利用V8多功能電法儀開展磁電法勘探方法技術(shù)研究

金仁貴，張金會，汪青松

(1.安徽工業(yè)經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；3.安徽省電法勘探重點實驗室，安徽 合肥 230031)

利用V8多功能電法儀開展磁電法勘探方法技術(shù)研究

金仁貴1，張金會2，3，汪青松2，3

(1.安徽工業(yè)經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；3.安徽省電法勘探重點實驗室，安徽 合肥 230031)

摘要：在淺覆蓋區(qū)開展電法勘探時，由于存在供電電流易被低阻覆蓋層吸收和深部電磁信號又被屏蔽減弱，薄層金屬礦體難以識別的難題?；谕黄聘咦杌虻妥韪采w層屏蔽，獲得有效礦致信號的思路，我們開展了磁電勘探法實驗研究。采用V8系統(tǒng)與其他儀器設備組合，完成發(fā)射與接收工作。分別測量不同頻率的交變電磁場對礦體激勵所產(chǎn)生的磁場和電位，并計算磁頻散率和電頻散率。提取局部異常信息，對比研究識別礦體。在安徽省某金礦區(qū)薄層礦體識別取得了一定的效果，拓展了V8系統(tǒng)地質(zhì)找礦中應用范圍。

關(guān)鍵詞：磁電勘探法；淺覆蓋區(qū)；頻散率；礦體識別；V8

1現(xiàn)狀

1.1磁電勘探法

磁電勘探法，是屬于探測磁場的傳導類電法勘探，是在一般電法中將測量地面上兩點間電位差，改成逐點觀測磁場的一類勘探方法[1]。磁電勘探法中的多數(shù)變種方法通過觀測磁場異常可以發(fā)現(xiàn)礦體。磁電勘探法主要包括磁電阻率法(MMR，MagnetometricResistivity)和磁激發(fā)極化法(MIP，MagneticInducedPolarization)。

磁電勘探法具有穿透覆蓋層的能力，由于電流的磁場可以穿透空間介質(zhì)，因此從地下異常電流源到地面(或地面以上空間)的測點之間，異常電流磁場可以穿透高阻或低阻層，獲得較好的磁場信號，這也是磁電勘探法的一個重要優(yōu)點，也是本研究的一個出發(fā)點。

1.2研究現(xiàn)狀

磁電勘探法作為電法的一個分支，與一般電法相比，其理論、方法和應用還不夠成熟。目前國內(nèi)外對磁電勘探法的研究主要集中在對一次電流場引起的磁異常的研究，對于二次極化電流引起的磁異常的研究相對較少。至于利用磁電勘探法建立的電磁場結(jié)合開展人工電場法的研究，尚未有先例。

國際方面，1933年Jakosky在他的一項專利中提出了使用磁電阻率法進行野外勘探的概念。自二十世紀六十年代中期起，在加拿大和美國等國家進行了試驗研究，到70年代取得了一些進展[2]，1974年Edwards等[3]使用了較為先進的儀器進行了首次磁電阻率探測野外試驗，提出了MMR異常的概念，并指出磁電阻率法相對于傳統(tǒng)的電阻率法在良導覆蓋層下的異常成像方面可能具有一定的優(yōu)越性。后來Howland-rose等[4-5]證明了覆蓋層對磁場的屏蔽比對電場的屏蔽弱。在正反演方面，Edwards總結(jié)了他的研究成果，對多種地球物理模型的MMR異常進行了推導。在二次極化電流產(chǎn)生的磁場的研究方面，所做工作相對較少，Seigel于1974年首先提出了MIP的概念，后來Seigel和Howland-rose[6]對幾種簡單的異常模型進行了公式推導和試驗研究。

