張量可控源電磁法

1、張量可控源電磁法 （兼MT、AMT、CSAMT功能）一、引言1950年和1953年TNXOHOB,T.H和Cagniaral,L.分別提出在水平層狀均勻介質條件下的大地電磁法理論和實施方案，后經實踐檢驗證明，觀測結果往往與實際地質情況不符。1960年Cantwell,T.提出介質張量電性阻抗概念，很快形成大地電磁場數(shù)據(jù)的張量阻抗計算和分析理論及方法，使大地電磁法發(fā)生了本質性的變革。由于大地電磁法的場源在1-10Hz和1000-3000Hz左右活動水平很低，稱為“死區(qū)”，為了彌補這一缺點，1975年Goldstein,M.A和Strangway,D.W.提出通過接地電極偶子向地下注射不同頻率的電

2、流產生的高強度人工電磁場做為場源的可控源大地電磁法，并在1978年投入礦產資源勘探，地下水勘探和油氣資源勘探，命名為可控源聲頻大地電磁法（CASMT）。CSAMT法是以水平層狀均勻介質模型（標量電性阻抗）為前提，歷經30余年仍未改變，主要原因是滿足張量電性阻抗觀測的可控源發(fā)射系統(tǒng)非常復雜、難于制造，另一方面在非常簡單的地質構造地區(qū)，例如平原區(qū)淺層以標量電性阻抗模型為前提的CSAMT法尚能獲得較好的勘探效果。2010年德國Metronix公司研制成功了首臺滿足張量電性阻抗觀測的可控源大地電磁儀及其數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng),并在地質構造復雜地區(qū)獲得成功應用,我們稱其為“張量可控源電磁法（TCSMT），”傳

3、統(tǒng)的CSAMT稱其為“標量可控源電磁法”。Metronix公司研發(fā)的張量可控源電磁法的接收系統(tǒng)也是完善的AMT和MT觀測系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)也可簡化為CSAMT發(fā)射系統(tǒng)應用。二、標量可控源電磁法CSAMT當?shù)叵陆橘|是均勻水平層狀，沒有構造（如斷層、褶皺、隆起、坳陷）存在時，電阻率只沿深度Z變化，沿水平方向不變時，也即地下介質的電性是標量情況下，入射的平面波場源H在地下介質中感應出與其相垂直的電場E. 此時介質的電性阻抗為標量：Z=EH （1）視電阻率值：a=0.2TZ2 （2）為實現(xiàn)這一原理，CSAMT的野外工作裝置如圖1所示：圖1 CSAMT發(fā)射裝置只有一組發(fā)射電偶極子，只適合探測一維電性結構發(fā)射

4、機通過單一接地電偶極子將不同頻率的方波電流注入地下，在遠離電偶極子的地方接收通過地下傳播的不同頻率的電磁場信號，例如Hy和Ex，根據(jù)公式（1）和（2）計算測點下的視電阻率值a。由于它是單一電偶極子供電，所以在地下形成的電流體系是單一方向的，建立的磁場也是單一方向的，我們稱其為標量可控源大地電磁法，簡稱標量可控源電磁法。該方法有如下不足：1. 只適合探測水平均勻層狀的一維地質情況，但絕大多數(shù)情況下地下是有構造存在的，是二維或三維的電性介質，此時地下介質的電性是張量，不是標量。2. 單一接地電偶極子發(fā)射的電磁波在以偶極子中心30夾角范圍內場強弱，易受畸變不適合觀測，所以觀測范圍變小。3. 為滿足發(fā)

5、射場源是平面波場源的要求，發(fā)射機和接收機的距離（接發(fā)距）要等于或大于勘探深度的3-5倍，在小于3-5倍范圍內稱為近區(qū)，無法獲得地下構造信息。4. 移動接地電偶極子發(fā)射源后，在同一測點上的觀測結果往往互不重合。5. 如果接地電偶極子定向與地下高導層走向一致時，注入的方波電流大部分被高導層吸收，嚴重影響勘探效果。6. 由于CSAMT觀測的是標量阻抗，因此無法與MT或AMT在同一測點上觀測的張量阻抗兼容。過去國內進口的可控源聲頻大地電磁儀CSAMT或電法工作站所含有的CSAMT功能都是標量的，均存在上述不足。三、張量可控源大地電磁法TCSMT及應用實例1960年Cantwell,T.提出地下介質電性

6、是張量阻抗，1972年Vozoff,K.,對張量阻抗方法進行了系統(tǒng)歸納。張量阻抗與電磁場的關系為：（3）稱為張量阻抗關系式。除了極高頻率之外，Ez分量很小，很難觀測到，因此張量阻抗關系歸結為：（4） 可見，在二維或三維構造情況下，電場Ex不僅由Hy感應出，而且部分還由Hx感應出。由Hy感應的Ex依賴于張量阻抗Zxy，由Hx感應的Ex依賴張量阻抗Zxx，張量阻抗值Zyx，Zyy也有類似依賴關系。我們的目的是在地面觀測不同頻率的電磁場信號Hx，Hy，Ex和Ey，然后求解地下不同深度的張量阻抗要素值Zxy，Zyx，Zxx和Zyy。根據(jù)簡單的數(shù)學原理可知，從兩個代數(shù)方程式（公式4）是無法解出四個張量阻

