电磁法地球物理观察仪器的现况与发展v1.0概况

电(磁)法地球物理观察仪器的现况与发展趋势

（V1.0,草稿）

编写：陈德鹏

DEPENGCHEN@https://www.360docs.net/doc/0a12328303.html,

中南大学信息物理工程学院地球物理

2009年9月2日星期三

目录

一、总述 (3)

二、高密度电法仪 (4)

2.1起源、历史、发展现况 (4)

2.2主流商用高密度电法仪 (8)

2.3高密度电法仪的技术发展 (10)

三、激电仪器 (11)

3.1时间域激电仪 (13)

3.2频率域激电仪 (14)

四、瞬变电磁仪 (16)

４.1西方地面瞬变电磁仪器 (17)

４.2西方航空瞬变电磁仪器 (19)

４.3国产地面瞬变电磁仪 (21)

４.4国产航空瞬变电磁仪 (22)

４.5瞬变电磁仪的技术发展方向 (22)

五、大地电磁仪 (23)

5.1大地电磁法简介 (23)

5.2国内外大地电磁仪早期情况 (24)

5.3国外大地电磁仪器列表 (25)

5.4国内大地电磁仪器现况 (28)

5.5大地电磁仪的发展展望 (29)

六、探地雷达 (29)

６.1探地雷达的定义和分类 (29)

６.2探地雷达的起源、早期应用和发展（1904年~1980年） (30)

６.3国外研究机构探地雷达研究情况 (31)

６.4国外商业探地雷达发展情况 (32)

６.5国内外商业雷达列表 (34)

６.6国内探地雷达发展现况 (35)

６.7探地雷达仪器发展趋势 (35)

七、中国电（磁）法仪器发展展望 (37)

一、总述

地球物理学在本质上是一门观测科学,它必须采集大量的信息。因此,不可靠信息和信息量的缺乏或不足是任何数学技巧和图像显示所无法弥补的。高精度、高分辨率的观测和实验仪器、设备是地球物理学发展进程中的“前哨”。

新中国成立以来，中国地球物理科学事业的发展曲折, 地球物理仪器的研制经历了兴衰,但在地球物理科学与国民经济的整体发展中, 在社会进步和保障人民生命财产、祖国建设、国防事业等方面, 中国的地球物理仪器发挥了巨大的作用。但是，改革开放30多年来,国民经济飞速发展,地球物理仪器的需求量急剧增长，我国地球物理勘探仪器通过引进、仿制，逐渐有了一些自主知识产权的产品，发展迅速。但是，我国在地球物理勘探科学仪器和装备的研究和制造方面与发达国家相比差距十分明显,对外依赖度过高, 应对遏制的能力脆弱。我国一些技术密集型的高新地球物理勘探设备的绝大部分市场已被美国、加拿大、英国、德国、日本、法国、瑞士、澳大利亚等国家的跨国公司占领。

我国要在地球物理仪器和设备上成为一个创新型国家还有很长一段艰难的路要走，大搞技术引进、以市场换技术、不自主创新，只能成为一个依附性的国家，受制于人。对外合作是提高我国地球物理仪器和设备水平的重要手段，但是在核心技术上，外国人是不会和我们合作的（“大飞机项目”就是血淋淋的例子），还是要走自主创新之路。因此，必须把自主创新作为我国地球物理仪器和设备的产业结构调整和提供地球物理仪器和设备国家竞争力的中心环节来抓。只有走自主创新之路，才能提高我国地球物理仪器和设备的自主研发能力，培养高尖技术人才，形成研究队伍和研究平台，在经济全球化和科技全球化的大

潮中，实现跨越式发展，逐步形成地球物理仪器和设备的国产化产业，从而走向世界。今后的10-25年间,是我们亡羊补牢,在地球物理科学仪器自主研发与产业化征程中尽快扭转颓势的重大战略机遇期[1]。

在地球物理学领域，地球物理场主要分为重力场、地磁场（包括航磁）、电(磁)场、地热场、放射性发射场和地震波场。在地球物理勘探中我们就是通过观测这些物理场来解决地质问题的。随着地球物理学的发展，该学科的仪器设备在物理学、力学、电子学、信息学和计算技术带动下，地球物理观测的精度和分辨率也得到了很大的提高。

