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1、物探技术与应用(EH-4) 桂林矿产地质研究院 敬荣中 二一年五月,主要内容,一、物探方法分类 二、电法勘探 三、应用实例,一、物探方法分类,物探学科 电法勘探、磁法勘探、地震勘探、重力勘探、放射性勘探等（测井？）。 电法勘探：以岩矿石的电磁性差异为基础（导电性等）； 磁法勘探：以岩矿石的磁性差异为基础（拉氏方程、地磁场）； 地震勘探：以岩矿石的弹性性质为基础（弹性波理论、速度界面） 重力勘探：以岩矿石的密度差异为基础（万有引力定律、加速度） 放射性勘探：以岩矿石的放射性差异为基础（如测氡）。 金属矿勘探主要应用电法勘探和磁法勘探，辅以重力勘探（区域）。,物探学科 实质： 以物理方法找矿；以岩
2、矿石的地球物理性质为基础。 综合性强：数学、物理、化学 电子学、计算机（尤其是反演）、电磁学 地质学（找矿的一种手段） 发展的方向： 深部找矿（地质）；电磁法（物探）；综合学科（学科） 重要性：地球探测（CT？、地壳？）,重力场的特点： 1、重力场是空间一个区域内的矢量场； 2、重力场是空间坐标（x,y,z）的函数； 3、重力场作用在空间中任何点处； 4、重力测量是测量重力的变化。 5、重力场由重力位确定，重力场是由位导出的场。,重力勘探,解决的地质问题： 1、研究地球深部构造； 2、研究大地及区域地质构造，划分构造单元；研究结晶基底的起伏及其内部成分和构造，圈定沉积盆地的范围等； 3、寻找石
3、油、天然气或煤等有远景的盆地； 4、与其他的物探方法配合，圈定金属及非金属成矿带。,重力勘探,发展最早、应用广泛 1、轻便易行、效率高、成本低、效果好； 2、工作领域广（航空、井中） 3、应用范围广。 直接找铁 固体矿产、石油天然气构造的普查、区域及全球构造的研究等 位场（同重力场） 高精度磁测,磁法勘探,直接找铁：最有效方法 间接找矿与研究： 与磁性物质有关的矿产（蚀变带） 区域构造研究与勘探：航磁 基性、超基性岩体勘探,磁法勘探,磁法勘探,磁法勘探,在勘探石油的各种物探方法中，地震勘探是最有效的方法。各种物探方法中，地震：精度高、探测深度大、分辨率高（地球圈层结构）。 三维地震勘探 工程中
4、应用也较多 金属矿地震勘探：,地震勘探,金属矿地震勘探：发展阶段 反射波地震方法是目前金属矿地震勘探的主要方法：国外使用的主流方法是在利用反射波成像处理技术得到的实测成果数据体中,采用强散射特征分析等属性分析方法圈定矿体;国内主要是利用常规反射波方法进行资料处理,在反射剖面上利用散射波概念进行地质解释。 金属矿勘探所涉及的特殊地震地质条件使得金属矿地震勘探问题落入地震波散射领域,而现有技术中缺少从散射观点出发进行地震资料采集、处理和解释的理论与配套技术。因此，研究基于地震波散射理论的散射波地震技术是金属矿地震勘探技术的发展方向,地震勘探,二、电法勘探方法,电法勘探利用的主要物性有： 导电性、介
5、电性、导磁性、激发极化性、自然极化性、压电性、震电性等 （1）传导类、感应类（电磁法） （2）主动源、被动源,电法勘探,传导类：电阻率法、激发极化法（IP）、幅相激电法（频率域）、充电法 感应类电法：瞬变电磁法（TEM）、可控源音频大地电磁法（CSAMT）、大地电磁法（MT）等 （自然电场法）,主动源电法：电阻率法、激发极化法（IP）、充电法及电磁法（李金铭） 被动源电法：自然电位法、大地电磁法（MT）和甚低频电磁法等,电法勘探,注意： 1、通常所说的电阻率测深、中间梯度、三极或联剖及偶极等，则是从不同勘探装置上来划分的常规电法。（高密度电法） 2、地下物探方法（如测井、坑内物探等）、航空电法