7、抗要素值的。若有解，至少要有兩組相互獨立的變化磁場值H1和H2，共同組成四個方程式，即： （5） （所謂相互獨立的變化磁場是指極化方向不同或極化類型不同的變化磁場）聯(lián)立該四個方程式便可解出四個張量阻抗要素值（7）（6） 由于標量阻抗可控源法CSAMT在地面只觀測一個磁場水平分量Hy和一個電場水平分量Ex，因此無法解出四個張量阻抗要素。要解出四個張量阻抗要素的必要條件是：（1）在地面要觀測互為垂直的四個電磁場分量Hx，Hy和Ey，Ex；（2）在觀測的電磁場信號中至少要有兩組極化方向或極化類型不同的磁場信號。基于此，德國Metronix公司于2010年研制成功張量可控源電磁法儀器設備和數(shù)據(jù)處理軟件

8、系統(tǒng)，并投入市場。其中包括張量可控源發(fā)射裝置，接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及反演軟件系統(tǒng)。1. 張量可控源電磁法發(fā)射裝置，分為旋轉偶極發(fā)射裝置和交替偶極發(fā)射裝置1) 旋轉偶極發(fā)射裝置可以發(fā)射不同極化方向、不同強度和不同頻率的變化磁場，以組成類似于公式(6)和(7)的方程組，從而解出四個張量阻抗值Zxx，Zyy，Zxy和Zyx，其原理是：發(fā)射裝置是由三個接地電極（U、V、W）組成三對偶極發(fā)射裝置（圖2），也即三個電極分別與張量發(fā)射機TXM-22的三個極性開關連接，在脈沖寬度調制控制器的控制下同時向地下分別發(fā)送不同頻率、不同強度和不同極性的電流I1，I2和I3。圖2 全區(qū)張量CSAMT發(fā)射裝置由于I1，I2

9、和I3同時注入地下，因此它們在地下組成一個在給定頻率下的合成電流矢量。當改變I1，I2和I3中的任何一個電流強度和極性時，合成電流矢量的方向、即磁場極化方向隨之改變，因此張量發(fā)射裝置可以產生任意極化方向的磁場信號。在最簡單情況下、即發(fā)射電流I1，I2，I3之間成倍數(shù)關系改變，極性成正負關系改變時，可以發(fā)射六種不同方向的合成電流矢量，它們是= 0=180, = 120=-60, = 60=-120, = 30=-150, = 150=-210， = 270=-90可形成六種不同極化方向的磁場信號H1，H2，H3，H4，H5和H6。這樣方程組（4）便可擴展成包括發(fā)射磁場H1和H2的方程組（8），包

10、括發(fā)射磁場H1和H3的方程式（9），（8） （9） 以及包括磁場H1和H4， H1和H5， H1和H6的三個方程組；包括H2和H3，H2和H4，H2和H5，H2和H6的四個方程組；包括H3和H4，H3和H5，H3和H6的三個方程組；包括H4和H5，H4和H6的兩個方程組；以及包括H5和H6的方程組；總計共可組成15個方程組，從而可解出15組四個張量阻抗要素值。為了在接收點處獲得強的電磁場信號，每對合成電流矢量的夾角應在45- 135之間。在數(shù)據(jù)處理中選擇15組張量阻抗要素中質量最好的一組求取其主軸方位，計算TE模式和TM模式下的視電阻率和阻抗相位曲線以及其它MT參數(shù)。在實際應用中，如果測區(qū)內布

11、置有大量的、面積性分布的接收裝置，應采用旋轉偶極發(fā)射裝置相繼發(fā)送六個方向的合成電流矢量是最佳選擇，此時測區(qū)內的任何一點都能觀測到最佳的電磁場信號以及15組張量阻抗要素值。如果測區(qū)內僅沿剖面線布設接收裝置，可采用交替偶子發(fā)射裝置，分別發(fā)送兩個互為垂直的電流矢量，但只能獲得一組張量阻抗要素值。2) 交替偶極發(fā)射裝置在交替偶極發(fā)射裝置中發(fā)射機分別（非同時）向互相垂直的兩對偶極子注射電流，在地下建立兩組互為垂直或夾角大于45的電流矢量和相應極化方向的兩組磁場，此時按公式（6）和（7）只能解出一組四個張量阻抗要素值。最簡單的偶極發(fā)射裝置如圖3所示。其它組合也可組成交替偶極發(fā)射裝置 ，如圖4所示。圖3 交

12、替偶極發(fā)射裝置 圖4 交替偶極發(fā)射裝置在圖4中，如果令電極U的方向為0，那么電極W和電極V的連線方向便為90。如果發(fā)射機先向電極U供電，則電流矢量為0，然后再向電極W、V同時供電，則其電流矢量為90，結果便是交替偶極發(fā)射方式（圖4中紅箭頭所示）。如果同時向電極U供電I1，向電極W供電-I3，向電極V供電I2=0，并且I1=-I3，此時電流便從V向W流動，則合成電流矢量方向為30（令電極U的方向為0）。最終兩個合成電流矢量夾角為90，也是交替偶極發(fā)射裝置（圖4中黑箭頭所示）。野外施工中首先發(fā)射六個方向的合成電流矢量，然后選擇發(fā)射電流最大的、近于垂直的兩個發(fā)射方向以形成交替偶極發(fā)射裝置。在圖3中如

