基于麦克斯韦理论的海底大地电磁探测技术

麦克斯韦理论为海底大地电磁探测技术奠定了坚实基础。大地电磁场的测量通常测取Ex，Ey，Hx，Hy,Hz。大地电磁仪的设计要点包括：高灵敏度、智能化、同步采集数据、锚系硬连接、承压密封和合理的下沉速度所观测的数据经计算机处理后，可获得被测海域的地球物理信息。     

四阶△－∑过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为△-∑的电路理论以及相应的硬件芯片，给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种△-∑电路类型，该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对△-∑原理作了较深入的讨论，阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题，介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析，证实所采用的△-∑技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

大陆岩石圈导电性的研究方法

随着地球科学的进展 ,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视 ,而超宽频带大地电磁测深则是目前用于探测岩石圈导电性最有效的地球物理先进技术。它把现代性能优良的宽频带大地电磁系统 (MT 2 4NS或V5 2 0 0 0 )与长周期智能化大地电磁系统 (LIMS)配套使用 ,采集地面上频率范围为n× 10 -4～n× 10 2 Hz的天然电磁场信号 ,并通过一系列数据处理和反演计算 ,获得深达下地壳和上地幔的地下导电性结构模型。此模型不仅可以提供有关岩石圈地质构造轮廓的信息 ,更重要的是可以间接反映现今地下深部的热结构特征和物质状态分布特点。多年来 ,应用超宽频带大地电磁测深对青藏高原岩石圈导电性结构的研究表明 ,高原的中、下地壳确实是良导电性的 ;它可能说明西藏地壳中普遍存在岩石的局部熔融 ,或地热流体。沿着应县—商河剖面的大地电磁测深研究结果从电性的角度证明了太行山山前断裂为一组向东倾斜的深断裂 ,华北地区岩石圈以其为界划分为东、西两区 ;东区为低阻区 ,与构造活动区的岩石圈导电性特征相符 ;西区为高阻区 ,表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点。     

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路，需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明，除遵循电路设计的一般原则外，海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等4个方面的问题。在设计方案中，电路灵敏度达到微伏级；使用嵌入式计算机实现采集控制；对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录；仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。     

海底电场传感器原理及研制技术

因海底电场信号微弱，海下自然环境复杂以及海水导电介质以氯离子为主等原因，用于海下电场测量的电场传感器在材料和结构上有其特殊性。研制海底电场传感器成为开展海洋大地电磁探测的重要技术内容之一。研制过程遇到的主要技术问题有；海底电极材料的选择；电极的制作工艺；承压与密封技术；海水运动对测量产生不利影响的克服办法；水下弱信号传输的抗干扰问题，等等，阐述了对上述问题的解决办法。提出了海底电场传感器的全套研制方案。并列举了相关的室内模拟实验和海洋试验的结果。     

海底电磁探测仪器的承压密封舱

在海底进行电磁场探测必须解决仪器的承压密封问题。密封舱的体重对海上投放作业的难易程度有直接影响。为协调设备安全与海上施工效率的一致性,对所研制的承压密封舱需进行合理设计,以较小的体积和重量实现所规定的承压指标。论述了海底电磁探测仪器的承压密封舱的可靠性设计方法、舱体内部的器件安装结构及海底测量过程,压力模拟试验表明所研制的承压密封舱已达到设计要求。     

藏北高原地壳及上地幔导电性结构——超宽频带大地电磁测深研究结果

为了研究西藏中、北部壳、幔导电性结构，讨论高原中、北部岩石圈热状态，1998年和1999年（INDEPTH（Ⅲ） MT）在西藏中、北部完成了德庆—龙尾错（500线）和那曲—格尔木（600线）超宽频带大地电磁深探测剖面的研究.研究结果表明，西藏中、北部以昆仑山断裂为界，其南北壳、幔电性结构有很大差异.昆仑山断裂以北地壳和上地幔为高阻区.而昆仑山以南，地壳和上地幔的导电性有明显的分层结构：地壳上部以不连续的高阻体为主，夹有局部低阻异常体，沿南北方向上地壳的电性结构复杂，具有不连续、分块的特点；但中、下地壳为大范围的高导异常区，区内发育有大规模、不相连续、产状各异的高导体，其电阻率均小于4Ωm；在班公—怒江和金沙江缝合带之下，壳内高导体都具有向上地幔延伸的趋势，存在连通壳、幔的低阻通道.根据西藏高原中、北部壳、幔电性结构的研究推断：如同藏南一样，这里也普遍存在部分熔融体和热流体，它们的成因主要与班公—怒江和金沙江缝合带的壳-幔热交换、热活动有关，这是两期形成的壳-幔热交换通道.其中，班公—怒江缝合带的壳-幔热交换通道形成时间比金沙江缝合带早.因此，研究区壳、幔的热活动是从南边和西边开始，向北、向东扩展，导致现今西藏中、北部地壳和上地幔的热流分布由西向东、由南向北增大.     

连续变脉宽发送激电方波与自动变周期测量二次场信号

介绍一种新的激电数据采集方式。该方式的主要特点在于一次测量操作可同时获取极化二次场随时间衰减和随深度变化的信息,同时还讨论了实现该采集方式的仪器工作原理和信号测量过程中的一些技术问题。     

中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"1°×1°观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网建设方法与实验

大地电磁参数标准网的建设需要大量第一手的观测资料,观测资料的质量直接决定了标准网的可靠性。本文分析了大地电磁测深仪器设备、资料采集与处理技术,确定了青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网的建设方法;在此基础上,在山东菏泽地区对11535和11635号标准点进行了野外观测试验,对采集的宽频及长周期数据进行了深入处理,形成的对辅助测站和中心测站布置、数据采集时间、资料处理手段和远参考测站布设等要求,将指导青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准网的建设,并对中国大陆其他区域大地电磁场标准网建设具有一定参考意义。