什么是人工源电磁勘探?

2024-11-28 16:24:00

由于天然场源的电磁波信号随机性强且信号非常微弱,这使得基于天然场源的大地电磁测深方法的精度和效率受到影响,效果不尽如人意。1971年,加拿大地球物理学家斯特兰格威(D.W.Strangway)发现,采用人工场源可克服大地电磁测深方法的某些缺点,于是提出了用人工场源代替天然场源进行勘探的思路,创立了用于测定地下电阻率的可控源音频大地电磁法(CSAMT),从此拉开了人工源电磁勘探的序幕。

人工源电磁勘探是在大地电磁测深方法基础上发展起来的一种方法,它利用人工交变电流作为激发源,向地下发送不同频率的交变电磁场,用仪器在地表测量不同方向的电场和磁场,以此推断地下地质结构或流体特征的方法。在野外施工时,一般在距场源较远处进行观测(一般应大于目标探测深度的35倍),获得不同频率的电场分量、磁场分量及相位差,然后根据从电磁波曲面波方程简化得到的平面波方程计算出不同频率的视电阻率。不同频率的电磁场具有不同的探测深度(频率高则探测深度小,频率低则探测深度大),因而利用不同频率的视电阻率和相位信息能够获取不同深度的地电信息。经过复杂的数据处理,最终可得到目标区域的地电模型及电性空间分布特征。

目前国内外应用较多的人工源电磁勘探方法有可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、时频电磁法、广域电磁法等。下面以可控源音频大地电磁法为例对电磁勘探野外采集方式进行简要说明。

可控源音频大地电磁法是一种经典的人工源电磁勘探方法,需要同时利用发射装置和接收装置进行观测。在野外测量时,以有限长的接地导线为场源,在距场源中心一定距离处同时观测电场和磁场参数。目前大多采用赤道偶极装置进行标量测量,同时观测与场源平行的电场水平分量(Ex)和与场源正交的磁场水平分量(Hy)。利用电场和磁场的强度和相位信息即可反演出电阻率参数。

人工源电磁勘探具有4大特点:一是勘探深度范围大。一般勘探深度可达23千米,根据不同的勘探目的及当地的地电条件,合理选择收发距离及观测频率范围可探测不同的深度。二是分辨能力较强。横向分辨能力受接收电极间距离影响,且与地质体的规模及电性特征有关,一般横向分辨率为接收偶极距的1/2;纵向分辨率(电性层或目标体的厚度与埋深之比)可达到10%,但受地形及地质情况不同影响,实际纵向可识别能力可能较低。三是低阻敏感。由于人工源电磁法使用的是交变电磁场,可以穿过高阻盖层,对高阻背景中的深部低阻地质体识别效果较好。四是抗干扰能力强。与其他频率域电磁法相比,该方法采用了人工可控的电磁场激发源,发射功率可达到30千瓦以上,电磁场的强度比天然源电磁勘探提高了数十倍,在一个位置仅需观测12小时即可达到要求。除了能获得较强的信号并具有较好的压制干扰效果外,其工作效率比天然源电磁勘探有了很大的提升,因而得到了广泛应用。

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