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物探与化探, 2025, 49(4): 755-767 doi: 10.11720/wtyht.2025.0178

综述

大功率—超大功率电(磁)探测技术进展与展望

王珺璐,1, 陈辉,1, 罗先中1, 张晓飞1, 林品荣2, 俞炳1, 庞振山1,3

1.中国地质调查局 发展研究中心, 北京 100037

2.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所, 河北 廊坊 065000

3.自然资源部 矿产勘查技术指导中心, 北京 100037

High-power-ultrahigh-power electromagnetic exploration technology: Progress and outlook

WANG Jun-Lu,1, CHEN Hui,1, LUO Xian-Zhong1, ZHANG Xiao-Fei1, LIN Pin-Rong2, YU Bing1, PANG Zhen-Shan1,3

1. Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China

2. Institute of Geophysics and Geochemistry Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China

3. Mineral Resource Exploration Technology Guidance Center, Ministry of Natural Resources, Beijing 100037, China

通讯作者: 陈辉(1986-),男,博士,正高级工程师,主要从事找矿预测研究工作。Email:cgschenhui@163.com

第一作者: 王珺璐(1988-),男,博士,高级工程师,主要从事综合地球物理探测技术研究与找矿预测工作。Email:wangjunlu2007@126.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2025-05-26   修回日期: 2025-06-11  

基金资助: 深地国家科技重大专项“罗布莎及邻区蛇绿岩型铬铁矿定位机制与勘查增储示范”之课题三“蛇绿岩型铬铁矿精细探测技术”
中国地质调查局项目(DD20230355)
中国地质调查局项目(DD20230356)
云南省重大科技专项计划项目(202402AB080006-2)

Received: 2025-05-26   Revised: 2025-06-11  

摘要

电(磁)法探测技术历经百年发展,从早期的直流电阻率法、激发极化法,逐步发展为涵盖大地电磁法、人工源电磁法及各种混场源电磁法的地球物理探测技术体系。然而,在我国开启新一轮找矿突破战略行动的新阶段,出现了深部找矿需求增加、人文噪声干扰加剧及三维结构解释不足等问题,严重制约了传统电(磁)法的应用效果。为突破技术瓶颈,大功率—超大功率电(磁)法技术成为关键发展方向之一。大功率—超大功率电(磁)探测技术通过增大发射电流,可以压制人文噪声、增大探测深度,有助于实现高分辨、多参数的三维探测,推动了方法技术、观测平台以及应用场景的拓展与创新。本文梳理了大功率—超大功率电(磁)法仪器发展历程与相关技术研究现状,并指出激发极化法真三维全波形采集与三维反演、张量可控源电磁法采集与三维反演、时频电磁法多参数联合约束反演及广域电磁法多分量全区探测等技术,可以显著提升深部目标体的探测能力。未来需进一步攻克各向异性三维反演、带场源全域反演以及复杂约束下极化率、磁化率提取等问题,推动电(磁)法向大深度、高精度、智能化方向发展,更好地服务新一轮找矿突破战略行动。

关键词： 大功率—超大功率; 电磁探测; 新一轮找矿突破

Abstract

Over the past century, electromagnetic exploration technology has evolved from direct current resistivity and induced polarization methods to a comprehensive geophysical system. Yet, in China's new mineral exploration phase, challenges like deep-mining needs, cultural noise, and weak 3D interpretation limit traditional methods. High-power-ultrahigh-power electromagnetic technology, by boosting transmission current, combats these issues. It enhances detection depth, enables 3D exploration, and drives technological and application innovation. This paper reviews the development of high-power-ultrahigh-power electromagnetic instruments and current research. It emphasizes that technologies like true 3D full-waveform IP collection and inversion, tensor CSAMT collection and inversion, and multi-parameter joint inversion of time-and frequency-domain EM methods can strengthen deep-target detection. Future research should tackle anisotropic 3D inversion, full-domain inversion with a field source, and extracting polarization and magnetization rates under complex constraints. These advances will propel electromagnetic methods toward greater depth, precision, and intelligence, supporting China's renewed mineral exploration efforts.

Keywords： high-power-ultrahigh-power; electromagnetic exploration; new round of mineral exploration breakthrough

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本文引用格式

王珺璐, 陈辉, 罗先中, 张晓飞, 林品荣, 俞炳, 庞振山. 大功率—超大功率电(磁)探测技术进展与展望[J]. 物探与化探, 2025, 49(4): 755-767 doi:10.11720/wtyht.2025.0178

WANG Jun-Lu, CHEN Hui, LUO Xian-Zhong, ZHANG Xiao-Fei, LIN Pin-Rong, YU Bing, PANG Zhen-Shan. High-power-ultrahigh-power electromagnetic exploration technology: Progress and outlook[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(4): 755-767 doi:10.11720/wtyht.2025.0178

0 引言

电(磁)法是矿产资源勘查的主要手段之一[1]。自20世纪20年代以来,以金属矿为目标的电(磁)法勘探技术得到了长足的发展,从传统的直流电法(DC)、激发极化法(IP),到50年代兴起、90年代成熟的大地电磁测深法(MT),至80年代演变出带人工场源的可控源音频大地电磁法(CSAMT),发展到目前的广域电磁法(WFEM)、时频电磁法(TFEM)、大功率人工源极低频电磁法(CSELF)、大功率电性源瞬变电磁法(LOTEM、SOTEM、MTEM)等电磁法,形成了一套可以覆盖不同探勘深度的技术方法[2-8]。

但随着探测目标、工作条件等因素的逐渐变化,传统电(磁)法在实际应用中逐渐遇到了一些技术瓶颈,主要体现在3个方面:①随着露头矿、浅表矿已经评价殆尽,新一轮找矿已从浅部转向深部,深部矿体引起的异常低而缓,电(磁)法对深部的分辨率差,导致探测深度受限[5,9-11];②人文干扰分布广,尤其是在重要矿山地区,干扰严重地段几乎包括了整个开采矿区和部分外围区域,在这些地区难以采集到高信噪比的数据[1,3,12];③在地质条件复杂的区域,采用传统的二维数据采集方式所获得的信息不足以解释真实的三维电性结构,甚至可能会得出错误的结论[13-15]。

为解决电(磁)探测在实际应用中的问题,地球物理学家从不同角度进行了探索。例如:从理论角度研发大深度、多参数的勘探方法[16-20];从数据处理角度研究抗干扰、弱信息提取技术[17,21-22];从观测方案角度探索三维采集成像技术[21,23]。尽管具体研究方向不同,但从仪器设备的角度大多认识到发展大功率—超大功率探测技术的重要性[22,24-26]。本文在总结国内外大功率—超大功率电(磁)法仪器发展历程的基础上,选择激发极化法、可控源音频大地电磁法两个传统电(磁)法探测技术和时频电磁法、广域电磁法、极低频电磁法3个较新的电(磁)法探测技术为例,浅谈基于超大功率发射技术的电(磁)法发展现状、存在的问题与未来展望,将有助于加深一线工作人员对大功率—超大功率电磁法的理解与认识,更好地服务新一轮找矿突破战略行动。

1 发展大功率—超大功率电(磁)探测技术的必要性

人工源电(磁)法通过观测激发电磁场的时空分布来研究地下电性结构。能否有效激发目标体的电磁场响应并获取可靠信号,是电(磁)探测的关键基础。而增大发射机功率的实质是增大发射电流,这也是实现这一探测目标的重要手段。

1.1 压制人文噪声

电磁接收系统记录的数据,即包括大地介质对发射信号的电磁响应(有效信号),也包括观测环境中的人文噪声。人文噪声会降低电磁探测系统的信噪比,从而影响探测的精度。以CSAMT为例,接收点通常设置在远区,即不小于3倍的探测深度,此时水平电磁场有效信号的强度(Ex、Hy)与场源到接收点的距离(收发距)的三次方成反比,这导致电磁场的有效信号很弱。以一个长度为2 km、电流为30 A的发射源为例,当收发距为1.4 km时,对于10 Ω·m的地下介质,电场有效信号的强度仅为0.1 μV/m。而一个400 kV的高压线在250 m处可以产生3 V/m的噪声[27],干扰信号是有效信号的300万倍,这严重限制了CSAMT在矿山、城镇等地区的应用。

