广域电磁法和可控源音频大地电磁法在生产矿山探测效果的比对——以水口山为例

为了优选适合在生产矿山开展探矿工作的人工源频率域电磁法,在已知地质剖面上开展了广域电磁法和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的试验勘探。在施工条件和参数相近的情况下,对比两种方法的信号强度、抗干扰能力、施工效率、成本和探测效果。广域电磁法采用伪随机信号、只测量水平电场分量,在电场信号强度相近的情况下,其相比于可控源音频大地电磁法抗干扰能力更强,工作效率提高至少7倍,成本更低,探测效果与已知地质资料吻合度更高。试验结果表明,在强干扰的金属矿区,广域电磁法有更好的应用前景。     

多种物探方法在胶西北金矿集中区深部勘探的效果分析

为了建立适合于山东胶西北深部金矿集中区地质—地球物理找矿模型,在已知地质剖面开展多种电磁勘探技术实验,同时优选出适用于胶西北强干扰区金矿集中区深部地球物理勘探方法。对比分析广域电磁法(WFEM)、大地电磁法(MT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)与频谱激电法(SIP)的勘探成果发现:相对于MT而言,广域电磁法具有分辨率高、数据精度高、抗干扰能力强和施工效率高等优势;相对于CSAMT和SIP而言,广域电磁法具有勘探深度大、抗干扰能力强、数据精度高等技术优点。多种方法揭示了剖面线2km内地层和岩体及断裂蚀变带空间分布特征,却未能提供深部内物性参数;反观广域电磁法成果,不仅展示了浅中部电阻率变化规律和特征,同时有效地反映了深部断裂蚀变带的变化特征。结果表明广域电磁法是本次综合物探研究工作中的有效勘探方法,同时为深部成矿预测和模型建立提供了准确的地球物理参数。     

双分量广域电磁法在深埋隧洞工程勘察中的应用

广域电磁法是一种高效、抗干扰能力强的电磁勘探方法,常规E-Ex观测方式仅处理单分量信息,不利于复杂构造区勘探应用。开展E-Ex及E-Ey双分量观测与解释,是提高勘探精度的有效途径。为测试双分量广域电磁法的应用效果,本文以西南地区卡拉水电站深埋隧洞工程勘察为例,阐述和说明了双分量广域电磁法的基本原理、数据采集方案、数据处理及反演方法,获得了目标洞线剖面的双分量广域视电阻率及其二维反演模型;结合地质资料,对反演模型进行了推断解释。结果表明,双分量广域电磁法反演模型准确反映了目标剖面的主要电性结构,较好揭示了断裂及破碎带的位置和倾向;与常规E-Ex单分量观测相比,E-Ex及E-Ey双分量广域电磁法可在少量增加施工成本的基础上提供双倍的观测数据量,具有高效及可用信息多等优点,有利于提高复杂构造区勘探精度,是深埋隧洞勘察的一种有效手段。     

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。     

广域电磁法中垂直磁场分量的分析与应用

接地导线源产生的频率域垂直磁场具有对地层敏感、垂向分辨率高、高阻穿透能力强、随收发距增大信号衰减迅速的特点。在接地条件较差、地形起伏很大的区域,测量水平电场和水平磁场的传统CSAMT工作方式不易实现,而测量垂直磁场是一种有效的测深方式。笔者从广域电磁法的原理出发,首先对频域垂直磁场的特性进行了分析,然后利用迭代法求取适用于全场区的视电阻率;将这种测量垂直磁场的广域电磁法工作方式应用于某冻土层地区的金属矿探测,取得了很好的效果。     

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。     

煤矿CSAMT数据的广域电磁法处理

某煤矿采用V8多功能电法仪开展CSAMT探测试验,由于研究区内电磁干扰严重,得出的卡尼亚视电阻率质量较低。为了提高视电阻率数据的质量及其利用率,尝试采用广域电磁法进行CSAMT数据的处理,分别应用单分量电场法、比值法(电场和磁场相比)计算广域视电阻率。结果表明：由于V8施工时不采集场源发射电流,单分量电场法计算结果误差较大;比值法的计算结果在高频段与卡尼亚视电阻率一致,但在低频段优于卡尼亚视电阻率,与实际地电情况更吻合;比值法广域视电阻率的反演结果准确地揭示了矿区含煤地层和奥陶系灰岩的界面,地层解释结果与钻探结果一致,验证了广域电磁法在煤矿CSAMT数据处理中的可行性和有效性。研究成果为其他矿产资源的CSAMT数据处理提供参考。     

E-E_φ、E-E_x广域视电阻率对比与应用

在准静态极限条件下,利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Eφ分量、E x分量的幅值范围。在均匀半空间的条件下水平电场Eφ分量、E x分量幅值范围不同,测量Eφ分量计算广域视电阻率可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。数值计算结果表明广域电磁法也有近区的存在。通过二层地电模型的正演理论曲线的讨论以及野外实测数据的对比与分析,发现E-Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较E-E x广域视电阻率小,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。     

