可控源高频大地电磁系统与应用
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20mA@±12V 150mV/nT（平坦带） Φ4.1 cm*76.2cm 2.1kg
二、系统设计 System Design
接收机与发射机同步快速扫描
系统同步扫描的核心部分是如何根据接收与发射的扫频表判断此刻应该进行哪个 频点的测量。具体的工作原理参考图5所示，假设总扫频时间为T, 扫描频点的个 数为N，频率分别为f 1、f 2…….f N，其结束时间分别为t 1、t 2…….t N约定发射机 和接收机读取的都是GPS的UTC时间。如果用一个圆角矩形代表一个总扫频时间 周期，每个圆角矩形又是由f 1、f 2…….f N频点构成，那么一天可以化为a个扫频 时间周期并且剩下ta（ta<T）。自动扫频算法的思路是读取当前GPS时间为t，对t 用T求模得tmod，判断tmod在t 1、t 2…….t N哪个区间，假设结果在t k 和t k+1之间， 那么再进行一次频率排序，得到扫描频率fk+2、fk+3……fN……fk，然后再依次读取 GPS时间t，判断是否在t k+2 和t k+3之间，并且满足能被fk+2所属的整周期系列整 除，则触发采集。依次类推进行后面频点采集，直到采完频率为fk的信号，则结 束本次频率扫频采集。
HPhz(mrad)
-2000
磁场相位剖面曲线
-1600
-1200
-800
-400
0
station
400 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
0.1 1
HPhz(mrad) 1000
10
100
1000
磁场相位剖面曲线
0
-1000
-2000
-3000 1
24小时
fk+2 fk+3 … fN … fk
t
f1 f2 …… fN
T
…… (m-1)T
f1 …… fk-1 ffkk-1 fk+1 …… fN
T
……
f1 …… fN
t余
0
T mT
(m+1)T aT
二、系统设计 System Design
系统集成
可控源高频大地电磁系统是由Z4接收机、TX30发 射机、M100K磁传感器、不锈钢弱极化电极组成
3.3 采空区探测
CSHMT与浅层地震结果完全一致，全 测线可以分为三部分： 0～120m里程段煤层未采空，在大地 电磁剖面上表现为明显的中阻，在地 震剖面上表现为连续强反射波组； 120～420m里程段煤层采空，采空区 已充水，在大地电磁剖面上表现为明 显的低阻，在地震剖面上表现为不连 续弱反射波组； 420～480m里程段煤层未采空，但煤 层自燃，在大地电磁剖面上表现为明 显的高阻，在地震剖面上表现为连续 反射波组。
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测 （CSHMT与TEM对比）
CSHMT参数
AB长度： 200米； MN点距：20米； MN极距：20米； 收发距：2.3公里；
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测(黄土塬地形)
CSHMT参数
AB长度： 400米； MN点距：20米； MN极距：20米； 收发距：2.3公里；
三、系统应用 System Application
3.4 岩溶塌陷区
三、系统应用 System Application
3.4 岩溶塌陷区
AB长度： 400米； MN点距：5米； MN极距：5米； 收发距：1.8公里； 扫描频率：82kHz-16Hz； 扫描时间：96秒
三、系统应用 System Application
1000
电磁场 场相相位位剖剖面面曲曲线线
500
0
-500
-1000
station
-1500 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
Hmag(m-nT/A)
0
磁场振幅剖面曲线
1
Hmag(m-nT/A) 10
磁场振幅剖面曲线
2
1
3
4
station
-200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
效率问题
人工电性源大地电磁
可
控
提高工作频率，减少盲区
源
高
高效高密度EMAP采集
频
大
提高工作效率，一磁两电
地
电
全速并行采集，自动扫描
磁
需要解决的关键技术问题是高频宽频带电磁场信号的接收问题与高频高能量 的电磁波发射问题。
系统采用了高频高压大电流发射、高频大动态范围磁传感器、多通道大动态 范围高速信号处理、GPS驯服时钟高精度同步等技术。
技术参数 工作频率 收发距离 AB极距 信号强度 测深速度
发射Fra Baidu bibliotek电源
CSHMT与常规CSAMT对比
CSAMT 10kHz-0.1Hz 5-10km 1-2km 弱 频率低，扫描慢 30分钟-60分钟