13、果只給一對偶極子供電，便簡化為標量可控源電磁法CSAMT，此時在地面只需觀測磁場分量H和與其相垂直的電場分量E，按公式（2）計算測點下方的視電阻率值。3）張量可控源發(fā)射裝置的特點 可根據(jù)確定好的發(fā)射頻率和發(fā)射時間同時向發(fā)射機和接收機預置工作列表（包括發(fā)射的波形、最大電流強度和發(fā)射角度、頻率、疊加次數(shù)及每個發(fā)射頻率工作起、止時間等），便可根據(jù)野外接收和發(fā)射人員約定的開始時間自動執(zhí)行工作列表內的所有頻率的發(fā)射和數(shù)據(jù)采集工作； 發(fā)射裝置可任意組合，發(fā)射和接收由高精度GPS同步； 可任意編輯發(fā)射波形，可使用國產50Hz，400V三相發(fā)電機做動力源 由于GPS模塊可存儲時間信號，因此在GPS信號盲區(qū)仍可

14、進行精確同步； 由于發(fā)射系統(tǒng)的控制器TXB-07與接收系統(tǒng)主機性能一致，因此兩者之間高度同步，于是疊加過程可以在時間域進行，這樣大大提高了數(shù)據(jù)處理速度。 由于可控源場強可控，在電磁干擾大的地區(qū)也能獲得高質量的觀測結果，這與CSAMT法一樣。2. 張量可控源電磁法接收系統(tǒng)接收系統(tǒng)由兩個或三個磁場傳感器（MFS-07e），兩對電場傳感器（不極化電極）和一臺ADU-07e主機組成，是標準的大地電磁測深儀。發(fā)射裝置和接收系統(tǒng)之間由高精度GPS同步（圖5），也可由事先輸入的工作列表同步。TXM-22 圖5 張量可控源電磁法（TCSMT）組成左圖為接收系統(tǒng)，右圖為發(fā)射系統(tǒng)由于張量可控源電磁法主要用于詳查和

15、精查階段，測點距離一般為20m-150m，所以可采用帶衛(wèi)星站的接收系統(tǒng)，即一臺ADU-07e主機帶三個衛(wèi)星站，同時完成四個測點觀測任務（圖6）。主機與衛(wèi)星站之間由電纜同步。如果有幾臺ADU-07e同時觀測，工作效率非常高。接收系統(tǒng)可獨立應用于MT和AMT觀測。主機衛(wèi)星站衛(wèi)星站衛(wèi)星站圖6 一臺主機可同時完成四個測點觀測3. 張量可控源電磁法的主要特點1）正如前述，張量可控源發(fā)射裝置可以產生任意極化方向的磁場信號，因此可以求解測點下的多組張量阻抗要素值，這不僅適合探測二維、甚至三維的地質體，而且可選擇質量最高的張量阻抗要素值進行反演解釋。標量可控源電磁法（CSAMT）僅適合探測一維地質結構。2）由

16、于張量可控源發(fā)射裝置建立的合成電流矢量方向I可控，也即發(fā)射的最佳場強位置是可控的，因此在發(fā)射裝置周圍區(qū)域內均可布置接收系統(tǒng)，并能接收到最強的電磁場信號。所以它比CSAMT的觀測范圍大的多（圖7）。3）張量可控源場源強度可控，可進行多次疊加，對每個測點都可獲得多組張量阻抗要素值，因此在電磁噪聲環(huán)境較強的地區(qū)也能觀測到高質量數(shù)據(jù)。圖7 在旋轉偶極發(fā)射裝置的周圍空間遠場范圍內都可布置接收系統(tǒng)4）當CSAMT發(fā)射偶極子位于地下高導體之上并與其走向一致時，發(fā)射的電磁場能量部分被高導體吸收，導致測點處的電磁場減弱，信噪比降低，但張量可控源發(fā)射裝置由于發(fā)射的電磁場方向是可變的，所以可以避免這一問題。5）張量

17、可控源發(fā)射的是三維電流體系，能有效探測復雜的地質構造（圖8）。圖8 張量可控源發(fā)射裝置在地下建立的三維電流體系6）張量可控源可以測量發(fā)射電流和接收電流的頻率和強度，用以計算近區(qū)和遠區(qū)的地下電性結構，由于這些電流是近于垂直的所以對高阻層敏感（反演軟件正在編制中）。7）可與同測點的MT數(shù)據(jù)進行聯(lián)合反演，相互約束，增加勘探深度。8）發(fā)射機輕便，僅重35kg，輸出電壓560V，最大輸出電流40A，如果外加變壓器，輸出電壓可升至1000V以上，此時發(fā)射機很重，需要卡車裝載。4. 張量可控源電磁法應用實例1） 探測深部硫化礦床在西班牙Aguas Tenidas礦區(qū)做過多種物探方法探測硫化礦床的深部蘊藏情況

18、之后，又要求用張量可控源法做進一步探測，共布置9條剖面。測區(qū)為一套火山巖與泥盆-石炭紀的沉積物組合。富含黃鐵礦的塊狀硫化沉積物存在流紋巖和黑色頁巖系列之中。早期曾在近地表處開采硫化礦床。圖9為9條剖面中一條南北向剖面的二維反演結果。圖10是根據(jù)9條剖面的二維反演結果繪制的、在658m深處的電阻率平剖圖。深度m 點位（m） 圖9 Aguas Tenidas Este一條剖面的二維反演結果由圖9可見，近地表有良導體存在，它們可能是仍未被挖掘過的塊狀硫化物礦體。在點位330-530之間，深度550-750m范圍內有一個高導體，南北寬約200m，厚約300m。在點位360處電阻率值急劇變化，已證明它是