地球物理仪器和设备种类繁多,通常可以按应用领域来划分, 如航空物探仪器、地面物探仪器、测井物探仪器和海洋物探仪器等，按仪器原理划分主要有电（磁）法勘探仪器、磁法勘探仪器、重力勘探仪器、地震勘探仪器、放射性勘探仪器等[2]。

目前，电磁法、电法地球物理仪器种类繁多，但是用得最多的不外乎如下四种：高密度电法仪、激电仪、大地电磁仪、瞬变电磁仪、探地雷达。在本文中，我们将仅就电磁法地球物理仪器中的这四大类电（磁）法地球物理仪器和设备的现况和发展展开论述。

二、高密度电法仪

2.1起源、历史、发展现况

电阻率法是以不同岩（矿）石之间导电性差异为基础，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，借以解决各类地质问题的一组勘探方法。电阻率法是电法勘探的一个重要分支,也是发展最为成熟的一种地球物理勘探方法。电

阻率法在矿产地质、构造地质、水文地质、工程地质、能源地质等方面均取得了良好的地质效果，发挥着重要作用[3]。

电阻率法最早在法国、苏联、瑞典、加拿大以及美英等国的地质勘探中得到了广泛的应用，取得了良好的地质效果。随着现代物理学、电子科学、计算机技术的迅速发展，电阻率法在理论方法、仪器设备、正反演解释技术上得到了良好的发展，特别是仪器仪器仪表向小型化、轻便化、数字化和自动化等方面发展，直流电阻率电法仪得到了飞速的发展。该方法在生产实践中得到了较好的应用和推广[4]。

80年代末90年代初，英国伯明翰大学和日本OYO公司首先研制了阵列电探观测系统，使电法勘探象地震勘探一样使用覆盖式的观测方式，这样可以获得更多关于地下介质的地电信息。这种电阻率阵列勘探方法——高密度电阻率法,野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。在测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释结果。显然，电阻率阵列勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。随着现代物理学、电子学、计算机和信号处理技术的突飞猛进的发展,高密度电法勘探无论在仪器研制,或是数据采集、处理技术与反演、解释方法的研究,都融合了当代先进的科学理论和高新技术。仪器向小型化、轻便化、自动化、智能化和高效化发展。

从国内外高密度电法仪的结构来看，高密度电法仪主要分为两种形式：传统式高密度电法仪和分布式智能化高密度电法仪。

在国外，生产高密度电法仪的主要有日本的OYO公司、瑞典的ABEM公司、法国的IRIS公司、美国的AGI公司和ZONGE公司、德国的DMT公司、意大利的PASI公司、捷克共和国GF公司等。

分布式高密度电法测量是未来发展的主流[4],功能最突出的应属德国DMT公司研制生产的RESECS高密度电法仪。RESECS高密度电法仪是将开关单元分布在各个电极(解码器),其主机有一个电流测量通道和能够扩展为6个电位测量的通道。在工作时,主机发送命令(编码)给各个解码器,由解码器根据编码命令把任何一对接地电极切换为供电电极,而把最高可达6对其他接地电极切换为电位测

量通道,并实现实时采集。在单道和多道工作情况下均可最高控制960个电极，可接入最高外部转换电源为440V，A/D转换精度为16位。

国外高密度仪器大多数是将电测仪和电极转换开关分开的，2002年12月份美国AGI公司推出的高密度仪将电测量主机和开关单元结合在一起，Zonge公司的GDP-32II也是这种一体化结构。

国内自引进高密度电法以来,有不少单位投入了对该方法的理论、方法技术和仪器设备的研制。国内重庆地质仪器厂DUK-2A和重庆奔腾数控研究所

WDA-1、1A等厂家生产的高密度电法仪采用由单片机控制的电子开关进行自动转换，引入了PDA、蓝牙无线连接技术；中国地质大学（武汉）高科资源探测研究所推出的CUGBGM-高密度电法仪采用了8通道采集技术，工作中相当于一台发射机供电的同时有8台接收机同步采集信号，大大的提高了信息采集速度与工作效率。针对国内高密度电法仪发射机普遍采用直流供电以及接受机采用单通道测量系统所具有的缺点。CUGBGM-2型高密度电法仪改用5HZ低频交流方波供电，接收通道采用选频测量及多种微信号检测技术，从根本上克服因直流供电

