(完整word版)CSAMT和EH-4原理、工作方法簡介

1、一、可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)(1) 方法特點及應(yīng)用范圍可控源源音頻大地電磁法(Co ntrolled Source Audio-freque ncy Mag netotellurics,簡稱CSAMT法)最早是由加拿大多倫多大學(xué)的D.W.Strangway教授和他的學(xué)生Myaron Goldtein于1971年提出。針對大地電磁測深法場源的隨機(jī)性和信號微弱，以致觀測十分困難這一狀 況，他們提出了一種改變方案一一采用可以控制的人工場源。從而從理論和實驗兩方面奠定了CSAMT法的基礎(chǔ)。自70年代中期起CSAMT法得到了實際應(yīng)用，一些公司相繼生產(chǎn)用 于CSAMT法測量的儀器和解釋應(yīng)用軟

2、件。特別是自80年代以來，方法理論和儀器都得到了很大發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到了地質(zhì)普查、勘探石油、天然氣、地?zé)?、金屬礦床、水文、 環(huán)境等方面，從而成為受人重視的一種地球物理方法，目前在我國已將本方法作為危機(jī)礦山深部資源勘探的重要手段，在許多礦山取得了很好的效果。我們可以用圖2-1來說明最常用的一種標(biāo)量CSAMT法的測量過程：場源：用發(fā)送機(jī)通過接地電極A、B向地下供交變電流，在地下形成交變電磁場。電流的頻率可在一定范圍內(nèi)變化，通常從2-3213HZ按2進(jìn)制遞變，在接地十分困難的地方可用不接地回線作垂直磁偶極子來發(fā)送電磁場。測量：在距離AB相當(dāng)遠(yuǎn)的地方進(jìn)行測量。所謂“相當(dāng)遠(yuǎn)”指的是在這些地方的電磁場

3、 已接近平面波，從而可使用卡尼亞電阻率計算公式并方便解釋。若選用直角坐標(biāo)系，X軸平行AB , Z軸垂直向下，那么標(biāo)量測量是在測點測量每一頻率的電場分量EX和正交的磁場分量 HY,并按：其中：為大地電阻率，f為工作頻率。因此，對于目前所用的頻率范圍（如從0.125Hz4096Hz）h =356.f及可能達(dá)到的發(fā)送功率，其探測深度范圍為幾十米至2-3公里。3垂向分辨能力好。CSAMT法垂向分辨能力與多種因素有關(guān)。如果把可探測對象的厚度與其埋深之比定義為垂直向分辨率，那么，粗略地講，它大約為20%至10%。計算卡尼亞電阻率。式中f為頻率。當(dāng)從高到低逐個改變頻率。便可得到卡尼亞電阻率測深 曲線。根據(jù)需

4、要，可以分別以相互垂 直的兩組場源供電，對每個場源都 測量5個電磁場分量，從而形成張 量CSAMT測量。張量測量雖然信 息量豐富，但工作效率低。作為一 種簡化，可以測一組場源的電、磁 場分量組成矢量CSAMT測量。實 際應(yīng)用中，面積性的標(biāo)量CSAMT法也可取得良好的地質(zhì)效果。在錫 礦山工作時我們采用的就是面積性 標(biāo)量CSAMT測量概括起來，CSAMT法主要有如下特點：1工作效率高。用一個發(fā)射偶 極子供電，可在它周圍的四個很大 的扇形區(qū)域內(nèi)測量。在進(jìn)行測量時， 只需移動接收機(jī)，便可進(jìn)行面積性 測深工作，從而得到地下電性的立體分布情況。2勘探深度范圍大。CSAMT法有效勘探深度的影響因素包括地電構(gòu)

5、造、噪聲水平、發(fā)送機(jī)功率、接收機(jī)靈敏度、精度和抗干擾能力等。從理論上，其探測深度大致為：A 1A B = 2 0 0 0 m.BAB = 2：6 0 0 mJIb16 0 0 0 m6000m1 0 03 92 0 0 r3 9linlinlinlineeee222276542 002 00 021 21 00 C000 /0任E任/2 : 765420 01 0 0 0 /2 7二*-11 0 0 0 /2 52 00 0 m2 0 0 0 /2 44 0 0 /10 02 0 0 0 /11 2lin e 1 0 01 4 0 0 /1 0 02 0 0 m_ 1 0 0 0 /1 1 2