19、東西走向、對成礦起控制作用的正斷層。圖10是658m深處的高導層分布范圍，該深度正處于上述高導體埋深的中部?？梢娧貣|西向1000-1500m區(qū)間的高導區(qū)域（紅色）正是上述高導體的東西向展布，它與鉆孔發(fā)現(xiàn)的660m深處的硫化礦體一致，該礦體北界為上述東西向正斷層所限，該斷層向硫化礦體西部延伸。東西向(m)南北向(m)圖10 658m深的電阻率值平面剖圖 圖11 地質解釋結果的三維顯示Aguas Tenidas礦區(qū)的地質情況極為復雜，為了盡可能找出礦體與電阻率分布之間的聯(lián)系，根據(jù)已有的9條二維反演剖面編制成三維立體圖（圖11）。這是頻率域張量可控源大地電磁法（TCSMT）直接找礦的成功實例之一。2

20、）探測賦礦層2012年4月，北京歐華聯(lián)科技有限責任公司與安徽省地球物理地球化學勘查院及德國Metronix公司專家在安徽省合肥市的泥河地區(qū)開展張量可控源野外試驗。 工作目的（1）掌握張量可控源的野外工作方法； （2）了解1000米深度以內的地層電性分布情況并與已知鉆孔和地質剖面對比，驗證測量結果的可靠性；（3）探測火山巖盆地中鐵、硫、銅、鉛鋅等賦礦層的可行性。（4）本次勘探測線上曾進行過直流激電測深，標量可控源測量和1:10000地面磁法掃描。由于區(qū)內村莊聚集，以往所做電磁法效果不佳，因此想通過張量可控源測量結果與以往工作成果進行對比，檢驗張量可控源在抗干擾能力、解決復雜地質情況等方面的優(yōu)勢。

21、 地質與地球物理概況泥河鐵礦位于廬樅火山巖盆地的西緣，北東向基底隆起帶上。礦區(qū)為第四系所覆蓋，零星出露有早白堊世雙廟組，鉆孔深部見有上侏羅統(tǒng)磚橋組，巖性主要有火山熔巖、火山碎屑巖、沉積火山碎屑巖，磚橋組是鐵、硫、銅、鉛鋅等賦礦地層。地層主要為單斜產出，斷裂構造發(fā)育，大部分斷裂發(fā)育在賦礦之上的火山巖中，為成礦前斷裂。成礦的閃長玢巖體主要沿北東向基底斷裂侵入。主要賦礦地層磚橋組電阻率相對較低；淺層的白堊系雙橋組（K1sh）主要為火山碎屑巖夾熔巖，電阻率較高；賦礦層下伏地層電阻率呈逐漸升高的趨勢。 野外工作方法本次野外測試選取了相對簡單的交替偶極發(fā)射方式，發(fā)射源和試驗剖面的相對關系如圖12所示。發(fā)射

22、機位于中心點處，與U、V、W三個發(fā)射電極的距離分別為500m、600m、600m。設發(fā)射機和偶極U的連線作為0，則V和W偶極連線方向為90，與試驗剖面近似平行。對剖面1進行觀測時我們選用了0和90兩個方向的電偶極子進行交替發(fā)射；對剖面2觀測時選取了30和120兩個方向進行交替發(fā)射。剖面1剖面2圖12 TXM-22張量觀測裝置布置示意圖試驗剖面1位于發(fā)射源西南方向，沿南東135布置，長1200m，共28個測點，點距44m，剖面距發(fā)射源中心點77.38km。測試剖面2位于發(fā)射源北東方向，沿南東120布置，長760m，共21個測點，點距38m，剖面距發(fā)射源7.47.66km。兩條剖面相距14km。數(shù)

23、據(jù)采集系統(tǒng)使用四個測點同時測量的方式，布置方式如圖13所示，ADU-07e主機記錄兩個共用的磁場信號Hx，Hy和兩個電場信號Ex和Ey，另外三個衛(wèi)星站分別記錄兩個互相垂直的電道信號。衛(wèi)星站和ADU-07e主機通過電纜連接，最后數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到ADU-07e的存儲器中，同時完成四個測點的測量。Ex和Ey分別為南北向和東西向布置，極距50米。圖13 接收系統(tǒng)結構 數(shù)據(jù)處理和反演解釋由于ADU-07e記錄可控源數(shù)據(jù)時不同發(fā)射頻率的時間序列是分開的，以往天然場觀測的數(shù)據(jù)處理軟件Mapros顯然無法滿足每個測點十幾個發(fā)射頻率的可控源數(shù)據(jù)。為此本次數(shù)據(jù)處理使用的是德國Metronix公司最新研發(fā)的處理軟件P

24、rocMT。該軟件可一次執(zhí)行同一個測點多個采樣率或多個測點的數(shù)據(jù)處理，中間過程無需人工干預，大大提高了數(shù)據(jù)處理效率。數(shù)據(jù)處理的基本流程為：圖17 數(shù)據(jù)處理流程ADU-07e最多支持10個通道同時使用（八個電道和兩個磁道測量），一次記錄4個測點的數(shù)據(jù)，這四個測點將共用兩個磁道進行計算，因此在處理數(shù)據(jù)之前必須配對每個測點的磁道和電道數(shù)據(jù)文件。圖14是一些測點的數(shù)據(jù)處理結果。張量CSAMT處理結果和MT處理結果一樣，包括TE模式和TM模式視電阻率和阻抗相位曲線。從圖18可見在8Hz以下視電阻率曲線呈45抬升，相位降到0左右，表明已進入近場區(qū)范圍。 數(shù)據(jù)處理結果(試驗剖面1，142號測點) 數(shù)據(jù)處理結