而无法克服的缺点，并极大提高了抗50HZ电网信号干扰的能力，使仪器的检测精度大大提高，同时也实现了电源轻便化。西安澳立华公司推出的flashRes64高密度直流电法仪,该仪器可高达61通道同时采集数据,野外采集效率大大提高;全自动，全组合的超高密度数据采集方式,在同样电极数的情况下，采集的数据将超过常规方式的几十倍;该仪器能做地表电法勘探、井井透视、井地斜视的勘探;带有2.5维电法反演软件,使得数据输出结果直接是真电阻率分布图。煤炭科学研究总院重庆研究院研究出了防爆型FDG-A高密度电法仪。从结构分析,国内生成的高密度电法仪属于电测主机和多级转换开关集中组合式的集中式采集系统。随着高密度电法仪的发展，多通道和大数据量的采集在三维高密度电法测量中也得到了应用和发展[4-5]。

2.2主流商用高密度电法仪

2.3高密度电法仪的技术发展

汲取当代其他学科的最新成果,借鉴其他先进仪器的设计思想。高密度电法仪器仍具有广阔的发展空间。瞻望未来,高密度电法可以从以下几个方面取得发展和改进:

1.二维测量的数据采集中,将可以进行直流电阻率和时间域激发极化法测

量。该方法在传统的高密度电法仪中难以实现,其中难点是:传统的高密

度采集对时间的精确测量和控制。

2.多通道、大数据量采集将会在野外数据采集中占主导地位。传统的数据

采集一般采用四级或三极数据采集(无论对称四级、偶- 偶极、单极- 偶

极方式) ,新型的高密度电法仪将能够同时采集多种观测装置的数据。国

外GDP - 32 高密度电法仪器可16 通道同时采集, 西安澳立华公司推

出了61 通道同时采集的高密度直流电法仪器。

3.多通道和大数据量的采集将在三维高密度电法测量中广泛应用。由于其

测量时间和反演运算时间长等原因,三维高密度电法目前仅限于研究和

实验阶段（目前美国AGI公司有三位反演软件，西安澳立华公司公司提

供了成熟的2.5维繁衍软件）。随着仪器水平的提高,软件水平的进步,三

维高密度电法将会得到广泛的应用。

4.地球物理方法中的地震采集取得了惊人进步,地震采集已经实现野外成

千上万道数据采集,并能够对时间进行精确控制。其发展融合了最新的其

他学科的发展。受地震野外数据上万道同时采集且能够实现对时间的精

确控制的启发,结合电法勘探的特点设计的新型分布式高密度电法仪器

将是未来发展的主要思路。将电极转换和信号转换(A/ D 转换) 分布在

各个电极,连接电缆将主要由通讯电缆和供电电源组成,由微机(PC 机)

作为中央控制系统新型高密度电法仪正在研制之中。

5.GPS时钟同步、空间定位和导航功能的引入，电力电子技术的应用，高

速cpu的采用，PLC的采用等等，将拓展高密度电法仪的性能和功能。

任何一个地球物理工作者没有理由不相信：以上几个技术方向的发展和应用,高密度电法仪将又迎来一次革新,这将为软件开发方面的发展特别是三维立体成像(包括电阻率和激发极化法等) 软件开发及其应用提供可靠的装备保证。

三、激电仪器

激发极化(Induced Polarization, 缩写为IP)是发生在地质介质中，因外电流激发而引起介质内部出现电荷分离，产生一个附加的“过电位”（Over Voltage）的一种物理化学现象。因外电流的激发而引起（外电流接通以前决不会发生），外电流切断后却并不立即消失，说明电流的激发导致了介质本身的极化，故称之为激发极化。在充电和放电过程中，由于电化学作用引起的随时间缓慢变化的附加电场现象，称为激发极化效应，激发极化法（简称激电法）便是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过观察和研究大地激电效应，以探测地下地质情况的一种电法[6]。

