物探方法技术与应用(EH4)

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解决的地质问题:
1、研究地球深部构造; 2、研究大地及区域地质构造,划分构造单元;研 究结晶基底的起伏及其内部成分和构造,圈定沉 积盆地的范围等; 3、寻找石油、天然气或煤等有远景的盆地;
4、与其他的物探方法配合,圈定金属及非金属成 矿带。
磁法勘探
发展最早、应用广泛 1、轻便易行、效率高、成本低、效果好; 2、工作领域广(航空、井中) 3、应用范围广。 直接找铁 固体矿产、石油天然气构造的普查、区域及 全球构造的研究等
EH4的全新概念主要归结为如下 几个方面
1 EH4应用大地电磁法的原理,但使用人工电磁场和天然电磁场 两种场源共同作用的方式,人工场源弥补了天然场源在某些 频段的不足,而且人工场源对解决浅部地质问题尤为有用
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EH4既具有有源电探法的稳定性,又具有无源电磁法的节能和轻便
EH4能同时接收和分析X、Y两个方向的电场和磁场,反演X-Y电导 率张量剖面,对判断二维构造特别有利 EH4仪器设备轻,观测时间短,完成一个近1000m深度的测深点, 大约只需15~20分钟,这使它可以轻而易举实现密点连续测量(首 尾相连),进行EMAP连续观察
电法勘探
注意: 1、通常所说的电阻率测深、中间梯度、三极或 联剖及偶极等,则是从不同勘探装置上来划分的 常规电法。(高密度电法) 2、地下物探方法(如测井、坑内物探等)、航 空电法等只是物探方法在不同空间的应用。
应用:金属矿、石油天然气、煤田、水工环、灾害、
考古及医疗、军事等
电法勘探
金属矿勘查:
传统MT法的不足
大地电磁测深法利用天然电磁场,虽 然避免了大地电流供电,但天然电磁场不 稳定,而且某些频段先天不足,干扰强, 讯号弱。参看下面大地电磁场水平分量频 谱展示图。
大地电磁场水平分量频谱图
上图反映了天然电磁场与人文电磁场的分布情况。 在 1Hz 左右,无论电场和磁场都是低谷;在 1000Hz 处磁场几近寂静,电场有一低谷。在几十赫兹到 104Hz 范围内,人文活动的电磁场干扰特别严重。 这些特点决定了大地电磁法只适合于采集较低频率。 通常观测时间长,分辨率较低,适合解决深层宏观问 题。 所以尽管电探方法起源最早,由于以上的局限性, 一直阻碍它的发展。几十年来,1000 米以内,几百米 上下,正是人类经济、文明活动在地壳上层最活跃的 深度。其他物探方法,如地震勘探法,自40--50年代 之后都开始大展身手,而浅、中深度范围的电探则相 对寂寞冷落,处于陪衬地位。也正是这种现状激发了 国内外众多的科学家和仪器制造商不断研制开发新的 电探仪器,寻找新的电探方法。
地震勘探:以岩矿石的弹性性质为基础(弹性波理论、速度界面)
重力勘探:以岩矿石的密度差异为基础(万有引力定律、加速度) 放射性勘探:以岩矿石的放射性差异为基础(如测氡)。
金属矿勘探主要应用电法勘探和磁法勘探,辅以重力勘 探(区域)。
物探学科
实质: 以物理方法找矿;以岩矿石的地球物理性质为基础。 综合性强:数学、物理、化学 电子学、计算机(尤其是反演)、电磁学…… 地质学(找矿的一种手段) 发展的方向:
体积效应 综合性反映
仪器
电法勘探
金属矿勘查:
感应类电法(TEM、CSAMT、MT):
主要研究的物探方法(金属矿勘探)
深边部找矿的主要物探方法
TEM、CSAMT是利用人工场源的感应类电法,其勘探的深度可达 1000m甚至更深。 MT则是利用天然场源的感应类电法,主要是用于深部构造勘探、 油气资源勘探、深部地热勘探等,勘探深度可达几千米甚至几十千米。 EH-4电导率成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地 电磁测深系统。深部地电信息通过天然背景场源成像(MT),其讯息 源为10Hz~100kHz。浅部地电信息则通过一个新型的便携式低功率发射 器发射1k~100kHz人工电磁讯号,补偿天然讯号的不足,从而获得高分 辨率的成像。
TEM不足
• • • • • • Biblioteka Baidu杂(理论复杂、装置多) 早期干扰多(过渡过程影响) 仍然受地形影响 异常定位不准 场源体深度解释不够准确 受电磁干扰大

• • • • • • • • • •

1、高阻体二次电位异常:早高晚低? 2、低阻体二次电位异常:早低晚高? 3、低阻现象? 4、发射回线边长越大,探测深度越大吗? 5、接收回线边长多大合适(中心回线或重叠回 线)? 6、探测浅部目标物一定要用高频,探测深部目 标物一定要用低频吗? 7、如何知道TEM仪器的好坏? 8、观测时间越早,探测深度就越浅? 9、TEM能找磁性目标物吗? 10、二次电位曲线为什么早正晚负?