25、果(試驗剖面1，158號測點) 數(shù)據(jù)處理結果(試驗剖面1，166號測點) 數(shù)據(jù)處理結果(試驗剖面2，380號測點)圖14 TCSMT數(shù)據(jù)處理結果德國Metronix公司提供的ProcMT數(shù)據(jù)處理軟件的輸出格式與國際通用的EDI格式文件一致。輸出內容包含觀測頻率下的四個阻抗張量要素的實分量、虛分量和誤差，主軸方位，TE和TM模式下的視電阻率和阻抗相位曲線以及其它MT參數(shù)。數(shù)據(jù)反演使用了中國地震局地質研究所陳小斌博士后的Pioneer二維數(shù)據(jù)反演軟件，反演流程如下圖所示。圖15 數(shù)據(jù)反演流程圖（1）圖16a是試驗剖面1的反演電性結構斷面圖，圖中以等值線和色標表示電阻率分布，參照已知的地質斷面圖（圖

26、16b）推斷的各電性層邊界和斷層位置用虛線表示，分析如下：電性層劃分：從圖16a可見，在淺層20-40m范圍內為低阻薄層，是第4紀沉積。下覆的電阻率100-200歐姆米的中阻層是早白堊系上段楊灣組（K1y），是一套粗細的砂巖組合，厚度從東南向西北加厚至250m左右，并被斷層F1控制。楊灣組之下為高阻層，電阻率值240-440歐姆米，該高阻層在剖面東南端的152-158測點下方被斷層F2控制，在斷層上盤厚度超過400m；該高阻層應是早白堊系下段的雙廟組（K1sh），它是一套火山碎屑巖夾熔巖，表現(xiàn)為高阻。上述高阻層之下為一套低阻層，電阻率值100-120歐姆米，在剖面東南端低至60歐姆米，該低阻層

27、厚度200m左右，向西北傾，在剖面東南端迅速抬升；該低阻層應是晚侏羅系磚橋組，是一套火山碎屑巖，沉火山碎屑巖等多孔隙巖系，表現(xiàn)為低阻。上述低阻層之下為電阻率值140-160歐姆米的相對低阻層，也是磚橋組，但它是鐵、硫、銅、鉛鋅等賦礦地層。推測該層電阻率略高于上覆磚橋組的原因，可能與后期含礦熱液侵入和沉淀有關。賦礦層之下為高阻體，電阻率值大于180歐姆米，推測它應是成礦母巖玢巖巖體。電性構造劃分：試驗剖面1是一組從東南向西北緩傾的單斜構造。正斷層F1控制楊灣組（K1y）的西北邊界，正斷層F2控制雙廟組（K1sh）和磚橋組沉積。斷層F1和F2都是成礦前的正斷層。推斷的斷層F3是逆沖斷層，由于上盤上

28、沖，導致磚橋組（J3zh）在剖面的東南端顯著抬升，形成單斜凸起。F3是成礦后斷層。503孔509孔501孔圖16a 試驗剖面1張量CSAMT反演電性斷面502孔501孔503孔509孔 Bost0圖16b 試驗剖面1地質剖面（黃色為硫鐵礦，紅色為磁鐵礦體）圖 17 試驗剖面2張量TCSMT反演電性斷面（2）試驗剖面從TCSMT電性斷面圖（圖17）可見,試驗剖面的電性結構比試驗剖面復雜。在測點540-1140，頂深200-350m有一駝峰狀高阻體，峰凹在測點780-940之間，電阻率值240-380歐姆.米，我們推測該高阻體可能是巖漿侵入體。淺層在測點820和1060附近有兩個截面橢圓形的局部高

29、阻體，電阻率值大于500歐姆.米。 它們可能是火山角礫巖的反映。在測點340-740之間廣泛分布低阻層，電阻率值40-160歐姆.米，向西北傾，厚度向西北方向顯著加厚；在測點780-1140，上述推測的巖漿侵入體高阻體和淺層兩個局部高阻體之間，也存在一個低阻層，電阻率值40-160歐姆.米，向西北傾。我們認為上述兩個低阻層應是正常沉積碎屑巖，如砂巖巖系的反映，它們原本是同一層位的砂巖巖系但由于后期的巖漿侵入被分割成現(xiàn)有的狀態(tài)。 小結總體來說，本次野外試驗是成功的，表明TCSMT法在電磁干擾地區(qū)和復雜地質條件下是有效的，例如：(1)通過頻譜特征分析，可以明顯看出發(fā)射頻率及其3倍和5倍諧波的幅值大

30、于天然場頻譜幅值10-20倍，證實了張量發(fā)射源的優(yōu)越性；(2)試驗剖面1的反演結果，與過去沿同一剖面所做的標量可控源（CSAMT）結果對比表明，兩者有實質性差別。TCSMT與鉆孔所得地質分層情況有很好的吻合，CSAMT則否，說明TCSMT在解決二維和三維地質問題的能力明顯優(yōu)于CSAMT法。（3）從試驗剖面2的反演結果可以看出，本次試驗結果和激電測深結果有很好的對應。但激電法無法滿足深部找礦要求， TCSMT可以彌補激電法在勘探深度上的不足。（4）本次試驗正值農耕時節(jié)，試驗區(qū)水田較多，為不損壞禾苗，發(fā)射機的三個發(fā)射電極均布設在田埂上，接地條件欠佳，導致試驗剖面1測量時兩個方向偶極子平均電流只能達