6、等只是物探方法在不同空间的应用。 应用：金属矿、石油天然气、煤田、水工环、灾害、考古及医疗、军事等,电法勘探,金属矿勘查： 常规电法（电阻率法、IP）： 快速、经济 主要用于硫化物矿床普查（某些氧化物矿床、地下水等，有时还用于探测石油天然气、某些有色金属、贵金属、稀有金属常与黄铁矿化或其他矿化共存（如石英脉型金矿），因而可借以圈定有用矿产的矿化带）。 由于功率、地质条件等因素，勘探深度有限。 主要用于：面积性、普查,电法勘探,体积效应 综合性反映 仪器,电法勘探,金属矿勘查： 感应类电法（TEM、CSAMT、MT）： 主要研究的物探方法（金属矿勘探） 深边部找矿的主要物探方法 TEM、CSAM
7、T是利用人工场源的感应类电法，其勘探的深度可达1000m甚至更深。 MT则是利用天然场源的感应类电法，主要是用于深部构造勘探、油气资源勘探、深部地热勘探等，勘探深度可达几千米甚至几十千米。 EH-4电导率成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部地电信息通过天然背景场源成像（MT），其讯息源为10Hz100kHz。浅部地电信息则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1k100kHz人工电磁讯号，补偿天然讯号的不足，从而获得高分辨率的成像。,电法勘探,TEM（瞬变电磁法：脉冲、时间域）,瞬变电磁法（TEM）它是以介质的电性、磁性差异为基础, 利用不接地回线或接地线源向地下发送
8、一次脉冲电磁场，在一次电磁场的激励下，地下介质产生感应二次电磁场, 利用线圈或接地电极观测二次电磁场, 并研究其时间和空间的变化规律，从而确定地下介质的电磁性分布结构的方法。 瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods），又称时间域电磁法（Time Domain Electromagnetic Methods）， 简称TEM或TDEM。,基础： 磁、电性差异 一次场： 瞬变磁场 研究对象：主要是二次场的时空变化规律 目的： 解决目的物电、磁性的空间分布,TEM原理,电磁感应原理 磁性体：B=H 不随频率变化 随频率变化 电性体： 涡流：“烟圈”涡流： 半空间
9、 导电薄层 二、三度体涡流 位移电流 集流 IP效应,TEM涡流原理,不同形状体二次电位衰减速规律,磁性体： V(t) t-m m=1.11.7 电性体： 均匀半空间：V(t) t-5/2 导电覆盖层：V(t) t-4 导电三度体：V(t) e-t/,理想曲线,典型曲线,水平圆柱体：,TEM用途,主要用于: 磁性体 电性体： 特高阻体 特低阻体,TEM应用条件,（1）必要条件：磁、电性差异 （2）充分条件： 一次场能激发目的物； 异常的可观测性 （目的物大小、埋深、 仪器灵敏度等）； 干扰可排除或分辨； 环境的允许性。,TEM的优点,（1）发现异常（探测能力）强 （2）探测深度较大 （3）穿透
10、高低阻能力强 （4）适应环境能力强，海、陆、空、地下均可用，供电困难地区可用。,TEM不足,复杂（理论复杂、装置多） 早期干扰多（过渡过程影响） 仍然受地形影响 异常定位不准 场源体深度解释不够准确 受电磁干扰大,问 题,1、高阻体二次电位异常：早高晚低？ 2、低阻体二次电位异常：早低晚高？ 3、低阻现象？ 4、发射回线边长越大，探测深度越大吗？ 5、接收回线边长多大合适（中心回线或重叠回线）？ 6、探测浅部目标物一定要用高频，探测深部目标物一定要用低频吗？ 7、如何知道TEM仪器的好坏？ 8、观测时间越早，探测深度就越浅？ 9、TEM能找磁性目标物吗？ 10、二次电位曲线为什么早正晚负？,低
