过渡区条件下广域电磁法探测深度问题的理论研究

为了研究广域电磁法(WFEM)过渡区条件下的有效探测深度,设计了均匀半空间、二层断面、三层断面及四层断面4种地电模型,通过正演计算得到了趋肤深度—视电阻率曲线。以大地电磁(MT)为参照,对同等收发距下广域电磁法和可控源音频大地电磁法的探测深度进行了比较,结果表明:广域电磁法可以在过渡区进行测量,即以较小的收发距探测到较大的深度。     

广域电磁法理论及应用研究的新进展

矿产资源是国民经济发展的命脉,电磁法是寻找矿产资源的最有效方法之一,随着浅部资源的日渐枯竭,大深度高精度的电磁勘探是世界各国共同面临的技术难题,也是勘探地球物理学的研究热点。针对原有的人工源频率域电磁法深度浅、精度低等问题,从理论、方法、技术到应用,开展了系统研究,发明了广域电磁法。为频率域电磁法由粗放到精细的发展,跨越了一大步。由此形成了"大深度高精度广域电磁勘探技术与装备"成果,2018年荣获国家技术发明一等奖。广域电磁法为油气勘探、深部找矿、煤矿水害探测、地质灾害防治、压裂监测、城市物探等提供了全新的技术手段,有力地支撑了面向国家重大需求的"深地探测"战略。本专栏收集的论文,主要分布在固体矿产、页岩气和地热探测,压裂监测与航空物探应用等技术研究领域。本文重点围绕这些论文,对广域电磁法理论及应用研究进展加以讨论。     

广域电磁法深部找矿实验效果

介绍了广域电磁法的基本原理、特点及广域视电阻率的定义。在内蒙古自治区某银铅锌矿进行了实验勘探工作,解释和推断了地电异常,并和可控源音频大地电磁法的效果进行了对比。研究结果表明:广域电磁法可以用较小的发收距获得较大的探测深度,勘探效率和精度较高,用于寻找深部金属矿的效果明显。     

综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

二里河铅锌矿是凤太矿集区中具有代表性的重要铅锌矿床之一,近些年找矿方向转向已知矿体深部及外围。根据二里河地区地质、地球物理特征,结合多年在凤太地区的综合地球物理找矿工作,分析了回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在二里河地区的实际应用效果,对3种方法的特点和适用性进行总结,认为：回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在该地区深部找矿具有可行性;回线源瞬变电磁法对于圈定矿体水平位置具有较好的效果,电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常较为敏感,广域电磁法分辨率较高,同时探测深度可达到2 500 m。此外针对二里河矿区的找矿工作,提出物探工作建议：采用以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的综合电磁探测方法,同时应尽可能采用长剖面和面积性物探工作。     

广域电磁法在金属矿勘探中的应用研究和探讨

在金属矿产资源勘査工作中,随着探测深度的不断增大,矿区人文干扰因素严重,物探勘查难度加大,费用增加,因此在深部找矿及危机矿山资源大调査工作中,须大力发展新方法、新技术、新仪器设备。本文介绍广域电磁法的基本原理、工作方法、应用原则和条件等,并以河南某金矿做具体案列,进行分析和研究,阐述广域电磁法在金属矿深部勘查中的有效性。     

广域电磁法地热勘探应用效果

目前,深部地热勘探主要依赖于地球物理勘探手段,而深度大于1km地球物理方法较少.从高效、绿色、环保角度出发,一般选择电磁法中的大地电磁法和可控源音频大地电磁法进行深部地热勘探,但在深度和精度上仍然受较大的制约.广域电磁法作为新兴的电磁法,在理论和配套设备上更加完善,极大的解决了深度和精度的问题.本文简要阐述广域电磁法的...     

广域电磁法地热勘探应用效果

目前,深部地热勘探主要依赖于地球物理勘探手段,而深度大于1km地球物理方法较少。从高效、绿色、环保角度出发,一般选择电磁法中的大地电磁法和可控源音频大地电磁法进行深部地热勘探,但在深度和精度上仍然受较大的制约。广域电磁法作为新兴的电磁法,在理论和配套设备上更加完善,极大的解决了深度和精度的问题。本文简要阐述广域电磁法的原理及工作技术方法,通过其在甘肃地区的应用实例,结合重力、钻孔等资料,说明广域电磁法在深部地热勘探中的有效性及优越性。     