31、到8A左右，剖面2的平均電流為18A左右，明顯小于發(fā)射機的最大發(fā)射電流值40A。小的發(fā)射電流值對觀測數(shù)據(jù)質量有明顯影響。四、張量可控源電磁法TCSMT與聲頻大地電磁法AMT觀測結果對比2013年3月，中國地震局地質研究所與北京歐華聯(lián)科技有限責任公司在云南遮放地區(qū)用GMS-07e作為接收系統(tǒng)TXM-22作為發(fā)射系統(tǒng)，進行TCSMT和AMT對比觀測。測區(qū)內有兩條高壓線穿過，一條300kV，距2100測點100m，另一條50kV距2100測點40m。由于測點2100離兩條高壓線很近，視電阻率和相位曲線受嚴重干擾，高度分離，視電阻率曲線和相位曲線沒有對應關系，很難用于定量解釋（圖18）。同一測點位置的

32、張量可控源TCSMT觀測結果表明（圖19），除1000Hz以上的高頻段視電阻率和相位曲線高度分散外，低于1000Hz的頻段視電阻率和相位曲線非常圓滑，兩條高壓線帶來的電磁噪聲被可控源發(fā)射的高強度電磁信號壓制了。1000Hz以上的高頻段曲線分散的原因可能是在高頻段發(fā)射電纜的感抗顯著變大，發(fā)射電流顯著降低，導致人工場源無法壓制兩條高壓線產生的電磁干擾。相位曲線視電阻率曲線圖18 遮放2100號點AMT結果視電阻率曲線相位曲線圖19遮放2100號點TCSMT結果2013年11月中國地質調查局地球物理地球化學研究所（河北廊坊）獨立檢測張量可控源電磁法儀并與AMT法和標量可控源電磁法（CSAMT）進行對

33、比。檢測工作由雷達研究員主持，檢測地點位于遼寧省興城市市郊，這里電磁干擾比較嚴重，檢測內容很多，我們僅把在同一測點上的張量可控源觀測結果，AMT觀測結果和標量可控源CSAMT觀測結果例圖如下，并加以對比、討論：圖20是東1測點的AMT法獲得的視電阻率和相位曲線，測點距220V高壓線較近，可見曲線跳動的比較厲害，這是電磁噪聲干燥的結果；在2Hz以下和2000Hz左右視電阻率值嚴重分散，這是“死區(qū)”天然場源活動水平極低所致。如果延長記錄時間上述問題可以改善。圖20 遼寧省興城市市郊東1測點AMT觀測結果圖21是在同一測點張量可控源法獲得的視電阻率和相位曲線，由于接發(fā)距僅8km，所以在較高頻率200

34、多赫茲就進入了過渡區(qū)，但在遠區(qū)的曲線非常圓滑，觀測精度極高，在2000Hz的“死區(qū)”沒有觀測誤差。視電阻率和相位曲線顯示的地下電性結構非常清晰：在8192Hz-500Hz高頻段xy和yx重合，然后分開，表明淺層的電阻率值逐漸升高是一維沉積蓋層，然后進入二維構造。對比同一測點的AMT（圖20）和張量可控源的觀測結果可見，在遠區(qū)范圍內8192Hz-200Hz兩者的視電阻率曲線基本一致，但張量可控源的觀測精度非常高。近場區(qū)過渡區(qū)圖21 遼寧省興城市市郊東1號測點張量可控源觀測結果圖22是在同一測點標量可控源法（CSAMT）獲得的視電阻率和相位曲線，其觀測精度低于張量可控源觀測精度，特別它是標量觀測結

35、果，不能反映地下的二維構造，這是嚴重缺點。圖22 遼寧省興城市市郊東1號測點標量可控源觀測結果2014年9月中國地質調查局地球物理地球化學研究所，在雷達研究員主持下在甘肅省玉門市明水鄉(xiāng)利用張量可控源電磁法進行項目觀測。明水鄉(xiāng)村落稀少，但測點附近有礦山開礦和大型筑路機工作。圖23是3測線68號測點的AMT法獲得的視電阻率和相位曲線，可見在3000Hz左右和7Hz以下AMT的視電阻率曲線xy和yx是嚴重歪曲的，這是天然活動水平極低（死區(qū)），記錄時間太短所致。圖24是同一測點張量可控源獲得的視電阻率和相位曲線，可見曲線非常規(guī)則，在600Hz左右的淺層和20Hz左右的較深層分別出現(xiàn)視電阻率略低的電性層

36、，從200Hz開始xy和yx兩條曲線開始分離，表明地下電性結構已進入二維。由于張量可控源法觀測誤差極小，所以能清晰地顯示地下電性結構的微小變化。到4Hz仍未進入近場區(qū)，意味著在這里勘探深度可達3000m以上。圖23 甘肅省玉門市明水鄉(xiāng)3測線68號測點AMT觀測結果圖24 甘肅省玉門市明水鄉(xiāng)3測線68號測點張量可控源五、張量可控源TCSMT和標量可控源CSAMT觀測結果對比1.視電阻率和阻抗相位曲線對比分析云南省遮放地區(qū)曾做過標量可控源法（CSAMT）測量，為了兩者對比TCSMT測點選在CSAMT測點的相同位置上。兩個方法的收發(fā)距均為6km。為了提高工作效率，在此次調查中張量可控源法采用了交替偶