物探技术与应用(EH-4)
桂林矿产地质研究院
二○一○年五月
敬荣中
主要内容
一、物探方法分类 二、电法勘探 三、应用实例
一、物探方法分类
物探学科
电法勘探、磁法勘探、地震勘探、重力勘探、放射性勘 探等(测井?)。
电法勘探:以岩矿石的电磁性差异为基础(导电性等);
磁法勘探:以岩矿石的磁性差异为基础(拉氏方程、地磁场);
位场(同重力场) 高精度磁测
磁法勘探
直接找铁:最有效方法 间接找矿与研究: 与磁性物质有关的矿产(蚀变带) 区域构造研究与勘探:航磁 基性、超基性岩体勘探
磁法勘探
磁法勘探
地震勘探
在勘探石油的各种物探方法中,地震 勘探是最有效的方法。各种物探方法中, 地震:精度高、探测深度大、分辨率高 (地球圈层结构)。 三维地震勘探 工程中应用也较多
H (356 ~ 503) / f
CSAMT
工作装置:
CSAMT
• 1、仪器:GDP-32Ⅱ (美国ZONGE公司) V8系统 • 2、数据处理技术:最先进
EH4电导率成像法
大地电磁法原理 传统电磁法的不足 EH4电导率成像法的诞生 EH4的优点
大地电磁法原理
• 大地电磁法是基于电磁感应原理,用于研究地球电性 的一种地球物理方法。它利用宇宙中的太阳风、雷电 等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源,称 为一次场,该一次场是平面电磁波,垂直入射到大地 介质中,由电磁场理论知,大地介质中将会感应出变 化的电场即大地电流场,并产生二次电磁场。 • 在地球内部,这种电磁场的分布取决于岩石的电性结 构。在地面上单点观测天然交变电磁场互相垂直的四 个分量( Ex 、 Ey 、 Hx 、 Hy ),分析研究地面波阻抗随 频率的变化,可以探测到地球内部岩石电性随深度的 分布规律。
EH4的诞生
96年中下旬,由美国以研制大地电磁仪器而闻名的 EMI公司和以制造高分辨率地震仪著名的Geometrics公 司联合研制出EH4。这是全新概念的电导率张量测量仪。 它利用大地电磁的测量原理,但配置了特殊的人工电磁 波发射源。 这种发射源的天线是一对十字交叉的天线,组成X、 Y两个方向的磁偶极子,轻便而且只用普通汽车电瓶供 电,发射频率从500Hz到100KHz,专门用来弥补大地 电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波 (见频谱图)。仪器用反馈式高灵敏度低噪音磁棒和特 制的电极,分别接收X、Y两个方向的磁场和电场。由 18位高分辨率多通道全功能数据采集、处理一体机完成 所有的数据合成。
低阻现象
TEM
• 1、仪器:EM67 • 2、数据处理技术:
现状:
实用近区瞬变电磁法野外资料解释水平还很低, 除天然场源的大地电磁测深(MT)和音频大地电 磁(AMT)外,基本上仅限于一维解释,且只适 用于一维的简单地电条件。真正实用的TEM二维 和三维反演问题基本没有解决。
面积性普查
CSAMT
可控源音频大地电磁法 (CSAMT)
• CSAMT法是20世纪80年代末才兴起的一种地球物理新技术,它 基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组实质上 是反映了电荷、电流、电场、磁场随时间和空间变化规律的定律, 综合了电磁现象的相互作用。
卡尼亚电阻率 :
有效勘探深度:
s
Ex
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5 f By
• 主要用于: • 磁性体 • 电性体: • 特高阻体 • 特低阻体
TEM应用条件
• (1)必要条件:磁、电性差异 • (2)充分条件: • 一次场能激发目的物; • 异常的可观测性 • (目的物大小、埋深、 • 仪器灵敏度等); • 干扰可排除或分辨; • 环境的允许性。
TEM的优点
• • • • (1)发现异常(探测能力)强 (2)探测深度较大 (3)穿透高低阻能力强 (4)适应环境能力强,海、陆、空、 地下均可用,供电困难地区可用。