发电机
CSHMT 81.92kHz-4Hz 1.5-5km 200-400m 强 频率高，扫描快 2分钟-4分钟
问题4：共用磁道问题
不同电性层对电场分量较磁场分量影响明显，但对磁场分量的作用不可 忽视，尤其是高频段。
Emag(uV/Km/A)
25000
电场振幅剖面曲线
20000
15000
10000
5000
station
0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
EPhz(mrad)
1525-75m
一、研究背景 Research Background
问题5：效率问题。
传统商业化可控源大地电磁仪由于处理器速度和扫描方式的问题，测量 效率低，一次扫描时间约30-60分钟。
一、研究背景 Research Background
HMT死频带问题 CSAMT盲区问题 静态效应问题 长排列磁道共用问题
10
100
1000
f/Hz 10000
f/Hz 10000
325-25m 325-75m 400-50m 475-25m
475-75m
625-25m
625-75m
700-50m 775-25m 775-75m 925-25m 925-75m 1000-50m 1075-25m
1075-75m 1075-25m 1225-25m 1300-50m 1375-25m 1375-75m 1525-25m
天然源HMT由于受人文电场的影响，剖面解释时需借助其他资料综合分 析，才能与实际地层对应起来。可控源CSHMT由于信号能量强、信噪比 高，探测结果与实际地层完全吻合。
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测（原始数据）
三、系统应用 System Application
仪器指标 1000V 30A 81.92kHz~0.01Hz 最多305 个频点 ±100ns 过压、过流、过热
二、系统设计 System Design
高频磁反馈式磁传感器研制
磁通负反馈技术 电极屏蔽技术
参数名称 带宽 噪声水平 供电 灵敏度 尺寸 重量
仪器指标 1Hz到100kHz <100fT/√Hz@10Hz，<10fT/√Hz@10kHz
二、系统设计 System Design
高频高效率大电流发射机
发射机较常规可控源音频大地电磁需要解决高频发 射问题，常规的功率型IGBT开关频率一般在20kHz 左右。本发射机采用新颖的MOSFET取代常规的 IGBT功率模块，解决高速高效率的扫频发射技术问 题。
参数名称 发射电压 发射电流 发射频率 频点数 同步精度 保护功能
可控源高频大地电磁系统与应用
国科（重庆）仪器有限公司
www.igeoco.com
一、研究背景 Research Background
问题1：高频大地电磁死频带问题
天然场高频大地电磁在900Hz-4kHz频段信号微弱， 相关度差。其对应的深度一般在100米-300米左右。
一、研究背景 Research Background
二、系统设计 System Design
多通道大动态范围接收机
192kHz、24kHz、2400Hz、150Hz、15Hz并行全速采样 工频限波、尖峰干扰滤波 模块化-主从控制器+多个功能模块
参数名称 AD转换器 动态范围 带宽 噪声水平 同步精度 功耗
仪器指标 32位高精高速ADC（最高采样率192ksps） 系统160dB，瞬间130dB@24kHz，0dB DC 到92kHz <5nV/√Hz@24kHz，36 dB ±100ns <10W@12VDC
问题2：CSAMT盲区问题
现有的可控源音频大地电磁仪频率最高到10kHz，按照1000 Ω.m的电阻率 计算，对应视深度约为100米。
一、研究背景 Research Background
问题3：静态效应问题
浅部的盲区导致不能正确地反应解释深部的数据是否是静态效应导致。
一、研究背景 Research Background
锂电池/发电机
三、系统应用 System Application
3.1 CSHMT与高密度电法对比（陕北采空区对比）
CSHMT参数：
AB长度： 200米； MN点距：10米； MN极距：10米； 收发距：2.0公里；
三、系统应用 System Application
3.2 CSHMT&HMT对比（强干扰）
3.4 岩溶塌陷区
地表塌陷区
四、总结 Summary
二、系统设计 System Design
接收机与发射机同步快速扫描