37、極發(fā)射裝置，該裝置分別向兩對相互垂直的電偶極子發(fā)射電流，產生兩組不同極化方向的磁場信號，根據(jù)公式（6）和（7）可以求取四種張量阻抗要素值，對其旋轉后解出主軸方向上的TE模式和TM模式下的視電阻率曲線xy，yx和視電阻率曲線xy，yx。在此我們僅選擇兩個相同測點上的張量TCSMT曲線和標量CSAMT曲線進行對比分析： ?yxHKH型 阻抗相位頻 率頻 率100001000100101視電阻率 圖25a 3060測點的張量TCSMT視電阻率曲線 圖25b 3060測點的張量TCSMT阻抗相位曲線 aQH型阻抗相位頻 率頻 率 100001000100101視電阻率 圖26a 3060測點的標量CS

38、AMT視電阻率曲線 圖26b 3060測點的標量CSAMT阻抗相位曲線視電阻率阻抗相位 ?xy?yxHKH型 100001000100101頻 率頻 率 圖27a 3980測點張量TCSMT視電阻率曲線 圖27b 3980測點的張量TCSMT阻抗相位曲線視電阻率阻抗相位 aQH型頻 率頻 率 100001000100101 圖28a 3980測點的標量CSAMT視電阻率曲線 圖28b 3980測點的標量CSAMT 相位曲線測點3060位于盆地邊緣，圖25a是3060測點上的張量TCSMT視電阻率曲線，可見從15000Hz30Hz曲線非常圓滑，觀測誤差很小，30Hz以下進入近場區(qū)，曲線呈45上升

39、。TE模式的視電阻率曲線xy為HKH型，TM模式視電阻率曲線yx也是HKH型，但兩者在低頻段出現(xiàn)的極小值頻率有明顯差異，說明地下構造在深處是非一維的。xy曲線和yx曲線沿縱坐標軸有偏移，可能是表層非均勻體引起的靜位移。圖25b是張量阻抗相位曲線，它與視電阻率曲線有類似特征。圖26a是3060測點上的標量CSAMT視電阻率曲線a，可見從5000-30Hz曲線非常圓滑，觀測誤差很小，30Hz以下進入近場區(qū)，曲線急速下降。標量視電阻率曲線a為QH型，曲線特征與張量視電阻率曲線有顯著差異，它不同于xy，也不同于yx曲線。圖26b是標量阻抗相位曲線，它與標量視電阻率曲線有類似特征。測點3980已進入山區(qū)

40、，圖27a是3980測點上的張量TCSMT視電阻率曲線，從15000Hz30Hz曲線非常圓滑，觀測誤差很小，30Hz以下進入近場區(qū)，曲線呈45上升。TE模式視電阻率曲線xy為HKH型，TM模式的視電阻率曲線隨頻率降低急劇下降，與xy明顯分開，表明在深處地質構造是二維或是三維的。圖27b的張量阻抗相位曲線有類似特征。圖28a是3980測點的標量CSAMT視電阻率曲線a， 在10000Hz30Hz曲線非常圓滑，觀測誤差很小，30Hz以下進入近場區(qū)。標量視電阻率曲線a為AH型，曲線特征與圖26a的兩條張量視電阻率曲線均有明顯差異。圖28b是標量阻抗相位曲線，它與標量視電阻率曲線有類似特征。從上述可見

41、：1）無論是張量可控源法（TCSMT）還是標量可控源法（CSAMT）都能獲得高質量的觀測數(shù)據(jù)，這是因為可控源電磁法是人工發(fā)射場源，場源強度大，電磁信號強，能有效地壓制人文電磁噪聲干擾。2）張量可控源的分辨率高于標量可控源的分辨率，例如3060測點上的張量xy和yx視電阻率曲線為HKH型，而標量視電阻率曲線為QH型；3980測點上的張量xy視電阻率曲線為HKH型，而標量視電阻率曲線a為AH型。這是因為在二維介質中的電磁場不僅沿深度Z變化，而且也沿傾向X方向變化，而在用標量方式進行觀測時忽略了電磁場Z分量（Hz和Ez）沿X方向變化所引起的電磁感應，所以它無法清晰分辨二維介質中的分層。3）張量可控源

42、的視電阻率和阻抗相位曲線客觀地反映了地下構造特征，例如3060測點位于盆地邊緣，有一定厚度的低阻沉積層覆蓋，所以張量視電阻率曲線的高頻段視電阻率值顯著降低至40歐姆.米以下（圖25a）；相反，標量視電阻率曲線a在高頻段呈上升趨勢，其視電阻率左支漸進線趨近于100歐姆.米，這顯然與低阻層覆蓋區(qū)不符。3980測點已進入山區(qū)，測點附近有基巖出露，有較薄的風化層，張量視電阻率曲線高頻段呈HKH型，左支漸近線趨于300歐姆.米，在低頻段xy和yx顯著分開，這些特點反應了表層是相對低阻的風化層，下伏高阻基底，在更深處有低阻層存在。而標量視電阻率曲線a從高頻低頻呈線性上升，反映不出風化層的存在。測點3060