TEM涡流原理
不同形状体二次电位衰减速规律
• 磁性体: • V(t) α t-m m=1.1~1.7 • • 电性体: • 均匀半空间:V(t) α t-5/2 • 导电覆盖层:V(t) α t-4 • 导电三度体:V(t) α e-t/τ
理想曲线
典 型 曲 线
水平圆柱体:
TEM用途
• 基础: 磁、电性差异 • 一次场: 瞬变磁场 • 研究对象:主要是二次场的时空 变化规律 • 目的: 解决目的物电、磁 性的空间分布
TEM原理
• • • • • • • • • • • • 电磁感应原理 磁性体:B=μH μ不随频率变化 μ随频率变化 电性体: 涡流:“烟圈”涡流: 半空间 导电薄层 二、三度体涡流 位移电流 集流 IP效应
在EH4的采集控制主机中插入两块附加的地震采集板,就可使一台 EH4兼作地震仪和电导率测量,为一机实现综合勘探首创先例
实时数据处理和显示,资料解释简捷,图像直观
应用装置
穿透深度或趋肤深度(δ):
503 f


金属矿勘查:
电法勘探
TEM(瞬变电磁法:脉冲、时间域) • 瞬变电磁法(TEM)它是以介质的电性、 磁性差异为基础, 利用不接地回线或接地线 源向地下发送一次脉冲电磁场,在一次电 磁场的激励下,地下介质产生感应二次电 磁场, 利用线圈或接地电极观测二次电磁场, 并研究其时间和空间的变化规律,从而确 定地下介质的电磁性分布结构的方法。 • 瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods),又称时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods), 简称 TEM或TDEM。
常规电法(电阻率法、IP):
快速、经济 主要用于硫化物矿床普查(某些氧化物矿床、地下 水等,有时还用于探测石油天然气、某些有色金属、贵 金属、稀有金属常与黄铁矿化或其他矿化共存(如石英 脉型金矿),因而可借以圈定有用矿产的矿化带)。 由于功率、地质条件等因素,勘探深度有限。
主要用于:面积性、普查
电法勘探
二、电法勘探方法
电法勘探利用的主要物性有: 导电性、介电性、导磁性、激发极化性、自 然极化性、压电性、震电性等
(1)传导类、感应类(电磁法) (2)主动源、被动源
电法勘探
传导类 : 电阻率法、激发极化法( IP )、幅相 激电法(频率域)、充电法 感应类电法:瞬变电磁法(TEM)、可控源音频 大 地 电 磁 法 ( CSAMT ) 、 大 地 电 磁 法 ( MT ) 等 (自然电场法) 主动源电法 : 电阻率法、激发极化法( IP )、 充电法及电磁法(李金铭) 被动源电法 : 自然电位法、大地电磁法( MT ) 和甚低频电磁法等
金属矿地震勘探:
地震勘探
金属矿地震勘探:发展阶段
反射波地震方法是目前金属矿地震勘探的主要方法: 国外使用的主流方法是在利用反射波成像处理技术得到 的实测成果数据体中 , 采用强散射特征分析等属性分析 方法圈定矿体 ; 国内主要是利用常规反射波方法进行资 料处理,在反射剖面上利用散射波概念进行地质解释。 金属矿勘探所涉及的特殊地震地质条件使得金属矿地 震勘探问题落入地震波散射领域 , 而现有技术中缺少从 散射观点出发进行地震资料采集、处理和解释的理论与 配套技术。因此,研究基于地震波散射理论的散射波地 震技术是金属矿地震勘探技术的发展方向
重要性:地球探测(CT?、地壳?)
深部找矿(地质);电磁法(物探);综合学科(学科)
重力勘探
重力场的特点:
1、重力场是空间一个区域内的矢量场;
2、重力场是空间坐标(x,y,z)的函数;
3、重力场作用在空间中任何点处;
4、重力测量是测量重力的变化。
5、重力场由重力位确定,重力场是由位导出的场。
重力勘探
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