CSAMT论文

CSAMT论文（共8篇）

CSAMT论文 篇1

摘要：可控源音频大地电磁测深是目前应用较多的一种电法勘探方法, 在野外测量过程中, 由于收发距设计不合理, 往往会出现近场效应等问题, 导致整个项目不成功。通过总结前人的经验公式、成果和野外试验, 介绍近场的典型特征, 并提出合理设计收发距并进行野外工作前试验, 以解决野外工作中常常出现的近场效应。

关键词：CSAMT,近场效应,识别,避免

0 引言

可控源音频大地电磁测深 (CSAMT) 是一种有源的电磁测深方法, 可以大大压制干扰和提高对地下介质结构的分辨能力, 因此被广泛应用于矿产、水资源调查、煤田陷落柱等勘探中[1,2,3]。CSAMT具有探测深度深、发射源可靠性强、较高的工作效率等特点。但是根据野外使用情况, 存在人工场近场效应等问题。在野外数据采集时, 如何准确及时识别近场效应, 并通过有效措施避免近场效应是探测工作成败的关键因素之一。

1 近场效应的定义

CSAMT采用人工场源, 其发射源电 (磁) 偶极子激发的电磁波通过两种途径达到地下某一点:一种是在空气和地表的接触面传播的波, 简称面波, 由于空气的波阻抗远大于地下介质的波阻抗, 因此, 面波几乎总是垂直地表面向下传播。另一种是由场源直接传入地下的波, 简称体波, 如图1所示。在远区条件下, 地下电磁波主要是面波所决定的, 而在过渡带和近区, 体波的成分相应加强。近区是指电场与磁场完全饱和且磁场按照1/r2衰减的区域;远区是指电场与磁场水平分量按照1/r3衰减的区域。一般认为, 测深点靠近场源时, 视电阻率和相位差的畸变, 叫做近场效应。

2 近场效应的特征与识别

2.1 近场效应典型理论曲线特征

根据理论, 总结出CSAMT测深曲线远区-近区视电阻率变化曲线, 如图2所示。可见在近区视电阻率曲线几乎呈45°的直线上升, 在过渡区视电阻率呈现凹形, 出现一个明显的低谷, 这种计算出虚假的视电阻率数据, 是由于在远区以外数据不适合理论公式, 在近区与过渡区里面采集的数据受此影响, 导致计算的视电阻率失真, 即是受到近场效应影响。

2.2 近场效应野外试验结果分析

为了验证野外实际数据的特征与理论曲线特征是否一致, 受近场效应影响的数据反演出地下视电阻率情况是否真实有效, 在已知的某矿区, 进行野外试验。发射端分别置于A1B1、A2B2位置发射信号, A1B1=A2B2=2 000 m, 预计探测深度为1 000 m, 如图3所示。

通过近场区域的野外视电阻率采集数据曲线与理论曲线对比, 野外视电阻率采集数据曲线符合理论曲线特征, 并与远场区域的野外视电阻率采集数据曲线比较, 如图4所示, 得出以下特征:

(1) 高频率区段, 发射端在A1B1位置与A2B2位置的野外采集数据变化差异不大, 都满足远区采集, 视电阻率曲线都较为平缓、光滑, 如图4左边虚线框内;

(2) 频率减小到64 Hz左右频率区域, 发射端在A2B2位置的野外采集视电阻率数据曲线呈明显俯视下冲, 是因为野外采集的数据开始进入过渡场。而发射端在A1B1位置的野外采集视电阻率数据曲线呈平缓、光滑走势, 如图4中间折线框内;

(3) 频率位于16 Hz左右以下区域, 发射端在A2B2位置的野外采集视电阻率数据曲线几乎呈45°左右直线上升, 是因为野外采集的数据开始进入近场。而发射端在A1B1位置的野外采集视电阻率数据曲线依旧呈平缓、光滑走势, 如图4右边实线框内。

为了知道受近场效应影响的数据反演出地下视电阻率情况真实有效性, 对近场视电阻率数据进行反演并与远场视电阻率数据反演剖面比较, 如图5所示。由CSAMT测深曲线远区-近区视电阻率变化曲线可知, 因为低频数据更容易进入近场, 所以对深部影响尤为明显。在受近场效应影响的数据下, 反演剖面深部出现大片分层明显的高阻带虚假信息。而通过远场数据即正常场数据反演结果显示, 成功反演出, 一个低阻带, 两边为高阻带, 为岩浆侵入, 具备成矿条件。根据资料, 低阻带为磁铁矿所处位置, 试验数据反演出的结果符合已知区域的情况。

2.3 近场效应识别方式

在近场进行野外采集数据时, 受近场效应影响的视电阻率数据曲线会呈明显俯视下冲, 紧接着视电阻率数据曲线几乎呈45°左右直线上升, 如图4中发射端在A2B2位置近场的视电阻率采集数据曲线;近场数据进行反演剖面, 反演剖面深部出现大片分层明显的高阻带虚假信息。从以上两方面, 可以很清楚及时地识别出数据是否进近场。当出现近场特征时, 应及时找出原因, 采取措施, 避免近场效应影响。

3 近场效应避免措施

根据前人的实践, 总结出CSAMT收发距R的经验公式为:

式中, R为收发距, m;δ为趋肤深度, m;ρ为电阻率, Ω·m;fL为达到预计勘探深度最低要求频率, Hz。

通过以上公式可知, 远场、过渡场与近场的分布情况与收发距R相关, 而R则是由背景电阻率、最低要求频率决定。所以要选择合适收发距避免近场效应, 须知道最低要求频率与背景电阻率。

根据式 (1) 可知, 达到预计测深深度H的最低要求频率:

式中, H为预计勘测深度, m。

由式 (2) 知:最低要求频率由预计测深深度H和背景电阻率决定, 因此, 背景电阻率的选取对避免近场效应尤为重要。

背景电阻率的选取: (1) 野外工作前, 对测区进行有限的AMT点的测量, 或者参照该地区相关资料, 知道背景电阻率的变化分布, 按照以下两种情况选取用于指导工作布置所需的背景电阻率:如果能保证电流足够大的时候, 可以满足按照探测深度过程中所遇到的最大电阻率作为背景电阻率所需电流强度, 一般选择此最大电阻率作为背景电阻率;如果按照最大电阻率作为背景电阻率时, 无法保证电流达到要求时候, 一般要分层计算, 计算出所需的穿透每层最低频率, 然后整体计算达到预计测深深度所需的最低频率, 选定背景电阻率。 (2) 野外工作前, 通过有限的AMT点测量资料或者参考资料, 确定了指导测区工作布置所需的背景电阻率值ρ, 通过经验公式 (1) 、 (2) 就可以很轻松地确定达到预计测深深度H需要的最低频率和远近场分布的基本情况。

将公式 (2) 代入公式 (1) , 根据野外经验与大量资料下背景电阻率变化范围, 可以得出满足远区测量关于收发距Rmin的经验公式:

由式 (3) 可以轻松算出不同收发距R情况下, 近场、过渡场和远场的分布。熟知各个场区的分布, 将更好地指导野外工作布置, 是野外工作成功的第一步。

野外实际工作时, 因为不同区域背景电阻率变化情况很大, 所以很多时候仅仅靠经验公式完成工作布置并进行数据采集, 依旧会受到近场效应影响。因此, 野外工作不能按照设计一成不变, 需要在满足经验公式的室内工作布置下, 进行工作前的实验, 要在满足经验公式的远区收发距中, 选择出合理的收发距。

4 结论

综上所知, 近场效应主要与背景电阻率、预计探测深度有关。在保证电流满足勘探强度要求的情况下, 选择合适的收发距, 是能否有效地避免近场效应的关键因素。一般情况下在能知道背景电阻率与预计测深情况下, 按照经验公式 (1) 进行计算, 选择远区测量即可, 但是因为区域背景电阻率变化很大, 选择背景电阻率时, 有时候并不能达到工作要求。而收发距为5~9倍的预计测深深度仅供在不知道背景电阻率情况下参考。另外在野外进行工作时, 有时候往往由于电流达不到工作要求, 野外采集的数据误以为受到近场效应影响。因此, 由于背景电阻变化范围大与信号强度问题, 设计选择合适的收发距后, 要进行野外工作前试验, 来确保在远区测量的同时, 尽量使接收的电流信号强度最大, 达到设计要求。这种情况下的收发距是最优收发距, 能有效地避免近场效应的出现。

参考文献

[1]石昆法.可控源音频大地电磁法理论与应用[M].北京:科学出版社, 1999.

[2]底青云, 王妙月, 石昆法, 等.多功能地球物理探测系统-V6在矿山顶板突水患中的应用研究[J].地球物理学报, 2002, 45 (5) :1-5.

[3]吴璐萍, 石昆法, 李荫槐, 等.可控源音频大地电磁法在地下水勘查中的应用研究[J].地球物理学报, 1996, 39 (5) :712-717.