激电法分为时间域激电法和频率激电法。对对应的仪器分别为时间域激电仪和频率域激电仪器。

激电法利用的主要参数是视极化率（直流激电法，即时间域激电法）和视幅频率（频率域激电法）。视极化率和视幅频率的计算都要用到电位差。故激电法仪器和直流电阻率仪器的基本部分相同（电位差测量单元）。视极化率要用到断电后某时刻的二次电位差以及快断电前的总场电位差来计算得到视极化率。视幅频率要用到高频和低频的总场电位差来计算得到视幅频率。因此在激电仪器中设计时间或控制电路和归一或计算电路。故激电法仪器较电阻率法仪器更加复杂[6]。

直流激发极化法仪器包括两部分，即供电部分（发送机）和测量部分（接收机）。供电部分常用以提供具有一定循环周期的双向脉冲电流。为适应不同的条件供电部分具有大中小不同的功率。有几百瓦的小功率发送机，一般蓄电池供电比较轻便，1～2千瓦的中功率发送机，一般配有发电机组作为供电电源。5千瓦以上的大功率发送机，配有大功率车载发电机，一般用于低电阻率或者低极化率地区或者大极距的观测。接收机一般分为测量部分、程序控制部分和电源部分。频率域激发极化仪器也有供电（发送机）和测量（接收机）两部分组成。直流激电仪器发展非常成熟，国内的仪器有小、中、大功率的各种直流激电仪生产制造。国内时间域激电仪生产商有北京中西远大科技有限公司、重庆奔腾数控技术研究所、北京地质仪器厂、北京大地华龙公司、重庆地质仪器厂、法国IRIS公司。这些公司的产品大同小异，但是在功率输出上有所不同。有点特别是是法国IRIS公司的VIP系列，能够在时间域和频率域激电方法上进行选择，而且在频率域激电工作时可以任意选择两组频率进行工作。

3.1时间域激电仪

北京中西远大科技有限公司研发生产的多功能直流电法仪(激电仪)

CD1DZD-6A，接收机测量电压范围为-6V～+6V，电流测量范围为0～5A，电压和电流测量精度为0.01mA。发送机最大供电电压为900V，最大供电电流为5A。该机型是收发一体化机型，可同时进行视电阻率法和激发极化法测量。可测量参数多，可对4800个测点的数据进行存储。配接60道或者120道的高密度开关进行高密度电阻率方法测量。

重庆奔腾数控技术研究所WDJD-3多功能数字直流激电仪。接收机测量电压范围为-6V～+6V,测量电流范围为0～5A，电压和电流测量精度为10mV。发送机最大发送功率为45KW,最大供电电压为900V，最大供电电流为5A。该机型是收发一体化机型，具有超大容量数据存储（电阻率与激电方式时，可存储最多2250个测点；电阻率与自电方式时，为3500个测点。

北京地质仪器厂多功能激电仪DDJ-2A。接收机电压测量范围为-20V～+20V, 电压、电流、视极化率测量精度：±1% ±1 个字，发送机供电电压最大为1kV，最大供电电流为5A，最大供电功率为1KW。发射、接收一体化机型，具有多参数测量，掉电保护。

北京大地华龙激电法仪器有DWJ-3F小功率激电发送机（大供电功率为

1.5KW，最大供电电压为1000V(1.5A)，最大供电电流为4A(400V4A)。）DJF-6A 大功率激电发送机（额定输出功率为5KW，最高输出电压：±1000V，最大供电电流：±10A。能存储9000组电流数据(含测量时刻的年、月、日、时、分等数据)。DJF-10A大功率激电仪（输出功率：10KW，最高输出电压为±1200V，最大供电电流：±10A，能存储9000组电流数据）。DD-25超大功率激电供电系统，最

大功率25kw，该机型专为深部矿勘察或供电较差地层设计,勘探深度可达500～800m。输入电压:380V(三相) ，输出电压:250～1200V，最大输出电流:25A 。

