CSAMT和测井联合约束反演在松辽盆地东南隆起区油页岩识别中的应用

松辽盆地油页岩地震勘探难度大,为此在松辽盆地东南隆起区开展可控源音频大地电磁法(CSAMT)和测井联合约束反演技术应用研究。研究表明,联合约束反演技术可以将油页岩与泥页互层整体作为相对高阻层进行划分识别。利用该项技术查明研究区嫩江组油页岩主要分布在哈拉海向斜,仅在登楼库背斜西部局部沉积;青山口组油页岩在登楼库背斜、哈拉海向斜均有分布,整体呈沿登楼库背斜轴高、沿背斜轴两翼逐渐减薄的特征,为进一步勘探指明了有利方向。

CSAMT法在柴凯湖北砂岩型铀矿砂体探测中的应用研究

青海省乌兰县柴凯湖北位于柴达木盆地东北缘,区内已发现有套合较好的砂岩型铀矿点和铀异常带,具备较大的铀矿找矿潜力。广泛分布于该区中新统-渐新统干柴沟组地层的砂体是层间氧化带型砂岩铀矿成矿的有利部位,查明该目的层地下分布及砂体展布特征对于进一步的找矿突破具有关键意义。然而研究区多为第四系覆盖且沉积较厚,迫切需要高分辨率的深部地球物理勘探方法。通过在研究区内开展5条NE10.8°走向的可控源音频大地电磁测深(Contrlled Source Audio Frequency Magnetotelluric Method,CSAMT)平行剖面测量,取得了以下主要成果:①精细刻画了区内1.4 km以浅的地层结构和断裂构造空间展布特征,得到已知钻探资料验证;②基本查明了区内基底和干柴沟组目的层埋深情况、砂体展布特征;③依据埋深浅、砂体厚等划分原则,进一步圈定了L1线1.0 km~2.1 km、L2线1.0 km~2.6 km、L3线1.6 km~4.2 km、L4线1.0 km~3.3 km及L5线1.0 km~2.3 km五处铀成矿有利区。研究成果验证了CSAMT法在研究区砂岩型铀矿勘查中的有效性,为下一步的钻探工作指明了重点方向,也对相近地区具有重要的借鉴意义。

CSAMT法在莆田市断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中的应用

为查明福建省莆田地区重点建设区断裂活动性与区域稳定性,进而指导城市的规划、设计和工程建设,莆田市以城市地质调查为契机,开展了主要断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价专题工作。采用可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio Frequency Magnetotelluric Method,CSAMT)为主,高密度电法及电阻率测深为辅的地球物理勘查方法,通过对莆田重点建设区内沙县—南日岛、东郊—涵江及陂头—西天尾三条断裂的CSAMT探测成果对比分析。查明了探测区域内地层厚度规律和构造的规模形态、充填情况等信息,总结了莆田断裂构造的电性特征和展布规律并与钻探验证资料吻合。结果显示,CSAMT能有效分辨埋深1 km以内断裂构造的纵向及横向电性差异情况,以电阻率等值线图推测的地质信息为基础,结合区域地震、地温差异等因素能对断裂的活动性、稳定性进行综合评价和定性分析研究。其探测成果为城市的空间利用、工程规划和地质灾害防治等工作提供了科学依据。

CSAMT法在变质岩地下热水勘查中的应用研究——以太原盆地北部为例

基于太原盆地北部振兴农村经济、开发新能源的需求,政府拟在本区开发地下热水。但当地奥陶系、寒武系地层裸露或埋深小于100 m,已失去地下热水的储集条件。由于深部变质岩富水性差,因此,本区一直是地下热水开发的风险区与空白区。勘查研究人员针对新能源开发需求,立足地质构造可以改变变质岩无地下热水条件的技术路线,在充分调查研究地震地质与地质构造资料的基础上,应用地球物理方法在地质构造有利地段开展了对深大断裂的勘查研究。根据地形条件及勘查研究目的,选用了可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio Magnetotelluric,CSAMT);为了分辨深部地层含水构造裂隙,加密了数据采集频率;之后,采用放射性测氡法,佐证了电阻率断面异常;得出CSAMT电阻率断面与视电阻率、相位曲线均有深大断裂反映。综合地球物理勘查资料特征,确定了变质岩断裂带,带宽约100 m,发育深度大于2000 m。在断裂带上布置了井位。经钻探,盆地北部第一眼地热深井成功。结果表明,在地质构造调查的基础上,充分研究地球物理方法的每一参数特征,找到深大断裂带,就找到了变质岩的储水与储热层。本项目结束了太原盆地北部变质岩区无地下热水的历史,对同类地区的地下热水勘查研究具有参考意义。