CSAMT论文 篇2

关键词：地热；断裂破碎；低阻异常

引言

通过在辽宁省铁岭市某地段开展地热普查工作，在工作区布置地质填图、重力、磁法剖面测量、视电阻率联合剖面测量、可控源剖面测量工作，通过综合解译，推断出北东向断裂一条，倾向为南倾，倾角较陡，与地质图上的已知断裂的走向、倾向基本吻合。根据视电阻率断面图对深部地层进行了初步的划分和定性解释。最终实施一眼地热探采结合井，钻孔实际含水破碎层位情况与物探推断结果吻合较好，结果表明本次物探工作推断解释是合理、准确、有效的。

1矿区水文地质条件

普查区出露地层主要为中元古界蓟县系雾迷山组、铁岭组和上元古界震旦系殷屯组及第四系（Q4）。根据工区地质资料，这一地区的地热受深大断裂控制，地幔热能沿深大断裂向上传导，经主干断裂和次级断裂传到第四系地层底部。本地的地下热水沿构造裂隙向上传导到地层浅部，形成一定的地下热水[1]。

2视电阻率等值线特征与构造破碎带的推断解释

L2剖面的CSAMT法断面图的1900～2100点的范围内是一个略向南倾、近直立的低阻异常带，推断为构造破碎带。其左右两侧形成“八”字型等值线梯度带，右侧梯度带较为光滑顺直，间隔相对均匀，左侧梯度带相对杂乱，出现多处局部扭曲突变。这些低阻异常边缘的等值线扭曲成为推断断裂破碎的重要依据。

第一层：在标高-350—580m段，在浅部标高0m下方，钻孔周围，原本近水平的等值线转变为“n”字型分布，一直向深部延伸，形成近直立的低阻条带，本层深度段内低阻条带宽约200m，两侧为完整的相对高阻地层，推断为断裂破碎的顶部，破碎程度不高。

第二层：标高-600m—800m段，低阻条带的左边缘等值线出现扭曲，使得低阻带宽度变大100m以上，推断是含水破碎带引起的相对低阻，其在断面图中被放大的效果，根据电磁波传播原理及电法正演计算结果，表明在视电阻率等值线图中，岩（矿）体所产生的低阻异常范围比岩（矿）体本身要大很多，因为低阻异常源会对其周围区域的电磁场分布造成一定的影响，异常幅值越高，影响范围越大[2]。因此推断此处破碎程度较高。

第三层：在标高-1400m附近，低阻异常左侧边缘的等值线突然转为水平方向，将低阻异常范围向左侧扩大100m以上，推断认为是含水破碎带引起的低阻在断面图中被放大的表现。因此，推断此处破碎程度较高，含水性较好，电阻率较低，推断为含水破碎带的依据较为充分，同时，根据地热增温率推算该深度的水温较为理想，因此该层位是较为理想的热储目标层位。

第四层：标高-1800～-2100m段等值线线扭曲的相对更加剧烈，在标高-1950m附近出现局部低阻封闭圈，电阻率数值上变得更低，但低阻异常范围变化不大，推断该深度段亦为断裂破碎带的反映，该低阻中心可能为其深部高阻引起的假低阻过渡带，因此认为该破碎带可能为岩性互层引起的。

3地热井测井结果

施工地热探采结合井一眼，钻井总进尺2501.22m。抽水试验结果表明，ZK1地热探采结合井井口水温31℃、最大出水量800t/d。钻探记录和测井成果显示在深度400-700m、1600-1800m、2000-2400m有三处含水层：

第一层和第二层400-700m：视电阻率测井曲线数值反映在210-230Ωm，与上下围岩视电阻率500-600Ωm相差300-400，形成相对低阻层，含破碎带可能性较大。声波时差测井曲线出现大幅度跳跃，数值反映在55-271μs/m范围内波动，推测此段孔隙度增大，含破碎带可能性较大。井径测井曲线反映此段为扩径现象，扩径范围在30-50mm范围内波动，推测为破碎带引起的扩径现象。自然电位测井曲线数值反映在125至159mv范围内波动。自然伽马测井曲线数值反映362-398m为一个层位，数值在21-82API范围内波动，398-402m为一个层位，数值在78-123API范围内波动，由此推断396-402m为岩性接触层位，含破碎带可能性较大。在钻探施工过程中，下入钻具通井时，下至井深721米处遇阻，开始进行划眼，划至井深752米后钻柱被卡死。经分析为孔内破碎带坍塌导所致。此处井温测井曲线反映平稳，地热增温率1.5℃/百米。故推测此段为岩性接触引起的破碎带，含热水的可能性不大。

第三层1600-1800m：视电阻率测井曲线数值反映在140-180Ωm左右，与上下围岩视电阻率320-350Ωm相差约200，形成相对低阻层，含破碎带可能性较大。声波时差测井曲线出现大幅度跳跃，数值反映在15-315μs/m范围内波动，推测此段孔隙度增大，含破碎带可能性较大。井径测井曲线反映此段为扩径现象，扩径范围在58-88mm范围内波动，推测为破碎带引起的扩径现象。自然电位测井曲线数值反映在-30至-20mv范围内波动。自然伽马测井曲线数值反映1730-1766m为一个层位，数值在60-90API范围内波动，1766-1904m为一个层位，数值在4-26API范围内波动，由此推断1766-1797m为岩性接触层位，含破碎带可能性较大。对应此处井温地热增温率2.4℃/百米，明显大于井中各段层位地热增温率。故推测此段为岩性接触引起的破碎带，含热水的可能性较大。

第四层2000-2400m：视电阻率测井曲线数值反映在281-534Ωm范围内变化，为中阻夹相对低阻层位，推测可能由岩性互层引起的电阻率变化，含破碎带的可能性较大。声波时差测井曲线出现杂乱变化，数值反映在48-167μs/m范围内波动，由此推测此段孔隙度大小不一，含破碎带可能性较大。井径测井曲线反映此段部分为扩径现象，扩径范围在20-81mm范围内波动，推测为破碎带引起的扩径现象。自然电位测井曲线数值反映在330至380mv范围内波动。自然伽马测井曲线数值反映此段岩性杂乱，数值在2-72API范围内波动，由此推断2249-2388m为岩性互层，含破碎带可能性较大。此处井温测井曲线反映平稳，地热增温率0.9℃/百米。故推测此段为岩性互层引起的破碎带，含热水的可能性不大。

3结论

物探推断解释与钻孔实际含水层位情况吻合较好，该井的成功，验证了该物探工作方法的有效性及推断解释的合理性。在今后的解译工作中，应重视视电阻率拟断面图中的等值线突变、局部扭曲、低阻异常范围的变化等特征，结合地质条件进行综合推断解释。

参考文献：

[1]刘畅，辽宁省铁岭市范家屯水库地段地热资源普查报告[R].2014，11

CSAMT论文 篇3

在CSAMT法勘探过程中, 需要根据探测目标布置发射源。在接收端, 要将仪器放置到各采集点, 在大部分情况下, 工作人员只能通过步行的方式将设备送到采集点。这些特点决定了对数据进行补测要浪费大量的人力和物力, 因此, 迫切需要能够在工作现场或远程实时监测采集的数据质量, 以便工作人员及时发现采集过程中发生的问题并分析原因, 尽早采取相应措施。

目前, 加拿大凤凰公司的V8采用TDMA进行各站之间的数据传输;吉林大学仪器科学与电气学院自主研发的JLEMI[2]分布式采集系统采用了GPRS, 可以在远程工作站实时监测采集的数据。这些方法依赖于移动网络, 在信号质量不好的情况下工作会受到影响, 甚至无法监测。

除了移动网络之外, 现在应用比较广泛的无线传输技术[3]有Zig Bee、红外线数据传输、Wi Fi等。但当前的手机中很少直接支持Zig Bee, 红外线数据传输方式要求进行传输的设备之间必须对准, 而且中间不能有阻挡。蓝牙是一种支持设备短距离通信 (一般10 m内) 的无线电技术, 采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术, 支持点对点及点对多点通信, 工作在全球通用的2.4 GHz ISM频段, 其数据速率为1 Mb/s, 采用时分双工传输方案实现全双工传输, 现在手机、平板电脑等基本都配置了蓝牙设备。

基于上述分析, 本文采用蓝牙无线传输技术[4], 实现了采集站与Android手机间的数据传输。通过在采集站中嵌入蓝牙模块, 在采集数据的同时, 将数据以特定格式发送到手机中, 在手机端对接收到的数据进行预处理并实时显示。将该系统应用到JLEMI工作过程中, 为工作人员带来了很多便利。

1 系统组成

本系统由CSAMT采集站与Android手机端组成, 二者通过蓝牙协议[5]进行数据和指令的传输, 如图1所示。其中采集站安装Windows操作系统, 主要负责数据采集, 并通过嵌入的蓝牙模块将采集的数据传输到手机端;手机端接收数据, 并对数据进行平滑预处理, 然后以曲线的形式显示在屏幕上, 提供给工作人员进行实时监测。

2 采集站

本系统中采集站[6]主要负责数据采集, 并对采集的数据进行简单预处理, 将原始数据和预处理结果保存到本地磁盘中。除此以外, 还可以通过嵌入的蓝牙模块将预处理结果传输到手机端。

采集站启动后, 首先开启蓝牙设备并监听手机端接入请求。当有手机接入后, 开启新的线程并监听处理手机端发来的命令。如果手机端需要监测数据, 则必须首先向采集站发送相应指令。当采集站收到指令后, 读取采集到的数据, 按照自定义的协议进行封装, 并向手机端传输。在数据传输期间, 手机可以通过向采集站发送命令, 控制数据传输的暂停与退出。

采集站端采用了开源库bluecove[7]实现对蓝牙模块编程, 并引入jdom.jar包实现对xml文件的读取与解析[8]。

3 手机端

当前应用比较广泛的手机操作系统包括Android、i OS、Black Berry和Windows Phone等。市场研究公司Strategy Analytics在2013年11月1日发表报告称, 2013年第3季度全球智能手机出货量在2012年同期的1.728亿部基础上增长45%, 达到2.514亿部, 其中Android市场份额为81.3%, 成为现在的主流手机操作系统。因此本系统的手机端基于Android操作系统开发。

