海洋辅助源宽频大地电磁方法

受空气波影响,目前常用的海洋可控源电磁探测方法在浅水区几乎是探测盲区;由于海水的吸收衰减作用,大地电磁测深信号的高频成分在水域几乎衰减殆尽。因此,这两种方法在探测深度方面均存在不足之处。针对这一问题,提出海洋辅助源宽频大地电磁方法,将可控源音频大地电磁法应用于海洋资源勘探,开展混场源电磁数据采集,即在水面布设激发场源,在海底远区布设采集站接收电磁信号,可获得海洋可控源音频大地电磁信号。对这两组数据进行拼接处理,可实现海域宽频大地电磁探测。建立空气—海水—海底三层地电模型,计算水面激发—海底接收方式下的电磁场分量,分析了不同储层模型的宽频大地电磁视电阻率曲线特征,探讨了海洋可控源音频大地电磁分量的适应性及可行性。本项研究为海洋资源勘探与深部地球科学研究提供了有效的电磁探测方法。

宽频大地电磁法寻找“界面型”隐伏金矿床:以黔西南戈塘地区深部找矿为例

【研究目的】随着黔西南戈塘地区豹子洞等浅表红土型金矿开采资源的逐渐枯竭,寻找深部接替资源的任务已经十分迫切。从区域成矿规律、物化探异常、典型矿床特征等成矿预测要素出发,戈塘地区海马谷控矿断层北西侧下盘深部二叠纪茅口组、龙潭组之间的碳酸盐岩与碎屑岩Si/Ca界面上具有较大地寻找“层控型”金矿床的找矿前景。【研究方法】引入了宽频大地电磁法查明了海马谷断裂西南段0~2 km深部的电性结构特征,从电阻率反演断面图中的低阻带异常特征推断海马谷断裂具有多期活动特征,早期(中二叠世前)表现为张性正断层性质,倾向北东;后期(早三叠世后)表现为压性逆断层性质,倾向南东,倾角70°~80°。从电阻率反演断面图中的高低阻等值线梯度带推断茅口组与龙潭组存在古岩溶地貌特征,在深部存在相对“隆起”和“凹陷”变化。【研究结果】综合本区典型矿床的成矿模式、找矿标志和区域物化探异常特征,认为处于“空白”状态的海马谷断裂北西盘深部值得部署探索性钻探工程,揭示其深部的资源潜力。【结论】浅深结合的勘查技术方法(组合元素化探异常+宽频大地电磁探测技术)能够为靶区优选提供证据支撑,邻近海马谷断裂的P_(2)/P_(3)、Si/Ca界面相对“隆起”位置是开展钻探验证工作的有利位置。

基于ZYNQ处理器的射频大地电磁采集仪器研发

研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统。该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储。仿真和对比试验结果表明:该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案。

基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10~300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明:当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之增大。本文研究提高了RMT的正演速度与精度,为后续快速反演算法的实现奠定基础,数值算例表明RMT法在煤田采空区等实际勘探中具有较好的应用前景。

基于宽频大地电磁法的页岩气探测实践——以川西南沐川地区须家河组为例

四川盆地上三叠统须家河组陆相富有机质页岩较为发育,页岩连续厚度较大,含气性好,有望开辟四川盆地页岩气新区新层系。然而,复杂的人文干扰(城镇密集、人口众多)和较大的埋藏深度(2000~3000m)挑战了页岩气地球物理勘探的精度,这在很大程度上制约了川西南沐川地区三叠系须家河组页岩气的进一步勘探。本文在分析前人研究资料基础上,优选了川西南沐川地区须家河组作为新区新层系的探测目标,根据研究区地质情况,构建理论电性模型,通过正演模拟和“已知”钻孔标定方法试验,确定了宽频大地电磁法的适用性和有效性。进而在重点页岩气远景区部署一条宽频大地电磁剖面,通过数据处理分析,结合地质资料获得了研究区深部电性结构,认为研究区一带地层连续、完整,断裂不发育,具有稳定的地质结构,其中上三叠统须家河组发育较大厚度的富有机质页岩,可作为本区页岩气勘探的新区新层系,具有良好的页岩气、致密气资源前景。同时,证实了在3000m以浅页岩气探测方法中,宽频大地电磁法(BMT)可以有效地识别富有机质页岩规模和空间展布特征,是一种快速、经济、无损有效的页岩气探测方法,可以为页岩气勘探提供先导依据,同时也为同类地质情况页岩气探测提供应用示范。