國內(nèi)方面，20世紀70年代，傅良魁教授對磁電阻率法和磁激法極化法進行了系統(tǒng)的研究，并編寫《磁電勘探法原理》一書，書中對一些基本模型進行了理論推導并提供了3個磁電勘探法應用實例。近年來，國內(nèi)也有不少學者對磁電阻率法和磁激法極化法進行研究。2005年，鄧靖武[7]采用有限差分數(shù)值模擬方法實現(xiàn)了磁電阻率法和磁激法極化發(fā)的三維正演，2010年，楊從濤[8]采用有限單元法實現(xiàn)了二維地電模型的磁電法數(shù)值模擬。中國地質(zhì)大學(北京)譚捍東教授等，在磁電法勘探理論和數(shù)值模擬方面發(fā)表了多篇相關(guān)文章。2010年，李建華等[9]在內(nèi)蒙古某礦區(qū)開展了少量磁電法野外試驗，并于2010年9月在《地震地質(zhì)》發(fā)表了《磁激電方法技術(shù)試驗研究》論文，說明磁激電方法具有可行性。

1.3V8系統(tǒng)介紹

在深部找礦地球物理勘查儀器設備中，加拿大產(chǎn)V8多功能電測系統(tǒng)(以下簡稱V8)發(fā)射功率較大、探測深度較大、抗干擾較強的物探設備在金屬礦勘查中得以廣泛應用。粗略統(tǒng)計，國內(nèi)引進V8設備超過80臺套。V8系統(tǒng)可開展CSAMT、SIP、TEM等多種方法，V8系統(tǒng)是加拿大鳳凰公司開發(fā)的多功能電法系統(tǒng)，是既2000和V5、V6系統(tǒng)之后，在此基礎上吸收了近年來通訊、微電子等最新成果開發(fā)的第八代電測系統(tǒng)，包括輕便堅固的采集系統(tǒng)、GPS同步系統(tǒng)以及觸摸式防水ASCLL鍵盤和可視屏幕。本研究所開展的磁電法，從發(fā)射功率、頻率到數(shù)據(jù)采集參數(shù)和精度，V8系統(tǒng)都可以滿足要求。

鑒于本研究所設計磁電法勘探方法尚無專用設備可完成數(shù)據(jù)采集，故采用V8電法系統(tǒng)和MT方法采用的MTC-50TM磁探頭進行組合，開展野外數(shù)據(jù)采集，進行磁電法勘探方法實驗研究，以期達到開展磁電法勘探研究和拓展V8系統(tǒng)的使用范圍的目的。

2磁電法勘探理論

1984年，傅良魁教授出版的《磁電勘探法原理》中，給出了磁電法的理論依據(jù)。

磁電阻率法(MMR)和磁激發(fā)極化法(MIP)產(chǎn)生的地下磁場可以認為是穩(wěn)定的電流場引起的，所以和傳統(tǒng)的傳導類電法的理論基礎一樣，符合麥克斯韋方程組，根據(jù)電磁場的特定關(guān)系，麥克斯韋方程組可以轉(zhuǎn)化為式(1)～(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

從式(1)～(4)可以看出，為了求解磁場H，必須先求出電場E，由于電場強度E的矢量特征，引入標量電位u求解E，見式(5)。

(5)

我們通過求解標量電位u求解電場強度E，進而可以計算出磁場強度H。得到磁場強度H，可以利用磁頻散率計算公式(式(6))計算不同發(fā)射頻率的場源所得到的頻散率。

(6)

3V8系統(tǒng)可用性分析

20世紀80年代，傅良魁等國內(nèi)學者開展了磁電勘探法的生產(chǎn)應用，采用的測量儀器是地質(zhì)科學院物探研究所和北京地質(zhì)研究所以及北京地質(zhì)局物探隊聯(lián)合研制的超低頻微伏計和6萬匝或12萬匝漆包線做成的感應式探頭(接收線圈)，接收儀器精度和磁探頭靈敏度低，影響了勘探效果，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電法勘探測量儀器設備有了長足的發(fā)展，為磁電勘探法的再次發(fā)展提供了儀器條件。

本次研究所采用的是V8系統(tǒng)和AMTC-50高分辨率磁性探頭性能參數(shù)見表1。

表1　實驗儀器設備性能參數(shù)