目前, 市面上已经存在许多基于Android操作系统的应用软件, 如基于蓝牙的健康服务终端应用软件、基于GPRS通信的远程监控应用软件以及基于各种通信协议的应用软件等, 这些应用软件给现代生活带来了极大便利。

3.1 工作流程

本系统的手机端应用程序包含1个Service和2个Activity。其中Service在后台运行, 其作用是监听本手机端的状态, 当有事件产生时, 与2个Activity产生交互, 控制程序的运行。主Activity控制程序初始化、数据接收、预处理和曲线绘制;Activity2的作用是搜索周围的蓝牙设备, 显示搜索结果, 接受用户选择, 并将选择结果传递给主Activity。手机端程序流程图如图2所示。

(1) 启动蓝牙

首先检查手机是否支持蓝牙, 如果支持, 则获取蓝牙适配器对象, 并在Android Manifest中申明蓝牙使用权限, 开启蓝牙。

(2) 搜索采集站蓝牙设备

在手机端搜索采集站蓝牙设备前, 先要设置采集站端蓝牙设备可见, 以便手机端发现采集站蓝牙设备进行配对。手机端通过使用Bluetooth Adapter的start Discovery () 方法来搜索蓝牙设备, 在这个过程中, 系统会发送以下3个广播:

ACTION_DISCOVERY_

START:开始搜索ACTION_DISCOVERY_FINISHED:搜索结束

ACTION_FOUND:找到设备

手机端可以注册相应的Broadcast Receiver对象来接收相应的广播, 以便做出响应。

(3) 请求建立连接

手机端搜索到采集站蓝牙设备后, 可以获取其Bluetooth Service, 然后利用listen Using Rfcomm_With Service Record (String, UUID) 方法获取对应的Bluetooth Socket, 最后调用Bluetooth Socket的connect () 方法请求连接。如果手机端的UUID同采集站蓝牙设备的UUID匹配, 并且连接被采集站端蓝牙设备接受, 则连接成功。

(4) 接收指令和数据

请求连接成功后, 手机端和采集站的蓝牙设备分别监听端口。当手机端向采集站发送一个读取数据指令, 采集站收到该指令后, 首先根据自定义的协议对数据进行封装, 然后利用蓝牙协议传输到手机端。手机端的主Activity监听数据端口, 当接收到数据后, 对其进行解析, 得到发送的原始数据, 为后期的数据预处理和曲线绘制做准备。

(5) 对接收到的数据进行绘图显示, 其中可以通过选项来控制是否需要在显示之前对数据进行平滑。

3.2 曲线绘制

本系统选择开源类库Achartengine[9]作为绘图工具。该类库针对Android系统开发, 易于二次开发, 能够绘制折线图、饼状图、柱状图等多种曲线。在本系统中, 数据以折线图的形式显示。

对于CSAMT数据曲线, 由于发射频率和幅值都相差多个数量级, 因此, 需要以对数坐标的形式显示。而Achartengine不直接支持对数坐标, 本文通过对坐标轴的改进, 实现了自定义坐标轴, 从而实现了数据的对数显示。主要步骤如下:

(1) 将x轴改造为对数坐标

利用add XText Label函数实现x轴坐标转换, 该函数的基本格式为:add XText Label (double x, String text) , 其中x为x轴坐标点, text为转换后显示在x点的坐标值, 如果不显示, 则可以设为空。x和text之间的关系为x=log10 (text) 。利用该方法, 可以添加一系列的x轴对数坐标点。

(2) 将y轴改造为对数坐标

原理和x轴相同, 利用add YText Label (double y, String text) 函数实现y坐标转换。

(3) 数据显示

将接收到的数据转换成对数, 并利用series.add () 添加到绘图中显示。图3显示了手机中基于Achartengine绘制的数据曲线图。因为本系统所应用的采集站有4个通道, 所以共有8条曲线, 包括4条幅频特性曲线 (上半部分) 与4条相频特性曲线 (下半部分) 。

Achartengine为静态绘图, 为达到实时更新的动态效果, 需要对其进行动态刷新, 即每当有新数据到来时, 便进行一次点集的更新和绘图的刷新。点触曲线中某点, 可以显示该点对应的值, 方便现场分析和判断。

3.3 曲线平滑滤波

CSAMT法测量过程中, 容易受到噪声的干扰, 在数据中出现“飞点”现象, 会对后期的数据处理造成极大的干扰, 甚至导致假结果。本文使用基于各向异性扩散的滤波方法[10]对数据进行预处理, 算法模型为:

该方法以梯度的降函数做扩散速度, 在梯度大的点扩散量较小, 在梯度小的点扩散量较大, 其优点是在滤除噪声的同时能保护曲线的局部特征。梯度的降函数相当于边界保护函数的作用, 如式 (2) 所示:

其中, k为阈值参数。

利用该算法对数据进行平滑的效果如图4所示。

本文根据CSAMT法工作环境的特点, 将蓝牙无线数据传输技术引入CSAMT法的数据采集过程中, 手机端在接收到采集数据后可以进行平滑处理, 并通过对Achartengine类库中坐标轴的改进, 实现对数坐标显示, 在实际应用中得到了较好的效果。本系统既有利于进行CSAMT数据的集中监测, 也可以为现场工作人员观察数据采集质量、判断故障点提供参考和支持, 提高其工作效率。本系统的应用可以使采集设备不再配备显示屏, 有助于进一步减小体积, 降低功耗。

蓝牙的数据传输距离有限, 不能达到远距离数据监测的目的, 下一步工作是基于GPRS或Wi Fi无线传输技术, 实现手机中的远距离数据监测。

摘要：CSAMT法野外探测工作中存在现场监测数据不方便等问题。针对此问题, 通过在采集站中嵌入蓝牙模块, 在采集CSAMT数据的同时, 利用蓝牙协议将数据以特定格式传输到Android手机端。在手机端, 首先基于各向异性扩散算法实现对接收到数据的平滑滤波, 然后将数据以曲线的形式显示在屏幕上, 从而实现了数据的实时监测。该系统便于工作人员在测量过程中及时发现问题, 在应用中得到了较好的效果。

关键词：CSAMT法,Android,蓝牙,曲线平滑,实时监测

参考文献

[1]汤井田, 何继善.可控源音频大地电磁法及其应用[M].长沙:中南大学出版社, 2005.

[2]张文秀.CSAMT与IP联合探测分布式接收系统关键技术研究[D].长春:吉林大学, 2012.

[3]石明明, 鲁周迅.三种无线通信协议综述[J].通信技术, 2011, 7 (44) :0072-0073.

[4]杨瑞.基于蓝牙通信的短信平台设计与实现[J].计算机应用与软件, 2011, 2 (28) :218-219.

[5]钱志宏, 刘丹.蓝牙技术数据传输综述[J].通信学报, 2012, 4 (33) :0143-0152.

[6]陈健.宽频带时频电磁接收机关键技术研究[D].长春:吉林大学, 2012.

[7]BRUCE H, RANJITH A.Bluetooth for java[M].Berkeley:Apress, 2003.

[8]方跃坚, 余枝强, 翟磊, 等.一种混合并行XML解析方法[J].软件学报, 2013, 24 (9) :1196-1206.

[9]Google.Achartengine-Charting library for Android Google Project[EB/OL]. (2010-08) [2013-12-10].http://code.google.com/p/achartengine.

CSAMT论文 篇4

关键词：盐岩矿,CSAMT法,应用效果

漳县自古以来号称盐川, 以丰富的盐矿资源闻名陇上, 漳县盐井镇盐岩矿是甘肃唯一的盐岩矿产地, 自秦汉开采盐矿利用盐卤水制盐, 据考距今已有两千多年悠久的历史。

为了做大做强盐化产业, 漳县还依托丰富的盐卤资源, 制定了投资数亿元的盐化产业开发项目, 经地质部门勘探, 标志着漳县在立足资源转化, 加快工业发展上又迈出了可喜的步伐。本文是盐岩矿前期勘查的结果, 后经详查钻探, 已完成高垂直度钻孔6个, 对盐矿资源作出评价。

甘肃漳县盐井镇岩盐矿是一个盆地沉积型岩盐矿床。本次工作的目的是通过CSAMT测量, 扩大矿区外围找矿远景, 寻找高电阻率的层位盐系地层并测定其深度, 进一步了解区内含矿地层 (N23) 的分布范围, 查明断裂构造对地层、岩盐的影响, 以已知矿体为依托, 系统控制含矿地层, 扩大矿床储量。

1 矿区地质概况及地球物理特征

1.1 矿区地质概况

勘查区处于西秦岭印支期造山带北缘, 为中、新生代山前断陷盆地, 区域内出露的前中生代基底地层有上泥盆统大草滩群 (D3dc) 、上泥盆统-下石炭统 (D3-C1) a.b、下二迭统 (P1) 、上二迭统 (P2) 、三迭系 (T) 。盆地盖层有白垩系 (K) 、古近系 (E) 、新近系 (N) 及第四系地层。地层分布由边缘向内变新对称出现, 整体走向北西～南东向, 与区域构造线方向一致。