提高发射电流,可以直接增大有效信号的强度,提高强干扰区采集数据的信噪比,进而拓展应用场景范围,如在采矿山边部、城镇地区等区域[28-29]。

1.2 增大探测深度

对于传统的DC、IP这类几何测深方法,探测深度与观测装置的几何关系直接相关。要增大探测深度,需要增大电流在地下的穿透深度。例如,中间梯度装置的探测深度一般认为是供电电极距(AB)的1/7~1/2,为增大探测深度需要增大供电电极距。尽管中间梯度装置的水平信号相对较强,但在低阻区大发射极距(>3 km)条件下,接收端的电位差仍可能小于仪器的最小可观测信号[30]。偶极—偶极装置的探测深度随供电电极和接收电极之间的距离(OO'或隔离系数n)的增大而增大。由于偶极—偶极装置的信号强度相对较弱,增大发射电流是实现大收发距信号采集的有效途经。以云南某矿区激电扫面对比结果为例(图1)。由于矿体位于地表以下200~900 m,以往工作中采用小发射极距、小发射电流的测量未能获得地下极化体的激电异常;改用0.6 km的发射极距和18 A的发射电流的视电阻率测量结果与小发射极距小电流结果基本吻合,但两者的视极化率存在较明显的差异,大极距大电流测量结果的异常范围与已知矿段吻合,可以反映出矿体的激发极化效应,显示出了更大的探测深度。

图1

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图1   云南某矿区0线(a)和8线(b)激电中梯扫面大功率大极距与小功率小极距测量结果对比

Fig.1   Comparison of measurement results between large-power/large-spacing and small-power/small-spacing IP gradient array scanning along Line 0 (a) and Line 8 (b) in a mining area of Yunnan Province


对于CSAMT、WFEM等频率测深方法,尽管探测深度与频率直接相关,但CSAMT在“远区”观测的要求意味着收发距要大于15倍的最大探测深度;WFEM虽说不局限于“远区”观测,但仍被要求收发距大于最大探测深度的3倍以上[5]。在实际应用中,这些方法的收发距已经达到了15~20 km,信号衰减明显[31]。提高发射电流,可以有效提高大收发距(电极距)采集时信号的强度,进而实现更大的探测深度。

1.3 实现高分辨、多参数、弱信息提取

电磁法的分辨率会随着探测深度的增加而逐渐降低。深部目标体引起的异常通常表现为低幅度和缓渐变的特征,加上噪声的影响,导致深部目标体的分辨率和可靠性大大降低。增大发射电流,可以提高观测信号的信噪比,有助于实现高分辨、弱信息的提取。

另外,传统电磁法探测仅考虑了地下介质的电阻率参数,实际情况下电磁信号中还包含了介质的磁导率、极化率等信息。如果能从人工源电磁法信号中提取磁化率、极化率信息,对于矿产勘查具有一定的指导意义[6,32-33]。但电磁信号对这些参数的灵敏度要弱于电阻率参数,受噪声影响严重[34-35]。提高发射电流,有助于更可靠的提取磁化率、极化率等多种物性参数。

1.4 实现大范围、大深度、高精度的三维探测

人工源电磁法高精度三维观测的核心是建立多个方向的激发场源,并在接收端进行矢量采集[23]。对于三维DC/IP,复杂的发射—接收几何关系可能导致出现极大的装置系数(k),例如在垂直于供电电流方向进行观测,若出现极小的电位差,将影响观测精度与成像可靠性。对于三维CSAMT,电场不同方向分量(Ex、Ey)的信号强弱相反,例如在收发中垂线上进行测量时,Ex分量的信号最大,但Hy分量的信号最小[31],要采集到高精度的矢量信号,对发射电流和接收机的精度要求很高。另外,早期的三维观测大多是通过二维多电极系统(如高密度电阻率测量系统)实现的,难以用于大范围、大深度的探测[23]。随着大功率—超大功率发射系统与分布式采集系统的发展,可以增大单次场源的观测范围,实现大范围、大深度、高精度的三维观测与成像。

2 大功率—超大功率电(磁)法仪器的定义

关于多大功率的电(磁)仪器可定义为大功率—超大功率,目前没有一个公认的标准。何展翔等[36]基于油气探测的需求定义了大功率电(磁)法仪器的标准为100 kW。笔者统计了行业内常用的仪器设备相关参数(表1),可以看出,小到5 kW的GDD大功率直流激电仪,大到400 kW的TFEM-4大功率恒流发射系统,都称作大功率电(磁)法仪器。但称作超大功率电(磁)法仪器的只有中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研发的160 kW超大功率多功能电磁法发射系统。

表1   常见大功率电磁法仪器设备统计

Table 1  Statistics of common high-power electromagnetic instruments and euqipment

仪器功率/kW厂家方法备注
GDD大功率直流激电仪5加拿大GDD公司IP
DJF-10A大功率激电仪10北京地质仪器厂IP
SuperTX发射系统20美国CG公司IP
WDFZ-20T大功率智能发射机20重庆奔腾数控IP
张量可控源电磁系统TXM-2220德国Metronix公司CSAMT
FW全波形大功率激电仪25法国IRIS公司IP
DDF20-1大功率时频激电发射机25重庆地质仪器厂IP
V8多功能电法系统30加拿大凤凰公司IP、CSAMT、TEM
GDP3230美国Zonge公司IP、CSAMT、TEM
TRU50-1大功率电磁发射机50重庆地质仪器厂IP
SEP地面电磁探测系统50中科院地质地球物理所CSAMT串联100kW
大功率电磁法发射机60地科院物化探所IP、CSAMT
TX60A大功率电磁发射机60国科仪器(重庆)IP串联200kW
AGE-XXL多功能时频电磁系统75俄罗斯KRUKO公司TFEM
地空协同时频电磁探测系统100吉林大学TEM
超大功率多功能电磁法发射系统160地科院物化探所IP、CSAMT
JSGY-2广域电磁仪180继善高科WFEM
震旦三维激电数据采集系统180紫金地球物理IP
大功率建场法仪器系统系统Ч3C-4200中石油东方公司IP
TFEM-4大功率恒流发射系统400中石油东方公司TFEM样机
极低频电磁法发射台500中国船舶集团WEM

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另外,通过对比设备的主要应用领域及研发厂家可以看出,以金属矿为主要勘探目标的电磁法设备其功率相对偏小,而对于以油气勘探为主要目标的设备其功率更大。究其原因,发射功率的选择与探测目标的深度直接相关。金属矿的探测深度一般为千余米,导致早期以金属矿为主要勘探目标的仪器功率普遍偏小;近些年,随着“第二找矿空间”的兴起,探测深度向500~2 000 m发展[9],仪器设备的功率也突破了100 kW。而2 000 m的探测深度对于油气勘探来说可能还相对偏小,因此油气勘探领域的大功率需要50~100 kW,最高者甚至达到400 kW[36]。

因此,考虑以金属矿为主的勘探目标,笔者建议把发射机额定输出功率介于5~100 kW的设备定为大功率设备,将额定输出功率大于100 kW的设备定为超大功率设备。

3 大功率—超大功率电(磁)法仪器的发展历史

俄罗斯是研制和应用超大功率电(磁)仪器最早的国家,基于建场法进行油气勘探,功率高达数百千瓦。除俄罗斯外,西方陆域电(磁)勘探几乎不用超大功率电磁仪器,其生产的超大功率电磁仪器也是应我国要求定制设计的[36]。我国超大功率电(磁)仪器从20世纪末的引进、定制、仿制,到21世纪的百花齐放,走出了一条自主创新的道路。

第一阶段为引进仿制期。1992年,石油系统从俄罗斯引进了功率高达200 kW的建场测深系统Ч3C—,并在4年后成功仿制了我国第一台建场测深系统GJY-16。2002年,又向加拿大凤凰公司定制了一套200 kW的可控源发射系统T200-V8。

第二阶段为自主研发期。2006年,东方地球物理公司立项开启了200 kW时频电磁系统的研制,标志着我国超大功率电磁勘探仪器正式开启了一条自主创新的道路。至2020年,已形成了一套从数据采集系统、数据采集参数设计、数据联合约束反演的完整时频电磁技术方法[7,14]。2010年,针对我国地面电磁系统多依赖于进口的实际情况,中国科学院地质与地球物理研究所于牵头启动了“地面电磁探测(SEP)系统”的研制,至2015年形成了发射功率50 kW,通过串联可以实现100 kW发射功率的电磁探测系统。该系统试验结果显示其具有较高的分辨率和抗干扰能力[37-38]。同一时期(2010年),中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(简称物化探所)在前期“大功率多功能电磁法系统(30 kW)”的基础上启动了“大深度三维电磁探测技术系统”的研制,至2015年成功开发出了160 kW的多功能电磁法发射机、阵列式宽频多功能电磁法接收机和三维正反演软件,该系统可全面实现TDIP、FDIP、CSAMT等多种电磁探测技术方法的三维测量工作,标志着我国传统电(磁)方法从二维走向三维[23,39]。

