國內外多功能電法儀的對比試驗研究

李建華， 林品榮， 丁衛忠， 李 蕩， 王珺璐

(中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000)

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國內外多功能電法儀的對比試驗研究

李建華， 林品榮， 丁衛忠， 李 蕩， 王珺璐

(中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000)

GDP-32Ⅱ、V8和DEM-V三種儀器是目前常用的多功能電法系統，在我國的礦產勘查中發揮著重要作用。選擇具備良好電性基礎的內蒙古準蘇吉花野外試驗基地，運用三種儀器，開展了綜合電磁法的對比試驗研究，取得了IP和CSAMT兩種方法的三種儀器的同點位測量數據。在簡要闡述各儀器功能特點的基礎上，結合地質資料，對取得的試驗結果進行了比較分析。研究成果可為多功能電磁法儀器的有效應用提供參考依據，也可為研發或引進電磁法儀器的檢測提供實驗場地與數據。

GDP-32Ⅱ； V8； DEM-V； 綜合電磁法； 對比試驗

0 引言

電磁法是地球物理勘探中的重要勘查方法，在資源勘探等領域發揮著重要作用。電磁法勘探使用專用的儀器設備，觀測和研究地殼周圍物理場的變化和分布規律，進而達到解決地質問題的目的。目前用于深部找礦中的電磁法技術主要有激電法(TDIP/SIP)、大地電磁測深(MT、AMT)和可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)等；具有代表性的多功能電法儀器主要有美國Zonge公司的GDP-32Ⅱ多功能電法工作站、加拿大Phoenix公司的V8電法工作站，以及國產DEM-V多功能電法系統等[1-3]。

GDP-32Ⅱ和V8是我國地質行業從國外引進的多功能電法系統，DEM-V是具有我國自主知識產權的國產多功能電法系統，這三種多功能電法儀器在我國的綜合電磁法勘查中起著舉足輕重的作用。由于各系統所采用的技術標準和數據處理方法不盡相同，不同儀器在同一測點采用同種方法獲取的數據也會出現一定的差異，因而會導致不同的應用效果[4]。作者所在單位率先采用這三種儀器，選擇具備良好電性基礎的野外試驗基地，開展了綜合電磁法的對比應用工作，研究成果可為在用或在研的國內(外)電磁法儀器提供實驗檢測場地和參考性的檢測數據，對促進多功能電法儀在我國資源勘查中的有效應用具有重要的參考價值。

1 儀器功能特點簡述

GDP-32Ⅱ、V8和DEM-V三種多功能電法系統各自具備的測量功能如表1所示[4-7]，由表1可知三種儀器基本上具備了電法和電磁法探測的全部功能。各系統主要組成部分均包括大功率發電機、發射機、接收機以及磁傳感器。三種儀器均具有測量功能多、發射功率高、探測深度大等特點，可滿足多參量、大深度、多目標探測的需要，適用于金屬礦、地下水、地熱、油氣藏等資源勘查。

表1 三種多功能電法儀具備測量功能一覽表

2 試驗基地概況[8-9]

此次對比試驗場地，選在內蒙古自治區蘇尼特左旗境內的準蘇吉花野外試驗基地。試驗區交通較為便利；地勢總體平緩，地形起伏小；植被覆蓋少，表層土壤主要為殘積土與風成沙的混合物，環境人文電磁干擾較小，適合于開展多種電磁法的對比試驗與應用工作。

圖1 試驗區地質概況和測點布置圖

試驗區內北部出露二疊紀花崗閃長巖，南部出露石炭系上統—二疊系下統寶力高廟組碎屑段巖段變質粉砂巖，部分地表被第四系全新統殘、坡積物覆蓋，地質體分布見圖1。二疊系花崗閃長巖體是區內的含礦巖體，巖體中石英脈十分發育，多具鉬礦化現象，因此一般意義上講，鉬礦化石英脈就是礦體。礦體呈單脈狀、細脈群狀產出，多具尖滅再現現象，埋深為幾十米至幾百米，礦體厚度約 0.5 m～10 m，平均厚約3.16 m。礦體圍巖以花崗閃長巖為主，局部見變質粉砂巖。區內礦( 化) 體與圍巖間存在一定的電阻率和極化率差異，典型巖石電性參數變化見表2。由此可見，輝鉬礦化、黃鐵礦化普遍的細粒石英閃長巖極化率較高，算術平均值為14.55%，變化范圍在9.07%～18.7%之間，電阻率則相對較低；其他巖石極化率均較低，電阻率較高。