系统同步扫描的核心部分是如何根据接收与发射的扫频表判断此刻应该进行哪个 频点的测量。具体的工作原理参考图5所示，假设总扫频时间为T, 扫描频点的个 数为N，频率分别为f 1、f 2…….f N，其结束时间分别为t 1、t 2…….t N约定发射机 和接收机读取的都是GPS的UTC时间。如果用一个圆角矩形代表一个总扫频时间 周期，每个圆角矩形又是由f 1、f 2…….f N频点构成，那么一天可以化为a个扫频 时间周期并且剩下ta（ta<T）。自动扫频算法的思路是读取当前GPS时间为t，对t 用T求模得tmod，判断tmod在t 1、t 2…….t N哪个区间，假设结果在t k 和t k+1之间， 那么再进行一次频率排序，得到扫描频率fk+2、fk+3……fN……fk，然后再依次读取 GPS时间t，判断是否在t k+2 和t k+3之间，并且满足能被fk+2所属的整周期系列整 除，则触发采集。依次类推进行后面频点采集，直到采完频率为fk的信号，则结 束本次频率扫频采集。
HPhz(mrad)
-2000
磁场相位剖面曲线
-1600
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400 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
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HPhz(mrad) 1000
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磁场相位剖面曲线
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24小时
fk+2 fk+3 … fN … fk
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f1 f2 …… fN
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…… (m-1)T
f1 …… fk-1 ffkk-1 fk+1 …… fN
T
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f1 …… fN
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T mT
(m+1)T aT
二、系统设计 System Design
系统集成
可控源高频大地电磁系统是由Z4接收机、TX30发 射机、M100K磁传感器、不锈钢弱极化电极组成
3.3 采空区探测
CSHMT与浅层地震结果完全一致，全 测线可以分为三部分： 0～120m里程段煤层未采空，在大地 电磁剖面上表现为明显的中阻，在地 震剖面上表现为连续强反射波组； 120～420m里程段煤层采空，采空区 已充水，在大地电磁剖面上表现为明 显的低阻，在地震剖面上表现为不连 续弱反射波组； 420～480m里程段煤层未采空，但煤 层自燃，在大地电磁剖面上表现为明 显的高阻，在地震剖面上表现为连续 反射波组。
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测 （CSHMT与TEM对比）
CSHMT参数
AB长度： 200米； MN点距：20米； MN极距：20米； 收发距：2.3公里；
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测(黄土塬地形)
CSHMT参数
AB长度： 400米； MN点距：20米； MN极距：20米； 收发距：2.3公里；
三、系统应用 System Application
3.4 岩溶塌陷区
三、系统应用 System Application
3.4 岩溶塌陷区
AB长度： 400米； MN点距：5米； MN极距：5米； 收发距：1.8公里； 扫描频率：82kHz-16Hz； 扫描时间：96秒
三、系统应用 System Application
1000
电磁场 场相相位位剖剖面面曲曲线线
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-1500 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
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磁场振幅剖面曲线
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-200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
效率问题
人工电性源大地电磁
可
控
提高工作频率，减少盲区
源
高
高效高密度EMAP采集
频
大
提高工作效率，一磁两电
地
电
全速并行采集，自动扫描
磁
需要解决的关键技术问题是高频宽频带电磁场信号的接收问题与高频高能量 的电磁波发射问题。
系统采用了高频高压大电流发射、高频大动态范围磁传感器、多通道大动态 范围高速信号处理、GPS驯服时钟高精度同步等技术。