矿区内成矿地层主要为新近系 (N) :为湖相地层, 分布于漳河两侧阶地以外。

下段 (N21) 下部棕红色厚层状粉砂岩夹砖红色粉砂岩、细砂岩夹石膏脉, 厚度60～100m。上部棕红色泥岩, 局部夹细砂岩条带, 厚度100m。

中段 (N22) 岩性为红褐、褐灰、黄黑等杂色中厚层状泥岩、泥灰岩, 总厚度近500m。

上段 (N23) 岩性以湖相沉积物, 灰黄、灰绿等杂色泥岩、泥灰岩为主, 总厚度大于250m。

1.2 构造

区域上处于西秦岭东西向构造带北带与中祁连构造带结合部位, 受西秦岭北缘断裂多期次活动影响, 区内断裂、褶皱相当发育, 主要有北西～南东向、近南北向两组断裂及走向北西～南东向的褶皱构造。

含盐盆地构造演化特征:成盐作用受控于盆地构造, 处于秦祁接合部西秦岭北缘深大断裂带中的漳县断陷盆地, 其展布形态为NWW走向长条形, 控制着中、新生界沉积。

1.3 矿体特征

本区岩盐矿为层状矿体, 地表未出露, 据前期工作可知, 目前控制矿体长度大于800m, 宽度近600m, 矿体在东西走向上已控制较大矿层四层, 单层最大厚度27.5m, 沿南北方向上矿体随地层呈褶皱形式产出。

1.4 地球物理特征

1.4.1 电性特征

据以往物探 (地面和地下) 工作的资料, 区内各时代地层的电性参数统计后, 见表1。

由表1可以看出;盐系地层 (包括上、下石膏层、芒硝层、岩盐与钙芒硝盐质泥岩的互层) 与围岩 (泥岩、砂质泥岩) 之间存在较明显的电性差异。据以前井旁测深及野外实测资料得知, 在电测深曲线上反映出低阻 (围岩) 背景上呈现一微弱的相对高阻 (盐系地层) 异常。

盐系地层的电性特点是不论岩盐, 还是石膏和钙芒硝, 均属高阻。所以, 寻找低阻层中的微弱的相对高阻层 (盐系地层) , 在该区是具备用物探方法寻找盐系地层的地球物理前提的。

2 方法技术

可控源音频大地电磁测深 (CSAMT) 是观测人工供电的音频电磁场, 它是以有限长接地电偶极子为场源, 在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数的一种人工场源方法。其信号强, 探测深度大, 使用的频率段为213～2-2Hz。探测深度可达1～3km, 该方法是利用电阻率这一参数探测一定深度范围内电性结构的变化特征, 从而分析了解该区地质特征, 达到探查地下地质构造分布及寻找各种矿藏的一种先进的地球物理勘查方法。

采用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法工作站进行观测。测量方式采用赤道偶极装置进行CSAMT法的标量测量方式, 供电极距AB=1500m, 收发距R=6000～7000m, 测量极距MN=500m, 测点距为100m, 发射与接收频率1～8192Hz。

CSAMT法数据处理采用滤波方法去除电磁干扰, 然后进行过渡区改正及静态位移校正。资料解释主要是对整条剖面的ρs断面进行二维反演计算, 将频率域数据转换成随深度变化的ρs断面图。再利用计算机进行二维圆滑模型反演及成图, 最后根据反演电阻率断面并结合地质特征进行解释, 研究断面电性的特征作出最后推断解释。

本次工作区地理位置及物探剖面布置, 如图1所示。

3 应用效果

3.1 剖面地电结构分布特征

本区共布置剖面线8条。以原盐8、盐9两个勘查孔控制的20剖面作为已知勘探剖面, 通过已知勘探剖面结合前人直流电测深及测井成果, 来确定盐系地层电性特征与围岩电性特征的差异, 用于指导其它剖面的推断解释。

本区共布置北东22°的剖面线8条。由于其它剖面反演电阻率及地质解释断面特征相近, 因此以20线CSAMT断面图资料为例, 如图2所示, 根据区内地电特征并结合钻探资料, 由图2可见, 在盐系地层赋存的1000～2400/20测点间断面纵向电性分布明显反映为4～5个电性层。

第一电性层表现为高阻特征, 横向分布基本连续稳定, 反演电阻率约为10～100Ω·m, 埋深0～50m, 为第四系黄土、耕植土及阶地沙砾石的综合反映。

第二电性层表现为最低阻特征, 横向分布基本连续稳定, 反演电阻率仅为0.1～5Ω·m, 埋深50～150m, 为新近系泥岩、钙芒硝泥岩或局部地段卤水的反映。

第三电性层表现为略高阻特征, 电阻率在低背景上略有升高, 横向分布连续稳定, 反演电阻率仅有十几Ω·m, 埋深150～500m, 为盐系地层 (包括上、下石膏层、岩盐层、钙芒硝层、盐质泥岩及其细碎屑岩夹层) 的综合反应。

第四电性层表现为低阻特征, 反演电阻率仅有3～7Ω·m, 厚度较大, 可达500～1000m, 为新近系泥岩、砂质泥岩的综合反映。

从成盐盆地结构分析, 电性层组合为高-低-略高-低的特征, 基本反映了盆地封闭条件和含盐系地层顶底板岩相变化特征。同时也反映了盐盆的沉积旋廻, 即碎屑岩颗粒由粗 (泥质砂岩、砂岩) 到细 (泥岩、砂质泥岩) 的机械分异作用和盐类沉积由硫酸盐 (含钙芒硝、石膏的泥岩) 、到氯化物 (含岩盐的盐系地层) , 再到硫酸盐 (含钙芒硝、石膏的泥岩) 的化学分异作用, 这样一个完整的陆源碎屑-化学岩型盐类沉积旋廻过程和盐盆空间结构。

3.2 含盐盆地圈定及盐系地层空间分布特征

从电性层结构划分, 区内8条剖面可分为西、中、东三段。 西段 (16、18线) :地表部分电阻率变化较大, 电阻率在n×10～n×100Ω·m, , 南部为2～3级阶地, 表层为黄土和耕植土, 其下为Q1砾石层直接覆盖在新近系泥岩上, 厚度在30～50m, 北部河谷地带为河床砂砾石的反映, 厚度在漳河附近加厚到100～200m, 以北又减薄至30～50m。浅部电性层, 电阻率<10Ω·m, 仅在漳河以南分布, 为新近系泥岩, 呈似层状, 埋深在50～100m, 厚度在50～150m, 中间部分在2000/16～2400/16, 与1600/18～1800/18间, 在低阻背景上出现相对高阻, 电阻率仅4～13Ω·m, , 按电性层推断为盐系地层分布, 但厚度和范围较小, 其下部低阻层, 电阻率低 (<10Ω·m) 、厚度大, 可达600～700m, 是上新近系泥岩、砂质泥岩。从电性层结构来看, 虽有顶、底板结构, 但盐系地层分布厚度和范围较小, 因此不作为岩盐矿远景有利地区。

中段 (20、22、24线) :浅部为第四系高阻层。其下, 按钻孔中见盐系地层深度, 顶、底板低阻电性层间为次高阻电性层, 电阻率十几～几十Ω·m, 为盐系地层所引起, 处于构造活动断陷盆地中。由于褶皱和断层影响, 盐系地层厚度和形态变化较大, 厚度可达100-300 m, 考虑卤水和探采孔所见盐系地层, 北厚南薄, 形态呈透镜体组成的似层状, 主要在盐井镇一段较集中, 向东渐分散, 在盐3井、 盐6井、盐5井和硝井沟采盐坑遗址, 其下均与高阻电性层 (盐系地层) 对应, 只不过在盐5井厚度变薄, 与盐系地层对应的盐9、盐6间, 电阻率极低仅0.1～3Ω· m, 可认为盐井采盐的卤水所致。而底部的低阻电性层反映了盐系地层的底板, 由南向北缓倾, 厚度沿倾向时有变化, 总趋势南薄北厚, 反映北测受断层控制呈箕状断陷的沉积特征。因此, 中段为盆地中最有利成盐地段。

东段 (25、26、28线) :三条剖面的浅部高阻电性层厚度变化很大, 尤其26、28线对应漳河以南河谷和阶地地段, 厚度可达300m, 有些与地表高阻层相连, 有些处在浅部低阻电性层下部, 电阻率很高, 一般300～500Ω·m, 最高6500Ω·m。据所处阶地地段的高电阻率特征分析, 浅部高阻层埋深在50～100m, 并有由北向南加深的趋势, 推断为第四系砂砾岩和钙质胶结砂砾岩的反映, 与阶地边缘陡坎所见第四系底部砂砾岩对应。而埋深在100～300m间的高阻体, 完全处在新近系内部, 且部分地段上覆低阻电性层 (泥岩) , 因此推测26线、28线对应漳河以南河谷和阶地地段的高阻体, 可认为由含石膏较多的盐系地层引起, 值得验证。另外在断面中, 浅部和深部低阻电性层很不连续 , 且深部低阻电性层相对变浅, 从测区北段与D3-C1地层以断层接触关系也可看出该段地层受到强烈挤压和抬升, 大部分盐系地层剥蚀或溶流, 因此, 该地段形成盐矿不如中段有利。

