地球物理勘探仪器报告

现代地球物理仪器及应用课程报告

姓名：xx

班级：xxxx

学号：xxx

指导老师：xxx

20xx年xx 月

第一章地下水勘探的地球物理前提

地下水正在成为一种越来越重要的资源，而利用一般的钻探，水文等领域的方法找水存在成本高，效果不理想等问题。而通过地球物理勘探方法寻找地下水则是费省效宏的找水方法。它可以更好地定位地下水的位置，形态，提高找水的效率，节约成本，具有其他方法不具备的优越性。

以研究不同物理场空间分布规律为基础的各种物探方法种类繁多, 通常我们主要应用以岩石导电性差异为基础的地面电阻率法、井中电阻率测井法; 以岩石激电性差异为基础的激发极化法; 以岩石自然激电性差异为基础的声频大地电场法和以岩石磁性差异为基础的磁法等综合物探方法（如表1-1）

表1-1 主要水文物探方法的分类及应用范围

各类物探方法, 尤其是地面物探方法, 都是通过观测地下地质体在地面产生的物理场空间分布规律来推断地质情况, 达到地质勘探的目的, 这比用肉眼观察推断, 比钻探手段了解地层深部构造来说, 显然具有透视性、效率高和成本低的特点。[1]

第二章地下水勘探的地球物理仪器

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种有效的地下深部资源勘探方法，采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。当发射距是探测深度的3～5倍，高频时非平面波可以近似地看作平面波，低频时则会出现电阻率随频率降低而在双对数坐标图上呈45°上升的近场效应，因此须作近场改正，校正后的数据可看作为平面波产生的结果，然后再采用用MT的方法来分析。所以，MT的反演方法原则上都可用来做近场校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演，其有效数据只能取远场的值，而对于近场甚至过渡场的资料都要摒弃不用，这将造成较大的浪费。

由于现有仪器分段分时的工作方式使得其观测精度受不同排列观测条件差异的影响。为了提高测量精度和效率，研制了一种实现整条测线多点同步观测的分布式电磁探测系统

第三章仪器的基本工作原理和组成

一、工作原理

分布式电磁探测系统主要采用CSAMT法标量测量的工作原理。通过沿一定方向（设为ｘ方向）布置的接地导线向地下供入某一音频谐变电流，在其一侧或两侧６０°张角的扇形区域内沿与发射平行的方向布置测线；分布式接收机同时布置在一条测线上，所有测点同步观测相应频率的电场分量和与之正交的磁场分量。根据公式（1）、（2）计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位：

式中：｜Ex｜，｜Hy｜和φEx，φHy分别为Ex，Hy的振幅和相位；μ为大地的磁导率；ω＝2πμ为角频率。在音频段内逐次改变供电和测量的频率，便可测出视电阻率和阻抗相位随频率的变化曲线，经过数据处理及反演，获得反映地下结构的地电断面资料。

分布式电磁探测系统的另一个辅助测量功能是激发极化法。分布式接收系统固定布置在测线上，通过沿测线逐点切换供电Ａ极位置实现三极装置的激电测深，移动发射源至测区实现中梯装置激电剖面测量，激电法除提供浅部视极化率异常外，获取的浅部直流电阻率信息可为ＣＳＡＭＴ勘探参数的设计及深部电阻率的反演提供参考和约束条件。分布式电磁探测系统工作原理如图１所示。[2]

图１分布式电磁探测系统工作原理图

二、仪器的组成

分布式电磁探测系统由级联式大功率发射系统和分布式多通道接收系统组成。其主要技术指标如下：

发射电流最大30Ａ；发射频率为1/128～8/192Ｈｚ；动态范围大于130ｄＢ；采样频率最高196kHz；同步精度为±0.5μｓ；总通道数为53；通道误差幅度＜0.002Ｖ，相位＜0.2°（标定前，输入信号幅度１Ｖ）。

级联式大功率发射系统由发电机、直流电源、逆变桥路、电流检测装置及控制器组成。发电机输出的三相交流经过整流、滤波后送入半桥电路进行逆变，逆变后交流信号通过功率变压器调压，最后再经过全波整流、滤波，输出直流电压提供给ＩＧＢＴ全桥变换电路。

图３分布式多通道电磁探测接收系统结构图

分布式多通道电磁探测接收系统由１个主控站和多个采集站组成，之间通过有线或无线通讯的方式实现连接，主控站配置了５个数据采集通道，可同时测量３个磁场和２个电场。每个采集站有２个电场或磁场的测量通道，每通道使用１片独立的２４位Ａ／Ｄ转换器，通过ＧＰＳ实时校正恒温晶振输出产生高精度的同步时钟，保证主控站及所有采集站与发射系统时刻保持同步。采集站在主控站的控制下实现系统测试、参数设置、数据采集、数据上传等功能，原始数据本地保存。主控站和多台采集站可同时布设在一条乃至多条测线上，实现同时观测。分布式接收系统整体结构如图３所示。[3]

第四章应用实例

以吉林松江河深部地下水资源勘查为例，在吉林省松江河镇果松山地区开展了深部地下水资源勘查。测区距长白山８０余ｋｍ，为典型的火山地貌区域，由一系列北东向的山脉和宽缓的山间盆地组成。地势东南高，西北低，地形起伏大，平均海拔800ｍ左右。表层被松散岩类冲洪积物和第四系玄武岩覆盖，区内断裂构造、水系发育，岩层电阻率受含水裂隙发育状况影响较大。

勘查方法采用可控源音频大地电磁法和时间域激电法。在１号线及其旁侧进行了３条测线的中梯激电测量，供电极距100ｍ，接收极距50ｍ，供电电流10Ａ，周期8ｓ。

激电测量结果表明：该区域无明显激发极化异常，背景视极化率很低，浅地表电阻率西高东低，与该地区地质特征相符。直流电阻率值的测定为ＣＳＡＭＴ参数设计提供了参考。在1、4、5号测线进行了CSAMT法测量，供电极距1ｋｍ，发射系统采用两级级联，供电电压500～800Ｖ，供电电流2.5～10Ａ，收发距７～10ｋｍ，接收系统采用１个主控站和８个采集站进行分布式观测，接收极距５０ｍ，一次覆盖测线长度为９００ｍ。在相同测线上采用６通道进行测量，每个排列长度２５０ｍ，整条测线分４段分时测量，获得对比数据。测量时，２种仪器系统采用的测点和供电点位完全相同。测区位于采石场和村庄附近，主要电磁干扰来自电力线。