海底电缆电磁场分布模拟与分析

海底电缆的探测和识别技术是海底电缆维护与建设中非常重要的研究内容。海底电缆布设于海底,在通电情况下产生电场和磁场,符合可控源电磁法探测理论。本文采用频率域可控源电磁法2.5维高精度有限元数值模拟算法对海底电缆模型进行模拟与分析研究,以水平地形和起伏地形海底电缆模型为基础,重点对海水层厚度和海底界面两种参数变化前后电磁场分布特征进行了模拟与分析。数值算例表明:磁场分量H_y对于海水层厚度非常敏感,厚度变化0.2 m时,变化前后H_y偏差可达5%,从而论证了采用可控源电磁法理论对于海底电缆的探测和识别可行。     

WFEM与CSAMT在新元煤矿富水区探测效果对比

为了探测煤层中的富水体,首次在新元矿区开展了基于广域电磁法的富水区探测,并同时配套了可控源音频大地电磁法作为对比。通过视电阻率数据曲线、频率—视电阻率拟断面图和反演结果的对比结果,显示广域电磁法具有探测深度大、效率高、精度高的特点,可为煤矿富水区探测提供新的有效技术。     

E-E_x广域电磁法对低阻薄层分辨能力探讨

对E-Ex模式广域电磁法对低阻薄层结构的分辨能力和在传统意义上"近区"的勘探能力进行了探讨。近期关于广域电磁法的工作重心都放在二、三维正反演上,从一维响应出发,设置了几组含有低阻薄层结构的一维地质模型,正演得出全区视电阻率曲线,了解到广域电磁法对低阻薄层的分辨能力;分析曲线特征,并与可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维数值模拟结果进行对比,得出广域电磁法在"近区"工作的优越性。     

强干扰矿区中广域电磁法与CSAMT探测效果对比

安徽某铜矿区由于电磁、人文干扰严重,传统的电磁法无法取得有效的数据,抗干扰能力较强的CSAMT法在该区检查点数据均方相对误差达到了53.6%,勘探效果较差。将广域电磁法应用到该矿区,取得了质量较高的数据,平均相对均方误差为5.6%。与相同剖面上的CSAMT法反演结果相比,广域电磁法的反演结果与地质资料吻合,深度误差小于10%,矿体的位置与钻孔信息相符。试验结果表明,广域电磁法具有较强的抗干扰能力,可用于强干扰矿区探测。     

广域电磁法在南华北盆地长山隆起页岩气资源潜力评价中的应用

采用广域电磁法在南华北盆地长山隆起地区进行探测,基本查明了工作区内基底起伏、埋藏深度和地层在空间上的主要分布,揭示了低阻区域的埋藏深度和厚度,从而确定了寻找页岩层的有利地段,解释结果得到钻孔验证,取得了较好的地质效果。勘探成果为确定页岩气开采"靶区"和"甜点区"提供了极为有用的地质地球物理信息,同时验证了广域电磁法探测页岩气赋存地层的有效性。     

广域电磁法在复杂电磁干扰环境的应用研究——以某市周边地热勘查为例

广域电磁法通过人工接地场源建立谐变电磁场,向地下发送不同频率的交变电流,观测一个或多个电磁场分量,以广域视电阻率探测不同埋深地质目标体。该方法以大功率、强信号的人工场压制干扰场来提高信噪比,从而获得有效观测数据。在高压线、铁路、厂房、矿区、变电站、城市周边等复杂人文噪声干扰环境下,干扰场信号幅值达到几百甚至几千微伏,其强度大于广域电磁人工场信号,难以达到压制效果。本文以某市周边地热资源大深度勘探为例,对复杂电磁干扰环境下广域电磁法的应用进行研究,取得了质量良好的观测数据,经反演解释清晰刻画了地层、构造的空间展布特征,提供了两处地热资源有利区。该例为复杂电磁干扰环境下广域电磁法应用提供了方向。     

高频大地电磁法有限元数值模拟

由于中深度工程地球物理勘探的迫切需要,以美国EH-4电导率成像系统为代表的高频率大地电磁法,在我国地球物理勘探行业的应用越来越广泛。其勘探深度在地下1000m以内,频率范围在10Hz～100kHz。这里研究了高频率大地电磁法有限元高精度,快速数值模拟。首先利用广义变分原理推导出电磁场的有限元方程,编制了双线性和双二次插值有限元程序,并进行了层状模型的验证性计算,然后对典型地堑模型的数值模拟结果进行了分析,得出了一些有意义的结论。     

频率域电磁法在煤矿采空区调查中的应用

采取有效技术手段进行煤矿采空区调查已成为矿区生态环境治理、矿井安全生产和重大工程建设项目选址中亟需解决的问题。本文以频率域电磁法基本原理为基础,对比分析EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的方法特点,通过数值模拟探讨不同介质充填采空区的电性响应特征,并结合典型工程实例对EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法探测煤矿采空区的实际应用效果进行分析。数值模拟结果和工程实践表明,煤矿采空区相对围岩具有显著的电性差异,以此为物性基础采用频率域电磁法进行采空区探测可以取得较为理想的效果。频率域电磁法在探测煤层采空区方面是一种行之有效的方法,可以成为煤矿防治水和采空区地质灾害调查的有效技术方法。     

