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电磁法在地质勘查工作中的应用

2020-08-05 01:01阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1224037664

电磁法在地质勘查工作中的应用
原创：子鲲
来源：矿产勘查与评价
【按】 文章不错，带领大家重温经典物探电磁法。内容有补充与修改，一是方便阅读，二是更加全面。


一、地球物理（电磁法）方法在地质工作中的位置

地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。
地质、地球物理、电法、电磁法的分类，电磁法在地质工作中的位置。
电磁法在地质勘查工作中的应用
图1 电磁法在地球物理方法中的位置及其分支

二、电法按其性质分

类方式

1、场源分类形式

·人工场源（主动源）：激电IP、瞬变电磁TEM、井中DHTEM、可控源音频大地电磁CSAMT、···
·天然场源（被动源）：自电SP、音频大地电磁AMT、大地电磁MT ···
·可控源与天然源相结合：EH4、···

2、激励场分类形式

·电 源： 激电IP、电偶源瞬变电磁TEM、可控源CSAMT、···
·磁 源： 瞬变电磁TEM、井中DHTEM ···

3、测量参数形式

·电 场： 激电IP、可控源音频大地电磁CSAMT、···
·磁 场： 瞬变电磁TEM、···

4、测试方式形式

·相对测量：自电SP、音频大地电磁AMT、大地电磁MT、···
·绝对测量：

5、响应性质分类

·时 间 域：自电SP、激电IP、瞬变电磁TEM、···
·频 率 域：可控源CSAMT、音频大地电磁AMT、大地电磁MT、···

三、电磁法的特性

1、特性

电法勘探具有利用物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多及应用范围广等特点，概括起来就是“三多”、“两广”。
电磁法在地质勘查工作中的应用
电磁法在地质勘查工作中的应用
2、参数
电法勘探利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率（ρ）、导磁率（μ）、极化特性（人工体极化率η和面极化系数λ、自然极化的电位跃变Δε）和介电常数（ε）。

四、常用电磁法

1、概述

电磁法作为电法中的一种形式，它包括了瞬变电磁、可控源音频大地电磁、音频大地电磁和大地电磁等.
时间域电磁法（Time domainele ctromagnetic methods），又称瞬变电磁法Transient ElectromagneticMethod，简称TEM，习惯表示瞬变电磁（TEM）。
可控源音频大地电磁法（Controlled Source Audio-frequency Magneto Tellurics）简称CSAMT法，习惯表示可控源（CSAMT）。
音频大地电磁法（Audio-frequency Magneto Tellurics），简称AMT。
大地电磁法（Magneto Tellurics），简称MT。
还有，部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深成像系统EH4。

2、瞬变电磁法（TEM）发展历程

⑴发展历程

瞬变电磁法（TEM）在20世纪在30年代末，最早是由前苏联学者考夫曼（A.A.Kofman）和美国学者凯乐（G.V.Keller）共同建立的理论基础上，提出来用瞬变电磁信号解决地质构造问题，50年代 TEM 用于金属矿勘查，60年代以来得到发展。

⑵方法的特点

①在低阻覆盖情况下与其他电法相比，勘查深度大
②观测二次场（纯异常），可进行近场观测，旁侧影响小
③在高阻围岩地区不会产生地形起伏形成的假异常，在低阻围岩地区，采用全时间衰减域观测，容易区分地形异常
④通过不同时间窗口的观测，可抑制地质噪声干扰
⑤具有测深能力

⑶应用领域与效果

由于瞬变电磁法具有上述优点，20世纪90年代以来，得到了广泛的应用，在解决深部岩层分界、构造填图、寻找矿产资源与水资源等方面，已取得了令人瞩目的成效。

⑷代表性的瞬变电磁仪器（国外部分）

●俄罗斯有ЦЭС-3
●德国DMT公司有DEM S-IV、S-V（TEAM EX ）
●德国Metronix公司的GMS-06
●加拿大Phoenix公司V-6系统（FasTEM、MulTEM）
●美国***公司EMP系统
●美国Zonge公司GDP-32（NanoTEM、ZeroTEM）系统
●加拿大Geonics公司的PROTEM-37，42，47，57，67（连续脉冲）系统
●加拿大Crone公司PTEM系统（连续脉冲）
●澳大利亚SIROTEM系统（连续脉冲）

⑷代表性的瞬变电磁仪器（国产部分）

我国70年代初开始着手研究瞬变电磁仪系统，80年代投入生产。相继研制出多种瞬变电磁仪器。
·中国地质科学院物探化探研究所研制（连续脉冲）WDC系列
·中南大学研制（连续脉冲）SD系列
·西安物探研究所研制（单脉冲）EMRS - 2型
·北京矿产地质研究院研制（单脉冲）TEMS - 3S型
·国产中功率MSD-1型
·石油物探局五处有SDF-8建场法仪
·国土资源部现代地球物理仪器开放实验室（吉林大学）ATEM-Ⅱ瞬变电磁探测仪