综合物探在矿山深部资源勘查中的应用

矿产资源是社会和经济发展必不可少的物质基础,目前国内多数老矿山面临已探明储量枯竭的严峻形势,现有的勘查知识和技术难以解决矿山找矿勘查所遇到的特殊难题。针对矿山找矿的特殊性,本文结合安徽省霍邱某矿区的地质及物探资料,在采矿区选取典型剖面进行重磁、微动及可控源音频大地电磁法(Controllable Source Audio Magnetotelluric Method,CSAMT)。以微动和音频大地电磁数据分析推测浅部矿体采空及塌陷区;在深部将微动勘探与重力数据结合,取长补短,通过剪切模量将微动视横波速度与地下介质密度直接联系起来,经已知矿体位置剪切模量的分布规律并结合重磁反演在300 m以深推测了两条近平行层状分布的矿体,矿体长200~250 m,最厚处约50 m;在标高100~200 m的类似S形褶皱拐点处可能为成矿有利位置;同时推测已知主矿体在底板以深还有延伸。通过本次工作,证实了在当前老矿区内,将新技术微动勘探与传统物探方法相结合,各取其长,能提高矿山深边部及外围隐伏矿床(体)定位预测的有效性,挖掘新的找矿潜力。

基于多采样率FIR数字滤波技术的CSAMT信号提取

在可控源音频大地电磁测深(CSAMT)中,通过接收机同步记录发射频率的信号,以获取高质量的观测数据。但受环境电磁干扰的影响,接收系统观测得到的原始资料是包含多种频谱的时间序列,这种时间序列中所包含的无用信息常常淹没了发射频率的信号。通过分析CSAMT时间序列的特征,将多采样率FIR数字滤波技术引入到CSAMT的信号提取中。实测资料的数据处理结果表明,运用该方法能有效提取待测信号并压制噪声,使处理后的结果更接近于实际,可取得较满意的效果。

复杂介质条件下CSAMT最小发收距的选择

提出利用CSAMT与MT的响应相对误差来区分CSAMT近区、过渡区与远区场数据的方法,考虑发收距r、测量角度φ、测深频率f、覆盖层厚度h1和各层电阻率等因素。通过3种数值模型,讨论复杂介质条件下最小发收距rmin的选择方案。结果表明:均匀半空间模型中,rmin的值可精确给定;两层介质时,rmin的选择需根据勘探深度分情况讨论;多层介质时,可等效成两层介质进行估计。

CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究

在准静态近似条件下,利用水平电偶源在均匀半空间表面激发电磁场的计算公式,讨论了可控源音频大地电磁法(CSAMT)水平电场y分量Ey的观测范围、特点和由其定义视电阻率的应用优势;Ey与常规标量CSAMT测量的Ex、Hy幅值范围不同,采集并利用Ey数据可以扩大CSAMT野外观测扇区,减少采集成本。依据电法及电磁法勘探中视电阻率定义的基本原则,提出了Ey视电阻率的定义,说明了其具备频率测深的意义;通过几种典型层状模型(均匀半空间,两层D、G,三层H、K以及四层KH、HK型)的数值计算,对比了Ey视电阻率和Ex、Hy、Zxy、Re(Zxy)等对应的波区视电阻率及Ex、Zxy等对应的全区视电阻率对地电断面电性特征的反映效果。结果表明:Ey视电阻率的求取仅需测点的坐标和一个方向的电场值,计算方便、不必迭代,并且在曲线低频端收敛于一稳定值,可以明显改善非波区的畸变效应。