重庆地质仪器厂的DJF5/10-2大功率激电测量系统，该系统包括接收机、时间域激电发送机、整流电源、模拟器和假负载。输入电压：220V50HZ 交流电，输出电压：50V、100V、200V、300V、400V、500V、1000V，最大供电电流：5/10A，最大输出功率：5/10 KW，用于大面积的地质普查和详查工作及深部矿产勘探。发送机与整流电源为分体式。

法国IRIS公司的VIP3000/4000/5000/10000系列激电仪。该系列机型采用微处理器控制，可以通过可编程技术来实现不同工作中相同参数的设置，保存为文件，减少了仪器的操作失误。可以通过在远程控制端口上连接无线modem来连接接收机或者电脑进行电流的记录。可以再时间域和频率之间进行选择。所有机型对发射机所使用的发电机的供电范围和频率范围很宽。VIP10000可以使用三相发电机机型供电。VIP3000的输出功率最大为3KW，输出电压为最大3KV，输出电流为最大5A，电流精度好于1%。VIP4000的输出功率最大为4000W，输出电压为最大3KV，输出电流为最大5A，电流精度好于1%。VIP5000的输出功率最大为5KW，输出电压为最大3KV，输出电流为最大10A，电流精度好于1%。VIP10000的输出功率最大为10KW，输出电压为最大3KV，输出电流为最大20A，电流精度好于1%。

3.2频率域激电仪

在频率域激电法中，最少要用两个不同频率的电流来激发。为了获得明显的激发极化效应，必须使用一个电流的频率非常低，是地下介质得到充分激发，测得低频总场电位，另一个电流的频率充分高，使得地下的介质来不及激发极化，

测得的电压接近于没有激发时的高频电位差。早期的频率域激电，为了向地下供两种频率的电流，是采用分两次供电的方法，即第一次供低频电流，第二次供高频电流。分别测其总场电位差，再通过视幅频率公式来计算幅频率。由于测量供电时的总场电位，使用的供电电流比时间域小很多，因而供电装置轻便，野外工作高效。但是分两次供电，两次测量。增加了占用的时间。也增加了供电、测量之间的联系。降低了效率，并且两次测量时在不同时间做的，易受偶然因素的影响，观察精度不以提高。

针对以上问题，中国工程院院士何继善院士提出了如下思想：把两种频率的方波电流叠加起来，形成双频组合电流，同时供入地下，接收来自地下的含有两个主频率的激电总场的电位差信息，结果仪器内部的放大、选频、检波等一系列步骤，一次同时得到低频电位差和高频电位差，用这两个电位差来计算视幅频率。依此基本思想，何继善院士建立了完整的双频激电理论，并于1972年成功研制了双频激电仪。经过不断地升级换代，现在最新的双频激电仪系列为S系列。SQ-3C轻便型双频激电仪是S系列双频激电仪的最新产品[7]。

S系列双频激电仪是何院士发明的一种频率域激发极化测量仪器，全套仪器包括发送机、接收机及附件。发送机将高、低两种频率的电流合成为特殊波形的双频电流（频率可以选择）向地下供电。接收机同时接收高频电位差、低频电位差，自动计算并显示视幅频率和高、低频电位差，并可根据所选择的野外工作装置自动计算视电阻率，达到寻找地下目标体的目的。双频激电仪的特征是两种不同频率的电流合成特殊波形的双频信号同时发送和同时接收，本仪器具有以下本质的优点：抗干扰能力强（双频信号同时接收，干扰和随机信号自动抵消）。受电流变化影响小（传统变频法仪器是在不同的时间分别接收高频信号、低频信号，

而双频仪是同时接收高、低频两种频率的信号，因此电流变化的影响小得多）。观测速度快、工作效率高。轻便、灵活。稳定性好，观测精度高。S系列双频激电仪已获国家发明奖、国家发明专利、电子工业部科技进步奖、国家发明展览（北京）银奖。

S系列双频激电仪已在我国29个省、市、自治区推广应用，并在俄罗斯、伊朗、玻利维亚、澳大利亚、印度等国得到成功应用。该仪器是是传统频率域激电仪更新换代的理想产品。

“十五”期间，以何继善院士的为首的研究团队开展了伪随机信号地电场理论及观测系统的研究，在建立三元素自封闭加法群技术的基础上，实现了均匀广谱伪随机波形的随机编码、发射与接收技术，解决了“矿与非矿异常”快速区分难题，建立了以“均匀广谱伪随机电磁理论”为核心的有色金属矿床快速勘查定位理论