3、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）

⑴发展历程

加拿大学者D.W.Strangway和他的研究生M.A.Goldstein于1971年提出的可控源音频大地电磁法。针对大地电磁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。他们的论文于1975年公开发表，从理论和实验两方面奠定了可控源音频大地电磁法的基础。
自70年代中期起，CSAMT法得到实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT测量的仪器和解释应用软件。广告
特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等各个方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法。

⑵方法的特点

①工作效率高：用一个发射偶极子供电，可以在它两侧的一个很大的扇形区域内进行测量，且每一个测量点都是一个测深点。
②勘探深度范围大。其探测深度的范围为几十米至2-3000m。
③垂向分辨能力好
CSAMT的垂向分辨能力与多种因素有关，如果把可探测对象的厚度与其埋藏深度之比定义为垂向分辨率的话，那么，粗略地说，它大约是10%到20%。
④水平方向分辨能力高
水平分辨能力与发—收距无关，粗略地说，约等于接收偶极子距离。
⑤地形影响小
由于接收时所测的值事实上进行了归一化，因而地形影响大为减弱；由于是平面波场，因而，测区内地形影响也较小，且易于校正。
⑥高阻层的屏蔽作用小
使用的是交变电磁场，因而它可以穿过高阻层，特别是高阻薄层。有些用直流电法无法探测到的高阻薄层下的地质体.

⑶应用领域

●有色金属矿产资源勘查
●地热资源勘查
●水资源勘查
●水文地质
●工程地质勘查
●环境灾害地质
●等其它

4、EH4电磁成像系统

（1）简介

EH4连续电导率成像系统是由美国Geometrics公司和EMI公司于20世纪90年代联合生产的一种混合源频率域电磁测深系统。
EH4电磁成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部构造通过天然背景场源成像（MT），其信息源为10Hz~100kHz。浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1~100 kHz人工电磁讯号，补偿天然讯号的不足，从而获得高分辨率的成像。

（2）EH4方法原理

使用人工源时要注意近区，特别是在高阻地区，使用小功率发射源时很容易进入近区。
EH4结合了CSAMT和MT的部分优点，利用人工发射信号补偿天然信号某些频段的不足,以获得高分辨率的电阻率成像。其核心仍是被动源电磁法，主动发射的人工信号源探测深度很浅，用来探测浅部构造;深部构造通过天然背景场源成像（MT）。伍岳等在砂岩型铀矿床上应用研究指出:EH4在高阻覆盖区具独到的优越性，可以穿透高阻盖层;而当基底为高阻时，且基底与上覆砂岩有明显电性差异时， EH4能准确而清晰地探测出基底的埋深和起伏。申萍、沈远超等采用EH4对横跨中国东西的9种不同成因类型的25个矿床进行了研究，结果表明: EH4连续电导率成像结果能够直观地反映矿化异常在剖面的形态、规模、矿化强度等，是隐伏矿定位预测的方法之一。

5、音频大地电磁法（AMT）

AMT 是利用天然音频大地电磁场作为场源（频率范围为5Hz～104Hz），属于被动源电磁法。
观测电场和磁场分量，主要解决地质构造等问题。该方法具有设备轻便的优点，其最大的弱点是天然音频电磁场的信号太弱，它只有在干扰小的情况下才能取得好结果。
加拿大Phoenix公司的V5、6、V52000 系列，美国Zonge公司的GDP系列，都具有AMT的测量功能。

6、大地电磁法（MT）

⑴方法原理

大地电磁法（MT）是以天然电磁场为场源的频率域电磁勘查方法，属于被动源电磁法。大地电磁场可近似地看成是重直入射地面的电磁波。当电磁波在地下传播时，由于电磁感应作用，不同频率（频率范围为102Hz～10-4Hz）的电磁场具有不同的穿透深度，通过研究大地对天然电磁场的频率响应，可以获得不同深度电阻率的分布，根据电性分布的特点，来解决地质问题。

⑵方法的特点与应用

①具有较大的勘测深度
②不受高阻层屏蔽
③对低阻层有较高的分辨能力
④工作效率不高（一个测点要连续观测5～6h）

⑶代表性的仪器

①美国EM I公司的大地电磁仪MT - 1型系统
②美国Zonge公司的GDP系列
③加拿大Phoenix公司的V系列
④中国地质科学院物探化探研究所研制的电磁阵列剖面法（EMAP）的14道MT仪

⑷大地电磁法的应用

主要用于研究深部地质构造，普查油（气）田和地热资源调查等。据统计用于石油天然气普查的工作量占90%以上，少数用于深部构造研究和地热田的勘探。


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