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。     

木里冻土带天然气水合物瞬变电磁法应用研究

天然气水合物是一种绝缘固体,与围岩电阻率差异大,具有电磁法勘探的物性基础。在青海木里天然气水合物赋存区,开展了瞬变电磁法的勘探试验研究,发现电阻率断面图上部为连续较厚高阻层,下部低阻背景之间存在不连续高阻层。根据木里天然气水合物钻井的测井资料,上部连续高阻层可以确定为冻土层,而下部不连续高阻层位于非冻土层之间,深度上与科学钻井的天然气水合物赋存层位基本对应,处于天然气水合物稳定带,因此认为瞬变电磁法探测的下部非冻土层内不连续高阻层指示了木里天然气水合物的赋存层。研究结果表明:瞬变电磁法具有探测常年冻土带深部高阻的能力,可用于天然气水合物的勘探。     

胶西北河东金矿多元异常信息找矿预测

河东金矿位于胶西北望儿山断裂中段,其探矿深度已超过地表下800m,根据测区强干扰条件及2 000m深度探测要求,制定了针对深部矿体定位预测的地、物、化、遥多元异常信息找矿方案,其中化探方法采用的是构造地球化学法。遥感蚀变信息来源于美国7号陆地卫星ETM多光谱数据。物探技术选择了广域电磁测深法,并按120m×50m网度开展了9条测线的广域电磁测深法测量。在平面上主要依据遥感泥化蚀变异常和Au、As、Cu等元素的构造地球化学异常,在剖面上主要根据广域电磁测深法所获得的低电阻率异常信息,结合地质认识圈定出深部找矿靶位两处。经钻探工程验证,在300~1 300m深度范围发现了新的隐伏矿体。     

广域电磁法E-E_φ视电阻率研究

利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Ex分量、Eφ分量的幅值范围,提出了广域电磁法Eφ分量的视电阻率定义方法,初步研究了由Eφ分量定义的广域视电阻率的特点。在均匀半空间的条件下,水平电场Ex分量、Eφ分量幅值范围不同,测量Eφ分量可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。通过二层地电模型正演理论曲线的讨论,发现Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较比Ex方式小很多,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。通过H型、K型地电模型广域Eφ分量定义的视电阻率计算,结果表明,低阻中间层的反映情况比高阻中间层的好。数值计算结果表明,广域电磁法也有近区的存在。     

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。     

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。     

广义S变换时频分析在广域电磁法数据处理中的应用

广义S变换是一种可逆的局部时频分析方法,是短时傅里叶变换和小波变换的延伸和推广。利用广义S变换对广域电磁时间序列数据进行分析,除了可以划定噪声区域便于实施滤波去噪之外,还可以提高数据频谱分析精度。针对广域电磁数据特点,基于广义S变换提出了适合广域电磁法的广义S变换处理流程,进行了信号的仿真实验。同时,也对广域电磁法实测数据进行了处理,高信噪比数据的处理结果证实了广义S变换的有效性和准确性。强干扰数据处理的结果表明,获取的信号质量比基于傅里叶变换的传统方法有明显提高。处理效果表明,提出的方法适用于广域电磁法数据处理。     

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。     

广域电磁法的主要特点

广域电磁法(Wide-Field Electromagnetic Method,缩写为WFEM)是何继善院士于2010年提出的一种人工源频率域电磁勘探新方法。与已有的可控源音频大地电磁法(CSAMT)相比,同等条件下,WFEM有效观测的平面范围大,获得的观测信号强,数据精度高,对地下电阻率的变化比较敏感,能够比较真实地反映地下电阻率的变化,只测量一个电场分量Ex,通过计算机迭代提取视电阻率,装备轻便,野外效率高。本文介绍广域电磁法的主要特点,以便有益于广域电磁法的推广应用。     

高陡双复杂地区多种页岩气勘探方法效果对比

大巴山地区是我国南方少数地表勘探条件复杂和地下地质构造复杂的高陡双复杂地区。在该区开展了新一轮的页岩气勘探工作,部署多个测井点位,以及1条地震勘探试验线和一条广域电磁法勘探试验线。探测结果表明:测井具有分辨率高、精细测量的特点,但由于同时具有"一孔之见"的特点受到限制;地震资料信噪比低,不能提供准确的地层岩性、断裂等信息,在高陡双复杂地区进行地震勘探难度很高;广域电磁法在该地区复杂地质条件下具有适用性和准确性,可以查明测线的地层分布、构造形态、断裂特征,提供电性分布特征,并预测油气前景,为下一步的三维勘探工作奠定基础。     

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。