4 结论

以漳县盐井镇已知矿区为中心, 利用可控源音频大地电磁测深勘查, 基本确定了含盐盆地的空间结构和盐系地层与围岩的相对关系。勘查结果表明, 该区地质结构复杂, 断裂、褶皱十分发育。16～28线各地电断面中电性层组合特征清楚地反映了上述特点, 并由此划分了新近系含盐盐系盆地结构:含盐盐系地层顶、底板的泥岩为低阻电性层, 含盐盐系地层为次高阻电性层, 构成一个完整的陆源碎屑-化学岩型盐类沉积旋廻和盐盆空间结构的地电特征。同时表明, 利用可控源音频大地电磁测深勘查盐类矿产具有物性前提, 是一种极为有效的勘查方法。

根据电性层结构不同在本区划分了西、中、东三个成矿区段, 其中:西段 (16、18线) 从电性层结构反应的成盐盆地来看, 虽有顶、底板结构, 但盐系地层分布厚度和范围较小, 因此不作为岩盐矿远景有利地段。中段 (20、22、24线) 电磁测深反映盐系地层总趋势南薄北厚, 是受断层控制呈箕状断陷的沉积特征, 成盐盆地结构、环境相对较好, 因此, 中段为盆地中最有利成盐地段。东段 (25、26、28线) 认为是含石膏较多盐系地层引起, 但不排除厚层盐岩矿的可能, 值得验证。另外在28断面中, 浅部和深部因该段地层受到强烈挤压和抬升, 可能造成大部分盐系地层剥蚀或溶流;盐水山前北倾逆断层致使D3-C1地层做为岩片推覆体逆掩在新近系含盐系地层之上, 下覆含盐系地层和低阻泥盐底板规模较小。因此, 该地段形成盐矿的盆地空间不如中段有利。

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CSAMT论文 篇5

1 CSAMT法探测隐伏铝土矿的概述

1.1 CSAMT的工作原理分析

CSAMT是可控源音频大地电磁的总称, 主要是通过改变工作的频率来达到测深的目的。在工作频率不断变化的同时电磁波也会随之发生相应的变化, 工作频率的变化是由高到低的进行变化, 在这种情况下, 电磁波的深度就会出现由浅入深的变化。在测量过程中首先是沿着一定的方向向地下供入音频电流, 然后对相应的频率电场分量进行观测, 还要对电场分量正交的磁场分量进行观测。最后计算电阻率和阻抗相位。在测量过程中通过对供电流和测量频率进行改变, 可以测出随着频率的变化电阻率和阻抗相位的变化数据, 这样就能够整体地完成频率的测深工作。使用这种方法测量隐伏铝土矿, 就是根据变化的曲线对观测区域地下岩层的地质结构进行了解, 从而更清楚地推断铝土矿的分布情况。

1.2 CSAMT在探测隐伏铝土矿时的工作方法

CSAMT在测量工作中主要采用的是8F30频率系统, 利用这种系统进行采集的时间一般为半小时, 在时间的限制中对76个主要的频点进行测量。通常情况下进行测量时会将频率的变化范围控制在固定的数值内, 标准的数值范围是9 000Hz~40Hz。在对频率进行接收时为了保障测量剖面和电极间连线的平行, 需要采用电场和磁场相结合的方式进行测量, 在接收过程中采用测量侧线方向相同的电场7道和垂直测线的磁场1道。在探测过程中由于考虑到其深度的变化和影响, 需要在发射的过程中采用大功率的发电机进行发射, 可以使用卫星时钟对发射和接收的时间进行适当的控制。对于发射极距和接收极距要控制在固定的范围内, 最长的发射极距不得超过800米, 接收极距不得超过50米, 接收距离为3 500米, 发射距离为4 000米。还应该对发射电流进行控制, 使用的数据是地球物理数据采集系统, 在正式测量时, 要在矿区先布置三条测线, 工作的主要装置是扇形装置。

2 CSAMT法在隐伏铝土矿探测中的应用

2.1 探测区域地质情况

探测区上部主要覆盖第四系黄土和黏土, 在其下为一套完整的含煤岩系和太原组碳酸盐组合, 主要岩层为砂岩、页岩、碎屑岩、石灰岩, 主要的矿层有煤矿。太原组下部为石炭系本溪组即铝土矿含砂岩系, 主要有粘土矿、铝土矿和铁质粘土矿, 其中夹山西式铁矿小扁豆体, 含矿岩系的底板为寒武系或奥陶系石灰岩和白云岩。其侵蚀面的形态, 决定了铝土矿体的规模、形态及质量好坏, 一般扁豆体大、洼斗深, 则其铝土矿储量大, 质量好, 为地质勘查的主要对象。

2.2 探测区岩层的物理特性

铝土矿的赋矿层位为本溪组, 这种岩层和底板岩层之间的接触为不整合接触。铝土矿中富含矿层的矿厚度为30~60米, 受到地貌的控制, 较大的厚度一般处于溶沟或洼斗中。一般情况下, 铝土矿的厚度与含矿岩系的厚度呈正比关系。在矿产资源的勘查过程中, 可将成矿区地层分为几个不同的部分, 主要有铝土矿、铁矿、煤矿、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、第三系、第四系等, 不同岩系具有不同的岩性, 他们之间的电阻率和极化率也会有所不同。随着地层从新到老地更新变换, 其电阻率也会发生相应的变化, 地层越新其电阻率越小。但是还存在一些较为特殊的岩层, 在这些岩层中电阻率不会随着岩层的新老变化而发生相应的变化。存在特殊性的底层为奥陶系和寒武系, 在这两个地层中电阻率是最高的。就不同的岩性而言, 电阻率最高的是灰岩和白云岩, 最低的是煤矿和铁矿。

2.3 CSAMT法对铝土矿的测量

为了对CSAMT法的野外测量效果进行了解, 需要进行剖面试验, 将剖面的位置主要放在勘探线的中北段, 对剖面的长度和其对应的岩层进行确定后计算它的平均电阻率。在奥陶系界面的反演电阻率一般为100, 在石炭系和二叠系的不同地段反演电阻率一般小于奥陶系的反演电阻率。对于地层的剖面可以按照相应的形式进行电阻率大小的分类。在测量过程中, 根据实际的地质情况和电阻率的大小对CSAMT法作用下的反演电阻率进行解释, 从中可以寻找出和地质断面相吻合的储岩空间。CSAMT通常情况下有具备的采集频率, 如表1所示。

对铝土矿进行探测时, 首先应该按照测线对资料进行处理, 对数据进行叠加处理, 采用这种方法的主要作用是减少随机干扰。紧接着对数据进行校正, 可以对地表不均匀引起的电阻率进行平移。然后是对进场源进行更正, 一般情况下随着电磁波的增加不能对测点的电磁场进行有效的处理, 从而导致电阻率出现失真, 为了纠正电阻曲线, 需要对数据进行校正。校正完成后, 在矿区布置4条CSAMT测线, 将这些测线的剖面采用二维有限元软件进行反演, 根据反演情况确定第四系的电阻。电阻值最大的是奥陶系和寒武系的地层, 通常情况下这两者的电阻率在100Ω·m。在整个剖面线中, 电阻率等值线的形态为一种特定的形态, 其方向和地层的倾向一致, 总体为流线型, 一定程度上与底层电阻率相对应。最后应该找出奥陶系和本溪组的分界线, 将该线和等值线进行对应, 再根据实际地质信息找到已知的本溪组顶板位置, 依据反演电阻率等值线划分反演断面图。从地质分界线中可以判断该处有逆断层的存在, 然后根据低阻体错动的大小判定断距。综合上述判定的所有因素可以得出本溪组地面深度600米左右存在隐伏铝土矿。

3 结语

CSAMT法能够满足深层铝土矿的勘探要求, 具有较高的工作效率。在对铝土矿进行勘探的过程中可以使用多台仪器进行观测, 最终能清晰地划分铝土矿存在的空间, CSAMT法对于我国铝土矿资源的勘探起着较为重要的作用。

摘要：隐伏铝土矿是一种隐藏较深的矿产资源, 由于受到探测深度的影响, 难以使用一般的物探方法对其进行探测。CSAMT以其探测深度大、信号强度高、分辨率高等特点在隐伏铝土矿的探测中被广泛使用, 能满足探测的需要。这种方法主要是根据可控源对断面的电阻率进行计算, 对底层的矿体进行清晰的反映, 根据检测的电阻率数值对底层进行划分, 从而判定铝土矿的分布位置。本文就CSAMT法在隐伏铝土矿探测中的应用进行分析。

关键词：CSAMT,隐伏铝土矿,探测,视电阻率

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CSAMT论文 篇6

长期以来, 人们探测地壳的浅层电性结构, 或者对浅层地壳结构进行地球物理场的透视成像, 以达到了解地表地层, 寻找矿产资源及解决各种水文工程地质等目的。电磁测深法作为综合地质和地球物理研究手段之一在我国已有二十多年的历史。目前常用的电磁测深方法有天源场源的大地电磁测深方法、人工源频率电磁测深方法和可控源音频大地电磁测深法。可控源音频大地电磁测深法使用了人工发射的可控制的场源, 达到电磁测深的目的, 解决了前两者场源微弱和多变性的问题。跟直流电法测深比较也具有很多优点, 由于它的勘探深度大, 分辨率高 (对地电断面的详细研究程度) , 野外观测系统装置轻便, 地形影响程度较小, 已日益受到人们的重视。在我国, 可控源音频大地电磁测深法在探测地壳和上地幔的物质结构, 在普查石油天然气、煤田、地热田以及在寻找地下水和金属矿产过程中已成为不可缺少的地球物理勘探方法之一, 并取得了明显的地质效果。