6、lin e 1 1 2圖 2-1 CSAMT 場源布置示意圖A康家灣 1 3 9 線4水平方向分辨率高。一般的人工場源電法的水平分辨率除受地電條件制約外，還受收距及接收電偶極子大小的影響。CSAMT法的水平分辨力與發(fā)收距無關(guān)，約等于接收電偶極子距離。5地形影響小。由于卡尼亞電阻率相當(dāng)于對觀測值進(jìn)行了歸一化，同步的地形影響大 大減弱；由于是平面波場，測區(qū)內(nèi)地形影響也較小。6高阻電屏蔽作用小。CSAMT法使用的是交變電磁場。因而可以穿過高阻層，特別是高阻薄層。有些用直流電法無法探測到的高阻薄層下的地質(zhì)體，用CSAMT法能很好解決這一問題。與直流電法相比， 以上這些特色均屬明顯優(yōu)點，因而CSAMT法

7、不但可以取得良好地質(zhì)效果，且應(yīng)用前景也是廣闊的。然而，由于使用人工場源， 不可避免地帶來了很多負(fù)面效應(yīng)，如近場源的非波區(qū)效應(yīng)、場源附加效應(yīng)。另外，頻域電法中的靜態(tài)效應(yīng)也是十分麻煩的問題，在資料處理與解釋中須十分注意。（2）方法原理和儀器方法原理可控源音頻大地電磁測深法（簡稱CSAMT法）是以有限長接地電偶極子為場源，在距偶 極中心一定距離處同時觀測電、磁場參數(shù)的一種電磁測深方法。本次勘探采用赤道偶極裝置進(jìn)行標(biāo)量測量，同時觀測與場源平行的電場水平分量Ex和與場源正交的磁場水平分量Hy。然后利用電場振幅Ex和磁場振幅Hy計算阻抗電阻率ps。觀測電場相位Ep和磁場Hp，用 以計算阻抗相位$s。用阻抗

8、電阻率和阻抗相位聯(lián)合反演計算可控源電磁測深反演電阻率參 數(shù)，最后利用反演電阻率進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋（CSAMT赤道偶極裝置測量布置見圖2-2）?？煽卦匆纛l大地電磁測深法標(biāo)量測量方式是用電偶源供電，觀測點位于電偶源中垂線兩側(cè)各15度角組成的扇形區(qū)域內(nèi)。當(dāng)接收點距發(fā)射偶極源足夠遠(yuǎn)時（r3S）,測點處電磁場可近似于平面波，由于電磁波在地下傳播時，其能量隨傳播距離的增加逐漸被吸收，當(dāng)電磁波振幅減小到地表振幅的1/e時，其傳播的距離稱為趨膚深度（S）,即電磁法理論勘探深度。實際工作中，探測深度（d）和趨膚深度存在一定差距，這是因為探測深度是指某種測深方法的體積平均探測深度，其經(jīng)驗公式為：由此可見探測深度與頻

9、率成反比，我們可以通過改變發(fā)射頻率來達(dá)到測深的目的。在實際勘查中，由于發(fā)射功率總是有限的， 要保證有足夠的信噪比， 收發(fā)距就不能太大。 這樣往往不可能滿足遠(yuǎn)區(qū)的條件，一部分頻點可能處于過渡區(qū)。這時就要進(jìn)行過渡區(qū)改正。在進(jìn)行過渡區(qū)改正的前提下，要求后山0.5S。發(fā)射機(jī)圖 2-2 可控源音頻大地電磁測深方法赤道偶極裝置測量布置圖儀器技術(shù)指標(biāo)本次野外工作使用美國Zonge公司生產(chǎn) 的GDP-32多功能電法儀。該儀器有八個接收 通道，能夠完成時域激發(fā)極化（TDIP）、頻域激發(fā)極化（RPIP）、復(fù)電阻率法（CR）、瞬變電磁法（TEM）、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）測量，其性能指標(biāo)為工作頻率0.

10、007Hz8192Hz，工作溫度-20C60C,工作濕度5%-100%，時鐘穩(wěn)定度V5X10-10/24h，輸入阻抗10MQ/DC，動態(tài)范圍190dB，最小檢測信號電壓0.03卩V、相位土0.1mard（毫弧度），最大 輸入信號電壓土32V，自動補償電壓土2.25V（自動），增益1/8-65536（自動）。（3）應(yīng)用實例：這些應(yīng)用實例都是本項目及相關(guān)成員，在科研、生產(chǎn)實踐中所取的成功例證及保貴經(jīng)驗。物探所在白銀廠礦田小鐵山物化探找礦研究工作中，在礦區(qū)進(jìn)行了CSAMT面積積測量，反演電阻率 二異常在12、13線的異常存在明顯的對應(yīng)關(guān)系。其中、二2-1為已知礦體引起，推測；-2-2為深部礦體的反映

