V8電法工作站可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)廣域化處理實現(xiàn)研究及應(yīng)用

摘要：近年來，隨著地質(zhì)勘查領(lǐng)域?qū)ι畈颗c隱伏礦體探索需求的日益增長，電磁法設(shè)備，尤其是從V8電法工作站到廣域電磁測深設(shè)備的廣泛應(yīng)用，顯著推動了攻深找盲工作的進程。基于V8電法工作站與廣域電磁測深設(shè)備在基本原理及野外作業(yè)流程上的高度相似性，創(chuàng)新性地提出了將V8電法工作站采集的可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)進行廣域化處理的方法。通過對比分析3個實際項目的數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)：這一處理策略能夠有效模擬并達到廣域電磁法設(shè)備的勘探效果，實現(xiàn)了在不增加額外硬件投資的前提下，提升了數(shù)據(jù)解釋精度與勘探目標深度。可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)的廣域化處理方法，不僅是對傳統(tǒng)電磁勘探技術(shù)的一次重要改進與創(chuàng)新，更是礦山勘查領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的生動體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：V8電法工作站；廣域電磁法；可控源音頻大地電磁測深；新質(zhì)生產(chǎn)力；礦產(chǎn)勘查；采空區(qū)勘查治理；地熱勘查；卡尼亞視電阻率

中圖分類號：TD11 P631.2 文章編號：1001-1277（2025）01-0024-06

文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250105

引言

V8電法工作站在地質(zhì)找礦、地熱勘查、采空區(qū)勘查治理等工作中得到了廣泛應(yīng)用，常用方法有大地電磁測深（MT）、音頻大地電磁測深（AMT）、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）等[1-5]。大地電磁測深、音頻大地電磁測深采用的是天然場源，天然場源的特點是信號較弱，而且是隨機的，導致數(shù)據(jù)不夠準確?？煽卦匆纛l大地電磁測深采用人工場源，提高了信號強度，數(shù)據(jù)也更加可靠。但是，可控源音頻大地電磁測深也有很多缺點：測量位置需達到遠區(qū)要求，收發(fā)距離需要足夠遠，通常超過10 km，這就使得采集的信號減弱；雖然采用的是音頻頻率，但通常100 Hz或者幾十赫茲就開始進入近場，導致實際有用的頻點較少，勘探深度大打折扣，通常反演深度低于1500m。

近年來，廣域電磁測深法得到了極大推廣，其特點與CSAMT相似，采用人工場源，提高了信號強度，可利用比CSAMT更低的音頻頻率，因此有更高的勘探深度。由于廣域電磁測深法采用不簡化公式進行計算，而不采用卡尼亞電阻率公式，也就不用考慮近場問題，因此拓展了觀測范圍，數(shù)據(jù)更加準確。雖然廣域電磁測深法相對于CSAMT有很多優(yōu)點，但如果已有V8電法工作站6]或其他CSAMT設(shè)備，再購買一套廣域電磁測深設(shè)備，則導致成本過高。

2024年，政府工作報告首次將“大力推進現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”列為首要任務(wù)。礦產(chǎn)勘查既是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成，又是推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要力量[7-13]。V8電法工作站與廣域電磁法設(shè)備均為當下地礦勘探較為先進的技術(shù)與設(shè)備。使V8電法工作站的CSAMT工作達到或者接近廣域電磁測深法數(shù)據(jù)水平，需對現(xiàn)有CSAMT技術(shù)改進，拓展V8電法工作站的應(yīng)用范圍，符合因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的要求。

1電流源廣域電磁法

根據(jù)廣域電磁法理論，廣域電磁法包含7種方式[3]，但電流源廣域電磁法（E-E）較為方便，也是當下廣域電磁測深設(shè)備所采用的方式。電流源廣域電磁法野外布設(shè)示意圖見圖1。電流源廣域電磁法測量的是水平電流源產(chǎn)生的電場水平分量E，其原理與計算方式[4-5]如下：

式中：I為發(fā)射端AB之間的電流強度（A）;L為供電AB極距（m）;p為半空間的視電阻率（Ω·m）;r為測點到AB中點的距離（m）;i為復數(shù)；k為波數(shù)，k=√w2μe-iou/p;φ為x軸與徑向矢量r的夾角（°）;μ為磁導率，真空中μo=4π×10-?H/m;w為角頻率，w=2πf，f為頻率（Hz）;e為介電常數(shù)，真空中ε=8.85×10-12F/m。

由式（1）可得E-E方式廣域視電阻率，見式（3）。

式中：MN為測量電極之間的距離（m）。

利用式（3）通過迭代法計算視電阻率。實際計算發(fā)現(xiàn)，視電阻率的迭代初始值對結(jié)果影響不大，會很快收斂，可能是因為ε與μ很小，所以數(shù)值變化不大。