2工作区地球物理特征

物性参数是开展电磁法测量及资料解释的重要前提, 本区地质体参考物性参数如下:

(1) 粗粒斑状黑云母花岗岩:ρs≈283Ω·m～529Ω·m;

(2) 中粗粒斑状黑云母二长花岗岩:ρs≈152Ω·m～1760Ω·m;

(3) 伟晶岩:ρs≈216Ω·m～610Ω·m;

(4) 碎裂花岗岩:ρs≈62Ω·m～740Ω·m;

测量反演电阻率表现电性特征:

(1) 粗粒斑状黑云母花岗岩:ρs≈1000Ω·m～30000Ω·m;

(2) 中粗粒斑状黑云母二长花岗岩:ρs≈1000Ω·m～20000Ω·m;

(3) 碎裂岩:ρs≈400Ω·m～4000Ω·m。

通过上述参数对比, 反映工作区岩性电性变化大, 成份复杂, 后期改造作用强烈。

3音频大地电磁测量的基本原理

大地电磁测深法是上世纪五、六十年代提出的一种地球物理探测方法, 它是以岩石和矿石的导电性和导磁性为主要物质基础, 通过对地面电磁场的观测, 来研究地下电性分布规律的一种物探方法。大地电磁测深法利用的是低频段的电磁信号, 音频大地电磁测深观测利用的是音频段的电磁信号。研究表明天然大地电磁场中1Hz以上的信号来源于雷电信号与大地耦合, 当信号源与观测点足够远时, 观测点电磁场近似于平面电磁波, 因此在地表观测的电场与相互垂直磁场水平分量的比值可表征地下阻抗的分布特征, 在各向同性介质中大地阻抗Z与极化方向无关, 仅为大地电阻率的分布与电磁场的频率函数。

undefined (1)

式中, f表示频率;μ磁导率;ρ表示电阻率。经过变换即可得到由阻抗计算电阻率的公式:

undefined (2)

由电磁场理论可知, 电磁场在大地中传播时, 其能量不断衰减, 传播的距离越远, 衰减就越大, 若以电磁场振幅的变化 (减小) 来表示电磁场在大地中的衰减, 那么电磁场的穿透深度或趋肤深度δ可定义为其振幅衰减到初始场的1/e时的深度。即有:

undefined (3)

式中, ρa为趋肤深度内电阻率的综合值, 通常称之为视电阻率, 上式表明观测频率越低探测的深度越大, 视电阻率越大对电磁场的衰减作用就越小。在地电结构一定的情况下要获得较大的探测深度, 可通过采集较低频率的信号来实现;上式同时也表明趋肤深度仅是频率和视电阻率的函数, 通过观测不同频率下的电磁场信号可得到不同深度范围内的电阻率值。

4方法野外应用

本次电磁测深工作于上东坑地区烟筒岭硅化断裂带与牛澜硅化断裂带夹持区进行, 工区内树木茂盛、植被发育, 地形起伏较大, 给测量工作带来一定的难度。

4.1 野外布线

根据设计要求在上东坑地区布设三条剖面以探测深部构造延伸变化情况, 具体布线情况见图1剖面线布署图。

4.2 野外工作方法

本次探测采用美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的电磁仪—EH-4型连续电导率仪, 它是一种高频大地电磁场信号观测仪, 能观测到10Hz～100kHz之间天然电磁场信号, 可探测出离地表几m至1 000 m内地质断面的电性变化信息。广泛应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察, 以及工程地质调查等领域。EH-4型连续电导率仪野外工作有两种工作方式:一种是单点测深, 另一种是连续剖面测深。在实际应用当中它把信号观测分成三个不同的频段进行。一频段:10Hz～1kHz;二频段:500Hz～3kHz;三频段:750Hz～64kHz。

本次测量采用单点测深方式。测量中通常采用天然场源和人工场源相结合的方式, 也可以只采用天然场源。本次测量根据本区的地质、地形、植被发育等情况采用天然场源, 由于测区位于花岗岩出露区, 花岗岩电阻率值一般为500Ω·m～3 000Ω·m, 根据公式来估算勘探深度, 探测时取最低工作频率为10Hz, 计算出的探测深度大于1 000 m, 可以满足地质要求。工作频率主要选取一、三频组段, 频率范围为10Hz～64kHz, 在中频段信号较弱时, 补充采集二频组信号。

4.3 数据采集及技术要求

当测站布设完毕后, 使用EH-4仪器采集程序进行原始数据采集, 仪器同时采集记录Ex、Ey、Hx、Hy四个电磁分量的场值。测点上数据采集分频段进行, 一般先采集低频段而后再采集高频段为保证观测数据的质量, 主要采取了以下技术保障措施。

(1) 电极方位、磁探头方位使用森林罗盘仪定位, 其方位角偏差一般小于2°;

(2) 电极的布置技术。本次工作共用四个电极, 每两个电极组成一个电偶极子, 保证Y-Dipole电偶极子的方向与X-Dipole的相互垂直;电偶极子的长度用测绳测量。布设电极时, 电极插入土中的深度一般不少于电极长度的三分之二, 并在四周浇水, 确保电极与土壤接触良好 (见图2) ;

(3) 磁棒布置技术。磁棒离前置放大器应大于10 m, 两个磁棒要埋在地下至少5 cm, 用地质罗盘定方向使其相互垂直且水平放置;要求所有的工作人员要离开磁棒至少10 m, 尽量选择远离房屋、电缆、大树的地方布置磁棒。磁棒放置平稳, 用土埋压, 避免测量中因震动而产生噪声;

(4) AFE (前置放大器) 布置技术。将电、磁道前置放大器放在测量点上, 即两个电偶极子的中心, 为了保护电、磁道前置放大器, 应首先接地, 并远离磁棒至少10 m;

(5) 主机布置技术。主机要求放置在远离AFE (前置放大器) 至少20 m的一个平台上, 而且操作员最好能看到AFE和磁棒的布置;

(6) 电极联线、磁棒联线及接入仪器的电缆均不能悬空, 不能并行放置, 每隔3 m～5 m需用土或石块压实, 避免因电缆晃动而产生噪声;

(7) 各测点原始记录叠加次数不少于16次, 保证有80%以上频点相干度大于0.6;

(8) 野外测试时, 详细填写野外班报, 以供质量监控和数据处理;

(9) 采集过程全程监控, 发现异常情况及时处理, 保证采集数据的真实可靠。

4.4 成果概述

经过野外数据采集实时处理和室内数据处理, 结合地质相关资料, 推断出三个地电断面剖面。以下取L02号线的解释成果作简单论述。L02号测线全长3 500 m, 方向北东135°, 从西到东穿过印支期斑状黑云母花岗岩 (1Pbγ51-1) , 燕山晚期斑状花岗岩 (bγ53) , 印支期斑状二云母花岗岩 (Pmbγ51-3) , 第四系砂质粘土、砾石 (Q) , 印支期斑状二长花岗岩 (Pbηγ51-2) 和斑状二云母花岗岩。北西段横切后方断裂和烟筒岭硅化断裂带;南东断横切牛澜深断裂、榨子岭断裂、大人山断裂, 这三条断裂在测线上形成了“川”字分布 (见图1) 。通过反演电阻率电性特征差异的反映, 地电断面图表现为三层结构, 上部为低阻层, 反演电阻率在400 Ω·m以下, 中部为中高阻层反演电阻率在1 000 Ω·m～3 500 Ω·m, 其中夹有团块状低阻异常和条带状高阻异常, 下部为高阻体, 反演电阻率一般大于3 500 Ω·m, 见图3。

根据反演电阻率推断解释, 结合已有地质资料对断面图分析如下。

(1) 测线0

m～250 m, 标高500以上, 横向上可以清晰地看到电阻率呈中低阻特征表现, 小于3 500Ω·m, 根据已知的资料对比分析, 是燕山早期的细粒含斑黑云母花岗岩, 其中在75 m和200 m, 纵向上观察等值线发生陡变, 梯度变化较大, 推测可能为断裂引起, 对应地质情况, 与已知的烟筒岭后方断裂基本吻合, 本区段因断裂带存, 反映中低阻电性特征表现的地质体可能还充填有糜棱岩、微晶石英胶结角砾岩、碎裂岩等;

(2) 测距250

m～500 m, 标高650 m以上, 反演电阻率横向平滑延伸, 无畸变, 纵向无陡变、稳定, 反映中低阻电性特征, 小于3 500 Ω·m, 结合已知的地质资料, 认为是印支期第一阶段粗粒巨斑状黑云母二长花岗岩;

(3) 测距500

m～2 000 m, 统观整体, 地形上处于沟谷中, 标高200 m以上, 反演电阻率呈现不连续的低、中、高阻特征反映, 区域内岩性变化较复杂, 根据等值线起伏变化的差异性推断出两个主要断裂烟筒岭断裂和牛澜深断裂, 将其分为两个区段, 其一以烟筒岭断裂～F3断裂之间:500 m～1 200 m, 标高在200 m以上, 电阻率小于3 500 Ω·m, , 等值线起伏变化较小, 整体向东南, 和地质资料上烟筒岭断裂的倾向基本一致。其二在F3和牛澜深断裂之间, 测距为1 200 m～2 200 m:①标高500 m以上, 中低阻特征反映的电阻率等值线平稳分布, 推测可能是印支期斑状细粒二云母花岗岩, 其中测距1 700 m～2 000 m, 埋深小于50 m, 电阻率小于300 Ω·m, 结合实地的观察, 地表植被发育, 岩体出露程度差, 有粘土, 结合已知的地址资料, 认为是第四系砂质粘土覆盖;②标高500 m～200 m之间, 电阻率呈现连续串珠状中阻特征分布, 电阻率均值是3 000 Ω·m, 推测可能是印支期中粗粒斑状二云母花岗岩, 其中测距1 200 m～1 300 m, 标高400 m～300 m之间, 出现团块状低阻体, 等值线密集, ρ≤400 Ω·m, 可能是受F3的作用, 是一条含水的花岗岩岩体内部的破碎带;

