大深度多功能电磁探测技术研究

通过对大功率多功能电磁法发射系统所涉及关键技术的研究,研制出具有自主知识产权的大功率(70kw)多功能(具有CSAMT,IP供电功能)电磁发射样机;通过对多功能电磁法接收系统所涉及关键技术的研究,研制出多功能(具有AMT、CSAMT,IP测量功能)电磁法接收样机;研究开发了与多功能仪器样机相配套的数据处理技术;在试验区开展了自主研制的多功能电法系统与GDP32的场地对比试验,取得了良好效果。

电磁法综合探测系统研究

针对地下隐伏资源勘查对大深度、多参量电磁法技术的发展要求,利用天然场音频大地电磁的大深度探测及人工场激电法的多参量探测,在对分布式的场量接收和大功率的发射仪器硬件研制,以及数据处理资料解释研究基础上,成功研制了阵列天然场电磁法探测技术及混场源电磁法探测技术系统。经矿区试验应用表明,阵列天然场电磁法探测技术系统具有轻便高效大深度探测的特点,适宜于不同地貌景观尤其是困难条件下隐伏资源的大深度探测,而混场源电磁法探测技术系统不仅可获取大深度的天然场电阻率信息,还能获取人工场激电信息,可广泛应用于金属矿资源、地下水资源及油气资源的勘查。

分布式被动源电磁法系统及其应用

分布式被动源电磁法系统 ,简称DPEM。DPEM利用天然电磁场或人文电磁场作为源场 ,研究大地的电磁响应 ,探测地下电性分布及地质结构 ,可适应各种复杂的地理地质环境。主要特点有 :同步阵列遥测不同地理坐标点的电磁场 ,具有高信噪比、高分辨率和高效率 ;主机 -子机系统 ,为非封闭挂接式 ,可按使用要求配置子机数量 (坐标点数 ) ,一次实现面积性同步覆盖测量 ;频率范围 16kHz～ 0Hz ,实现浅自近地表、深至 1km、直至上地幔的不同地质目标的探测 ;可提供视电阻率、阻抗相位、异常相位等地电学参数。文中介绍了 3个工作实例。

大深度多功能电磁探测技术与系统集成

大深度多功能电磁探测系统,主要由多功能电磁探测仪器、数据采集与处理、电磁二三维正反演模拟等组成。系统研发中,攻克了多功能电磁分布式接收、大功率发射、三分量高温超导磁传感器所涉及的多项关键技术,并研究开发了配套的数据采集、处理与解释技术,系统具备AMT/MT、CSAMT、IP等测量功能。对研发系统进行了与GDP-32Ⅱ的野外对比试验及典型矿区的应用,取得显著的试验应用效果。

地球物理勘查技术与应用研究

随着我国国民经济的快速发展,矿产资源需求与保障能力之间的矛盾日益突出,金属矿勘查已成为当前地质工作的重要任务。找矿深度的不断增加,使得找矿难度也随之加大,这就为地球物理勘查技术提供了发展空间。本文对高精度航空磁测技术、航空电磁测量技术、航空放射性测量技术、航空重力测量技术、地面电磁测量技术、井中地球物理测量技术、金属矿地震勘探技术、天然地震流动台阵技术和深地震主动源剖面探测技术等进行了总结,较为全面地阐述了这些方法技术的研究及应用现状。这些方法技术是当前矿产勘查有效的地球物理方法技术,或是近年来研发的新方法、新技术,在新一轮的矿产勘查中具有广阔的应用前景。但是,地球物理勘查观测结果的多解性,又困扰着资料的正确推断解释,因此,如何正确选择和合理运用这些方法,充分发挥方法技术各自的优势,就显得尤为重要。本文重点围绕方法技术概况、基本原理、技术特点、应用范围和应用条件、应用实例及应用效果等方面进行归纳、总结,以期对金属矿勘查实践有所指导。

金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展

地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来,我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口,国产勘查技术无论仪器设备,还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求.“十二五”国家高技术研究发展计划(863计划)资源环境技术领域设立了“深部矿产资源勘探技术”重大项目,以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究,突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术;研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备;创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法,研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统,和8套其他专用软件系统,大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果,首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程,然后再重点介绍“深部矿产资源勘探技术”重大项目取得的主要成果和进展,最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.

电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟

现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响.

电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场E_x分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料IP信息的提取提供理论依据,同时为进一步实现电磁响应中感应效应与激电效应分离提供基础.

分布式电磁法仪器系统设计及实现

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12h,接收机的动态范围大于120dB,接收机可接收信号频率范围是0.001Hz^32kHz.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.

几种地球物理勘查方法技术应用研究新进展

我国在新一轮找矿工作中,面临的多是隐伏矿产尤其是深部矿产勘查,勘查难度很大,常规的勘查方法技术手段很难发挥大的作用。因此,找矿必须以新方法新技术为引领和支撑。这里列举了部分相对成熟的地球物理勘查技术研究成果,包括高温超导磁强计、多频相位激电测量系统、复杂条件下的金属矿地震勘探技术、大透距的电磁波等,重点围绕方法技术特点、技术指标、应用实例及应用效果等方面进行归纳,以期这些成果能尽快应用于找矿实践。

基于异常复电位2.5维CR有限元数值模拟

论述了基于异常复电位2.5维复电阻率法的正演计算技术。首先给出了二维地电断面、三维交流双点电源复电阻法的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,在矩形网格中增加2条对角线形成三角网格对研究区域进行剖分,在单元中对复电位和岩、矿石复电导率进行线性插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组,得到各节点的异常复电位值,并根据选定的测量装置计算出地表的视复电阻率,进而计算出复电阻率的振幅、相位或复电阻率的实、虚分量。通过理论模型的计算检验算法的有效性后构建模型算例,给出了其不同测量装置下的计算结果。