2 V8電法工作站CSAMT數(shù)據(jù)的廣域化計算實現(xiàn)及新質(zhì)生產(chǎn)力融入分析

2.1 CSAMT數(shù)據(jù)的廣域化可行性分析

CSAMT與廣域電磁法的野外施工要求相差不多，CSAMT要求發(fā)射與接收距離足夠遠且達到遠區(qū)的條件，所以對CSAMT采集數(shù)據(jù)進行廣域化計算是合理的。CSAMT廣域化彩頭處理探測深度，按照電磁法有效深度計算公式D=356√p/f，在膠東地區(qū)火成巖電阻率大于1000Ω·m，而V8電法工作站CSAMT通常采用的頻率是0.125～7680 Hz，所以D最大可超過10 km，只是CSAMT低頻進入近場數(shù)據(jù)不能使用，但經(jīng)廣域化計算后則可以使用。對于當下，無論是地質(zhì)找礦還是地熱勘查，V8電法工作站CSAMT數(shù)據(jù)廣域化計算后的深度都能滿足要求。通過查閱相關(guān)資料，V8電法工作站的Txu-30主機最低發(fā)射頻率為0.0039Hz，該頻率低于廣域電磁法常用的頻率下限，所以當需要探測較大的深度時，可以增加低頻頻點。

2.2 CSAMT數(shù)據(jù)廣域化計算參數(shù)獲取

計算視電阻率時需要錄入較多參數(shù)，MN、L、f等參數(shù)可以根據(jù)實際情況設(shè)置，而電流I需要在野外施工時的發(fā)射端進行記錄。電場E.可以從V8電法工作站導出文件中獲取。V8電法工作站文件格式及文件數(shù)據(jù)格式見文獻[6-7]，只需提取廣域化計算需要的視電阻率、頻率等參數(shù)即可。需要對獲取數(shù)據(jù)的正確性進行驗證，通過計算CSAMT視電阻率與文件導出的視電阻率進行對比來判斷?？醽喴曤娮杪剩╬）利用式（4）計算[2，5，9-10]。計算視電阻率與導出視電阻率對比見圖2。由圖2可知：導出視電阻率與計算視電阻率基本一致，說明提取數(shù)據(jù)是正確的。

式中：H，為磁場水平分量（nT）。

2.3 CSAMT視電阻率與廣域化視電阻率對比

CSAMT視電阻率與CSAMT廣域化視電阻率對比見圖3。由圖3可知：按照特定計算方法將CSAMT數(shù)據(jù)進行廣域化處理后，與原始CSAMT視電阻率差距較大。這不僅驗證了CSAMT計算所得視電阻率普遍偏高，與文獻[3]的發(fā)現(xiàn)相吻合，還進一步揭示了廣域化處理技術(shù)在提升數(shù)據(jù)質(zhì)量和勘探效能方面的顯著優(yōu)勢。

2.4新質(zhì)生產(chǎn)力融入分析

2.4.1數(shù)據(jù)優(yōu)化與去噪能力增強

CSAMT數(shù)據(jù)廣域化處理方法作為新質(zhì)生產(chǎn)力的一種體現(xiàn)，其核心在于通過更廣泛的數(shù)據(jù)采集與整合，實現(xiàn)了對原始CSAMT數(shù)據(jù)中突變點的有效去除。這些突變點，在頻率100～200 Hz尤為明顯，推測源于磁棒采集過程中的干擾。廣域化處理通過避免直接依賴磁道數(shù)據(jù)，顯著減少了此類噪聲，從而提高了數(shù)據(jù)的純凈度和可靠性，為地質(zhì)解釋提供了更為堅實的基礎(chǔ)。

2.4.2勘探深度與頻率范圍拓展

傳統(tǒng)CSAMT視電阻率在80 Hz附近開始呈現(xiàn)45°上升趨勢（見圖3），標志著進入近場區(qū)域，限制了低頻段數(shù)據(jù)的有效利用。而經(jīng)過廣域化處理，這一現(xiàn)象得到顯著改善，不僅避免了近場效應(yīng)的干擾，還極大地拓寬了可用的頻率范圍。這意味著在保持相同勘探效率的前提下，廣域化技術(shù)能夠觸及更深的地下結(jié)構(gòu)，顯著增加勘探深度，為深部資源勘探和地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究提供可能。

3應(yīng)用實例

3.1文登曬字地熱勘查

近年來，溫泉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，CSAMT以施工方便、效率高效、探測深度大、抗干擾能力強的特點成為溫泉勘查中應(yīng)用的重要手段[16-20]。

