深部矿产资源探测中电磁方法的若干进展

随着我国经济的高速发展,对各种矿物原料的需求与日俱增。资源短缺的态势要求加大深部矿产勘查开发的力度。在概述电磁法勘探的发展现状的基础上,本文综述了电磁勘探方法的某些最新进展:广域电磁法、伪随机信号电(磁)法,大深度双频激电以及无人机超低空航空磁测。广域电磁法不受远区的限制,可观测面积大,信号强、精度高、只观测场的一个分量,野外速度快,效率高。伪随机信号电磁法一次能同时发送和接收多个强度大体相当的主频率信号,成倍地提高电磁法的野外效率。双频激电能够自动消去感应耦合,可以作为大深度激电的首选方法。无人机超低空航空磁测不受地形地物影响,大大减轻人工劳动强度,成本低。它们都是有利于深部勘查的新方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

用广域电磁法勘查深层地热资源

使用广域电磁法勘查了江苏省仪征市捺山地区的深层地热资源,查明了工区的第一热水储层和第二热水储层,钻遇储层出水量大、温度高。勘查结果显示广域电磁法是一种高效的深层地热能资源地球物理勘查方法,具有深度大、分辨率高、野外数据采集快等优点,勘查深度超过1 500 m,是深层地热能资源勘查主要的地球物理勘查方法。     

广域电磁法在苏北盆地厚覆盖区地热勘查中的应用

为了解决强干扰地区电磁数据采集质量差和厚覆盖区目标热储层埋深大的难题,丰富沉积盆地型地热资源勘探的技术手段,在江苏苏北盆地厚覆盖区开展了广域电磁法地热勘查工作.经过野外资料采集和数据处理,获得了地下3.5 km以浅的电性结构,划分出7套电性层,结合地层物性特征识别出7套地层,查明了主要热储层的埋深及厚度,部署了DR1地热井,完井井深2 535 m,并于1 634～2 535 m钻遇三垛组一段和戴南组二段热储层,涌水量432 m3/d,出水水温63.0℃.钻探结果表明广域电磁法在地热勘探中取得了良好的应用效果,可为类似地区开展地热勘查工作提供参考.     

全息电磁勘探在隐伏矿产资源勘查中的应用

<正>近十年来,我国的找矿技术也得到了飞速的发展,也面临越来越多的技术难题,在隐伏矿和老矿区找矿中更为突出。基于岩石电磁属性的电法勘探技术是矿产勘探的重要手段之一,具有勘探深度大、勘探效率高和高分辨率等特点,环境友好、适用地形条件广等优势,被广泛应用。由于电磁勘探方法手段复杂,种类繁多,针对不同的勘探目标有不同的手段或技术组合,出现了时频电磁法(He et al.,2005)、广域电磁法(何继善,2010)、伪随机电磁法(何继善,2010)等包含多种电磁方法的技术包。本文提出以高密度、     

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。     

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。     

极寒环境中广域电磁法勘探技术研究

为了扩展广域电磁法施工领域,突破极寒条件下广域电磁法施工禁区,开展了广域电磁法在极寒条件下的实验技术研究。通过在春季与极寒条件下未揭穿冻土层、极寒条件下揭穿与未揭穿冻土层的对比实验,探索极寒条件下广域电磁法施工的可行性,实验中应用了各类保暖方法及克服冻土层高阻的措施,总结出一套极寒条件下的勘探技术手段。实践证明极寒条件下能开展广域电磁法的施工,资料品质可得到保证。     

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。     

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。     

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。     

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。     

钻孔瞬变电磁法研究现状综述

与航空、地面瞬变电磁法不同,钻孔瞬变电磁法将接收探头置于钻孔之中,由于距离探测目标更近且远离地表,不仅可以观测到更强的响应信号,还可有效削弱孔外各类电磁信号的干扰,能够满足大埋深、精细化探测需求,尤其是深部盲矿和水害探测。通过回顾各类钻孔瞬变电磁法(回线源地?井、电性源地?井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法)的研究历史,总结各类方法在正演模拟、反演成像、仪器装备和应用案例等方面的研究现状。研究结果表明:回线源地?井瞬变电磁法研究基础丰厚,发展较为全面,已在生产中取得较多成功应用;而电性源地?井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法研究基础薄弱,由于理论方法、探测装备、反演技术等方面的限制,目前尚未得到广泛推广与应用,整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升。未来发展方向可以从以下几个方面入手,如带地形三维反演、快速地形校正方法、伪随机发射、多辐射源发射、套管干扰消除和多参数地球物理方法联合解释等,形成完善的钻孔瞬变电磁法理论和解译方法,为深部矿体探测、煤矿和隧道含水构造探测提供理论依据。      

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。     

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。     

对人工源频域电磁法视电阻率的探讨

对人工源频域电磁法的三种视电阻率计算方法进行了有关理论、一维地电模型正演、野外实验数据的对比分析,得出:广域视电阻率对于地质基底电阻率反映更真实,具有更强的抗干扰能力,但计算公式复杂;远区视电阻率对于地质基底电阻率反映没有广域视电阻率真实,但计算公式简单,且对于远区与过渡区的电阻率反映情况与广域视电阻率相同,也具备强抗干扰能力;卡尼亚视电阻率在远区与其他两种方法的结果相似,其计算视电阻率公式简单,但对于基底电阻率反映较差,且需额外测量磁场,导致抗干扰能力和工作效率不及前两者。故单纯从视电阻率反映的地质情况特别是基底地质情况看,广域视电阻率最优,远区视电阻率次之,卡尼亚视电阻率最次,但后两者计算公式简单。从勘探数据的正、反演角度而言,后两者的计算量要少于前者。