技术参数 工作频率 收发距离 AB极距 信号强度 测深速度
发射Fra Baidu bibliotek电源
CSHMT与常规CSAMT对比
CSAMT 10kHz-0.1Hz 5-10km 1-2km 弱 频率低，扫描慢 30分钟-60分钟
发电机
CSHMT 81.92kHz-4Hz 1.5-5km 200-400m 强 频率高，扫描快 2分钟-4分钟
问题4：共用磁道问题
不同电性层对电场分量较磁场分量影响明显，但对磁场分量的作用不可 忽视，尤其是高频段。
Emag(uV/Km/A)
25000
电场振幅剖面曲线
20000
15000
10000
5000
station
0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
EPhz(mrad)
1525-75m
一、研究背景 Research Background
问题5：效率问题。
传统商业化可控源大地电磁仪由于处理器速度和扫描方式的问题，测量 效率低，一次扫描时间约30-60分钟。
一、研究背景 Research Background
HMT死频带问题 CSAMT盲区问题 静态效应问题 长排列磁道共用问题
10
100
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f/Hz 10000
f/Hz 10000
325-25m 325-75m 400-50m 475-25m
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625-75m
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1075-75m 1075-25m 1225-25m 1300-50m 1375-25m 1375-75m 1525-25m
天然源HMT由于受人文电场的影响，剖面解释时需借助其他资料综合分 析，才能与实际地层对应起来。可控源CSHMT由于信号能量强、信噪比 高，探测结果与实际地层完全吻合。
三、系统应用 System Application
3.3 采空区探测（原始数据）
三、系统应用 System Application
仪器指标 1000V 30A 81.92kHz~0.01Hz 最多305 个频点 ±100ns 过压、过流、过热
二、系统设计 System Design
高频磁反馈式磁传感器研制
磁通负反馈技术 电极屏蔽技术
参数名称 带宽 噪声水平 供电 灵敏度 尺寸 重量
仪器指标 1Hz到100kHz <100fT/√Hz@10Hz，<10fT/√Hz@10kHz
二、系统设计 System Design
高频高效率大电流发射机
发射机较常规可控源音频大地电磁需要解决高频发 射问题，常规的功率型IGBT开关频率一般在20kHz 左右。本发射机采用新颖的MOSFET取代常规的 IGBT功率模块，解决高速高效率的扫频发射技术问 题。
参数名称 发射电压 发射电流 发射频率 频点数 同步精度 保护功能
可控源高频大地电磁系统与应用
国科（重庆）仪器有限公司
www.igeoco.com
一、研究背景 Research Background
问题1：高频大地电磁死频带问题
天然场高频大地电磁在900Hz-4kHz频段信号微弱， 相关度差。其对应的深度一般在100米-300米左右。
一、研究背景 Research Background
二、系统设计 System Design
多通道大动态范围接收机
192kHz、24kHz、2400Hz、150Hz、15Hz并行全速采样 工频限波、尖峰干扰滤波 模块化-主从控制器+多个功能模块
参数名称 AD转换器 动态范围 带宽 噪声水平 同步精度 功耗
仪器指标 32位高精高速ADC（最高采样率192ksps） 系统160dB，瞬间130dB@24kHz，0dB DC 到92kHz <5nV/√Hz@24kHz，36 dB ±100ns <10W@12VDC
问题2：CSAMT盲区问题
现有的可控源音频大地电磁仪频率最高到10kHz，按照1000 Ω.m的电阻率 计算，对应视深度约为100米。
一、研究背景 Research Background
问题3：静态效应问题
浅部的盲区导致不能正确地反应解释深部的数据是否是静态效应导致。
一、研究背景 Research Background
锂电池/发电机
三、系统应用 System Application
3.1 CSHMT与高密度电法对比（陕北采空区对比）
CSHMT参数：
AB长度： 200米； MN点距：10米； MN极距：10米； 收发距：2.0公里；
三、系统应用 System Application
3.2 CSHMT&HMT对比（强干扰）
3.4 岩溶塌陷区
地表塌陷区
四、总结 Summary