第三阶段为创新赶超期。除了沿袭传统电磁法理论进行改进,何继善院士基于自主创新理论,研发了大深度高精度广域电磁勘探技术与装备[5]。从理论上,首次严格从电磁波方程出发,将几何(观测系统)和物理(电磁感应)参数全部考虑在内,通过迭代的方法计算广域视电阻率参数,实现了可在不限于“远区”的“广大区域”测量的广域电磁法,打破了欧美在该领域的长期垄断,并在勘探深度和精度上实现了超越[5]。另一方面,2010年7月国家发改委正式批复建立世界上首台用于地下资源探测和地震预测研究的实用大功率极低频发射台,发射功率达500 kW,借此开展人工源极低频电磁法的应用研究[1,40]。这些系统的研发标志着我国电磁探测理论和技术跻身于世界领先地位。

4 大功率—超大功率电(磁)法发展现状与展望

从上述讨论可以看出,超大功率电(磁)法并不是一项特殊的方法,只是增大人工源电(磁)法发射功率(电流)的技术。大功率—超大功率发射技术的发展与应用为传统电磁法的发展带来了新的契机,其数据测量方式、观测形式、处理方法等均出现了一些变化,以适应更高的探测要求;另一方面,超大功率发射技术也为方法理论创新、观测平台研发、应用场景拓展奠定了基础,促进了电(磁)法的发展与进步。由于电(磁)法细分的技术分支较多,本文选择激发极化法、可控源音频大地电磁法两个传统电(磁)法探测技术和时频电磁法、广域电磁法和大功率人工源极低频电磁法3个相对较新的电(磁)法探测技术,浅谈基于超大功率发射技术的电(磁)法发展现状。

4.1 激发极化法发展现状

激发极化法(简称激电法,IP)是进行矿产勘查重要的方法之一,尤其是寻找金属硫化矿产资源最为有效的方法[41]。理论上只有电子导体和离子导体才能引起明显的激电异常,地形或非极化岩石的不均匀性不会引起激电异常,因此激电法与电阻率类方法相比,具有明显的优越性。21世纪以来,大功率—超大功率发射技术结合分布式、高密度三维采集技术对IP法带来了质的飞跃。

从IP法的测量方法来说,除了传统的接地式激电测量方式外,近年来重新提出了感应式激电测量方式。感应式激电测量具有受高阻层或低阻层屏蔽影响小,磁场强度的衰减比电场相对慢,探测深部异常体的可能性大等特点。另外,感应式激电测量不需要接地,所以在接地困难的地区施工具有优势。但是,由于磁场激发极化信号很弱,噪声影响严重,限制了该方法的应用。随着大功率—超大功率发射技术的应用,感应式激电测量方式有可能突破低信噪比的瓶颈。澳大利亚在开展磁激电方面的历史较长。我国李建华等[42]在对磁激电法的基本原理、方法技术、数据处理等方面进行研究的基础上,开展了30 kW磁激电法与电激电法的对比试验,认为磁激电法可以获取与常规电激电法一致的激电信息。近年来,南方科技大学、桔灯地球物理公司等也在探索开展航空观测平台的感应式激电测量工作。

从IP法的观测形式来说,已经从传统的二维观测、伪三维观测、发展到真三维观测[21,23]。早期的三维探测案例大多是通过使用二维多电极系统实现的。第一种方法是使用多芯电缆的多分支布局来实现三维电极阵列观测[43-44](图2a)。然而,二维仪器的三维布设并不适用于高精度、大深度、大范围的成像。第二种方法是将若干个二维剖面进行组合,使用三维反演算法来实现大区域的成像[45-46](图2b)。然而,二维组合方法仅仅反映了沿接收测线的电性结构,属于伪三维观测技术[47]。Webb等[48]和Sun等[49]提出了采集“线间”信息的重要性(图2c)。依托超大功率发射系统,结合覆盖大面积的接收阵列,收发距可以设置的非常大,真正实现了大范围、大深度、高精度的三维成像。Wang等[23]在甘肃柳园地区的试验表明,要实现真三维观测需要多源发射,并在接收点进行矢量采集,且真三维成像比伪三维成像技术具有明显优势(图3)。

图2

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图2   不同三维观测装置的示意

a—使用多芯电缆的多分支布局的S形电极排列[43];b—双重偏移极—偶极阵列[45];c—使用超大功率分布式采集系统的单极—L形偶极阵列[49]

Fig.2   Schematic diagrams of different three-dimensional observation devices

a—S-shaped electrode arrangement using multi-core cable multi-branch layout[43]; b—double offset pole-dipole array[45]; c—uni-pole L-shaped dipole array using super-power distributed acquisition system[49]


图3

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图3   伪三维与真三维电阻率成像结果对比[23]

a1—使用SN向发射、SN向接收的三维数据(伪三维);b1—EW使用EW向发射、EW向接收的三维数据(伪三维);c1—SN向和EW向分别发射、观测点矢量接收的三维数据(真三维);a2、b2和c2分别是从a1、b1 和c1三维结果中截取的剖面

Fig.3   Comparison between pseudo-3D and true 3D resistivity imaging results[23]

a1—3D results using north-south transmitter-north-south receiver configuration (pseudo-3D); b1—3D results using east-west transmitter-east-west receiver configuration (pseudo-3D); c1—3D results using separate north-south/east-west transmitters with vector receivers (true 3D); a2, b2 and c2 show cross-sections extracted from the 3D results of a1, b1 and c1, respectively


从IP法的数据处理来说,基于全波形数据的预处理技术和三维反演技术已经广泛应用。Paine和Copeland[50]、刘卫强等[51]指出记录时间域全波形数据可以在信噪分离方面提供更大的灵活性。目前,例如超大功率多功能电磁法发射系统[39]、震旦三维激电系统等均可以采集时间域全波形数据。考虑到时间域激发极化(TDIP)和频率域激发极化(FDIP)方法之间的等效性,基于时间域全波形数据可以提取频率域激电信息,进而在频率域去耦、cloe-cole模型参数反演方法方面具有一定的应用前景[21]。在三维反演方面,基于各向同性介质的反演方法已经成熟,并被广泛采用[43]。但在存在明显各向异性的情况下,各向同性反演算法可能并不适用。因此,实用性的考虑各向异性电阻率/极化率三维反演算法是下一步的发展方向[23]。

4.2 可控源音频大地电磁法发展现状

可控源音频大地电磁法是一种从MT发展而来的频率域电磁测深方法。通过使用人工源,CSAMT克服了MT方法中使用天然源信号弱的问题,已经广泛应用于矿产、工程和水文地质调查领域。在传统的陆地CSAMT工作中,通过在远场区观测一组正交的电磁场分量,进而可以计算卡尼亚(Cagniard)视电阻率。然而,在非平面波效应下,近场区和过渡区计算出的Cagniard视电阻率会发生畸变,无法真实反映地下的电阻率[52]。另外,由于人工场源的引入,带来了许多附加效应,例如场源效应、阴影效应、测深通道弯曲效应等[23]。在二维剖面测量方式下,其观测数据不仅包含测量剖面地下地质体的反映,同时也包含了发射源下、发射源与接收剖面间等区域地下地质体的影响,其剖面测量结果不能真实反映地下目标地质体的分布,影响了探测效果。为提高CSAMT的探测效果,石油系统在21世纪初就开发了150 kW的可控源电磁测深技术。近些年在传统标量CSAMT的基础上出现了新的变化。