文登地下熱源蓄量豐富，擁有得天獨厚的溫泉資源。膠東半島已查明的13處知名溫泉中，文登獨占5處，包括天沐溫泉、湯泊溫泉、呼雷湯溫泉、大英湯溫泉、七里湯溫泉。本次勘查區(qū)位于界市鎮(zhèn)曬字村附近，距離大英湯溫泉約10 km。為查明地下深部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，本次物探勘查工作采用CSAMT進行。

文登曬字地熱勘查CSAMT數(shù)據(jù)廣域化與CSAMT反演對比見圖4。圖4-a使用winglink反演軟件反演，圖4-b使用中國地質(zhì)大學CSAMT-SW反演軟件反演。由圖4可知，CSAMT反演斷面圖的電阻率要比廣域化處理反演斷面圖的電阻率大?？辈閰^(qū)內(nèi)高壓線較多，對CSAMT測量結(jié)果影響較大，CSAMT反演斷面圖960測點往大號方向雖然做過靜態(tài)校正，但結(jié)果仍不理想。而CSAMT數(shù)據(jù)廣域化處理反演斷面圖曲線平滑很多。-800 m以淺，兩圖相差不多；而-800m以深，兩圖差別較大；結(jié)果表明，廣域化處理反演斷面圖要比未處理的斷面圖內(nèi)容豐富，能夠反映更多深部信息。

3.2棲霞臧家莊深部地質(zhì)體

為研究深部地下結(jié)構(gòu)，在棲霞臧家莊先后開展CSAMT勘查與廣域電磁測深工作，CSAMT點距50 m，共36個測點；廣域電磁測深點距100 m，共16個測點。CSAMT、廣域電磁法、CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演對比見圖5。CSAMT使用CSAMT-SW反演軟件反演，廣域電磁法使用自帶的反演軟件反演，CSAMT數(shù)據(jù)廣域化處理使用winglink軟件反演。廣域電磁法反演深度從地表以上100m開始計算，因此圖中廣域電磁法實際深度要加100 m。CSAMT反演的視電阻率較高，但整體結(jié)構(gòu)相差不多：-800m以淺是兩側(cè)高阻夾著中間的低阻條帶；而-1600～-800m左側(cè)是低阻區(qū)域，右側(cè)是高阻區(qū)域。因此，本次物探工作質(zhì)量沒有問題。

對比廣域電磁法與CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演結(jié)果：整體相差不多，廣域電磁法反演斷面圖淺部細節(jié)比CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演斷面圖多。廣域電磁法反演斷面圖的400測點、1200測點有2處孤立的高阻異常，應(yīng)該是干擾引起的，而CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演斷面圖中則沒有。就淺部而言，CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演斷面圖與廣域電磁法反演斷面圖更相似，與傳統(tǒng)CSAMT相比優(yōu)勢明顯。為了解CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演的有效深度，選定了-3400m，其深部的高阻體向深部未封閉，說明反演深度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)都是可靠的。

3.3西林斷裂

西林斷裂是膠東重要的控礦構(gòu)造[14-15]，自煙臺市開發(fā)區(qū)南張家村南向西經(jīng)西林村延伸至棲霞市西尹家村，該段長約18 km，可見寬度50～200 m，走向近東西，傾向南，傾角25°～60°，該段構(gòu)造作為臧家莊中—新生代斷陷盆地的北界，對盆地形成起到了明顯的控制作用。該段的構(gòu)造巖組合為構(gòu)造角礫巖和碎裂巖。斷裂具有先壓后張多期次活動特點，西林金礦床的產(chǎn)出受控于該斷裂。為了深入研究深部成礦系統(tǒng)和控礦要素，實現(xiàn)西林斷裂深部找礦新突破，在西林斷裂附近開展了CSAMT、廣域電磁法、CSAMT數(shù)據(jù)廣域化等地球物理勘查工作。其中，CSAMT的頻率為1～9600 Hz，廣域電磁法的頻率為0.0117～8192 Hz[2]。

西林斷裂CSAMT、CSAMT數(shù)據(jù)廣域化、廣域電磁法反演對比見圖6。CSAMT反演電阻率斷面圖使用CSAMT-SW軟件反演；CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演電阻率斷面圖使用winglink軟件反演；廣域電磁法反演電阻率斷面圖使用廣域電磁法反演軟件反演。對比圖6-a、c可知：CSAMT對左側(cè)的高阻部分反映較好，而右側(cè)的低阻部分在-1000 m深度以下的高阻部分（G2）則沒有反映。通過查看一維反演數(shù)據(jù)，CSAMT在右側(cè)低阻部分反映深度較淺，達不到1200 m，圖6-c對G2區(qū)域反應(yīng)較好，與圖6-b對比形態(tài)相似：在3800測點附近電阻率等值線有向淺部凸起的趨勢。圖6-c右下角深度超過2 2 0 0 m有1處高阻異常，在圖6-b中沒有，通過查看數(shù)據(jù)，CSAMT數(shù)據(jù)廣域化一維反演也沒有達到該深度。因此，該高阻異常是CSAMT數(shù)據(jù)廣域化反演加入的。