從表1可以看出，V8系統(tǒng)提供的性能參數(shù)完全可以滿足磁電勘探法實驗研究的需要，在實驗過程中，經(jīng)過驗證，滿足實驗精度工作的要求。

4磁電法野外實驗

使用30kW大功率發(fā)射機建場。為了減少供電時電纜產(chǎn)生的電磁信號影響，“U”字型布設供電電纜，AB連線平行礦體方向供電，開展中梯方式面積性測量，網(wǎng)度為50m×20m，測線方向垂直AB，線距50m，點距20m，測量電位時電極MN平行AB，MN=20m(圖1)。試驗參數(shù)采集工作使用主要主要儀器設備見表2。

圖1　磁電勘探法野外測量示意圖

參數(shù)名稱儀器設備名稱發(fā)射場源設備TXU-30發(fā)射機;MG-40A發(fā)電機電位V8網(wǎng)絡化多功能接收機;RXU-TM時鐘控制盒磁場垂直分量△HV8網(wǎng)絡化多功能接收機;MTEM-ALMulTEMloop和AMTC-50高分辨率磁性探頭;RXU-TM時鐘控制盒

使用V8網(wǎng)絡化多功能接收機測量電位，并配高精度垂直分量磁探頭AMTC-50高分辨率磁性探頭測量磁場。利用GPS時鐘控制同步技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)射機與接收機間的同步連接，完成不同頻率的磁場和電位的測量。并利用不同頻率測量的磁場強度和電位分別計算磁頻散率和電頻散率。為了使良導體或磁性體產(chǎn)生更強感應磁場信號，必要時將供電導線布設在AB連線上或其附近，導線與大地構(gòu)成最短回路，一次磁場強度增大，二次磁場和感應電流也增強，有利于發(fā)現(xiàn)目標體。

磁電法實驗中磁頻散率、電頻散率計算。

1)電頻散率計算，利用實測不同頻率電位成果計算。頻散率是表示交流激發(fā)極化效應的參數(shù)之一，在高低兩個頻率供電電流相等的條件下所測電場幅值之間相對變化率，與地層中金屬礦物含量、巖礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)，是地質(zhì)找礦的重要地球物理參數(shù)。電頻散率計算公式，如式(7)所示。利用實測不同頻率電位成果計算頻散率時，如需要可進行電流歸一化處理。

(7)

式中：Ps為視頻散率；ΔUD低頻總場電位差；ΔUG高頻總場電位差。

2)磁頻散率計算，利用實測不同頻率磁場成果計算。當使用高頻fG供電時，極化作用較弱，沿X方向的磁場剖面曲線主要反映礦體的導電作用；用低頻fD測量時，由于極化作用的增加，并且二次極化電流產(chǎn)生的磁場與導電性礦體一次異常電流的磁場方向相反，起抵消作用，低頻總磁場強度振幅HfD會比高頻總磁場強度振幅HfG小些，HfG-HfD的差值即相當于二次磁場強度值，因此，利用測量高低頻率磁場，經(jīng)計算獲得的磁頻散率即相當于測量二次磁場獲得的磁極化率效果。利用測得的HfG和HfD，磁頻散率計算公式，如式(8)所示。

(8)

綜合提取信息，即利用野外觀測獲得的多種參數(shù)，進行日變改正、化極、標定、平差等多項改正處理后，采用匹配濾波法、趨勢面分析法、剩余異常法、小波變換法以及上下延拓法等綜合數(shù)據(jù)處理方式，消除背景異常特別是人工源引起的背景異常，提取供電前后的局部磁異常、電位異常和供電后頻散率異常。詳見表1。

圖2　磁電法不同頻率磁頻散率剖面平面圖

5磁電法實驗結(jié)果

自2012年開始研究組就開始針對磁電勘探法的野外實驗和磁電法的數(shù)值模擬開展研究。經(jīng)過多次實驗，確定了場源、測量方式、發(fā)射頻率等參數(shù)。本次研究工作利用30kW大功率可控源發(fā)射機提供場源、V8多功能電法接收機、GPS時針控制器、低頻高性能磁探頭等組合儀器完成了野外數(shù)據(jù)采集工作。在某金礦測得了多個發(fā)射頻率的電位和磁參數(shù)，經(jīng)初步計算處理，發(fā)現(xiàn)2Hz、1/4Hz與1/16Hz的磁頻散率異常與已知礦體吻合良好。實驗結(jié)果表明該方法對淺覆蓋區(qū)找礦尤其是薄層礦體識別有一定的效果。