(4) 测距2 000

m～2 300 m, 标高100 m～700 m范围内分布一条成“V”形中低阻异常, 反演电阻率400 Ω·m～3 500 Ω·m, 推测为印支期中粒斑状二长花岗岩 (Pbηγ51-2) , 破碎带内充填白色块状粗晶石英岩、硅化花岗碎裂岩、及糜棱岩, 沿Pbηγ51-2岩体接触带延伸;

(5) 测距2 300

m～2 600 m, 标高-300 m～800 m, 反演电阻率值在3 000 Ω·m～30 000 Ω·m之间, 呈现团块状凸起高阻体, 等值线密集, 推测受牛澜深断裂和榨子岭断裂的共同作用, 形成上升通道, 印支期中粒斑状二云母花岗岩 (Pmbγ51-3) 侵入印支期中粒斑状二长花岗岩 (Pbηγ51-2) ;

(6) 测距2 600

m～2 900 m, 标高100 m～900 m, 反演电阻率值约3 500 Ω·m, 等值线上下不连续, 呈块状分布, 电性差异密集程度变化较大, 推测测距2 600 m处发育榨子岭断裂, 2 900 m处发育次级断裂F4, 受两断裂影响, 以印支期中粒斑状二长花岗岩 (Pbηγ51-2) 为主体的围岩中, 断裂带内充填碎裂花岗岩、硅化花岗碎裂岩、糜棱岩等;

(7) 测距2 900

m～3 500 m, 标高300 m～1 100 m, 反演电阻率值2 000 Ω·m～8 000 Ω·m, 呈中高阻不连续团块状分布, 等值线分散, 局部高阻体密集, 推测测距3 100 m处发育大人山断裂, 结合已知的地质资料, 推测是印支期中粗粒斑状二云母花岗岩 (Pmbγ51-3) , 断裂带内充填硅质和硅化角砾岩、碎裂岩;

(8) 测距0

m～2 300 m, 2 600 m～3 500 m埋深相对较深的高阻体, 反演电阻率值大于3 500 Ω·m, 电性高阻特征稳定, 推测是中粗粒花岗岩;

(9) 推断7条断裂:

F2 (烟筒岭后方硅化断裂) :测距75 m和200 m, 等值线变异、发生扭曲, 断裂沿高阻等值线变异带通过, 破碎带向下延伸约500 m, 至岩体顶部尖灭, 充填碎裂岩, 断裂规模较大, 倾向南东, 倾角较陡, 东北面有361矿, 东南面有235矿, 根据已经掌握的地质情况可以推断, 此区域是铀成矿的有利地段。烟筒岭断裂:测距位于600 m处, 两侧电阻率差异较大, 纵向上观察等值线南东侧伏, 梯度变化较缓, 延伸较长, 深部与推测断裂F3交汇。断裂带内主要充填硅化花岗碎裂岩、角砾岩及糜棱岩等物质。F3断裂, 测距位于1 100 m左右, 电阻率值小于2 000 Ω·m, 纵向呈不连续分布, 低阻区和中阻区分化, 等值线密集, 电性差异明显, 推测是发育的次级断裂, 该断裂倾向南东, 向下延伸约500 m, 围岩破碎严重。牛澜深断裂:位于是一条前人发现的北东向硅化断裂带, 该断裂较宽, 倾向南东, 倾角较大, 主要充填硅化花岗碎裂岩、角砾岩及糜棱岩等与铀成矿有关的物质, 断裂带沿ηγ51-2岩体接触带延伸。榨子岭断裂:测距2 600 m处, 两侧电性差异较大, 中高阻分化显著, 等值线梯度变化较陡, 几近直立, 推测为断裂, 与已知的榨子岭断裂吻合, 断裂带内主要充填碎裂花岗岩、糜棱岩、硅化角砾岩等。F4断裂:测距2 900 m处, 测线两侧岩性发生变化, 电性呈西低东高不连续分布, 中高阻分化严重, 等值线高阻密集, 推测是主断裂带内发育的次级构造, 主要充填碎裂花岗岩, 硅化角砾岩等。大人山断裂:位于测距3 100 m, 是一条前人发现的北东向硅化断裂带, 倾向南东, 倾角较大, 该硅化断裂带主要由多期多阶段的硅质和硅质角砾岩、碎裂岩组成, 是主要的控矿和含矿构造。

5结语

以上推断结论, 经过与上东坑地区已知地质资料相互对比和钻探工程验证, 其主带的位置、倾向与深部延伸情况等基本保持一致, 次带地质情况也相差不大;说明可控源音频大地电磁测深法在探测构造断裂带等深大地质体上是可行、有效的。当前地质勘查事业进入新一轮的高峰期, 新的勘探手段、方法也不断从理论走向实践, 作为有效的综合地质和地球物理勘探方法之一的可控源音频大地电磁测深法, 随着国家对矿产资源勘探力度的加大, 将更加普遍应用于地质勘探中去。 [ID:5442]

摘要：随着国家政策对矿业勘查力度的加强, 铀矿勘查也迎来了它的第二个“春天”。而新一轮的找矿热潮是以“攻深找盲”为主题, 所以了解矿区深部的构造变化情况, 是开展勘查工作的前提和依据。本文简单介绍可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT法) 的工作原理和特点, 并通过在南雄盆地上东坑地区利用可控源音频大地电磁法测深探索深部构造中的实际应用, 突出该方法在探测深部地质目标的良好应用效果和有效性, 为矿区深部找矿工作提供设计依据。

关键词：铀矿勘查,CSAMT法,南雄盘地,地质目标

参考文献

[1]傅良魁.应用地球物理教程-电法勘探[M].江西:东华理工大学出版, 2005.

CSAMT论文 篇7

V8是加拿大凤凰公司最新一代多功能电法仪，汇集当代最新科技成就于一身，成功地解决了很多过去在实际生产中所遇到的瓶颈问题，其先进精确的GPS技术和无线网络技术的结合，使V8即使在复杂的山区施工也较为方便。野外施工无需校对时钟，极大地提高了生产效率。大功率发射机、系统采样频点的随机加密，使分辨率得到了大幅提高，即使在干扰非常严重的矿区也能取得较为准确的数据。而且野外采集数据可实时显示振幅曲线和相位曲线，使数据质量一目了然。同时，V8还可以作多站大面积同步采集，野外各站点随时随地开机即可采集，时间重叠做同步数据相关处理，电脑化操作野外施工极为方便。

1 V8在CSAMT方法中的数据采集

观测装置工作示意图如图一所示。观测区域布置在以发射偶极形成的60°角的一个梯形面积内，梯形的上底为AB发射偶极所在的位置，测线到AB的距离R大于三倍的趋肤深度，测线的长度保持在发射偶极60°射线控制的梯形面积之内，AB极布线方向按要求与测线方向平行布设。

根据电磁场强度的理论计算，在梯形的边部场的强度明显变弱。在野外工作时，把AB偶极的中点布置在勘探研究剖面的中垂线上，能够极大地提高场源强度，保证观测的精度。

CSAMT法有四种基本野外观测参量：即电场振幅、电场相位、磁场振幅及磁场相位。观测方式可分为：标量观测、矢量观测及张量观测。目前常用标量观测方式，视电阻率和相位差可以直接从上述参量中计算出来。

电场振幅(E)是通过一对接地电极(MN)观测电位差获得的。为了便于解释，所有数据均用电流归一化。电场数据作为一个独立参量进行分析以便确定噪声源或特殊响应及判断近场区。

电场相位(φE)是指所测电场信号与发送信号之间的相位滞后。目前电场相位还不作为一个独立的解释参量。

磁场振幅(H)是通过高增益天线(磁棒)测量电压获得的。它是用电流和线圈特殊参数归一化，磁场受场源效应影响，但不受静态效应影响,它是电阻率反演解释的重要参量。与电场一样，可以用来判断近场效应的影响。

磁场相位(φH)是指观测到的磁场信号相对于发送信号的相位滞后。在均匀大地情况下，磁场相位在远区为-π/4，而在近区为零。在过渡带则介于两者之间。在非均匀大地情况下，由于磁场曲线斜率的变化，使相位特性变得较为复杂。在解释中不作为独立参量。

视电阻率(ρα)是CSAMT工作中最常用的参数。目前有几种方法可以计算，但最简单最常用的是卡尼亚公式：

但卡尼亚公式只适用于远区，在过渡带或近区是无效的，它得到的不是真实的电阻率值。电场和磁场在过渡带已改变它们的特征。在近区，磁场不再是频率的函数，使得在过渡带卡尼亚电阻率呈凹形，在近区呈450的直线。