通過對比發(fā)現(xiàn)，CSAMT數(shù)據(jù)廣域化處理不僅反演結(jié)果更加準確，而且還能增加反演深度，但由于CSAMT采用的頻率較高，所以深度比廣域電磁法淺。在今后的CSAMT工作中應(yīng)該增加低頻測點，以便增加反演深度，提高反演精度。

圖6中紅色虛線為推斷西林斷裂，在3800測點附近布設(shè)鉆孔XLZK01，終孔深度2002 m。于-1150～-610m深度揭露西林斷裂。鉆探驗證情況與圖6-b對應(yīng)較好，這是因為CSAMT頻點數(shù)與廣域電磁法頻點數(shù)相同，但范圍小，所以頻點更密集。經(jīng)取樣化驗，于-990～-970 m深度發(fā)現(xiàn)良好的金、銀、銅、鉛、鋅、硫礦化。其中，金品位為0.05～0.72 g/t，銀最高品位為10.71 g/t，銅最高品位為0.19%，鉛最高品位為0.2 4%，鋅最高品位為0.2 5%，硫最高品位為7.2 5%;表明西林深部具有較好的礦化顯示。

4結(jié)語

V8電法工作站可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)廣域化處理，比傳統(tǒng)CSAMT能獲得更加豐富的信息，探測深度大大增加，數(shù)據(jù)更加準確，優(yōu)勢明顯。與廣域電磁法結(jié)果相比，CSAMT數(shù)據(jù)廣域化淺部內(nèi)容沒有廣域電磁法細節(jié)多，這是由于CSAMT頻率設(shè)置較窄導致的。在進行CSAMT工作時，可以增加頻率密度，增加采集時間以達到接近或者替代廣域電磁法的目的。與廣域電磁法野外施工相比，CSAMT野外施工需要的電流小，這不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且降低了安全風險。

如果已經(jīng)擁有V8電法工作站，可以按照CSAMT野外工作流程采集數(shù)據(jù)，通過增加頻點數(shù)量及采集時間的方法獲得比傳統(tǒng)CSAMT更多的數(shù)據(jù)，再利用本文提出的方法對數(shù)據(jù)進行處理，能達到廣域電磁法的效果。該方法不僅節(jié)省了購買廣域電磁測深設(shè)備的支出，而且拓展了原有設(shè)備的應(yīng)用范圍，即便需要使用MT方法解決的問題，在深度要求不是很大的前提下也可以使用CSAMT數(shù)據(jù)廣域化來實現(xiàn)。

可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)廣域化處理方法屬于礦產(chǎn)勘查技術(shù)創(chuàng)新，是礦產(chǎn)勘查新質(zhì)生產(chǎn)力的一部分。新質(zhì)生產(chǎn)力的引入，不僅僅是技術(shù)層面的革新，更是思維模式的轉(zhuǎn)變。廣域化處理技術(shù)與CSAMT的深度融合，不僅解決了傳統(tǒng)方法中的技術(shù)瓶頸，還促進了勘探效率的全面提升。通過減少數(shù)據(jù)處理中的錯誤和干擾，加快了地質(zhì)模型的構(gòu)建速度，降低了勘探成本，為地質(zhì)勘查行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。

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Research and application of wide-area processing for controlled-source audio magnetotelluric sounding data from the V8 electrical workstation

Wang Junwei1，Hu Junjie2，Ding Zhengjiang'，Wang Yu'，Yin Zhaokai1，Song Linjun'，Li Ruibo1

（1.No.6 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources;

2.No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province）

Abstract：I n recent years，the growing demand for deep and concealed orebody exploration in the geological prospecting field has significantly advanced the process of deep-targeting exploration through the widespread application of electromagnetic equipment，particularly the transition from the V8 electrical workstation to wide-area electromagnetic sounding devices.Based on the similarities in fundamental principles and field operation procedures between the V8 electrical workstation and wide-area electromagnetic sounding equipment，this study proposes an innovative method for wide-area processing of controlled-source audio magnetotelluric（CSAMT）sounding data collected using the V8 electrical workstation.Comparative analyses of data processing results from 3 real cases demonstrate that this approach effectively simulates and achieves the exploration performance of wide-area electromagnetic equipment.It enhances data interpretation accuracy and exploration target depth without requiring additional hardware investment.The wide-area processing method for CSAMT data represents a significant improvement and innovation in traditional electromagnetic exploration technology and exemplifies the development of new quality productive forces in the field of mineral exploration.

Keywords：V8 electrical workstation;wide-area electromagnetic method;controlled-source audio magnetotelluricsounding;new quality productive forces;mineral exploration;goaf exploration and remediation;geothermal exploration;Carnian resistivity