3 對比試驗

3.1 試驗布置與施工

在GDP-32II、V8和DEM-V三種儀器的對比試驗中，開展的測量方法為資源勘查中應用最為廣泛的兩種地球物理方法即TDIP和CSAMT。

為了保證結果的可比性，在同種方法條件下，各儀器的對比試驗均在同測線同點位進行開展，工作布置及工作方式完全一致；三套儀器的數據采集，均使用同一發射源、同一接收電極坑、同一供電電纜和同一接收電纜；發電機和磁棒均使用各系統配套的30 kw發電機組和感應式磁傳感器。為保證觀測的電場信號強度和穩定性，在數據采集過程中，對施工進行嚴格控制。供電電極的處理采用了布設錫箔紙與澆鹽水的方法，以減小接地電阻；測量電極采用不極化電極，電極性能良好，極差穩定，電極埋設時需澆水并與土壤密切接觸以降低接地電阻，避免有效信號的損失；磁棒均用薄土層進行了掩埋，對連接線纜進行壓實，以減少風力造成的擾動。供電線采用4 mm2的純銅線纜，接收線采用由多股單根的“三銅四鋼”被覆線自制而成的線纜。

3.2 TDIP對比試驗分析

運用TDIP測量，共開展了5條測線的對比試驗，剖面總長度達8.2 km，數據點為210個，測線布置詳見圖1。工作裝置采用中間梯度裝置，發射極距AB=3.5 km、供電周期T=16 s、供電電流I=7 A，采樣延時τ=100ms、接收極距MN=40 m、點距為40 m、線距為200 m。

在每個測點，三套儀器均進行了3遍原始數據的采集，對原始數據進行預處理，得到了GDP-32II和V8的視電阻率與視充電率、DEM-V的視電阻率與視極化率。三套儀器取得的48測線的視電阻率的對比剖面曲線見圖2，視充電率或視極化率的對比剖面曲線見圖3。由此可見，三套儀器取得的視電阻率曲線形態和數值大小基本完全一致；GDP-32II、V8的視充電率和DEM-V的視極化率曲線形態也吻合較好，且各儀器在所有測點上的均方差很小，這表明3次測量的結果數據重現性高。

表2 試驗區巖石電性參數統計表

圖4為三套儀器取得的視電阻率等值線圖，圖5為GDP-32II和V8的視充電率和DEM-V的視極化率等值線圖。圖4、5中(a)、(b)、(c)三幅子圖依次顯示的是GDP-32II、V8和DEM-V的結果。可以看出，各儀器取得的電性分布特征基本一致，電阻率異常自西南到東北具有低-高-低(中)的形態，激電異常高值主要集中于中部，激電異常與視電阻率異常的形態和展布特征相近，均以北西向或近東西向展布為主。測區南部呈現出低阻低極化特征，與第四系全新統殘、坡積物覆蓋區位置對應；中部的中低阻高極化為礦致異常的反映，礦體主要產出于二疊紀花崗閃長巖和二疊系下統寶力高廟組碎屑段巖段變質粉砂巖的接觸部位及附近。圖中虛線框所示的為1 080 m 標高的鉬礦體分布范圍，與此次TDIP中各儀器反映的中高極化中低阻位置較為一致。

3.3 CSAMT對比試驗分析

運用CSAMT測量，點位布設與TDIP測點一致。觀測方式采用赤道偶極標量方式，觀測沿測線方向的電場Ex與垂直測線方向的磁場Hy。發射極距AB=2 km；收發距≥12 km；接收極距MN=40 m、點距為40 m、線距為200 m。GDP-32II、V8、DEM-V三種儀器對比的頻率范圍分別為 8 192 Hz～1 Hz、8 533 Hz～1 Hz、8 000 Hz～0.97 Hz，詳細頻點設置見表3，在相同頻率范圍內，DEM-V的頻點分布較密，每頻率數量級達到19個頻點，GDP-32II和V8每頻率數量級約為7和10個頻點。各儀器的發射電流隨頻率變化的曲線如圖6所示。試驗區基本無人文干擾，因此各系統均未進行陷波設置。三套系統的接收機均為8通道，試驗中一次同時測量7個通道的電場分量和一個通道的磁場分量。