从观测形式上来说,CSAMT方法突破了传统的赤道偶极装置的标量形式,发射系统由单一偶极发射逐渐向超大功率多源发射方式发展,接收系统从标量测量向矢量、张量测量方向发展。传统的CSAMT在地下建立单一方向的电流矢量,通过标量方式在远区进行测量,只能求取标量阻抗值,难以适应复杂的三维电性结构探测。黄高元等[53]、张振宇等[54]开展了CSAMT张量测量与标量测量的对比试验,试验结果表明,在电性结构复杂的情况下,张量测量的找矿效果优于标量测量结果。德国Metronix公司研发出了旋转偶极子张量发射装置及交替偶极发射装置,可以在发射装置周围空间进行全方位观测,求取张量阻抗要素,适合探测二维、三维电性结构,雷达等[55]进行了初步的野外实验。王显祥等[56]发展了由两个偶极子源组成的“L”型装置源,并采用了一种新的发射信号方式,使得各个分量在360°张角范围内不再存在弱区,这也突破了传统测量方式中只在偶极源中轴线60°夹角范围内测量的局限。物化探所在传统赤道偶极装置的基础上,采用在与两个正交观测方向平行的两个场源进行组合的方法开展张量CSAMT实验研究。中国地质科学院在西藏甲玛铜钼矿开展了大功率张量CSAMT探测工作,获取了矿区超过3 km深度的电性结构。相对于大地电磁,大功率张量CSAMT显示出更高的分辨率(图4a、b)。特别是对600~2 100 m深度的反演结果,大功率张量CSAMT显示了与岩芯样本测量一致的“低—高—低”变化趋势,结果明显优于MT[57](图4c)。

图4

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图4   大功率张量CSAMT和MT二维剖面结果对比[57]

a—大功率张量CSAMT二维反演结果;b—MT结果;c—岩心测量结果与张量CSAMT、MT的对比

Fig.4   Comparison of 2D profile results between high-power tensor CSAMT and MT[57]

a—2D inversion results of high-power tensor CSAMT; b—MT results; c—comparison of core measurement results with tensor CSAMT and MT


从数据处理上来说,CSAMT在反演上从一维一直发展到三维。目前,基于水平电偶极子的一维反演算法、快速松弛二维反演算法、Occam二维反演方法等已经广泛应用于数据处理。三维反演方面,包括基于共轭梯度算法的三维反演[58]、基于电场x分量的非线性共轭梯度反演三维反演[59]、基于有限内存拟牛顿法的三维张量主轴各向异性反演[60]、三维时移电场反演[49]等被开发,以达到相对最优的反演效果。由于场源效应和阴影效应,考虑发射源至接收点的全域反演将是下一步的研究方向。

4.3 时频电磁法发展现状

时频电磁法是一种应用于油气勘探中的方法,通过观测长导线源电磁法中的垂直磁感应信号和水平电场信号,并根据电阻率和极化率信息对圈闭进行含油气评价[6-7,22]。由于该方法可同时提供电阻率和极化率参数,现阶段已经开始应用于矿产勘查领域。

时频电磁法与常规方法最大的差别就是需要对时间域数据和频率域数据进行对比处理。在频率域,直接对电磁场分量进行信息提取;在时间域,直接进行全时窗信息提取。在反演方面,时频电磁技术充分利用包括地震结构等已知资料来减小反演非唯一性。何展翔等[7]建立了联合反演目标函数,采用人工鱼群算法实现了TFEM 勘探水平电场和垂直磁场的联合约束反演。同时提出针对电阻率和极化率的分步反演方案,即首先开展约束界面的电阻率反演(图5a),进而引入cole-cole模型开展基于界面和电阻率约束的极化率反演(图5b)。在分步反演过程中,通过约束(固定)部分参数,减小了反演的非唯一性,进而提取目标的有效信息。

图5

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图5   中东PM 探区TFEM 实测数据反演结果[7]

a—约束界面的电阻率反演剖面;b—约束界面和电阻率的极化率反演剖面

Fig.5   Inversion results of TFEM measured data in the Middle East PM survey area[7]

a—resistivity inversion profile with constrained interfaces; b—polarizability inversion profile with constrained interfaces and resistivity


通过上述分析可以看出,时频电磁法需要较丰富的约束信息;同时,在界面约束的前提下,隐含了二维层状地层的假设。但在金属矿勘探中,二维层状地层可能并不常见,丰富的约束信息也往往难以满足。此时,定量解释方法是否能够提取到具有一定深度分辨率的极化率参数需要进一步研究。

4.4 广域电磁法发展现状

何继善[17]根据水平电流场源在半均匀空间地面的电磁场解析表达式,定义了广域视电阻率,建立了广域电磁测深法。一方面,采用迭代法直接从电磁场的隐式方程计算全场视电阻率,在一定程度上克服了远场区观测的局限性;另一方面,由于与Cagniard视电阻率相比,广域视电阻率更接近真实地电模型,可以提供没有明显畸变的反演模型,反演结果更加可靠。该方法继承了 CSAMT 场源可控的优点,改变了传统CSAMT的观测方式,可以在“非远区”观测单一电/磁场分量,进而获得地下介质的电性特征,大大拓展了人工源电磁法的探测深度、观测范围,提高了观测速度、精度和野外勘探效率(图6a)。

图6

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图6   WFEM与CSAMT一维数值模拟(a)及地震勘探应用效果(b)的对比[5,29]

a1—CSAMT一维数值模拟结果;a2—WFEM的Ex分量一维数值模拟结果;a3—WFEM的Hy分量一维数值模拟结果;b1—为WFEM应用效果;b2—地震成像结果

Fig.6   Comparison of 1D numerical simulations between WFEM and CSAMT (a), and comparison of application effects with seismic exploration (b)[5,29]

a1—1D numerical simulation result of CSAMT; a2—1D numerical simulation results of Ex components of WFEM; a3—1D numerical simulation results of Hy components of WFEM; b1—application effect of WFEM; b2—seismic imaging result


在观测参数方面,由于电场Ex分量对大地电性参数的变化敏感,是目前研究最多的分量,但受观测角度的影响较大[31];电场Ey分量全区视电阻率公式形式简洁,计算简单,但对于底层真电阻率的逼近较差[18];切向电场Eφ和径向电场Er分量全区视电阻率受观测角度的影响较小,但是工作效率较低[67]。相对于电场分量,磁场不受静态效应影响,穿透高阻屏蔽层的能力强,且不受接地条件的限制。陈卫营和薛国强[19]研究了垂直磁场Hz分量的应用效果。Wang等[29]给出了水平磁场Hy分量全区视电阻率计算方法,通过数值模拟和野外试验对比了Ex、Hy、Hz分量全区视电阻率的特点,认为Hy分量具有衰减更小的特点,可能在应用中具有更高的信噪比与探测深度。

在应用方面,广域电磁法在页岩气勘探、油气勘探、金属矿勘查等领域开展了大量研究工作,尤其是在油气勘探方面与地震成像的对比显示了良好的探测效果(图6b)。另外,王宏宇等推导了地面发射—坑道接收的电磁场表达式,给出了地—坑模式广域视电阻率计算公式,该工作方式有望在金属矿山深边部盲矿体探测中发挥作用。随着无人机技术的发展,航空广域电磁法也可能在深切割等地形较差的地区发挥作用[61-62]。

4.5 大功率人工源极低频电磁法发展现状

大功率人工源极低频电磁技术起源于军用通讯领域,之后引入地球物理探领域开展地震活动监测、地壳结构探测等。该方法通过在高阻地区布设上百公里长的发射天线,形成一个巨大的水平磁偶极子,向外辐射0.1~300 Hz的电磁波。电流通常高达几百安培,进而可以在数千公里的范围内通过采集电磁场信号实现探测目的[63]。CSELF类似于MT和CSAMT的结合。一方面,采用人工源克服了MT天然源信号弱的问题,尤其是对MT“死频带”(0.05~10 Hz)的改善,可能对“第二找矿空间”的探测具有实用价值;另一方面,覆盖范围大的优点克服了CSAMT多个场源衔接的难题,为实现大范围甚至为全国性的电磁法扫面提供了一种可能的方案。目前,我国已经在华中的花岗岩地区建立了近正交的两个方向的CSELF发射天线,NS向长约80 km,EW向长约120 km[8]。