宽频大地电磁法在二连盆地铀矿资源评价中的试验应用

基于二连盆地砂岩型铀矿大基地建设需要,在满都拉图地区开展了BMT试验应用,旨在研究该方法在2000 m以浅的探测能力及效果,为区内铀矿资源评价提供有效的技术支撑。通过试验区方法数据采集时间及最低频率测试,为兼顾工作效率与效益,最终确定最低探测频率为0.10 Hz、观测时间为60 min,可确保二连盆地探测深度达到1500~2000 m的要求,满足地质任务的需要。方法试验结果与钻孔及浅层地震勘探资料对比分析结果表明:BMT在解决盆地盖层结构、基底构造与目的层砂体发育特征以及断裂构造等地质问题上具有可行性,论证了方法的有效性。

宽频大地电磁测量在准噶尔盆地砂岩型铀矿勘查中的探测能力分析

准噶尔盆地铀矿勘查工作中的基础地质问题,尤其是基底埋深、盖层结构、找矿目的层(中侏罗统头屯河组)的发育特征已成为制约铀矿勘查工作的重要因素。大地电磁测量探测深度较大,可反映的深部地质信息丰富,但因缺乏高频频点,浅部地质信息较少。可控源音频大地电磁测量受近区效应和准噶尔盆地中沉积盖层电阻率较低的影响,在盆地中的探测深度一般小于1 000 m,难以满足铀矿勘查工作对测量深度的要求。宽频大地电磁测量能够实现AMT和MT的连续采集,既获得了丰富的深部数据资源,又提高了浅部的探测精度。为了研究宽频大地电磁测量在准噶尔盆地中对基底埋深、盖层结构和找矿目的层(中侏罗统头屯河组)的探测效果,在已施工的地震剖面上实测了50个宽频大地电磁测量点(5km)。数据处理时,首先针对准噶尔盆地的地电模型进行了宽频大地电磁测量的正反演研究,选取了最优的反演参数,根据选取的最优参数对实测数据进行了反演处理,依照研究区地电特征对反演电阻率断面进行了地质推断解释。并基于宽频大地电磁测量与地震勘探和钻探资料分析了宽频大地电磁测量的探测能力,结果表明:(1)宽频大地电磁测量对基底埋深具有较好的探测效果,对基底埋深的勘探深度可达2 000 m。(2)宽频大地电磁测量对深度小于1 000 m的盖层结构、找矿目的层(中侏罗统头屯河组)具有较好的探测效果。(3)宽频大地电磁测量对大于1 000 m深度的盖层结构分辨率较低,难以区分三叠系与侏罗系的界线。通过本次研究,为准噶尔盆地铀矿勘查工作中物探方法的选择提供了依据。

天然电场选频法与EH4大地电磁测深法综合探测导水通道

矿井水害对矿井的安全生产具有极大的危害性。查明导水通道的埋深和空间分布规律,可为水害防治工作提供科学依据。采用天然电场选频法和EH4音频大地电磁测深法开展导水通道探测研究其空间分布情况。通过数据采集、资料处理、异常推断解释及钻探验证等研究过程,验证了天然电场选频法和EH4音频大地电磁测深法在导水通道探测中的有效性。实践应用表明,天然电场选频法剖面曲线的低电位异常可以有效指导钻孔平面位置的布设。