深埋长隧道洞线岩性CSAMT法分析研究

深埋长隧道的地球物理勘查工作主要是探测洞线高程附近的隐伏不良地质体的赋存情况。深埋长隧道的不良地质体主要为断层和破碎带,可控源音频大地电磁(CSAMT)法对于勘查这些不良地质体则是比较有效的一种方法。对西南一改建铁路进行CSAMT法勘查隧道洞线不良地质体的研究。结合CSAMT法对于本区的原始数据的质量要求,以及后期数据处理,特别对正常地层和存在断层、破碎带等不良地质体的典型视电阻率–频率曲线进行分析,了解这些特征构造的电性响应;对经过圆滑处理后数据进行反演,反演后的数据与原始数据进行拟合比对,判释反演的合理性。结合研究区钻孔所获得的地质信息,对CSAMT结果进行地质解释和验证。研究结果表明,CSAMT法在勘查深埋长隧道岩性分析方面具有可行性,对于隧道施工有一定的指导意义。

CSAMT逐级反演技术的讨论及应用

对深部探测地球物理找矿领域中最为常用的CSAMT法的反演技术进行探索。首先利用一维Bostick反演方法进行野外实测数据的反演;由于Bostick反演结果较为准确地确定了探测深度,然后将一维反演断面信息作为二维反演的初始模型断面,利用Occam反演方法进行正则化反演;再进行地质解释,间接地提高了地电断面初始模型的正确度;最后结合东昆仑地区某Cu、Pb、Zn多金属矿CSAMT实际勘察结果,分析总结这种数据处理方法的认知。结果表明,逐级反演技术提高了勘察效果,为今后勘察提供了有益的经验。

CSAMT探测系统的低功耗高精度同步时钟源设计

为了提高可控源音频大地电磁法(CSAMT)探测系统同步测量精度和降低系统功耗,在借鉴电力系统频率偏移校准设计思想的基础上,提出低功耗、数字化实时校准时钟基准源频率偏移技术。对全球定位系统(GPS)秒脉冲特性与晶体振荡器特性进行分析,设计以GPS秒脉冲为基准对晶体振荡器频率偏移进行脉冲补偿的方法;对脉冲补偿过程中的误差均分算法进行研究,实现基于温补晶振(TCXO)的低功耗高精度时钟源设计。研究结果表明:同步测量精度低于318 ns,时钟源功耗低于100 mW,有效地保证了时钟基准源输出频率的精度,降低了仪器野外工作功耗,提高了仪器野外工作效率。

改进遗传算法的CSAMT一维反演

传统的可控源音频大地电磁法(CSAMT)反演方法属于线性或者局部线性,大都依赖初始模型.而遗传算法因其不依赖初始模型的特点而应用到CSAMT反演中.但是,标准的遗传算法存在早熟、局部收敛等问题.针对这些问题,对标准的遗传算法进行改进,采用排序法和最优保留策略相结合的选择算子,增强其种群多样性并保证其收敛性;采用父子竞争策略和自适应概率法相结合的交叉算子,能够防止好的父代个体被淘汰,又具有适应性.通过理论模型进行算法仿真验证,证明其有效性,说明改进遗传算法较标准遗传算法在CSAMT一维反演中有明显的改善.通过对实测数据进行反演,其结果与地质资料吻合,证明了其适应性.

CSAMT法在西北深部探矿中的应用研究

可控源音频大地电磁法（英文简称CSAMT）是20世纪80年代中期兴起的一种测量卡尼亚电阻率和相位的电磁测深技术。由于它探测深度大、横向分辨率高、抗干扰性能强，因此在深部找矿的勘探中有着重要指导意义。笔者使用美国ZONGE公司生产的GDP-16大地电磁测量系统，利用的工作频率为1-4096Hz，对西北某矿区的外围和深部进行了实际勘探。证明该方法在矿区深部及外围找矿（主要是铁矿）具有有效性。

斑岩型铜矿床带条件约束的CSAMT数据精细处理和反演解释

金属矿产地球物理资料的反演中,数据的自动反演往往会出现反演模型与客观地质情况不符的现象,而带已知条件约束的反演,能限定反演模型的埋深、形状、尺寸、物性变化的范围等,使反演的地电模型更切合实际。以可控源音频大地电磁法(CSAMT)在广西某斑岩型铜矿床的应用为例,考虑了CSAMT方法的有效性、分辨率和岩矿石物性及矿床特征等因素,使用浅部已知矿体、围岩等条件反演剖面地电模型,对深部矿体进行了定位和预测,经钻孔工程验证,取得了显著的找矿效果。