中国地质调查局发展研究中心2023年组织17家单位在全国22个地区开展了极低频信号强度观测试验,西至西藏的羊八井、北至内蒙的克什克旗、南至广东的珠海,各试验点均接收到了发射信号。其中,物化探所采用自主研制的分布式多参数电磁系统在雄安新区开展了4分量电磁测量(Hx、Hy、Ex、Ey),获取了发射前的背景电磁场和南北、东西天线发射时电磁场各分量的时间序列。对比结果表明,针对特定发射频率,南北发射时磁场(Hy)最大1 125 fT,电场(Ex)最大20 μV/km,相当于未发射时信号强度的3倍;东西发射时磁场(Hy)最大2 444 fT,电场(Ex)最大42 μV/km,相当于未发射时信号强度的7倍。因此,CSELF能够在一定程度上弥补天然电磁场死频段信号的不足,以提高观测数据的质量。

不同于收发距较小的电磁法,CSELF远距离电磁波的传播方式需要考虑电离层—大气层—岩石层的全空间模型,其数据处理和解释分析等方面仍需要进一步探索[52,64-67]。雷达等[68]通过正演不同收发距的视电阻率和相位曲线,认为CSELF与CSAMT、MT有相似的特征,尤其是在收发距大于500 km时,CSELF与MT大致相同,此时可以采用MT的数据处理方法进行解释,这也是目前较常用的方法。但对于500 km以内收发距的测站,尤其是低频段的数据处理,需要考虑带源反演。

5 结论

本文系统梳理了大功率—超大功率电(磁)法技术的发展现状与应用前景。研究表明:

1)大功率—超大功率电(磁)法技术通过增大发射电流,能够有效压制人文噪声、增大探测深度,显著提升深部目标体的探测能力。这一技术的发展不仅为传统电磁法注入了新的活力,也为新理论的实践和新应用场景的开发奠定了坚实基础。

2)在观测形式方面,大功率—超大功率电(磁)法技术的发展促进了从传统的二维观测向三维多源矢量观测的转变,提高了三维精细探测的能力;促进了电磁场多分量的综合探测以及特殊观测条件下的单分量观测技术的发展,并将传统的地面观测平台推向航空—地面—地下多种观测平台,拓展了电磁法的应用场景。在弱信号检测方面,高精度电磁传感器的应用、相关辨识和全波形时频分析等技术的研发,有助于进一步提高强干扰环境中电磁场信号的信噪比。在参数提取方面,促进了电磁信号中极化率、磁化率等多种物性参数的提取,为矿产勘查提供了更丰富的信息。

3)尽管不同的电(磁)法分支技术在大功率—超大功率发射技术的支持下取得了显著进展,但也面临着各自的挑战和局限性,如各向异性三维反演、带场源全域反演以及复杂约束下多参数联合反演等问题尚未完全解决。未来,需进一步攻克这些技术难题,推动电(磁)法向大深度、高精度、智能化方向发展,以更好地服务于新一轮找矿突破战略行动。

参考文献

底青云, 朱日祥, 薛国强, 等.

我国深地资源电磁探测新技术研究进展

[J]. 地球物理学报, 2019, 62(6):2128-2138.

DOI:10.6038/cjg2019M0633      [本文引用: 3]

诸多研究表明我国深部资源潜力巨大，但目前的开发开采深度普遍停留在500 m以浅，开展"攻深探盲"是构建国家资源安全体系的有效途径.应用最先进的科学技术手段，提取深部地质信息，已成为我国当前地球物理科学研究的发展方向.作为地球物理学的重要分支，电磁法是矿产资源探查的主体手段之一.在分析我国现阶段航空、地面及海洋电磁探测技术进展的基础上，本文重点说明了极低频电磁法（简称WEM法），多通道瞬变电磁法（简称MTEM）和电性源短偏移瞬变电磁法（简称SOTEM）等电磁探测新技术.WEM法建立一套包括岩石层、大气层和电离层在内的全空间电磁传播理论，通过新研制的观测系统，获取地下10 km的地电信息；MTEM方法是地下埋深4 km目标体精细勘查的有效手段；SOTEM实现地下1.5 km深度范围内目标体的精细探测.通过多种电磁探测技术组合，可实现地下10 km深度范围内多尺度探测，达到"望远镜+放大镜+显微镜"探测效果.同时，本文指出进一步研发与新方法配套的装备、资料处理技术和大数据人工智能识别等将是我国电磁法未来的发展方向.

Di Q Y, Zhu R X, Xue G Q, et al.

New development of the electromagnetic(EM)methods for deep exploration

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2019, 62(6):2128-2138.

[本文引用: 3]

林品荣, 郭鹏, 石福升, 等.

大深度多功能电磁探测技术研究

[J]. 地球学报, 2010, 31(2):149-154.

[本文引用: 1]

Lin P R, Guo P, Shi F S, et al.

A study of the techniques for large-depth and multi-functional electromagnetic survey

[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2010, 31(2):149-154.

[本文引用: 1]

汤井田, 任政勇, 周聪, 等.

浅部频率域电磁勘探方法综述

[J]. 地球物理学报, 2015, 58(8):2681-2705.

DOI:10.6038/cjg20150807      [本文引用: 1]

适用于近地表(2000m以内)勘探的频率域电磁法主要有音频大地电磁法(audio-frequency magnetotellurics, AMT), 无线电大地电磁法(radio-magnetotellurics, RMT), 可控源音频大地电磁法(controlled source audio-frequency magnetotellurics, CSAMT), 广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method, WFEM).本文拟从最新的数据采集技术、数据处理技术、正反演算法、实例等四个方面, 论述适用于浅部勘探的AMT, RMT, CSAMT和WFEM方法的国内外最新进展, 总结目前AMT, RMT, CSAMT和WFEM方法遇到的困难, 对潜在的发展方向提出建议.综述表明:(1)张量测量、多站阵列、多站叠加可提高AMT、RMT和CSAMT数据的质量.利用近区数据WFEM法可获得良好的效果.国产与国外仪器在质量方面的差距正在逐步缩小.(2)数学形态滤波技术、Hilbert-Huang变换等可有效分离出有用的数据, 局部畸变仍然是亟待解决的难题, 需要更为深入的研究.(3)矢量有限元与非结构网格的出现大幅度提高了有限元处理复杂电磁问题模拟的精度与应用范围, 成为目前电磁正演的首选工具.完全非线性反演算法仍然局限于1D、2D问题, 共轭梯度法和高斯牛顿算法等为解决3D问题的发展趋势.地质约束的引入和多数据联合反演可以减小反演的非唯一性.各向异性的反演为目前反演研究的热点之一.(4)野外数据解释的正确性严重依赖于对地下结构先期的维性判别, 在2D特性不明显、3D特性明显时, 需要采用3D进行反演解释.

Tang J T, Ren Z Y, Zhou C, et al.

Frequency-domain electromagnetic methods for exploration of the shallow subsurface:A review

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(8):2681-2705.

[本文引用: 1]

Xue G Q.

The Development of near-source electromagnetic methods in China

[J]. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 2018, 23(1):115-124.

何继善.

大深度高精度广域电磁勘探理论与技术

[J]. 中国有色金属学报, 2019, 29(9):1809-1816.

[本文引用: 6]

He J S.

Theory and technology of wide field electromagnetic method

[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2019, 29(9):1809-1816.

[本文引用: 6]

何展翔, 陈忠昌, 任文静, 等.

时频电磁(TFEM)勘探技术:数据采集系统

[J]. 石油地球物理勘探, 2020, 55(5):1131-1138,937.

[本文引用: 2]

He Z X, Chen Z C, Ren W J, et al.

Time-frequency electromagnetic(TFEM) method:Data acquisition system and its application

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2020, 55(5):1131-1138,937.

[本文引用: 2]

何展翔, 胡祖志, 王志刚, 等.

时频电磁(TFEM)技术:数据联合约束反演

[J]. 石油地球物理勘探, 2020, 55(4):898-905,705.

[本文引用: 5]

He Z X, Hu Z Z, Wang Z G, et al.

Time-frequency electromagnetic(TFEM) technique:Step-by-step constraint inversion based on artificial fish swarm algorithm

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2020, 55(4):898-905,705.

[本文引用: 5]

Lu J X,Zhuo, X J, Liu Y, et al.

The extremely low frequency engineering project for underground exploration

[J]. Engineering, 2022,10:13-20.

[本文引用: 2]

滕吉文.

强化第二深度空间金属矿产资源探查,加速发展地球物理勘探新技术与仪器设备的研制及产业化

[J]. 地球物理学进展, 2010, 25(3):729-748.

[本文引用: 2]

Teng J W.

Strengthening exploration of metallic minerals in the second depth space of the crust,accelerating development and industralization of new geophysical technology and instrumental equipment

[J]. Progress in Geophysics, 2010, 25(3):729-748.