黔北台隆区地热勘探中广域电磁法的应用效果

扬子准地台黔北台隆地热试验区电磁、人文干扰严重,制约了传统电磁法在该试验区的勘探效果。本文对试验区干扰源及岩层物性参数进行综合评估后,开展高精度大深度广域电磁法探测实验,进行二维连续介质带源反演,获得地下5 km地层电阻率分布特征,其中奥陶系下统湄潭组、寒武系下统金顶山组、明心寺组、牛蹄塘组低电阻层为试验区盖层,奥陶系下统花园组、桐梓组、寒武系娄山观组、石冷水组、高台组、清虚洞组、震旦系灯影组高阻层为储热层,同时也揭示了深部断裂构造对储热层的影响。广域电磁法成果揭示的电性层与钻井SZK1揭示的地层信息相吻合,表明在扬子准地台黔北台隆地热强干扰区,广域电磁法是一种有效的探测手段,丰富了黔北地热能源研究成果,为进一步推动黔北地热勘探提供地球物理参数。     

广域电磁法在胶西北金矿集中区深部探测中的应用研究

胶西北矿集区内的焦家与三山岛断裂带是著名的金矿成矿带,近年深部找矿成果显著,目前钻孔已揭露至4 006 m,以往的物探方法深部探测效果不佳,亟需有效的深部探测地球物理技术。将广域电磁法应用于焦家—三山岛断裂带已知剖面,断面揭示两大断裂带形成的低阻带特征明显,真实反映了地下电性分布,视电阻率高阻、中低阻的分布反映了玲珑花岗岩体及变质岩体的展布;同时断面清晰展示了两大断裂在深度4 km附近交汇,剖面为研究焦家—三山岛断裂之间的断裂特征提供了依据。应用试验表明,广域电磁法探测深度大,抗干扰能力强,在胶西北岩浆岩分布区探测低阻断裂带具有较好的效果,是该区5 000 m深度范围内很好的非震地球物理方法。     

电磁法在煤矿水害隐患探测方面的综述

煤矿水害是安全生产的重大隐患,如何精准探测隐蔽致灾体是解决这些隐患的前提。电磁法对低阻体反映灵敏,方法类型多样,适应性强,是探测富水致灾体的有效方法之一。传统的地面电磁方法包括可控源音频大地电磁法和回线源瞬变电磁法,在煤矿隐蔽致灾体探测方面发挥了重要作用。随着新技术的不断发展,近源电磁勘探方法得到了快速发展,包括广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法,提高了勘探效率和信噪比,拓宽了观测区域。地空电磁法是新发展起来一种大功率快速勘探方式,具备航空电磁法快速采集和地面电磁法大功率发射两个优势,特别适合于复杂地形条件的煤矿灾害隐患探测。分析了煤矿典型致灾体的形成机理、时空分布及物性特征,其中,隐蔽型导水构造是造成煤矿安全隐患的重要因素,需要重点关注;回顾了各种电磁方法的主要特征、适用性以及在煤矿水害探测中的应用现状,总结了不同方法的技术参数和观测模式等,为相关技术人员从事煤矿灾害隐患探测提供了参考;最后对煤矿电磁法发展进行了展望：广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法等近源电磁勘探方法将会在煤矿勘探中进一步扩大应用;三维反演技术和基于深度学习的神经网络反演算法等将是未来电磁法的主要发展方向;地空电磁勘探会快...     

磁化率对大地电磁响应的影响及其提取方法

在电磁探测理论中,电导率和磁导率是两个重要的岩石物性参数。在磁性较强的地区进行大地电磁探测工作时,电磁场信号必然受到介质磁性的影响。将磁化率参数引入到二维大地电磁正演理论中,实现了含磁化率的大地电磁有限单元法数值模拟。建立棱柱体模型计算并分析了磁化率参数对大地电磁的电场、磁场、视电阻率及相位等参数的影响。数值模拟结果表明:高磁性介质导致电场升高,磁场降低,视电阻率增大,相位复杂变化,且随着磁性物质的增多或磁化率的增大,这种影响逐渐变大。引入电导率、磁化率光滑约束与磁化率对数约束,采用改进的特别快速模拟退火法实现了电阻率、磁化率参数一维同时反演。对K型、H型中间层高磁地电模型进行反演试算,反演结果良好。该研究为在高磁性地区开展大地电磁工作提供了基础,对实现"第二找矿空间"内的矿产勘探,具有一定的意义。     

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。