尚銘森

摘要：為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)建中國(guó)大陸巖石圈電磁學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)體及導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)模型的目標(biāo)，“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”設(shè)立“大陸電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究”項(xiàng)目。研究具體的實(shí)施方法技術(shù)，并提供示范性成果，為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)的建設(shè)提供可靠的實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建完整的區(qū)域殼、幔電性三維數(shù)據(jù)體。

關(guān)鍵詞：中國(guó)東北 大地電磁測(cè)深 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0093-02

地球作為人類(lèi)唯一賴以生存的居住場(chǎng)所，為人類(lèi)生存提供了必不可少的水源、食物以及其他資源；但隨之帶來(lái)的還有火山、地震等自然災(zāi)害。我國(guó)啟動(dòng)了一項(xiàng)“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”的項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目也是我國(guó)地球科學(xué)進(jìn)入深部探測(cè)計(jì)劃的標(biāo)志，它通過(guò)深部探測(cè)，給地球做了個(gè)B超，探析地球深部的物質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力學(xué)過(guò)程，不僅是人類(lèi)未來(lái)汲取資源和保障自身安全的基本需求，也是為了追求探索大自然更深的奧秘。“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”其中一個(gè)專項(xiàng)就是東北陣列式區(qū)域大地電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)，第一個(gè)項(xiàng)目“大陸電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究”課題4（SinoProbe-1-4）。

1 大地電磁測(cè)深原理

大地電磁測(cè)深是一種以天然存在的區(qū)域性分布的交變電磁場(chǎng)為場(chǎng)源的電磁法。這類(lèi)天然電磁場(chǎng)具有很大的能量，很寬的頻帶，為研究幾十乃至上百公里深的地殼與上地幔提供信息。

超寬頻帶大地電磁測(cè)深是指采集信號(hào)的頻率范圍在低頻段從n×10-3～n×102Hz擴(kuò)展到n×10-4～n×102Hz時(shí)的大地電磁測(cè)深技術(shù)。超寬頻帶大地電磁測(cè)深，是目前用于探測(cè)巖石圈導(dǎo)電性最有效的地球物理技術(shù)。因?yàn)樘烊淮艌?chǎng)，不需要考慮人工發(fā)射源的問(wèn)題，因此只需要測(cè)量表面大地磁場(chǎng)Ex，Ey，Hx，Hy和Hz5個(gè)分量的時(shí)間序列。大地電磁測(cè)深的數(shù)據(jù)采集流程雖然比其他方式簡(jiǎn)單，但是所需采集的是天然電磁場(chǎng)，信號(hào)比較弱，對(duì)大地電磁儀的穩(wěn)定性和靈敏度有很高要求，需要嚴(yán)密的技術(shù)措施采集數(shù)據(jù)，以求保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)采集現(xiàn)在通常采用剖面測(cè)量為主，它先采集各個(gè)測(cè)點(diǎn)上的2個(gè)互相正交的電場(chǎng)分量、磁場(chǎng)分量和一個(gè)垂直的磁場(chǎng)分量，從這些數(shù)據(jù)估算測(cè)點(diǎn)位置地下介質(zhì)的張良阻抗和傾子信息。在野外測(cè)量時(shí)，通常會(huì)幾套儀器同時(shí)測(cè)量，使用外部衛(wèi)星時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)采集時(shí)間同步觀測(cè)；分頻段采集信號(hào)的時(shí)候，通過(guò)增高采樣率和縮短采集時(shí)間來(lái)采集高頻信號(hào)，采集低頻信號(hào)則使用低采樣率和較長(zhǎng)采集時(shí)間。

2 大地電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)方法

2.1標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)布置示意圖（如圖1）

東北陣列式區(qū)域大地電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)控制格架按4°×4°設(shè)計(jì)覆蓋整個(gè)東北地區(qū)的電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)為11個(gè)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)由兩條正交的十字剖面，包含1個(gè)中心點(diǎn)和8個(gè)輔助點(diǎn)，以中心點(diǎn)為中心，東南西北每個(gè)方向相隔20km各布置2個(gè)輔助點(diǎn)（如圖1），即覆蓋東北地區(qū)的大地電磁測(cè)深物理點(diǎn)為99個(gè)，以便對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行一維、二維甚至三維反演，獲得地下介質(zhì)較為可靠的電性結(jié)構(gòu)模型。