11、。在13線布置異常驗證孔（鉆孔13B2）見礦厚17。7m,綜合品位（cu、Pb和zn）達(dá)17%的工業(yè)礦體；由于礦體埋深較大，后來加拿大 明科公司在1 547m的巷道內(nèi)連續(xù)施工3個定向孔（圖2-3），每個鉆孔均見工 業(yè)礦體，礦體的總金屬量達(dá)45萬to小鐵山深部隱伏礦體的發(fā)現(xiàn)是該礦區(qū)20年來找礦工作 的一次 重大突 破，也 是我國地 質(zhì)和物 化探綜合方法尋 找礦山 深部隱 伏礦的成 功實例。小 鐵山深部找礦 過程可主要分為3個階段：（1）地質(zhì)預(yù)測尋找礦靶區(qū)，（2）可控源音頻大地電磁 測深法確定成礦有利地段，（3）以可控源音頻大地電磁測深為主結(jié)合重力、巖石 地球 化學(xué)方法 對礦（化）體進(jìn) 行空間定位

12、預(yù)測。在小鐵山深部礦體的發(fā)現(xiàn)過程中，可 控源音頻大地電測深法起到了其他方法難以起到的關(guān)鍵的空間定位預(yù)測作用?？?控源音頻大地電測深法采用定源、多道觀測，具有探測深度較大、橫向分辨率高和 輕便快速 等特點，是目前深部及 復(fù)雜地 形條件 下有色金屬礦產(chǎn)資源勘查的有效手段。圖 2-3 小鐵山礦區(qū) 13 線 CSAMT 反驗電阻率異常和鉆孔驗證結(jié)果18001600IWJ 2001000wl0 I OU 20Qm1河B0547rtL2*1 1 三世班旦也迪麗崗?fù)味Y區(qū)id坑道帖扎凸14E42fl電m HOI 51. Cy f存 *F*IIFW-壯222 601 嶂IM22%尿出予!1 r IJflffll

13、f Ikf IH 0 i kf I Vhn（據(jù)“黃力軍等，2004，綜合方法尋找礦山深部隱伏礦的一個成功實例，地質(zhì)與勘探，VOI40.P70-72 ”）目前，我國危機(jī)礦山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)、物探和化探測量業(yè)已基本完成，為危機(jī)礦山深 部及外圍找礦工作 積累了大量寶貴資料。實際工作結(jié)果表明，危機(jī)礦山深部及外圍 找礦，主要把握住兩個環(huán)節(jié)，一是利用已知資料，根據(jù)地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué) 特征配合適當(dāng)物化探方法確定成礦有利地段，二是選擇適用方法進(jìn)行大比例尺綜合物化探 找礦工作；如果正確掌握每個找礦環(huán)節(jié)方法應(yīng)用及資料解釋技術(shù)，危機(jī)礦山深部及外圍找礦工作將有所突破。二.Stratagem EH4連續(xù)剖面電磁成像系

14、統(tǒng)（簡稱EH4）（1）系統(tǒng)簡介StratagimTMEH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)（簡稱EH-4）是美國 EMIEMI 和 GeometriesGeometries 公司聯(lián)合生 產(chǎn)，以地殼上部（0-2km）為主要探測和研究正交的兩個電場分量（Ex,Ey）和兩個磁場分量（Hx,Hy）。利用上述觀測的參數(shù)可求得兩個不同方向上的視電阻率，進(jìn)而計算張量阻抗，獲 取地層的電阻率值。EH-4系統(tǒng)與其它電磁法勘探儀器相比，突出的特點是：巧妙利用了天然場和人工場相 結(jié)合的方式。采用部分可控源人工場補充天然場缺失或不足部分的方式進(jìn)行測量，減少了低頻發(fā)射的笨重設(shè)備；采用了兩個正交半圓形天線（水平磁偶極子），發(fā)射高頻電磁波

15、（750HZ66kHZ），構(gòu)思新穎，收發(fā)距縮短，便于野外工作；該系統(tǒng)既可作單點測深又可做連續(xù)剖面 觀測，點距、頻點密集，能較充分地反映地下的地質(zhì)信息；可在現(xiàn)場實時提供電磁場功率譜、振幅譜、視電阻率、相位、相關(guān)度、一維反演等信息，以便檢查質(zhì)量，確保野外資料可靠； 現(xiàn)場可給出連續(xù)剖面（至少三個相鄰測點）的擬二維反演結(jié)果。電磁測深法作為綜合地質(zhì)、地球物理勘探研究的手段之一，在我國已有近三十多年的發(fā)展歷史，這一方法的基本原理是根據(jù)電磁感應(yīng)理論研究天然或人工（可控）場源在大地中激勵的電磁場分布， 并由觀測到的電磁場值來研究地電斷面所代表的地質(zhì)信息。 常用的電磁測 深方法，有天然場源磁大地電磁測深法（MT