长江中下游南京(宁)-芜湖(芜)段深部壳幔电性结构——宽频大地电磁测深研究

为了较全面、客观地认识南京(宁)-芜胡(芜)地区岩石圈深部结构,探讨岩石圈热结构和壳、幔物质状态等重要科学问题,为矿集区成矿作用和成矿规律的研究提供依据,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面。通过分析各剖面电性成像结果,讨论了研究区地壳-上地幔导电性的"拟三维"结构,发现测区普遍存在连续的下地壳-上地幔低阻层,仅在巢湖冲褶体断开。结合区域热流结果,我们认为下地壳-上地幔有较好的导电性,可能存在局部"熔融体"或"含水剪切断裂",其物质状态很可能是热的、软弱的。此外,我们通过物质状态和电性界面推断了上地幔隆起的位置和长江深断裂带的分布范围,认为长江断裂带不但存在,而且由多条北深南浅的断裂组成,较为复杂。

伊和高勒地区砂岩型铀矿宽频大地电磁数值模拟及应用

频率域电磁测深法在固体矿产勘查中应用比较广泛,是铀矿勘查中常用的物探方法之一,虽然该方法不能用于直接找矿,但可以通过探测地层结构、构造以及砂体的埋深、规模等进行间接找矿。笔者针对二连盆地伊和高勒地区砂岩型铀矿的地电模型开展了音频大地电磁和宽频大地电磁测深的数值模拟,分析对比了两种方法在不同深度的砂泥互层模型中电磁正演响应特征及反演的效果,结果表明:两种方法在识别浅部相对高阻特征的整套砂泥互层结构效果较好,但都无法区分出其中较薄的砂岩层和泥岩层,而探测深部的砂泥互层结构两种方法都比较困难,同时宽频大地电磁观测频点更低,可探测较深的基底起伏形态。通过对二连盆地伊和高勒地区实施的宽频大地电磁测深剖面进行了数据处理和反演解译,获得了浅部砂体分布特征及深部的基底起伏形态,取得了一定的应用效果。因此,在该地区的砂岩型铀矿探测中,使用宽频大地电磁法要优于音频大地电磁法。

可控源音频大地电磁法密频比组合波观测系统

讨论了可控源音频大地电磁法CSAMT（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics）密频比组合波观测系统及其硬件结构。该系统一次能同时至少观测三个频率,既保证了观测精度,又极大地提高了观测效率,且能根据实际情况,进行任意组合方式下的CSAMT作。在接收机的实现上,使用了模拟傅氏变换技术,使低速A/D转换器能满足测量要求,降低了成本。引入微机控制,提高了仪器的可靠性,并能实时处理现场观测数据。

天然电场选频法的响应特性分析与应用

静态效应是频率域电磁法应用中不可避免的一种物理现象,通常通过校正方法进行压制或消除。本文提出一种直接利用天然电磁法的静态效应进行浅部电性异常体勘探的新思路,利用天然电场选频法(FSM)能够测量天然交变电磁场在地表所产生的几个不同频率的水平电场分量来研究地下介质的电性变化。首先采用二维有限单元法对FSM开展正演模拟,模拟结果表明:当近地表存在低阻异常体时,地表沿测线方向的水平电场分量曲线与FSM实测曲线形态相同,在低阻体的上方出现十分明显的低电位异常;当计算的频率点增多时,电场分量剖面曲线及其拟断面图会出现静态偏移现象,发现FSM异常实质上主要是静态效应所致。FSM实践应用成果及钻井验证结果表明,当有地下水存在时,FSM实测的剖面曲线及拟断面图会出现明显的静态效应现象,且与CSAMT的勘探成果一致。通过理论与实践可知,直接利用天然电磁场的电场分量开展浅部电性异常体的勘探具有可行性,今后也可利用频率域电磁法的静态效应现象开展浅层地质勘探。