[本文引用: 2]

滕吉文, 薛国强, 宋明春.

第二深度空间矿产资源探查理念与电磁法找矿实践

[J]. 地球物理学报, 2022, 65(10):3975-3985.

Teng J W, Xue G Q, Song M C.

Theory on exploring mineral resources in the second deep space and practices with electromagnetic method

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2022, 65(10):3975-3985.

刘镜竹, 罗国平, 齐朝华.

频率域电磁测深中干扰的识别与压制

[J]. 中国煤炭地质, 2024, 36(3):72-77.

[本文引用: 1]

Liu J Z, Luo G P, Qi Z H.

Identification and suppression for interference on frequecy-domain electromagnetic sounding

[J]. Coal Geology of China, 2024, 36(3):72-77.

[本文引用: 1]

林君.

电磁探测技术在工程与环境中的应用现状

[J]. 物探与化探, 2000, 24(3):167-177.

[本文引用: 1]

Lin J.

Trend of electromagnetic instrumentation for engineering and environment

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2000, 24(3):167-177.

[本文引用: 1]

Rutley A, Oldenburg D W, Shekhtman R.

2D and 3D IP/resistivity inversion for the interpretation of Isa-style targets

[J]. ASEG Extended Abstracts, 2001, 2001(1):1-4.

[本文引用: 1]

何展翔.

电磁勘探技术的机遇与挑战及发展方向

[J]. 物探化探计算技术, 2019, 41(4):433-447.

[本文引用: 1]

He Z X.

Opportunities,challenges and development directions of electromagnetic exploration today

[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 41(4):433-447.

[本文引用: 1]

殷长春, 刘云鹤, 熊彬.

地球物理三维电磁反演方法研究动态

[J]. 中国科学:地球科学, 2020, 50(3):432-435.

[本文引用: 1]

Yin C C, Liu Y H, Xiong B.

Status and prospect of 3D inversions in EM geophysic

[J]. Scientia Sinica:Terrae, 2020, 50(3):432-435.

[本文引用: 1]

严良俊, 胡文宝, 陈清礼, 等.

长偏移距瞬变电磁测深法在碳酸盐岩覆盖区落实局部构造的应用效果

[J]. 地震地质, 2001, 23(2):271-276.

[本文引用: 1]

详述了长偏移距瞬变电磁测深法(LoTEM)在碳酸盐岩地区进行局部构造落实的试验与效果。选择了面积约200km<sup>2</sup>的湖南桑植-石门复向斜中的四望山构造区作为试验区。工区地形复杂,地表地质条件以高陡构造为主;表层为灰岩覆盖,电阻率一般大于500Ω&#183;m,目标层为志留系泥岩,电阻率在10Ω&#183;m左右,埋深一般为1～2km。试验布设场源2个,测线8条,共完成物理点212个。测网基本均匀,线距2km,点距500m。尽管测区内文化干扰十分严重,由于LoTEM法具有较强的抗干扰能力,资料质量的优良率达到了80%以上,单点电动势曲线1s以前可靠,确保了资料解释质量。通过资料处理与反演,获得了该区各测线的电阻率深度剖面图,与工区内地震剖面对比的一致性较好,表明该方法能在如此复杂的地区进行局部构造落实。

Yan L J, Hu W B, Chen Q L, et al.

Trial with lotem to investigate detailed geologial structure in the area covered with carbonatite

[J]. Seismology and Geology, 2001, 23(2):271-276.

[本文引用: 1]

The paper presents the trial method and results with Long-offset &amp; window Transient Electromagnetic Method (LoTEM) to investigate detailed geological structure in the area covered with carbonatite. We chose a well known local structure in Sangzhi Shimen synclinorium, Siwang mountain structure whose area is about 200 km<sup>2</sup>,to test the LoTEM. The rugged topography area is covered with carbonatite, and the surface geological condition gives priority to the complicated structure. The resistivity of the surface carbonatite is greater than 500Ω&#183;m, and the target layer is Silurian marlite with resistivity value about 10Ω&#183;m, and its buried depth is one to two kilometers. These give the better geophysical preconditions to the working area. Two sources were setup in the field. We finished eight lines with total 212 geophysical sites. The grid was arranged with equality (2km×0.5km).Althought there is strong cultural noise in the area, LoTEM features good anti disturbance. The rate of higher quality data is more than 80%. The EMF curve is credible before 1s and it guaranteed the data quality for interpretation. Through data processing and inversion, resistivity versus depth profiles of eight lines were obtained, and they have good coherence with the seismic profile. The results show that LoTEM can be used in prospecting for detailed structure in complicated areas.

何继善.

广域电磁测深法研究

[J]. 中南大学学报:自然科学版, 2010, 41(3):1065-1072.

[本文引用: 2]

He J S.

Wide field electromagnetic sounding methods

[J]. Journal of Central South University:Science and Technology, 2010, 41(3):1065-1072.

[本文引用: 2]

汤井田, 周聪, 张林成.

CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究

[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2011, 41(2):552-558.

[本文引用: 1]

Tang J T, Zhou C, Zhang L C.

A new apparent resistivity of CSAMT defined by electric field y-direction

[J]. Journal of Jilin University:Earth Science Edition, 2011, 41(2):552-558.

[本文引用: 1]

陈卫营, 薛国强.

广域电磁法中垂直磁场分量的分析与应用

[J]. 物探与化探, 2015, 39(2):358-361.

[本文引用: 1]

Chen W Y, Xue G Q.

The analysis and application of the vertical magnetic component in wide field electromagnetic method

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2015, 39(2):358-361.

[本文引用: 1]

周聪, 汤井田, 庞成, 等.

时空阵列混场源电磁法理论及模拟研究

[J]. 地球物理学报, 2019, 62(10):3827-3842.

DOI:10.6038/cjg2019M0437      [本文引用: 1]

针对电磁勘探中的混场源输入条件，提出了一种时空阵列混场源电磁勘探方法.假设输入端同时包含天然电磁场源和可控人工场源，输出端进行多站同步观测；基于多输入-多输出系统的分析方法，推导了混场源条件下的时空阵列方程组.提出了系统响应的求解策略，一次性获得所有同步测道对各个场源独立激励时的响应，并分别求取了大地电磁法及可控源电磁法的各种解释参数.在此理论基础上，设计了针对性的施工方案；可控人工场源的选择形式多样，其类型、数量、激励方式及布设位置等不受限制，所有场源的激励可同时进行，无需分步；测区内各测站的布设方式灵活，可根据需要布设单分量测道或多分量测道；同时在测区外布设张量远参考站.利用数值模拟方法，论证了方法的有效性，并与常规方法进行了对比.结果表明，本方法不仅可提高人工场响应的处理精度，还具有一次野外数据采集，可同时获得天然场及人工场电磁响应结果的突出特点，进而提高采集效率，压制噪声影响；本方法集合了天然场源电磁法和人工场源电磁法的优点，为实现不同类型频率域电磁测深方法数据的统一处理提供了思路.

Zhou C, Tang J T, Pang C, et al.

A theory and simulation study on the space-time array hybrid source electromagnetic method

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2019, 62(10):3827-3842.

[本文引用: 1]

Wang J L, Lin P R, Wang M, et al.

Three-dimensional tomography using high-power induced polarization with the similar central gradient array

[J]. Applied Geophysics, 2017, 14(2):291-300.

[本文引用: 4]

何展翔, 董卫斌, 赵国, 等.

时频电磁(TFEM)技术:数据处理

[J]. 石油地球物理勘探, 2021, 56(6):1391-1399,1202-120.

[本文引用: 3]

He Z X, Dong W G, Zhao G, et al.

Time-frequency electromagnetic (TFEM) technology:Data processing

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2021, 56(6):1391-1399,1202-120.

[本文引用: 3]

Wang M, Wang J L, Lin P R, et al.

Three-dimensional resistivity and chargeability tomography with expanding gradient and pole-dipole arrays in a polymetallic mine,China

[J]. Remote Sensing, 2024, 16(1):186.

[本文引用: 10]

石福升.

大功率多功能发射系统研究

[J]. 地球物理学进展, 2009, 24(3):1109-1114.

[本文引用: 1]

Shi F S.

A study on high-power multi-function transmitting system

[J]. Progress in Geophysics, 2009, 24(3):1109-1114.