2.2儀器設(shè)備

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)使用的寬頻儀器主要是美國(guó)EMI公司生產(chǎn)的MT-24網(wǎng)絡(luò)型大地電磁系統(tǒng)、及加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V5-2000大地電磁系統(tǒng)。其中V5-2000儀器設(shè)備數(shù)量最多也最被專家認(rèn)可，它除了保持原有的小型、輕便、多道和智能化的優(yōu)點(diǎn)，還發(fā)展了衛(wèi)星同步測(cè)量技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)型或分布式組合系統(tǒng)。但是，該系統(tǒng)觀測(cè)信號(hào)的頻率范圍都在320～1/2000Hz之間，只能實(shí)現(xiàn)大地電磁寬頻帶數(shù)據(jù)采集，而不能滿足超寬頻帶測(cè)量的需要。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)在可以觀測(cè)周期長(zhǎng)達(dá)3×104s的大地電磁場(chǎng)信號(hào)的儀器主要是烏克蘭生產(chǎn)的長(zhǎng)周期智能化大地電磁系統(tǒng)LEMI—417M。所以，在進(jìn)行大地電磁測(cè)深時(shí)，必需把V5-2000系統(tǒng)和LEMI—417M系統(tǒng)配套使用。在同一個(gè)測(cè)點(diǎn)上，用V5-2000系統(tǒng)觀測(cè)高、中頻信號(hào)，用LEMI—417M系統(tǒng)觀測(cè)低頻和超低頻信號(hào)；在0.1～0.01Hz頻段實(shí)現(xiàn)兩種儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的拼接，從而得到超寬頻帶（320～3×10-5Hz）的大地電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。

2.3野外工作步驟

（1）開(kāi)工前對(duì)所有使用的儀器進(jìn)行儀器標(biāo)定和一致性試驗(yàn)；（2）測(cè)點(diǎn)布置按設(shè)計(jì)點(diǎn)位布設(shè)，測(cè)點(diǎn)選擇在開(kāi)闊、平坦的地方；（3）電極距一般為100m，采用標(biāo)準(zhǔn)“+”字形布設(shè)，接地電阻一般都小于2000Ω；（4）采集時(shí)間足夠長(zhǎng)，兩臺(tái)V5輪流觀測(cè)，一般設(shè)置成采集30h左右自動(dòng)關(guān)機(jī)，長(zhǎng)周期LEMI儀器采集時(shí)間7～10d；（5）認(rèn)真記錄儀器設(shè)置參數(shù)和測(cè)點(diǎn)周?chē)h(huán)境狀況。

2.4數(shù)據(jù)處理

資料處理方面，當(dāng)前主要采用帶遠(yuǎn)參考道的Robust張量阻抗估算技術(shù)。由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)干擾，所以需要采用一些估算方法來(lái)計(jì)算張量阻抗，而Robust方法具有較大優(yōu)勢(shì)，最大優(yōu)勢(shì)在于可以減弱單個(gè)“飛點(diǎn)”對(duì)數(shù)據(jù)處理的影響，故被廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)參考道技術(shù)基于足夠遠(yuǎn)的測(cè)站之間噪音不相關(guān)的原理，借助參考測(cè)站安靜的電磁場(chǎng)信號(hào)壓制本地測(cè)站的噪音，獲得良好的處理效果。可見(jiàn)，帶遠(yuǎn)參考道技術(shù)的野外觀測(cè)技術(shù)和Robust張量阻抗估算技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)、通用的大地電磁測(cè)深資料觀測(cè)與處理技術(shù)。

寬頻儀器和長(zhǎng)周期儀器之間由于儀器設(shè)備自身的差異，以及所采用的磁場(chǎng)傳感器的差異（寬頻通常采用感應(yīng)式，長(zhǎng)周期采用磁通門(mén)式），在同一點(diǎn)位采集的信號(hào)數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)拼接難題。為解決拼接問(wèn)題，測(cè)站布置過(guò)程中嚴(yán)格要求寬頻和長(zhǎng)周期同點(diǎn)位。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟杉螅瑢掝l與長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)拼接完美。（如圖2）

3 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建東北地區(qū)殼、幔電磁三維結(jié)構(gòu)模型，為最終建立中國(guó)大陸地殼和上地幔三維電磁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)模型，開(kāi)展地球物理—地質(zhì)綜合建模研究奠定基礎(chǔ)。將成為能源、礦產(chǎn)資源，成藏成礦理論創(chuàng)新的源泉，將為資源深層突破和開(kāi)辟“第二找礦空間”提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

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