基于BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征

准噶尔盆地作为目前砂岩型铀矿找矿的主攻盆地之一,自21世纪初在其北部地区始—渐新统乌伦古河组中发现了工业铀矿化之后,近20年来几乎未系统开展过铀矿找矿工作,因此对于深部地层是否存在铀矿化仍不清楚。随着近年来我国铀矿找矿工作在准噶尔盆地北部地区的持续投入,在吐孜托依拉逆冲断裂上盘的下白垩统吐谷鲁群砂岩中发现层间氧化带,这说明该层可能存在较好的砂岩型铀矿。但在吐孜托依拉逆冲断裂下盘因下白垩统吐谷鲁群埋深较大,前人开展地质物探工作较少,故其埋深、厚度、分布范围等情况尚不明确。文章引入了宽频大地电磁测深方法,通过数据采集、处理,采用Occam反演技术,获得了可靠的反演电阻率断面,结合钻孔资料,通过地质解释,得到了下白垩统吐谷鲁群埋深图、厚度图等研究成果。获得的准噶尔盆地北部找矿目标层下白垩统吐谷鲁群空间分布特征,能够为研究区地质结构研究和圈定铀矿找矿前景有利区域提供支撑。

基于天然电场选频法在山区抗旱找水中的应用研究

文章主要探讨在山区抗旱找水中快速定井问题,结合工程实践,利用天然电场选频法剖面测量、选频法单点测深、音频大地电磁法开展综合探测研究。首先利用天然电场选频法剖面测量获得了低电位异常,结合地质分析确定了岩溶裂隙带的平面位置;然后对剖面70 m处开展选频法单点测深工作,推测了4个含水深度,确定了岩溶裂隙带发育埋深;最后利用音频大地电磁法对剖面70 m处异常进行佐证,探测结果与天然电场选频法一致性较好。经过钻孔验证,各出水段深度与物探推测具有较高的吻合性。综合分析表明天然电场选频法是快精准定井的一种好方法,值得进一步推广研究。

宽频CSAMT法在强干扰区的应用

宽频CSAMT法是在常规CSAMT方法基础上通过改进场源激发装置发展起来的新型勘探方法。本文着重介绍此方法的原理及应用效果。通过在任丘城区强干扰区的勘探表明,宽频CSAMT法由于发射电流大、发射频率频带宽、发射极距长,故能有效地压制干扰,采集资料品质较好,反演结果能详细反映地下地质信息,是一种在强干扰区勘探的有效手段。

CSRMT正交水平发射源电磁场分布规律研究

可控源射频大地电磁法(controlled source radio-magnetotellurics, CSRMT)测量通常使用发送频率1~1 000 kHz的人工场源,正交水平电偶源和正交水平磁偶源是人工源电磁法众多发射源中实现张量电阻率测量的优质场源。为此,本文基于水平电偶极子源和水平磁偶极子源电磁场解析公式,计算了均匀半空间模型正交水平电偶极子源和正交水平磁偶极子源的电磁场。结果表明,发射频率大于100 kHz时,应考虑位移电流;而张量视电阻率和阻抗相位在远区可以忽略位移电流的影响;固定模型电阻率、改变收发距时,模型计算表明高频电磁场远区测量范围更大;固定收发距、改变模型电阻率时,模型计算表明电磁场远区范围受电阻率影响较大,高阻模型需要更高的频率才会出现远区观测条件。磁偶源相较于电偶源,在张量视电阻率和相位上与实际值的偏差更小,更适于地质分析。

有耗分层媒质上瞬变电磁测深的联合时-频解释

时 -频分析是信号分析中非常有力的工具 ,近年来在处理非稳态信号方面获得了很大的成功。本文将联合时 -频分析 (JTFA)用于处理地球物理勘探中具有扩散性质的瞬变电磁场信号。首先用数字滤波和逆拉氏算法模拟了分层大地表面上中心回线装置的瞬变响应 ,然后用Gabor展开研究它们的时 -频谱 ,结果将地层序列成功地区分开来 。