与观测技术体系，为深部隐伏矿床和中高山复杂地形矿产资源的勘探与评价提供了经济有效的手段。且成功研制均匀广谱伪随机电磁法仪器，研制并定型生产了6个型号的仪器设备，在30多个矿山和成矿区带得到了推广应用，在其中的17个地区取得了资源勘探的重大突破，据不完全统计所找到的金属矿产资源潜在经济价值达900亿元[8-10]。

四、瞬变电磁仪

时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods）或称瞬变电磁法（Transient electromagnetic methods）,简写为TEM，是建立在电磁感应原理基

础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用不接地回线(大回线、磁耦源) ,或接地电源(电耦源) 向地下发送一次场,在一次场的间歇期间,测量由地下介质产

生的感生电磁场(二次场) 随时间的变化,从二次场中提取和分析相关信息，从而达到探测地下地质体的目的。由于研究的是响应场域时间的关系，故称之为时间域电磁法。由于一次场和二次场均为瞬态场，又称之为瞬变电磁法，俄国人称之为过渡过程法。

该方法早在30年代就由前苏联科学家提出,50年代开始应用于矿藏勘探,在

钻井、航空和海洋等领域取得了一些成果。

在西方，1951年首先有J.R.Wait提出了利用瞬变电磁场寻找导电矿体的概念。相继有多伦多大学（加拿大）、美国地址调查所、犹他大学(美)、科罗拉多矿业学院（美）、澳大利亚联邦科学工业研究院（CSIRO）、澳大利亚矿物研究院（BMR）等单位投入研究，发表了很多研究成果。在仪器系统的研制方面，西方也取得了一系列的成果[11]。

４.1西方地面瞬变电磁仪器

地面瞬变电磁具有快速探测能力、较好的空间分辨率等优点，近年来被广泛用于矿产勘查和水工环勘查等领域。在金属矿产勘查领域，回线法和电磁偶极法是应用较广的两种方法。由于电磁偶极法能量衰减快，其勘探深度比回线法要小，一般为几十米至百米[12]。因此，在寻找深部隐伏矿时，回线法更为常用。回线法通常有重叠线圈、内置线圈和水平线圈等形态。内置线圈探测水平层状或似层状导体比水平线圈要好；而对于垂直或近垂直导体而言，水平线圈效果更佳。

地面瞬变电磁法历经半个多世纪的发展，目前已形成了较为完备的系统。西方早期生产的瞬变电法仪器多为单一方法之用，如加拿大Geonics公司EM系列、

Lamontange公司的UTEM系统、Crone公司PEM系统以及澳大利亚的SIROTEM 系统等。进入20世纪90年代前后，电法仪器趋于集成化，各种多功能系统相继问世，如加拿大Phoenix公司生产的V-5、V-6型系统(FasTEM、MulTEM)以及美国Zonge公司GDP系统（NanoTEM、ZEROTEM）等[13](18～19)。最近，Phoenix 公司推出了最新的V8网络型多功能电磁接收机。它可以开展包括大地电磁（MT）、音频大地电磁（AMT）、可控源音频大地电磁（CSAMT）和激发极化（IP）以及TEM等在内的多种方法。类似的还有美国ZONGE公司新近开发的GDP-32II多功能电法工作站等。

加拿大GEONICS公司以生产电磁法仪器——EM系列而闻名于世。其生产的PROTEM系统系列不断地更新换代，现已推出PROTEM47、

PROTEM57-MK2(PROTEM57的升级版)和PROTEM67系统。三套系统采用相同的接收机－PROTEM接收机，只是发射机不同，它们分别对应TEM47、TEM57-MK2和TEM-67发射机。PROTEM47系统最小最为轻便，是专门为近地表测量而设计的。若采用输出电流3A，回线圈100×100m，其有效探测深度为150m。PROTEM57-MK2系统功率更大，有效探测深度500m。PROTEM67作为替换PROTEM37的升级系统，若采用3D接收线圈进行深部导电矿体（如块状硫化物）剖面测量，其探测深度500m以上；若采用BH43-3三轴钻孔探测器进行时域测井，其探测深度可达2km。近年来，丹麦S?rensen等人研制了新的拖曳阵列式瞬变电磁系统（PATEM）。该系统与传统瞬变电磁系统相比，最大的优势在于能够沿着剖面进行连续的瞬变电磁测深，从而减小因数据加密和增加覆盖区域等需求所带来的成本[14]。