圖2 三套儀器同點位視電阻率的對比剖面曲線

圖3 三套儀器同點位視充電率(視極化率)的對比剖面曲線

圖4 三套儀器的TDIP視電阻率等值線圖

圖5 三套儀器的TDIP視充電率(極化率)等值線圖

表3 CSAMT中三套儀器的頻率表

圖6 CSAMT中三套儀器的電流隨頻率變化曲線

通過CSAMT的對比試驗，獲取了三套儀器同測線同測點的視電阻率與阻抗相位數據。繪制48線的108號點和50線的164號點(圖1中的▲點)如圖7所示。由此可見，2個測點上三套儀器的原始視電阻率與阻抗相位曲線連續光滑、形態基本相同。每個測點的結果參數均由多次觀測值疊加而成，計算了測點上不同頻率的視電阻率和阻抗相位的均方差，108點的三套儀器的參數均方差如圖8所示，視電阻率的均方差數值在0～10 %之間，阻抗相位的均方差在數值在0～5 %之間，說明多次觀測的數據穩定，重現性較好。

圖7 三套儀器同測點實測CSAMT數據對比曲線

三套系統均配有相應的數據處理與解釋軟件，對三套儀器取得的原始數據進行預處理，對獲取的視電阻率和阻抗相位曲線中個別“跳點”予以編輯圓滑，然后分別進行CSAMT的一維反演，得到各套儀器的反演電阻率斷面如圖9所示。圖9中繪制了已收集的已知礦體分布情況，圖9(a)、(b)、(c)依次為GDP-32II、V8、DEM-V的反演電阻率斷面。對比結果表明，三套儀器取得的電阻率異常在空間上的分布對應較好，測線從小號點(南)至大號點(北)反映的電阻率特征為“低-高-低-高”，這與TDIP取得的電性特征一致。結合已知地質情況，可見已知鉬礦體主要分別在68-106號點之間，其電性特征為中低阻。

圖8 三套儀器同測點含均方差的視電阻率和阻抗相位曲線

圖9 三套儀器的CSAMT反演電阻率斷面圖

4 結論

1)在TDIP對比試驗中，運用三種儀器取得了同點位的具有高度可比性的激電參數。各儀器視電阻率剖面曲線基本重合，數值大小接近；GDP-32II和V8的視充電率剖面曲線形態與DEM-V的視極化率剖面形態一致。

2)在CSAMT對比試驗中，運用三種儀器所觀測的原始視電阻率與阻抗相位曲線連續光滑、形態基本相同。

3)三種儀器兩種方法的測量數據或反演結果，對已知礦體和圍巖的電性特征均有良好地反映。

4)通過三種儀器在野外試驗場的對比試驗和應用，初步建立和形成了試驗場電法儀器測量的規范化數據，可為今后研發或引進電磁法儀器的室外檢測提供實驗場地與數據。

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Study on comparative experiments on multifunction electrical instruments at home and abroad

LI Jian-hua, LIN Pin-rong， DING Wei-zhong, LI Dang, WANG Jun-lu

(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000，China)

GDP-32Ⅱ,V8 and DEM-V are major multifunction electrical systems that play important roles in mineral exploration in China. Using the three kind instruments, the integrated electromagnetic method comparative experiments were carried out in this study. The same point measurement data of IP and CSAMT in a good-electrical experimental field named zhunsujihuain the Inner Mongolia is obtained. Based on the description of each system's function characteristics and combined with the geological data, we have compared and analyzed the results of the experiments. Our research results will provide reference for the effective application of multifunctional electromagnetic instruments, and can provide experimental experiment area and data to detect the electromagnetic instruments that developed or introduced.

GDP-32Ⅱ; V8; DEM-V; integrated electromagnetic method; comparative experiments

2015-04-08 改回日期：2015-04-27

國家863重大項目課題(2014AA06A610)；國家重大科學儀器設備開發專項(2011YQ050060)

李建華(1980-)，女，碩士，從事電磁法勘查技術研究工作,E-mail:lijianhua@igge.cn。

1001-1749(2015)04-0452-07

P 631.3

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.07