[本文引用: 1]

底青云, 雷达, 王中兴, 等.

多通道大功率电法勘探仪集成试验

[J]. 地球物理学报, 2016, 59(12):4399-4407.

DOI:10.6038/cjg20161201     

采用自主研发的多通道大功率电法勘探仪进行了深部矿勘探测试.首先在河北省张家口市张北县进行了仪器整体的调试和波形测试等试验，试验结果表明，在大偏移距情况下，尽管存在50 Hz电磁干扰，也能获得与发射波形相关的波形曲线，验证了仪器系统的正确性和稳定性.然后在内蒙古曹四夭钼矿区采集了4.8 km的剖面数据，并进行了相应的数据处理工作.对所采集的数据进行了大地脉冲响应计算、峰值时刻提取和视电阻率计算，以及电阻率二维反演工作，反演的的电阻率断面结构与已知地质资料相吻合，验证了数据流程和处理方法的正确性.此次多通道大功率电法勘探仪的成功集成，为进一步大规模比对试验和装备整装勘探打下了基础.

Di Q Y, Lei D, Wang Z X, et al.

An integrated test of the multi-channel transient electromagnetic system

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2016, 59(12):4399-4407.

赵翔, 钱文圣, 亓庆新.

大功率瞬变电磁发射机的仿真与研制

[J]. 中国金属通报, 2021(6):186-188,191.

[本文引用: 1]

Zhao X, Qian W S, Qi Q X.

Simulation and development of high power transient electromagnetic transmitter

[J]. China Metal Bulletin, 2021(6):186-188,191.

[本文引用: 1]

Swanson J.

Magnetic fields from transmission lines:comparison of calculations and measurements

[J]. IEE Proceedings-Generation,Transmission and Distribution, 2002, 142(5) :481-486.

[本文引用: 1]

张凯, 林年添, 聂西坤, 等.

用于深部采空区探测的可控源音频大地电磁法抗强干扰数据采集及处理策略

[J]. 地球物理学进展, 2019, 34(5):2119-2127.

[本文引用: 1]

Zhang K, Lin N T, Nie X K, et al.

Strategies of anti-jamming data acquisition and processing for exploration of deep goaf based on controlled-source audiomagnetotellurics

[J]. Progress in Geophysics, 2019, 34(5):2119-2127.

[本文引用: 1]

Wang J L, Wang M, Liu W Q, et al.

The full-field apparent resistivity of CSAMT defined by the magnetic field y-component and an application to a geological survey in the Xiong'an New Area,China

[J]. Bulletin of Geophysics and Oceano graphy, 2021, 63(2):311-324.

[本文引用: 4]

Wang J L, Lin P R, Wang M, et al.

A multiple parameter extraction and electromagnetic coupling correction technique for time domain induced polarisation full waveform data

[J]. Exploration Geophysics, 2019, 50(2):113-123.

[本文引用: 1]

李帝铨.

E-Ex和E-Eφ广域电磁法测量范围

[J]. 石油地球物理勘探, 2017, 52(6):1315-1323,1124-1125.

[本文引用: 3]

Li D Q.

Measurement range of E-Ex and E-Eφ wide field elec-tromagnetic methods

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2017, 52(6):1315-1323,1124-1125.

[本文引用: 3]

Huang H P, Fraser D C.

Magnetic permeability and electrical resistivity mapping with a multifrequency airborne EM system

[J]. Exploration Geophysics, 1998, 29(1-2):249-253.

[本文引用: 1]

冯兵, 王珺璐, 王玉, 等.

利用CSAMT电磁场响应提取激电效应的方法初探

[J]. 地球物理学进展, 2013, 28(4):2116-2122.

[本文引用: 1]

Feng B, Wang J L, Wang Y, et al.

The preliminary exploration to extract the IP effect which using CSAMT electromagnetic field response method

[J]. Progress in Geophysics, 2013, 28(4):2116-2122.

[本文引用: 1]

Beard L P, Nyquist J E.

Simultaneous inversion of airborne electromagnetic data for resistivity and magnetic permeability

[J]. Geophysics, 1998, 63(5):1556-1564.

[本文引用: 1]

Sasaki Y, Kim J H, Cho S J.

Multidimensional inversion of loop-loop frequency-domain EM data for resistivity and magnetic susceptibility

[J]. Geophysics, 2010, 75(6):F213-F223.

[本文引用: 1]

何展翔, 吴迪, 吴磊.

我国大功率可控源电磁仪器的现状与发展方向

[J]. 物探装备, 2012, 22(6):351-355.

[本文引用: 3]

He Z X, Wu D, Wu L.

The current situation and developing trend of domestic large power contro source electromagnetic instrument

[J]. Equipment for Geophysical Prospecting, 2012, 22(6):351-355.

[本文引用: 3]

底青云, 方广有, 张一鸣.

地面电磁探测系统(SEP)研究

[J]. 地球物理学报, 2013, 56(11):3629-3639.

[本文引用: 1]

Di Q Y, Fang G Y, Zhang Y M.

Research of the surface electromagnetic prospecting(SEP)system

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(11):3629-3639.

[本文引用: 1]

Lei D, Wu X P, Di Q Y, et al.

Modeling and analysis of CSAMT field source effect and its characteristics

[J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2016, 13(1):49.

[本文引用: 1]

郑采君, 刘昕卓, 林品荣, 等.

分布式电磁法仪器系统设计及实现

[J]. 地球物理学报, 2019, 62(10):3772-3784.

DOI:10.6038/cjg2019M0432      [本文引用: 2]

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术，自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射，采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法（CSAMT）、谱激电法（SIP）和时域激电法（TDIP）等测量功能；在天然场源模式下实现了大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12 h，接收机的动态范围大于120 dB，接收机可接收信号频率范围是0.001 Hz~32 kHz.通过典型矿区的野外实验和应用，表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.

Zheng C J, Liu X Z, Lin P R, et al.

Design and realization of the distributed electromagnetic instrument system

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2019, 62(10):3772-3784.

[本文引用: 2]

卓贤军, 陆建勋, 赵国泽, 等.

极低频探地(WEM)工程

[J]. 中国工程科学, 2011, 13(9):42-50.

[本文引用: 1]

Zhuo X J, Lu J X, Zhao G Z, et al.

The extremely low frequency engineering project using WEM for underground exploration

[J]. Engineering Sciences, 2011, 13(9):42-50.

[本文引用: 1]

Seigel H, Nabighian M, Parasnis D S, et al.

The early history of the induced polarization method

[J]. The Leading Edge, 2007, 26(3):312-321.

[本文引用: 1]

李建华, 林品荣, 郭鹏.

磁激电方法技术试验研究

[J]. 地震地质, 2010, 32(3):492-499.

DOI:10.3969/j.issn.0253－4967.2010.03.016      [本文引用: 1]

激电法是矿产勘查的主要方法技术,其中应用最多的是电激电法,但电激电法在接地条件困难区(倒石堆、沙漠、戈壁、永久冻土)难以发挥效果,为了发展不接地的磁激电技术,在对磁激电法的基本原理、方法技术、数据处理等方面进行研究的基础上,开展了磁激电法与电激电法的对比试验,并对试验结果进行了分析。

Li J H, Lin P R, Guo P.

A trial study of magnetic induced polarization

[J]. Seismology and Geology, 2010, 32(3):492-499.

[本文引用: 1]

Loke M H, Barker R D.

Practical techniques for 3D resistivity surveys and data inversion1

[J]. Geophysical Prospecting, 1996, 44(3):499-523.

[本文引用: 4]

Santarato G, Ranieri G, Occhi M, et al.

Three-dimensional electrical resistivity tomography to control the injection of expanding resins for the treatment and stabilization of foundation soils

[J]. Engineering Geology, 2011, 119(1-2):18-30.

[本文引用: 1]

White R, Collins S, Loke M.

Resistivity and IP arrays,optimised for data collection and inversion

[J]. Exploration Geophysics, 2003, 34(4):229-232.

[本文引用: 3]

Power C, Tsourlos P, Ramasamy M, et al.

Combined DC resistivity and induced polarization (DC-IP) for mapping the internal composition of a mine waste rock pile in Nova Scotia,Canada

[J]. Journal of Applied Geophysics, 2018,150:40-51.

[本文引用: 1]

Neyamadpour A, Taib S, Abdullah W A T W.