CSAMT一维全区反演

由汉克尔变换和连分式求解水平层状大地电偶源的水平电场和垂直磁场,然后由电场和磁场求得卡尼亚视电阻率,不进行近区和中间区校正,直接用阻尼最小法对近区和中间区发生畸变的卡尼亚视电阻率反演,得到地下电性参数。模型试算结果表明:虽然近区和中间区的视电阻率不能正确反映地下电性垂向变化,但由其反演仍能得到正确的结果。

基于二次场电导率分块连续变化的三维可控源电磁有限元数值模拟

从电偶源三维地电断面可控源电磁法的二次电场边值问题及其变分问题出发,采用任意六面体单元对研究区域进行剖分,并且在单元分析中同时对电导率及二次电场进行三线性插值,实现电导率分块连续变化情况下,基于二次场的可控源电磁三维有限元数值模拟.这个新的可控源电磁三维正演方法可以模拟实际勘探中地下任意形状及电性参数连续变化的复杂模型.理论模型的计算结果表明,均匀大地计算的视电阻率误差和相位误差分别为0.002%和0.0005°.分层连续变化模型的有限元计算结果表明,其与对应的分层均匀模型解析结果有明显差异.三维异常体组合模型以及倾斜异常体等复杂模型的有限元计算结果也有效地反映了异常形态.

极化大地复电阻率正反演

论述了层状极化大地复电阻率正、反演算法。给出了层状极化大地条件下三极和对称四极装置视复电阻率的解析表达式,并引入线性滤波方法实现表达式的求解。正演算例计算结果表明;随着频率的降低,复电阻率相位峰值增大;随着极化层层厚增加,复电阻率虚部平缓变化后连续递增。介绍了递推反演算法的实现过程,从理论模型试算结果看,测深曲线较好地反映了极化层Cole-Cole参数随深度的变化规律,其曲线的首支和尾支趋近于极化层的真Cole-Cole参数,表明了反演计算的可行性。

张量CSAMT一维数值模拟分析

研究一维张量CSAMT张量阻抗和倾子向量的变化特征,首先应用快速汉克尔变换法,计算准静态条件下x方向电偶极子在柱坐标系中电磁场各分量的数值解,由对称理论得出y方向电偶极子的电场和磁场值;然后,再利用二个源定向,基于张量阻抗关系式,建立六个线性方程,得到张量阻抗和倾子向量,设计理论地电模型,进而对其进行分析。这些工作不仅可以为二维/三维张量CSAMT数值模拟提供对比,而且还可以为张量CSAMT资料解释提供一定的帮助。

国内外多功能电法仪的对比试验研究

GDP-32Ⅱ、V8和DEM-V三种仪器是目前常用的多功能电法系统,在我国的矿产勘查中发挥着重要作用。选择具备良好电性基础的内蒙古准苏吉花野外试验基地,运用三种仪器,开展了综合电磁法的对比试验研究,取得了IP和CSAMT两种方法的三种仪器的同点位测量数据。在简要阐述各仪器功能特点的基础上,结合地质资料,对取得的试验结果进行了比较分析。研究成果可为多功能电磁法仪器的有效应用提供参考依据,也可为研发或引进电磁法仪器的检测提供实验场地与数据。

张量CSAMT数据处理技术初步研究与示范应用

面对大深度和三维探测,标量CSAMT(controlled source audio-frequency magnetotellurics)已显力不从心,而张量CSAMT正逐渐成为研究热点。在前人研究基础上,笔者就张量CSAMT数据处理方面提出Mohr圆分析和传统坐标旋转两种处理技术,并首次创新性地使用我国自主研发的综合电法仪开展了张量CSAMT示范应用。结果表明:Mohr圆分析和传统坐标旋转法相结合应用效果良好,可定性挖掘地下地质体的纵向和横向构造特征,主轴方位的视电阻率和阻抗相位与目标体对应良好,并且电阻率反演结果与钻孔等地质资料综合分析对建立试验区的地质地球物理模型是有益的。

复杂地形三维直流电阻率有限元数值模拟

系统地论述了用有限单元法研究复杂地形条件下三维直流电阻率的正演计算技术.首先给出了三维构造中点源电场的边值问题以及相应的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,采用四面体单元对研究区域进行剖分,在单元中进行三线性函数插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,考虑到节约计算时间,利用对称超松弛预条件共轭梯度迭代算法求解大型线性方程组,得到了各节点的电位值,进而计算出地表的视电阻率.通过理论模型的计算检验了算法的可行性之后,给出了几种常见纯地形异常的数值模拟结果和一个组合模型的计算结果,其研究工作为研究三维直流电阻率反演奠定了基础.

覆盖层对激电异常的影响研究

激发极化法已经在资源勘查中得到广泛应用,并取得了显著的地质效果。然而,在野外实际工作中,通常由于地表存在低阻或高阻覆盖层,而使覆盖层下目标地质体的激电异常发生变化。这里首先介绍时间域激电二维有限元数值模拟的基本理论;其次介绍了设计存在覆盖层条件下几种典型的理论地电模型,并对其进行有限元数值模拟;最后,总结覆盖层对激电异常的影响特征。这些工作能够为激发极化法在实际工作中的应用起到参考作用。

阵列相位激电法与时域激电法的对比分析

激电法一直是矿产勘查的主要手段,国内大多使用时域激电法,而相位激电法应用较少。但近年来随着仪器水平的提高,相位激电法开始应用于矿产勘查,取得了较好的应用效果。这里简要介绍了阵列相位激电法和时域激电法的技术原理和方法特点,并通过在湖北兴山白鸡河矿区的试验应用,对二种方法进行对比,讨论其相似性和差别,总结二种方法各自的优缺点。