11、阻现象,1、仪器：EM67 2、数据处理技术：,TEM,现状： 实用近区瞬变电磁法野外资料解释水平还很低，除天然场源的大地电磁测深（MT）和音频大地电磁（AMT）外，基本上仅限于一维解释，且只适用于一维的简单地电条件。真正实用的TEM二维和三维反演问题基本没有解决。 面积性普查,可控源音频大地电磁法 （CSAMT） CSAMT法是20世纪80年代末才兴起的一种地球物理新技术，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组实质上是反映了电荷、电流、电场、磁场随时间和空间变化规律的定律，综合了电磁现象的相互作用。 卡尼亚电阻率 ：,CSAMT,有效勘探深度：,工作装置：,CSAMT,1、仪器
12、：GDP-32 （美国ZONGE公司） V8系统 2、数据处理技术：最先进,CSAMT,EH4电导率成像法,大地电磁法原理,传统电磁法的不足,EH4电导率成像法的诞生,EH4的优点,大地电磁法原理,大地电磁法是基于电磁感应原理，用于研究地球电性的一种地球物理方法。它利用宇宙中的太阳风、雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源，称为一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论知，大地介质中将会感应出变化的电场即大地电流场，并产生二次电磁场。 在地球内部，这种电磁场的分布取决于岩石的电性结构。在地面上单点观测天然交变电磁场互相垂直的四个分量（Ex、Ey、Hx、Hy），分析
13、研究地面波阻抗随频率的变化，可以探测到地球内部岩石电性随深度的分布规律。,传统MT法的不足,大地电磁测深法利用天然电磁场，虽然避免了大地电流供电，但天然电磁场不稳定，而且某些频段先天不足，干扰强，讯号弱。参看下面大地电磁场水平分量频谱展示图。,大地电磁场水平分量频谱图,上图反映了天然电磁场与人文电磁场的分布情况。在 1Hz 左右，无论电场和磁场都是低谷；在 1000Hz 处磁场几近寂静，电场有一低谷。在几十赫兹到 104Hz 范围内，人文活动的电磁场干扰特别严重。 这些特点决定了大地电磁法只适合于采集较低频率。通常观测时间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。 所以尽管电探方法起源最早，由于以
14、上的局限性，一直阻碍它的发展。几十年来，1000 米以内，几百米上下，正是人类经济、文明活动在地壳上层最活跃的深度。其他物探方法，如地震勘探法，自40-50年代之后都开始大展身手，而浅、中深度范围的电探则相对寂寞冷落，处于陪衬地位。也正是这种现状激发了国内外众多的科学家和仪器制造商不断研制开发新的电探仪器，寻找新的电探方法。,EH4的诞生,96年中下旬，由美国以研制大地电磁仪器而闻名的EMI公司和以制造高分辨率地震仪著名的Geometrics公司联合研制出EH4。这是全新概念的电导率张量测量仪。它利用大地电磁的测量原理，但配置了特殊的人工电磁波发射源。 这种发射源的天线是一对十字交叉的天线，组
15、成X、Y两个方向的磁偶极子，轻便而且只用普通汽车电瓶供电，发射频率从500Hz到100KHz，专门用来弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波（见频谱图）。仪器用反馈式高灵敏度低噪音磁棒和特制的电极，分别接收X、Y两个方向的磁场和电场。由18位高分辨率多通道全功能数据采集、处理一体机完成所有的数据合成。,EH4的全新概念主要归结为如下几个方面,应用装置,穿透深度或趋肤深度（）：,仪 器,金属矿勘查： TEM：面积性普查、勘探深度中； 层状、脉状、低阻（构造） 仪器、解释软件的缺陷（王华君、熊彬） CSAMT：生产矿山的深边部找矿（直接、间接）、勘探深度大、低阻（构造） 仪器、解释软件先进（廊坊所孙鸿雁） EH-4：深边部找矿（山区、无人区等）、勘探深度大、低阻（构造） 仪器、解释软件先进,本测区勘查应注意的事项： 仪器：高原反应 现场：干燥 干扰因素：较少；方法适用 数据处理与解释：充分结合地质资料,三、几个实例,大庙岭1线,小于赞1剖面 EH-4,栗木c线,谢谢！,