An application of three-dimensional electrical resistivity imaging for the detection of an underground waste-water system

[J]. Studia Geophysica et Geodaetica, 2009, 53(3):389-402.

[本文引用: 1]

Webb D, Rowston P, McNeill G.

A Comparison of 2D and 3D IP from Copper Hill NSW

[C]// In Proceedings of the ASEG 16th Geophysical Conference and Exhibition, 2000.

[本文引用: 1]

Sun J J, Li Y G, Nabighian M.

Lithology differentiation based on inversion of full waveform induced polarization data from Newmont Distributed IP Data Acquisition System (NEWDAS)

[C]// In Proceedings of the SEG International Exposition and Annual Meeting, 2010.

[本文引用: 4]

Paine J, Copeland A.

Reduction of noise in induced polarization data using full time-series data

[J]. Exploration Geophysics, 2000, 34(4):225-228.

[本文引用: 1]

刘卫强, 吕庆田, 林品荣, 等.

多周期全波形激电抗干扰数据处理方法及在大规模探测中的应用分析

[J]. 地球物理学报, 2019, 62(10):3934-3949.

DOI:10.6038/cjg2019M0418      [本文引用: 1]

激电法是金属矿产勘查中一种十分重要的电法勘探分支方法，但是各种电磁干扰的存在限制了激电法在大规模探测中的应用.近年来，国内外先后实现了三维分布式全波形激电探测仪器系统的研发和推广，全波形数据记录为激电信号的抗干扰处理提供了新的空间.本文针对多周期全波形采样的激电数据提出了一套基于统计分析的时间序列抗干扰数据处理方法，主要包括：经验模态分解用于分离低频趋势项干扰；相关分析用于消除突发性强噪声干扰；稳健统计用于多周期时间序列叠加；分段稳健平均和低频相对相位谱用于时/频域激电参数提取.将上述数据处理方法应用于由国产分布式电法系统实测的三维全波形激电数据，并与线性拟合、均值叠加等常处理方法进行对比，发现新方法可以有效识别和压制激电数据中的强噪声干扰，提高大供电极距和低频点探测时的激电数据质量，从而进一步推动激电法在深部矿产资源勘查中的应用.

Liu W Q, Lu Q T, Lin P R, et al.

Anti-interference processing of multi-period full-waveform induced polarization data and its application to large-scale exploration

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2019, 62(10):3934-3949.

[本文引用: 1]

Lei D, Di Q Y, Wu J J, et al.

Anti-interference test for the new SEP instrument:CSAMT study at Dongguashan copper mine,China

[J]. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 2017, 22(4):339-352.

[本文引用: 2]

黄高元, 张国鸿.

CSAMT法张量与标量测量在已知铁矿区上的对比试验

[J]. 物探与化探, 2014, 38(6):1207-1211.

[本文引用: 1]

Huang G Y, Zhang G H.

The comparative test between tensor measurement and scalar measurement of the CSAMT method in two known iron ore districts

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2014, 38(6):1207-1211.

[本文引用: 1]

张振宇, 王刚, 胡祥云, 等.

张量CSAMT方法及对比实验

[J]. 石油地球物理勘探, 2017, 52(4):869-874,630.

[本文引用: 1]

Zhang Z Y, Wang G, Hu X Y, et al.

Tensor CSAMT technical research and experiments

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2017, 52(4):869-874,630.

[本文引用: 1]

雷达, 张国鸿, 黄高元, 等.

张量可控源音频大地电磁法的应用实例

[J]. 工程地球物理学报, 2014, 11(3):286-294.

[本文引用: 1]

Lei D, Zhang G H, Huang G Y, et al.

The application of tensor CSAMT method

[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics, 2014, 11(3):286-294.

[本文引用: 1]

王显祥, 底青云, 许诚.

CSAMT的多偶极子源特征与张量测量

[J]. 地球物理学报, 2014, 57(2):651-661.

[本文引用: 1]

Wang X X, Di Q Y, Xu C.

Characteristics of multiple sources and tensor measurement in CSAMT

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2014, 57(2):651-661.

[本文引用: 1]

Yu P L, Qu T, He R Z, et al.

Application of tensor CSAMT with high-power orthogonal signal sources in Jiama porphyry copper deposit,South Tibet

[J]. China Geology, 2023, 6(1):37-49.

[本文引用: 3]

林昌洪, 谭捍东, 舒晴, 等.

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

[J]. 地球物理学报, 2012, 55(11):3829-3838.

[本文引用: 1]

Lin C H, Tan H D, Shu Q, et al.

Three-dimensional conjugate gradient inversion of CSAMT data

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2012, 55(11):3829-3838.

[本文引用: 1]

翁爱华, 刘云鹤, 贾定宇, 等.

地面可控源频率测深三维非线性共轭梯度反演

[J]. 地球物理学报, 2012, 55(10):3506-3515.

[本文引用: 1]

Weng A H, Liu Y H, Jia D Y, et al.

Three-dimensional controlled source electromagnetic inversion using non-linear conjugate gradients

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2012, 55(10):3506-3515.

[本文引用: 1]

王涛, 王堃鹏, 谭捍东.

三维主轴各向异性介质中张量CSAMT正反演研究

[J]. Applied Geophysics, 2017, 14(4):590-605,6.

[本文引用: 1]

Wang T, Wang H P, Tan H D.

Research on tensor CSAMT forward modeling and inversion in three-dimensional principal axis anisotropic media

[J]. Applied Geophysics, 2017, 14(4):590-605,6.

[本文引用: 1]

何继善.

广域电磁法理论及应用研究的新进展

[J]. 物探与化探, 2020, 44(5):985-990.

[本文引用: 1]

He J S.

New research progress in theory and application of wide field electromagnetic method

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2020, 44(5):985-990.

[本文引用: 1]

王永兵, 尹文斌, 张磊.

航空广域电磁法初步探索

[J]. 物探与化探, 2020, 44(5):1059-1065.

[本文引用: 1]

Wang Y B, Yin W B, Zhang L.

A preliminary exploration of the wide field electromagnetic method in aerogeophysical prospecting

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2020, 44(5):1059-1065.

[本文引用: 1]

陈小斌, 赵国泽.

关于人工源极低频电磁波发射源的讨论——均匀空间交流点电流源的解

[J]. 地球物理学报, 2009, 52(8):2158-2164.

[本文引用: 1]

Chen X B, Zhao G Z.

Study on the transmitting mechanism of CSELF waves:Response of the alternating current point source in the uniform space

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2009, 52(8):2158-2164.

[本文引用: 1]

底青云, 王妙月, 王若, 等.

长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究

[J]. 地球物理学报, 2008, 51(6):1917-1928.

[本文引用: 1]

Di Q Y, Wang M Y, Wang R, et al.

Study of the long bipole and large power electromagnetic field

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2008, 51(6):1917-1928.

[本文引用: 1]

Wang R, Wang M Y, Di Q Y, et al.

2D numerical study on the effect of conductor between the transmitter and survey area in CSEM exploration

[J]. Applied Geophysics, 2009, 6(4):311-318.

林君, 张扬, 张思远, 等.

强电磁干扰下磁共振地下水探测噪声压制方法研究进展

[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2016, 46(4):1221-1230.

Lin J, Zhang Y, Zhang S Y, et al.

Progress of magnetic resonance sounding for groundwater investigation under high-level electromagnetic interference

[J]. Journal of Jilin University:Earth Science Edition, 2016, 46(4):1221-1230.

柳建新, 佟铁钢, 刘春明, 等.

E-Eφ广域视电阻率定义的改进方法及场特性识别

[J]. 中国有色金属学报, 2013, 23(9):2359-2364.

[本文引用: 2]

Liu J X, Tong T G, Liu C M, et al.

Recognition of electromagnetic field asymptotic properties and improved definition of wide field apparent resistivity on E-Eφ array

[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(9):2359-2364.

[本文引用: 2]

雷达, 底青云, 杨良勇, 等.

极低频电磁法在超深层油气探测中的应用——以川中油田为例

[C]// 2019年中国地球科学联合学术年会, 2019.

[本文引用: 1]

Lei D, Di Q Y, Yang L Y, et al.

Application of extremely low frequency electromagnetic method in Ultra-deep oil and gas exploration:A case study of central sichuan oilfield

[C]// 2019 Chinese Geoscience Union (CGU) Annual Meeting, 2019.

[本文引用: 1]

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