相位差(φ)是阻抗相位，它是通过计算电场相位和磁场相位之差而获得。相位差是极其重要的参量，在均匀大地上，远区相位差为π/4，在近区为零。实测CSAMT测深曲线

相位差与电阻率对数的斜率成正比，高于π/4的值反映了上层电阻率高于下层电阻率;低于π/4反映了上层电阻率低于下层电阻率。因此，相位差参数在判断测深从一个带到另一个带的特性变化是非常有用的。

2 V8在CSAMT方法中数据处理的研究

现代化的数据处理系统具有极大的适宜性，为人机对话、参数修改带来了极大的方便。但是如果在数据处理过程中，不了解它的处理过程和固有的局限性，同时可导致错误的结果。这是因为，处理过程能够任意修改原始数据，初始数学模型是建立在理论边界条件的基础上。因此在资料处理过程中，必须结合实际地质地电条件，以原始资料为基础，合理选择有效的处理范围。目前V8仪器CSAMT野外采集系统原始采集数据储存在CF卡上，非常便于处理。资料处理可分为预处理和解释处理。

预处理：对于CSAMT数据预处理要求检查数据的误差即噪声。为此要利用所有测得的电场E和磁场H分量的振幅和相位，计算得视电阻率和相位差，以及数据分散情况，利用标准偏差参数，选择剔除那些明显的误差和噪声。每天必须将采集的原始数据进行转存，并采用仪器所配专用软件CMTPRO对CSAMT野外采集数据进行预处理转换。仔细查看原始采集数据的记录是否完整，频点记录不全的测站，要查明原因及时补做。如有三维坐标应把自由坐标以大地坐标替换，重新进行视电阻率计算。通过以上预处理的数据，可以得到可供解释用的原始Bostick视电阻率和相位差参数。

解释处理：当数据通过预处理达到可以接受的条件时，就开始进行解释处理。解释处理包括将特定的数据组绘制常规图件及通过必要的归一化、静态改正、滤波和导数计算来增强某种影响。如通过相减、相除或对等频率、等深度的平均值进行重合叠加，从一组数据中消除其层状效应。重合叠加法能消除区域影响，增强复杂层状介质中微弱的横向影响。静态校正对于消除静态效应影响的电阻率数据不规则现象很有用。有效的滤波使噪声和复杂的数据易于分辨，有助于评价数据组的总体趋向。如果滤波得当可以使细微异常特征突出出来。反演解释处理，可以使用加拿大的WinGinlk反演软件。该软件功能强大，可对原始采集数据进行编辑处理，诸如归一化、静态改正、滤波等。该软件是对整条剖面的ρα断面进行一维联合反演，反演过程采用曲线圆滑法，最终提供反演后的电阻率断面图，供推断解释使用。

当然也可以使用GeoExpl反演软件。在同一个已知的地质勘探剖面上，对所采集的卡尼亚电阻率，用不同网格的剖分方法(结点网距离为12.5米、6米、3米、1.5米等)进行反演，反演所得结果与已知地质勘探剖面进行对比，其结论是用结点网距离为3米所反演的结果最好。最后确定所有数据在反演时全都使用3米的结点网剖分空间进行反演。由于GeoExpl反演软件成图部分存在不足，最后将二维反演的结果用SURFER软件制成电阻率断面图，并在CAD2006中制成三维可视图形。

3 结束语

V8电法工作站，是一套技术先进、功率大、精度高、方法齐全的综合性电法勘探仪器。通过V8在CSAMT方法中采集数据与数据处理综合研究认为，该系统保持了最高的动态范围和分辨率。功率大频率高，在提高观测信号的同时可有效避免工业干扰信号，有利于在矿区和城市附近开展工作。数据处理既可以使用V8自带的Bostick反演，也可以将原始数据导出，应用第三方软件处理，提供了很大的灵活性。

摘要：多功能电法仪V8是加拿大凤凰公司研制开发的,目前世界上功能最齐全、技术最先进的电法勘探仪器。本文介绍了V8在数据采集过程中的技术要求,测量参数,以及数据处理的整个流程。

关键词：V8,CSAMT,方法,研究

参考文献

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[8]汤井田,何继善.可控源音频大地电磁法及其应用[M].长沙:中南大学出版社,2005.

CSAMT论文 篇8

1 方法简介

可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 结合了大地电磁法和音频大地电磁法的优点, 并以此为基础发展出一种探测方法, 它基于电磁波在介质中传播的趋肤效应原理, 通过改变人工场源的频率, 实现不同深度的探测, 该方法具有探测深度大、分辨率高等优点, 同时, 由于人工场源采用大功率的发射设备, 使其具有很强的抗干扰能力。测量装置如图1所示。

该方法的基本原理是根据电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出卡尼亚电阻率计算公式为:

式中:f为发射频率 (Hz) ;Ex为与场源平行电场水平分量;Hy为磁场分量。由上式得出, 只要在地表从高频到低频逐个改变频率时, 同时观测到Ex和Hy两个分量参数, 就能计算出阻抗电阻率, 通过多测点、多深度的反演电阻率数据建立电性结构以及对电性结构特征的研究, 达到解决地质构造问题的目的。

1.供电电源;2.供电电极;3.测线;4.发射机;5.八道接收机同测量相邻7个测点的Ex和排列中心的Hy.

2 应用实例

2.1 地质概况

工作区位于甘肃东南部, 是典型的黄土塬地区类型, 此次勘查的目的是查明白垩系罗汉洞组含水层的位置, 同时对富水性进行简单的评价, 为下一步井位设计提供地球物理依据。

据《鄂尔多斯盆地陇东能源基地地下水勘查可控源音频大地电磁测深法》中的物性资料, 认为, 区内第四系电性变化不大, 形成次低阻;新近系为区内次高阻电性层;白垩系中间厚层为低阻电性层;三叠系和二叠系中间厚层为低阻电性层, 上部和下部为高阻电性层。总体上, 在地层层序和岩性上存在一定的电性差异, 具备开展电法工作的地球物理前提。

2.2 工作方法

数据采集采用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ型多功能电法工作站, 发电机功率为10kW。场源采用赤道电偶极装置, 采用接地电偶极距AB为1.2km向地下供电, AB方向误差小于3°, 测量电极采用不极化电极, 接地电阻小于10kΩ, 发射频率:1~8192Hz, 收发距选择6km左右。

数据处理与反演采用美国Zonge公司GDP-32仪器配置的scsinv处理软件。在数据预处理方面, 观测数据进行了畸变点剔除、曲线圆滑等工作。数据处理时进行了近场、静态较正, 根据本区的实际情况, 反复试验选择了参数。处理后利用surfer软件绘制各条测线的视电阻率断面图。

2.3 成果分析

本着”从已知到未知“的物探工作原则, 在工作区的城关镇已知井 (深度490.6m) 处以同样的装置进行了测量。从已知井视电阻率断面图与测井图对比, 可以看出, 各地层岩性与电阻率的对应关系, 标高1420~1330m为第四系 (Q) 老黄土;标高1330~1100m为白垩系罗汉洞组 (K15) 粘土、中砂岩、细砂岩、泥质砂岩、泥岩, 深度在90~320m左右, 为本次找水的目的层。标高1100~830m为白垩系环河组 (K14) 中砂岩、细砂岩、泥质砂岩、泥岩, 深度在320~590m左右。标高830~580m为白垩系华池组 (K13) 泥质砂岩、中细砂、中粗砂岩, 深度在590-840m左右, 电阻率为40~159Ω.m, 含水性相对较好。如图2所示。

根据已知水井岩性与电阻率的对应关系, 结合其他两个地点的电阻率反演剖面, 推断两个拟定井位的地层岩性及水文地质条件, 为水井设计提供依据。

通过CSAMT二维反演资料, 结合一维资料及区域水文地质特征, 推断划分了勘探点的地层, 自上而下分别为:第四系 (Q) 黄土 (0~110m) , 白垩系罗汉洞组 (K15) (75~410m) , 白垩系环河组 (K14) 砂质泥岩 (355~690m) , 白垩系华池组 (K13) (451-920m) 。地下水含水层在各地层段有分布, 区域水文地质资料显示, 各段矿化度差异较大。较理想的取水层位为罗汉洞组 (K15) 和白垩系环河组 (K14) , 取水层位为255~700m, 预计出水量约500~1000m3/d, 矿化度约1g/L。初步设计了水井的位置和深度, 通过钻孔验证, 证明与可控源音频大地电磁法推断的地质情况较吻合, 减小了打井成孔的盲目性, 产生了很好的经济效益。

3 结论

可控源音频大地电磁法对查明地下地质情况, 寻找低阻体赋存位置、划分深部地质构造具有很明显的优势, 充分利用这些优势可以勘查黄土塬区地下水资源的状况, 为水资源后期开发利用提供地球物理依据, 从而提高地下水资源的开发效益, 减少风险投资, 为当地经济发展做出巨大贡献。

摘要：可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 具有探测深度大、分辨能力高等特点, 广泛应用于地下水资源勘查、金属矿产勘查和石油勘查等领域, 尤其适用于圈定地下水资源的空间位置、规模、连通性等钻前勘查工作。应用该方法在甘肃黄土塬地区寻找地下水, 取得了良好的地质效果, 说明, 可控源音频大地电磁法用于黄土塬地区找水是行之有效的。

关键词：可控源音频大地电磁法,黄土塬地区,地下水,应用

参考文献

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[3]侯光才, 张茂省.鄂尔多斯盆地地下水勘查研究[M].地质出版社, 2008, 54-73.

[4]孙林.可控源音频大地电磁法在地热资源勘查中的应用[J].河北煤炭, 2010, 47-49.