43、和測點3980相距900m，屬于同一構造單元，只是前者淺部有較厚低阻沉積層，后者淺部是相對低阻的風化層。兩個測點的張量視電阻率曲線均為HKH型，但前者視電阻率曲線值明顯低于后者，這些特點反應了兩個測點的地質情況。但兩個測點的標量視電阻率曲線類型和特征截然不同，一個為QH型，視電阻率值隨頻率降低而快速下降，一個為AH型視電阻率值隨頻率降低而快速上升，不能反應兩個測點的情況。2. 探測結果與已知地質資料的對比分析1）某礦區(qū)沉積變質鐵礦張量與標量探測結果對比該礦區(qū)屬沉積變質型鐵礦，主要工業(yè)礦體多分布在變粒巖及片巖向大理巖過度的部位。礦體呈南北向延伸，多呈似層狀、透鏡狀，礦體單層厚度數(shù)米數(shù)十米，單孔見

44、礦最大厚度為97米。圖29 標量可控源（左）和張量可控源（右）野外布置示意圖為查明該區(qū)礦體分布，安徽省地球物理地球化學勘查技術院早期進行過標量CSAMT勘探，2012年又進行了張量TCSMT勘探，野外布置圖如圖29所示，收發(fā)距10km。CSAMT只能觀測互為垂直的磁場分量H和電場分量E, TCSMT必須觀測磁場分量Hx，Hy和電場分量Ex，Ey四個分量。ZK27 ZK27ZK26 ZK28 ZK27 ZK217 ZK29 ZK25礦體 （a）工區(qū)地質剖面 （b）標量CSAMT（左）和張量TCSMT（右）反演結果圖30 標量CSAMT和張量TCSMT測量反演結果對比圖30a是根據(jù)鉆孔資料編制的工

45、區(qū)地質剖面圖，地表至200m深是第四系粘土層，下伏太右界變質巖系。淺部厚度較大的透鏡狀鐵礦（紅色）埋藏在變質基巖面上，深部呈弓形展布厚度薄，延伸大的鐵礦（紅色）分布在變質巖系內部。厚度較大的透鏡狀礦體在反演剖面上位于高低阻過渡帶上，這是因為上覆第四系粘土層孔隙率大，充水后電阻率非常低，僅為幾歐姆米至十幾歐姆米；而下伏的變質巖系是高阻層，進入該層后電阻率迅速升高，礦體雖然具有低阻特征但由于相對厚度小，通常不會在電性上表現(xiàn)出明顯低阻特征；然而礦體正好位于高低阻過度帶上即電阻率梯度帶。張量可控源反演結果中（右圖）的電阻率梯度帶（ 紅色圓圈定部分）和鉆孔ZK27揭露的礦體位置具有很好的對應性; 呈弓形

46、展布的深部礦帶與高阻分界面比較吻合，該分界面可能是變質巖的巖相分界面；整體反演結果所顯示的電性結構特征與工區(qū)地質剖面基本一致。標量可控源反演結果（左圖）梯度帶深度在100米左右，與鉆孔揭露的礦體埋深有很大差異，而整體反演結果與工區(qū)地質剖面圖很不一致，甚至高阻和低阻分界面都不吻合，這主要因為本區(qū)是復雜的二維三維構造，而標量可控源僅適合探測一維構造。2）某地區(qū)熱液型多金屬礦張量與標量探測結果對比02004006008001000 abc圖31 標量和張量CSAMT反演結果對比圖A工區(qū)礦脈分布圖，b張量可控源反演結果，c標量可控源反演結果安徽省地球物理地球化學勘查技術院早期在該礦進行過標量可控源勘探

47、，2012年又進行了張量可控源勘探。圖31a是根據(jù)鉆孔資料編制的工區(qū)礦脈分布圖， ZK202孔鉆于多條礦脈，礦脈分布在400米至600米深度，ZK211孔在600米深度附近見礦脈分布。圖31b是張量可控源反演結果，可見圖中有五個電祖率僅有5歐姆米的低阻體，其中被鉆孔ZK202和ZK211穿透的低阻體是多條金屬礦脈的總體響應。根據(jù)從已知推未知的原則，其它三個低阻體也應該是多條礦脈的總體響應（圖中紅色圈定區(qū)域）。然而標量可控源反演結果圖31c則完全不同，與工區(qū)礦脈分布圖沒有對應關系。該熱液型多金屬礦區(qū)地質構造復雜，橫向和縱向上巖性變化快，屬二維或三維地質結構。只適合探測一維地質構造的標量可控源法CSAMT無法取得客觀結果。根據(jù)上述的張量可控源觀測結果,AMT觀測結果，標量可控源觀測結果的分析和相互對比可做如下結論：1）張量可控源電磁法的觀測結果精度最高，能夠有效壓制人文電磁噪聲干擾，能夠有效解決AMT法在天然場源“死區(qū)”不能工作的問題，能夠清晰地顯示地下電性結構的微小變化，二維反演結果與實際地質情況比較一致?？碧缴疃纫话憧蛇_3000m以上。所獲得的視電阻率和相位曲線與不受干擾的AMT法一致。2）在上述三個對比區(qū)僅記錄20分鐘AMT數(shù)據(jù)，時間很短，AMT獲得的視電阻率和相位曲線不太規(guī)則，誤差較大而且在1000-3000Hz和1-10Hz左右