磁電法不同頻率磁頻散率剖面平面圖見圖2。

圖2中黑線為已知礦體位置和深度，可以看出在礦體位置頻散率有明顯異常。

6結(jié)論

V8系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集精度，可以開展多種電法方法，同時也可以與不同頻率的磁探頭聯(lián)合使用，為新方法的實驗，提供良好的實驗參數(shù)采集，本文在新方法實驗研究中就是利用了V8系統(tǒng)的這一優(yōu)點，完成了數(shù)據(jù)采集，同時也為V8系統(tǒng)拓展了新的應用領域。

參考文獻

[1]傅良魁.磁電勘探法原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1984.

[2]米薩克N.納比吉安.勘察地球物理電磁法[M].北京：地質(zhì)出版社，1992.

[3]Edwrds，R.N.，Nabighian，M.N.Themagnetometricresistivity(MMR)methodanditsapplicationtothemappingofafault[J].Can.J.ofearthSci.，1974，11：1136-1156.

[4]Howland-Rose，A.W.，Linfrd.G.，Pitcher，D.H.，etal.Somerecentmegneticinducedpolarizationdevelopments-part1[J].Theory.Geophysics，1980a，45：37-54.

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[6]H.O.Seigel.AWHowland-Rose，induced-polarizationmethods[R].SocietyofExplorationGeophysicsts，1990.

[7]鄧靖武.磁電法正演理論研究[D].武漢：中國地質(zhì)大學(武漢)，2005.

[8]楊從濤.磁電勘探法二維數(shù)值模擬研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(北京)，2010.

[9]李建華，林品榮，郭鵬.磁激電方法技術(shù)試驗研究[J].地震地質(zhì)，2010，32(3)：492-49.

Research on the method and technology of magnetic prospecting method using V8 systems

JINRen-gui1，ZHANGJin-hui2，3，WANGQing-song2，3

(1.AnhuiTechnicalCollegeofIndustryandEconomy，Hefei230051，China；2.GeologicalExplorationTechnologiesInstituteofAnhuiProvince，Hefei230031，China；3.ElectricalExplorationKeyLibraryofAnhuiProvince，Hefei230031，China)

Abstract:During the electrical prospecting on the shallowed coverage area，Due to the supply current is easily absorbed by the low resistance coverage and deep electromagnetic signals are shielded weakened，Thin layer metal ore difficult to be identified.Based on breakthrough high resistance and low resistance layer shielding cover to obtain effective ore induced signal of ideas，We carry out the magneto electric prospecting method experimental study.Using V8 system and other instruments to complete the work of launching and receiving.The magnetic field and electric potential generated by the alternating electromagnetic field of different frequency to the excitation of the ore bodies are measured respectively.Calculate the magnetic dispersion rate and the electric dispersion rate.Extracting and comparing the local anomaly information to identify the ore bodies.A certain effect has been achieved in the identification of thin ore bodies in a gold deposit in Anhui Province，Which has extended the application range of V8 system in geological prospecting.

Key words：magnetic prospecting method；shallow overburden area；frequency dispersion；thin layer ore body identification；electrical reflectivity；V8 systems

收稿日期：2015-10-09

基金項目：安徽省國土資源廳國土資源科技項目“淺覆蓋區(qū)找礦磁電勘探法新技術(shù)試驗研究”資助(編號：2014-K-08)

作者簡介：金仁貴(1962-)，男，漢族，安徽樅陽人，1984年畢業(yè)于長春地質(zhì)學院地質(zhì)儀器專業(yè)，工學學士，安徽工業(yè)經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學院電子系主任，副教授，從事電子和光電子學研究。

中圖分類號：P631.3

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)04-0146-04