质和地球物理资料，初步建立起工区的地层-电性关系模式。根据地质任务的要求，结合已知的构造走向和地质露头情况，确定测线间距、测点距离、测线方位，并根据勘探目标的深度和地层电性特征，提出对观测数据最低频的要求。 （2）对工区进行现场实地踏勘，了解工区的地形、交通、地质露头情况及各种电干扰源（铁路、输电线、水电站和煤矿等）的分布情况。提出避开电干扰、确保野外观测质量的措施。 （3）根据有关规范要求和实际情况，提出仪器一致性点和质量检查点的要求，提出对电极距的基本要求。 二、野外资料采集 1、选点MT法观测质量与测点所处环境关系很大，为了获得高质量的野外观测资料，测点选择的原理是： （1）根据地质任务及施工设计书，布置测线、测点，在施工中允许根据实际情况在一定范围内调整，但必须满足规范要求。若测区范围内发现有意义的异常，应及时申请加密测线、测点，以保证至少应有三个测点位于异常部位； （2）测点尽量不要选在狭窄的山顶或深沟底，应选开阔的平地布极，至少在两对电极的范围内地面相对高差与电极距之比小于10%； （3）布极应尽可能避开近地表局部电性不均匀体； （4）所选测点应远离电磁干扰源。在不能调整测点位置的情况下应采取其它措施减小电磁干扰。 1、观测装置的布设 每一测点上需要测量彼此正交的电磁场水平分量及垂直磁场分量，野外采集装置的布设示意如图 2 1）布极 （1）方位：如果已知测区的地质构造走向，最好取x,y分别与构造的走向和倾角平行，这样可直接测量入射场的TE极化波和TM极化波，若地质构造走向未知，则通常取正北为x轴，正东为y轴。全区的各测点x和y取向尽量保持一致，以便在确定测区介质电性主轴方位角时，能有统一的标准。 （2）方式：野外电极布置一般采用“+”字型布极方式，此种方法能较好的克服表层电流场不均匀的影响，若仪器安装在“+”字交汇点附近，还有助于消除共模干扰。特殊情况下，因地形等原因，也可采用T形或L形布极方式， （3）电极距：电极距的长度一般在50-300m之间。若地形条件允许，两端电极应尽量水平，如测点周围地表起伏不平，电极两端不在同一水平面上，则应按实测水平距计算电极距。

大地电磁测深法

大地电磁法 研究专家 技术原理 大地电磁法（Magnetotelluric mehtod, MT) 是利用天然电磁场作场源，是在地面布设仪器测量5个分量的电磁场（3各相互垂直的磁场分量Hx, Hy and Hz 和2个相互垂直的水平分量Ex, Ey）（图1）. 图1 野外观测装置示意图（包括3个磁场分量，2个电场分量） 大地电磁数据处理 对观测记录的5个分量的原始时间序列（time series)数据，通过频谱(spectre)分析，获得各个场分量的频谱，然后计算它们各自的和相互之间的自功率谱和互功率谱(auto, cross- spectrum )，进而计算反映地下构造的张量阻抗(tensor impedance)，以及视电阻率(apparent resistivity)、阻抗相位(impedance phase)等其他参数（图2）。

图2 数据处理流程示意图 图3 是得到的视电阻率和阻抗相位图 图3视电阻率（上图）和阻抗相位（下图）， 横坐标是数据的周期 0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000 0.1 1.0 10.0 100.01000.010000.0 100000.0 l o g 10(a p p .r e s i s t i v i t y /O h m m )0.0010.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000 log10(period/sec)0 30 6090p h a s e (d e g )xy yx

大地电磁数据反演 对视电阻率和阻抗相位等参数进行反演(inversion)解释得到地下的构造认识。对于资料的反演，目前较成熟的是二维反演方法(2-D inversion)。现世界上可用的先进的二维反演方法有几种，每种方法都有自己的优势，可以选择或对比使用。图4是对观测资料（视电阻率、相位等）进行反演过程示意图 反演得到的是沿每个测量剖面的地下的二维电性结构（电阻率或电导率），基于电性结构，进行地质解释。 一些先进数据处理和解释技术的应用 当前，为了提高观测资料的质量，即克服其他干扰因素的影响，一般采用远参考道(remote reference MT)测量法，并结合先进的对数据进行处理的robust技术，得到资料误差尽量小的视点阻率、阻抗相位以及其他资料，以保证反演解释结果的可靠性。 远参考道方法是，在观测目标区之外的其他地方（一般选择构造相对简单、干扰相对较小的地方），架设另一套完整大地电磁测量仪器（测量5个分量），把这个站称为远基准站（remote station).利用远基准站观测的资料和观测目标区的仪器测量的资料联合进行处理，得到目标观测区的张量阻抗、视电阻率和阻抗相位等参数，达到压制其他干扰影响的目的。 为了克服进地表往往存在的小的三维异常体对资料产生的畸变(distortion)影响，可以采用小点距的的测量方法，或者采用各个相邻测点的测量电场的电极相互连接（称为电磁阵列剖面 EMAP electromagnetic array profile)技术进行测量。

中国大地电磁测深发展

中国大地电磁测深发展 随着地球科学的发展以及人类对资源的需求不断增长，进行地球深部探测来研究大陆演化奥秘，寻找更多资源，进行环境保护，是当代地球科学的主要任务。地球物理观测是进行地球深部探测的重要方法技术，很多发达国家自上世纪70年代以来，陆续启动了深部地球物理探测计划，获得了一系列重大成果。其中，大陆岩石圈导电性结构的研究是地球深部探测的一个重要组成部分，有关大陆岩石圈导电性的研究可以为大陆动力学、地质灾害防治、矿床成因研究等提供重要的支撑。大地电磁观测是研究地球深部电性结构与构造的主要地球物理方法，被广泛应用于油气勘探、矿产资源勘探以及深部地球物理调查等领域。在研究壳幔构造方面，大地电测深和地震方法一起被视为两大支柱方法，两者相互验证、相互补充，在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。 虽然大地电磁探测已经成为深部地球物理探测的一种主要方法技术，但仍有许多技术问题需要进一步研究与解决。比如大地电磁探测的抗干扰能力较弱，特别是在矿集区及经济发达区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据。而无论是研究深部地质构造还是寻找深部的隐伏矿床，都不可能完全避开强干扰地区，为了提高大地电磁的应用效果，需要研究强干扰等特殊地区的数据采集方法技术及特殊处理技术。通过在实验区的大地电磁观测实验，研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法以及大地电磁探测与地震探测的集成与约束反演方法，将推动大地电磁探测方法的技术进步，提高大地电磁的应用效果，为获取地下不同深度的准确的电性结构分布以及进行壳幔结构特征研究提供技术支撑。 1地球的导电性及大地电磁探测发展现状 1.1地球的导电性 描述岩矿石导电性通常使用电阻率与电导率参数，它们互为倒数。矿物与岩石的导电性具有很大差别，比如纯金属和石墨的导电性很好，具有低电阻、高电导特征；而水晶的导电性则很差，具有高电阻、低电导特征。地球的地壳与上地幔是由多种岩石与矿物组成的，其导电性受到构造特征、物质成分、晶体结构、岩石矿物和密度、温度、压力等多种因素的影响，在估算地壳与上地幔的总体导