16、）、可控源（人工場源）音頻大地電磁測深法 （CSAMT）、天然場源音頻大地電磁測深法（AMT）、甚低頻電磁法（VLF）及人工場源瞬變電磁測深法（TEM），前四種屬頻率域電磁測深法，后者屬時間域電磁測深法。隨測量技 術(shù)的進(jìn)步，在一個點上測量0.005Hz到200Hz范圍的卡尼亞電阻率，使MT法的勘探深度 可以達(dá)到幾百公里， 使之成為石油勘探和研究大地構(gòu)造的一種十分有效的勘探手段。 隨社會 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，該方法在理論、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、 工作方法和儀器設(shè)備等方面取得了 顯著的進(jìn)展，理論研究已基本成熟，在世界范圍內(nèi)已得到廣泛的認(rèn)可和普遍使用。EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)（標(biāo)準(zhǔn)裝置）的觀測頻段為12.6H

17、z66KHz，主要利用天然的大地電磁場源， 但在部分頻段內(nèi)同時利用 （聯(lián)合接收）天然的大地場源和人工控制場源。因 此雷、電活動是最主要的高頻場源。一般認(rèn)為頻率高于1Hz（周期小于1s）的大地電磁來源于地殼大氣圈中與雷電活動有關(guān)的天電擾動， 或可以說幾乎全是由雷電活動引起的。 很遠(yuǎn) 距離的雷電活動提供了一個近乎均勻的信號源， 利用高頻的雷電活動信號， 可以探測地殼淺 層構(gòu)造以及巖脈和礦化帶等，同時亦可用于尋找淺層的地下水和地?zé)岙惓^(qū)。從EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)所測的頻率范圍（12.6Hz66KHZ）看，在其功率譜上會形 成10Hz及103Hz兩處信噪比明顯較低的噪聲洞。尤其以103Hz附近的 噪聲洞

18、”明顯，從而很難在該段附近取得可靠的信息，對以地殼淺部為主要探測和研究目標(biāo)的EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)而言， 該頻段就成為十分重要的測頻段， 因而要提高該頻段的信號質(zhì)量， 應(yīng)采用人工 可控場源以彌補天然信號的不足。EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)在 完成整條測線的連續(xù)觀測后，可采用EMAP法給出 擬二維反演解釋結(jié)果的灰度圖。 采 用EMAP法處理的 二維資料可 以較好地消 除靜態(tài)效應(yīng)的 影 響。根據(jù)測量相互正交的電場和磁場來計算電阻率，是將阻抗的頻率特 征變換為習(xí)慣的視電阻率形式：2p=0.2T|Z Z|2=0.2T|E EX|/|Hy|式中：P視電阻率T周期Z電磁波阻抗，|Z|電磁波阻抗的模|Ex|、|Hy|

19、分別為互相垂直的正交電場及磁場水平分量的模 該系統(tǒng)具有以下突出特點：（1）巧妙地采用了天然場與人工場相結(jié)合的工作方式,由部分可控源補充局部頻段信號較弱的天然場，完成整個工作頻段的測量；（2）發(fā)射裝置輕便，便于野外多次移動；（3）多次迭加采集數(shù)據(jù),提供了豐富的地質(zhì)信息；（4）實時數(shù)據(jù)處理和顯示，資料解釋簡捷，圖像直觀，并確保現(xiàn)場觀測質(zhì)量；（5）現(xiàn)場直觀給出連續(xù)剖面的擬二維反演結(jié)果；（6）勘探深度較大，分辨率高。該系統(tǒng)除進(jìn)行地質(zhì)找礦外,還可以用于地下水調(diào)查、工程地質(zhì)勘查、基巖地質(zhì)填圖、地質(zhì)構(gòu)造填圖及環(huán)境調(diào)查等諸多領(lǐng)域。（2）應(yīng)用效果 在火山噴發(fā)沉積銅礦 阿舍勒銅礦的應(yīng)用 阿舍勒銅礦1線EH-4測量剖面長0.7 Km，跨越了地下隱伏礦體， （圖2-4）。圍巖表現(xiàn) 為高阻特性，