龙门山断裂带南段地壳电性特征:来自速度结构约束下大地电磁反演的证据

龙门山断裂带区域内大震频发、构造运动活跃,其地史演化与隆升动力学机制一直未有定论.2013年4月20日雅安大地震后,于小金至雅安段布设了一条垂直于龙门山构造带长约200 km的大地电磁剖面.为了克服龙门山地形起伏影响,同时增强大地电磁反演的垂向分辨率,本文采用宽角折/反射地震走时反演获得的速度模型作为结构约束,通过交叉梯度项引入大地电磁非线性共轭梯度二维反演,实现了考虑地形的速度结构约束大地电磁二维算法.设计地堑-地垒模型进行合成数据反演试算,结果显示基于速度结构约束的带地形二维大地电磁反演算法能够减少由地形影响引起的假异常,同时对异常体边界轮廓的刻画更加清晰.实测数据未加地震资料约束的大地电磁二维反演结果,具有明显“低-高-低”的宏观电性特征,与前人结果基本吻合.本文将新算法应用于实测数据反演的结果表明:松潘—甘孜地块下方包含两部分低阻异常带,并有相互连通趋势.西侧低阻体埋深更深,分布于15~45 km范围内,顶部有通道延伸至地表;东侧低阻体相对变浅,向东逐渐延伸至高阻异常体之上,具有向扬子地体逆冲推覆的趋势.龙门山构造带薄皮盖层下方大规模高阻异常体厚约50 km,以Moho面为底界,且呈现北西倾向的特征,与人工地震资料推测的龙门山三条主断裂的深部延伸的产状一致.

天然电场选频法日变规律观测试验

为探寻不同地区天然电场选频法一次场的来源,深入了解大地电磁场的日变规律,对不同环境下的天然电磁场开展了同点同时观测、异点同时观测和日变规律试验观测。通过对试验数据的分析对比发现,工业园区夜间电位曲线变化明显比白天更加平缓;而城镇和山区的日变曲线在夜间用电高峰期有一个较大的起伏,并且在雷电活动期间山区的曲线存在明显波动。结果表明,工业园区工作场源主要为工业游散电流,城镇和山区则主要受居民用电和雷电影响,其日常变化均服从各自的日变规律。

基于1 Hz~100 kHz天然电磁场深埋长隧道勘察

随着深埋长大隧道洞身埋深的增加,目前常用的10~8192 Hz频带音频大地电磁法满足不了隧道勘察中浅层高分辨率探测和深部数千米深度探测的需求。为了提高浅层分辨率和深埋洞身探测能力,将频率范围扩展至1 Hz~100 kHz进行研究。首先建立复杂地形深埋长大隧道与不良地质体的电性模型结构,利用非结构化网格剖分有限元二维正演计算频率1 Hz~100 kHz宽频天然电磁场的电阻率和相位响应。研究结果显示:TM极化模式对地形、断层及浅部异常体的横向分辨力更强,但受静态效应影响导致纵向分辨率较差;TE极化模式横向分辨力较TM极化模式稍差但不受静态效应影响拥有较高纵向分辨能力,理论上论证1 Hz~100 kHz的频带范围可满足0~2000 m范围内复杂地形深埋长隧道探测需求。随后,基于MPMT-18系统,一次性完整采集了重庆市武隆区高速公路谭家隧道1 Hz~100 kHz的天然场电磁信号,计算了电阻率和相位响应并反演了谭家隧道的电性结构得到电阻率剖面图,以不同岩性电性特征为物性依据进行综合解释:精细划分了地表第四系覆盖层的厚度,推断了土石界面;分辨了洞身二叠系下统的灰岩、泥岩以及志留系页岩不同岩性围岩,为隧道施工提供了依据;根据电阻率特征在灰岩、泥灰岩地层中划分出3个异常区,经SZK02和SD 33钻孔揭示异常区存在3~4 m大小的岩溶,验证了资料解释的可靠性。