４.2西方航空瞬变电磁仪器

航空电磁物探具有快速、大面积、成本低等特点，在基础地质调查、矿产勘查和水工环调查等领域得到广泛应用。在方法原理上，航空电磁系统（AEM）可分为航空瞬变电磁和航空频率域电磁两种。从系统载体的角度，又可分为固定翼AEM和直升机AEM两种。

90年代以后，伴随着矿产勘查投资的增加和AEM在环境方面的扩展应用，AEM取得了长足的进步。在此期间，固定翼航空瞬变电磁系统从单分量（一般为x分量）发展为三分量（x、y、z分量）信号测量，而且还可选择测量的脉冲宽度和脉冲频率。

在直升机航空瞬变电磁领域，此阶段研发出了多线圈对、多频率（如五个线圈对、五个频率以上）的系统[15-16]。

（1）固定翼航空瞬变电磁系统

1983年，一套新的INPUT测量系统问世。这是一种由Geoterrex公司研制的安装在CASA212双引擎飞机上的系统。其系统外形直接影响到后来开发的GEOTEM系统（1985年，Geoterrex公司）、QUESTEM系统（1988年，Questor 公司）和SPECTREM系统（1989年，Anglo American公司）。SPECTREM系统最初名为“PROSPECT Ⅰ”，以三分量测量为设计目标，后改为SPECTREM系统，以DC-3双引擎飞机为平台开展二分量测量（x方向和z方向）。它是当时唯一投入使用的多分量测量系统。之后出现的多分量测量系统有SALTMAP系统（World Geoscience公司，现为Fugro公司）和GEOTEM系统等。SALTMAP系统是第一套以近地表电导率变化，尤其是辅助干旱地区盐度填图为目的的固定翼瞬变AEM。它采用了与以往不同的方波作为发射信号，其基频理论上最高可达

50000Hz，但为了进行浅部地下水电导率填图，通常采用500Hz基频工作。由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）和World Geoscience公司联合研发的TEMPEST系统也是主要用于近地表电导率填图的系统（包括盖层和基岩）。它的频谱范围宽，采样率高，而且属较为轻型的系统，集成了高频近地表瞬变系统（如SALTMAP系统）和低频正弦波瞬变系统（如QUESTEM系统）的优势，可用于深达300米的金、钻石、镍、铜、铅、锌等金属矿勘探[17]。

（2）直升机航空瞬变电磁系统

过去的二十多年，尤其是最近十年以来，直升机航空瞬变电磁迅速发展。这一时期出现了一大批新的系统，如AeroTEM、ExplorHEM、HoisTEM、THEM、VTEM、HeliGEOTEM等（图3）。与固定翼航空瞬变电磁系统相比，虽然直升机航空瞬变电磁系统的运行成本要高些，探测深度也不如固定翼系统（当前直升机系统中最大功率的VTEM系统，最大偶极矩达到6×105Am2，小于固定翼系统），但是，直升机系统的横向分辨能力更好，操作更加灵活，拥有能在高海拔地区进行测量等优势；而且对于小规模测量，它更加经济可行[14~15]。此外，相对于直升机频率域系统，如DIGHEM和HUMMINGBIRD，直升机时间域系统的穿透深度更大。其飞行测量高度一般在25m以上，只是专门用于探测地下未爆炸武器的ORAGS-TEM系统除外，它的飞行高度约为2-3m[18]。

所有的直升机时域系统都采用垂直发射并进行z分量测量。HoisTEM和VTEM测量z分量数据，AeroTEM和SkyTEM测量x、z分量，而ExplorHEM、THEM、HeliGEOTEM和NewTEM则进行三分量测量。记录除z分量以外的数据有助于确定地下导体的形态特征、产出位置等。