大功率激电和CSAMT在隐伏矿产勘查中的应用

隐伏矿产勘查是我国现今的主要任务,近几年在内蒙古锡盟地区做了大量的电法测量工作,主要应用大功率激电和可控源音频大地电磁测深方法组合进行找矿,取得了很好的找矿效果。在内蒙古某深部隐伏铅锌矿的勘查中,将大功率激电法用于快速发现和圈定矿区矿化范围及构造展布情况,用可控源音频大地电磁测深法反演电阻率断面图推测地下岩性电性特征、地质结构、构造产状、规模和矿(化)体的赋存空间,为钻探工程提供依据。

CSAMT法在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究

CSAMT法是一套综合了MT和AMT各自优点的电磁自动采集和处理系统.本文介绍了CSAMT的原理、特点、工作方法和资料处理.该系统首次运用于高速公路长大深埋隧道勘察中,结合其它手段,成功解译出了隧道的软弱层、地下水及断层破碎带的位置,为划分隧道围岩类别提供了较好的依据,同时也为高速公路长大深埋隧道提供了一种新的勘察方法.

基于互相关算法的CSAMT接收信号处理研究

针对可控源音频大地电磁法(CSAMT:Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric)实际勘探中,因深部目标体响应信号微弱、测量环境噪声严重等特殊情况而导致接收信号的清晰度大大降低的问题,提出一种基于互相关算法的CSAMT接收数据去噪处理的新方法。该方法利用发射信号与接收信号之间相关性强,与随机噪声相关性弱的特点,设计发射信号电流波形记录器,将接收信号和发射信号作互相关处理,滤掉噪声等干扰信号。实验结果表明,该方法可压制噪声,可提高CSAMT测量的准确性。

改进混合蛙跳算法的CSAMT信号激电信息提取研究

从CSAMT信号中提取激电信息有利于提高频率域电磁法反演与解释的精度.目前的研究多以线性反演方法为主,存在依赖初始模型、易陷入局部极值的问题.针对CSAMT信号IP提取问题的非线性和非凸特征,本文提出了一种基于柯西分布和惯性权重的二阶段最小构造混合蛙跳反演方法来提取IP信息.该方法首先利用柯西算子取代随机算子来提高算法的全局搜索能力,并通过引入混沌震荡惯性权重来均衡进化过程中的个体经验和群体经验,保证算法后期的稳定收敛;然后通过引入第二阶段反演过程来强化极化率对观测数据的影响,同时将正则化参数引入混合蛙跳算法的适应度函数来改善反演的多解性问题;最后利用CPU并行计算加速了算法的模因组搜索过程.反演结果表明,上述方法能够较好地重构地电结构和提取激电信息,在加噪环境下具有较强的鲁棒性.相比其他非线性算法(标准混合蛙跳算法SFLA,差分进化算法DE和粒子群优化算法PSO)的反演结果,本文算法具有更强的全局搜索能力和更高的计算效率,适合对微弱的激电信息进行提取.

鄂尔多斯盆地北西缘伊和乌素地区CSAMT勘查效果评价

基于伊和乌素地区CSAMT资料,结合地形地貌、人文电磁干扰条件以及方法的有效勘查深度与收集钻孔验证情况分析,对方法的勘查效果进行了评价。研究表明:研究区地形地貌条件较好、人文电磁干扰可控;方法勘探深度可靠,成果反映的3个电性界面、四层地电结构,与钻孔揭露情况基本相一致,在该地区具有较好的勘查效果。

综合地球物理方法在Ⅱ-3型地热勘查中的应用:以青海同仁盆地为例

地热能是清洁能源勘探开发利用的焦点。选择青海同仁盆地开展地热物探勘查实践。首先以1∶5万地面高精度磁测资料为基础,结合区域地质资料划分断裂构造、隐伏岩体范围,圈定地热异常靶区。对其中的M3靶区进行了大比例尺地球物理探测和钻探查证。通过地球物理方法组合(主要利用微动探测法并在电磁干扰较小的地段补充可控源音频大地电磁法),基本查明了同仁盆地地热勘查类型为兼有层状热储和带状热储特征、彼此存在成生关系、地质构造条件比较复杂的Ⅱ-3型,为后续在该区开展地热资源勘查指明了方向。