中國東北大地電磁場標準網建設方法

尚銘森

摘要：為了實現構建中國大陸巖石圈電磁學參數數據體及導電性結構標準模型的目標，“深部探測技術與實驗研究專項”設立“大陸電磁參數標準網實驗研究”項目。研究具體的實施方法技術，并提供示范性成果，為標準網的建設提供可靠的實地觀測數據，從而構建完整的區域殼、幔電性三維數據體。

關鍵詞：中國東北 大地電磁測深 標準網

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0093-02

地球作為人類唯一賴以生存的居住場所，為人類生存提供了必不可少的水源、食物以及其他資源；但隨之帶來的還有火山、地震等自然災害。我國啟動了一項“深部探測技術與實驗研究”的項目，這個項目也是我國地球科學進入深部探測計劃的標志，它通過深部探測，給地球做了個B超，探析地球深部的物質、結構以及動力學過程，不僅是人類未來汲取資源和保障自身安全的基本需求，也是為了追求探索大自然更深的奧秘。“深部探測技術與實驗研究”其中一個專項就是東北陣列式區域大地電磁場標準網，第一個項目“大陸電磁參數標準網實驗研究”課題4（SinoProbe-1-4）。

1 大地電磁測深原理

大地電磁測深是一種以天然存在的區域性分布的交變電磁場為場源的電磁法。這類天然電磁場具有很大的能量，很寬的頻帶，為研究幾十乃至上百公里深的地殼與上地幔提供信息。

超寬頻帶大地電磁測深是指采集信號的頻率范圍在低頻段從n×10-3～n×102Hz擴展到n×10-4～n×102Hz時的大地電磁測深技術。超寬頻帶大地電磁測深，是目前用于探測巖石圈導電性最有效的地球物理技術。因為天然磁場，不需要考慮人工發射源的問題，因此只需要測量表面大地磁場Ex，Ey，Hx，Hy和Hz5個分量的時間序列。大地電磁測深的數據采集流程雖然比其他方式簡單，但是所需采集的是天然電磁場，信號比較弱，對大地電磁儀的穩定性和靈敏度有很高要求，需要嚴密的技術措施采集數據，以求保證數據質量。

大地電磁測深數據采集現在通常采用剖面測量為主，它先采集各個測點上的2個互相正交的電場分量、磁場分量和一個垂直的磁場分量，從這些數據估算測點位置地下介質的張良阻抗和傾子信息。在野外測量時，通常會幾套儀器同時測量，使用外部衛星時間來實現采集時間同步觀測；分頻段采集信號的時候，通過增高采樣率和縮短采集時間來采集高頻信號，采集低頻信號則使用低采樣率和較長采集時間。

2 大地電磁場標準網建設方法

2.1標準網布置示意圖（如圖1）

東北陣列式區域大地電磁場標準網控制格架按4°×4°設計覆蓋整個東北地區的電磁參數標準網，標準點為11個。每個標準點由兩條正交的十字剖面，包含1個中心點和8個輔助點，以中心點為中心，東南西北每個方向相隔20km各布置2個輔助點（如圖1），即覆蓋東北地區的大地電磁測深物理點為99個，以便對每個標準點進行一維、二維甚至三維反演，獲得地下介質較為可靠的電性結構模型。

2.2儀器設備

近年來，國內使用的寬頻儀器主要是美國EMI公司生產的MT-24網絡型大地電磁系統、及加拿大Phoenix公司生產的V5-2000大地電磁系統。其中V5-2000儀器設備數量最多也最被專家認可，它除了保持原有的小型、輕便、多道和智能化的優點，還發展了衛星同步測量技術和網絡型或分布式組合系統。但是，該系統觀測信號的頻率范圍都在320～1/2000Hz之間，只能實現大地電磁寬頻帶數據采集，而不能滿足超寬頻帶測量的需要。在國內現在可以觀測周期長達3×104s的大地電磁場信號的儀器主要是烏克蘭生產的長周期智能化大地電磁系統LEMI—417M。所以，在進行大地電磁測深時，必需把V5-2000系統和LEMI—417M系統配套使用。在同一個測點上，用V5-2000系統觀測高、中頻信號，用LEMI—417M系統觀測低頻和超低頻信號；在0.1～0.01Hz頻段實現兩種儀器測量數據的拼接，從而得到超寬頻帶（320～3×10-5Hz）的大地電磁場數據。

2.3野外工作步驟

（1）開工前對所有使用的儀器進行儀器標定和一致性試驗；（2）測點布置按設計點位布設，測點選擇在開闊、平坦的地方；（3）電極距一般為100m，采用標準“+”字形布設，接地電阻一般都小于2000Ω；（4）采集時間足夠長，兩臺V5輪流觀測，一般設置成采集30h左右自動關機，長周期LEMI儀器采集時間7～10d；（5）認真記錄儀器設置參數和測點周圍環境狀況。

2.4數據處理

資料處理方面，當前主要采用帶遠參考道的Robust張量阻抗估算技術。由于實測數據中會出現隨機干擾，所以需要采用一些估算方法來計算張量阻抗，而Robust方法具有較大優勢，最大優勢在于可以減弱單個“飛點”對數據處理的影響，故被廣泛應用。遠參考道技術基于足夠遠的測站之間噪音不相關的原理，借助參考測站安靜的電磁場信號壓制本地測站的噪音，獲得良好的處理效果。可見，帶遠參考道技術的野外觀測技術和Robust張量阻抗估算技術是當前最先進、通用的大地電磁測深資料觀測與處理技術。

寬頻儀器和長周期儀器之間由于儀器設備自身的差異，以及所采用的磁場傳感器的差異（寬頻通常采用感應式，長周期采用磁通門式），在同一點位采集的信號數據處理出現拼接難題。為解決拼接問題，測站布置過程中嚴格要求寬頻和長周期同點位。嚴謹的采集后，寬頻與長周期數據拼接完美。（如圖2）

3 結語

構建東北地區殼、幔電磁三維結構模型，為最終建立中國大陸地殼和上地幔三維電磁結構標準模型，開展地球物理—地質綜合建模研究奠定基礎。將成為能源、礦產資源，成藏成礦理論創新的源泉，將為資源深層突破和開辟“第二找礦空間”提供堅實的技術支撐。

參考文獻

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