王 帥，白 楠

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，鄭州 450016）

淺談國(guó)內(nèi)外地下地球物理探測(cè)技術(shù)的發(fā)展

王 帥，白 楠

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，鄭州 450016）

井間電磁層析成像技術(shù)是最重用的地下地球物理探測(cè)技術(shù)之一，它是將電磁波傳播理論應(yīng)用于地質(zhì)上的一種地球物理勘探方法。

地球物理；探測(cè)技術(shù)；發(fā)展

0 引言

蘇聯(lián)是井間電磁波法的發(fā)源地，1929年首先由A.A.彼得羅夫斯基提出。1946年后，蘇聯(lián)許多科研院所相繼開(kāi)展了這一方法的研究，并開(kāi)發(fā)出多種方法和技術(shù)設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了很好的作用。特別在金屬礦床的勘探過(guò)程中，方法在尋找井間盲礦、研究礦體產(chǎn)狀及形態(tài)方面取得了良好的地質(zhì)效果和經(jīng)濟(jì)效益，得到蘇聯(lián)地質(zhì)部有關(guān)部門(mén)的認(rèn)可。同時(shí)也引起世界許多國(guó)家對(duì)這一方法的關(guān)注和研究。

1 國(guó)外地下地球物理探測(cè)技術(shù)的發(fā)展

20世界70年代中期，美國(guó)R.J.Lytle等人將層析技術(shù)（CT）應(yīng)用于井間電磁波法，推動(dòng)了全球范圍內(nèi)井間電磁波CT的應(yīng)用與發(fā)展。電磁波的振幅、相位和走時(shí)三種參數(shù)均可進(jìn)行層析反演。由于在硬件方面的先進(jìn)性和軟件的成熟，美國(guó)的井間電磁波層析技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。1989年以來(lái)，美國(guó)LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了井間低頻電磁層析技術(shù)系統(tǒng)，已應(yīng)用于油氣探測(cè)。

蘇聯(lián)在頻率域井間電磁波法研究方面比較系統(tǒng)、全面，有一定的代表性。在理論研究、物性研究、儀器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究方面取得顯著成果。第二次世界大戰(zhàn)后，他們的儀器更新了幾代，但基本上是點(diǎn)頻連續(xù)波體制。最近幾年，俄羅斯開(kāi)始研制頻率掃描體制，不但開(kāi)展了振幅層析研究，還開(kāi)展了相位層析研究。在數(shù)值模擬層析反演過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)相位層析反演的結(jié)果比振幅層析反演的結(jié)果更為可靠和準(zhǔn)確。

20世紀(jì)90年代，以EMI公司為中心，美國(guó)加州的伯克利大學(xué)及由該校畢業(yè)在各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)界工作的科學(xué)家、工程師們，開(kāi)始進(jìn)行井間電磁成像系統(tǒng)的研究，基本完成了基礎(chǔ)理論數(shù)值模擬和可行性研究的大部分工作，并設(shè)計(jì)和制造了相應(yīng)的儀器設(shè)備。在油田井間距為25～100m，頻率為500Hz～20Kz的條件下，進(jìn)行了一系列有成效的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在處理方法和軟件開(kāi)發(fā)方面，也初步具備二維處理的能力。在具有金屬套管的井中，井間電磁成像研究方面也有較大的進(jìn)展。

20世紀(jì)80年代，時(shí)間域井間電磁層析成像即地質(zhì)雷達(dá)（CPR）在發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速發(fā)展。以美國(guó)、瑞典、加拿大等為代表的西方國(guó)家迄今已推出包括地面、井中等多種型號(hào)的產(chǎn)品，并在方法理論研究、應(yīng)用研究方面取得了大量成果。

國(guó)外對(duì)地下物探的應(yīng)用比較重視。如加拿大近十幾年來(lái)發(fā)現(xiàn)的金屬礦床，大部分是靠地下物探找到的。蘇聯(lián)曾用坑道電磁層析技術(shù)和井中電磁層析技術(shù)尋找坑道間及井間的盲礦，取得很大的成效。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)也在資源勘查中取得很好的地質(zhì)效果。

目前美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)井間電磁波層析研究與應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。國(guó)外儀器，連續(xù)波體制的一般測(cè)振幅和相位，脈沖體制測(cè)走時(shí)和波形。事實(shí)上，電磁場(chǎng)理論和巖礦石物理基礎(chǔ)的研究都表明，振幅、相位和傳播速度（或者相對(duì)電導(dǎo)率和相對(duì)介電常數(shù)）是地下介質(zhì)的重要特性，也是地球物理反演中用電磁方法來(lái)確定和識(shí)別地下目標(biāo)的重要電性參數(shù)。發(fā)展方向之一是利用多個(gè)參數(shù)進(jìn)行異常的解釋和識(shí)別，以克服多解性和提高分辨率。發(fā)展方向之二是工作頻率向低頻（增加探測(cè)距離）和高頻（提高分辨率）兩個(gè)方向發(fā)展，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的軟件。低頻井間電磁層析成像技術(shù)難度大，應(yīng)用前景廣，是目前地球物理應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的重要前沿。

2 我國(guó)地下地球物理探測(cè)技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)地下物探從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，開(kāi)發(fā)了JSZ-1型井中三分量磁力儀、JCX-1型小口徑五分量磁力儀，測(cè)量精度100～200nT，找鐵礦效果突出。井中、坑道無(wú)線電波法方面研制了多種型號(hào)儀器，JWQ-3型儀和JW-4型系統(tǒng)（包括處理、解釋系統(tǒng)）在國(guó)內(nèi)煤田、工程等有關(guān)單位得到廣泛應(yīng)用。曾將JW-4型系統(tǒng)拿到加拿大參與表演，加拿大國(guó)際鎳公司（INCO）在幾個(gè)國(guó)家得系統(tǒng)中最終選用了我國(guó)的JW-4系統(tǒng)。新開(kāi)發(fā)的JW-5D型地下電磁波系統(tǒng)，降低了工作頻率，加大了功率，并提供了井-地觀測(cè)設(shè)備。研制的DDJ-1井中激電儀和解釋系統(tǒng)，具有特色和實(shí)用性。研制出以電火花為聲源的DSJ井中聲波儀系列，數(shù)字收錄，并有井間層析成像處理系統(tǒng)，也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。井中瞬變電磁系統(tǒng)是地面WDC系列的組成部分，研制成三分量瞬變電磁探頭，具有較好性能。

近10年來(lái)，我國(guó)井間地震、電磁層析成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域變得越來(lái)越寬廣，從尋找鉆孔間金屬盲礦體發(fā)展到水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、煤田開(kāi)采領(lǐng)域，井間地震、電磁層析成像技術(shù)的應(yīng)用方興未艾，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益日益顯著。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)曾利用井間電磁波方法在香港、加拿大、匈牙利等地完成了多項(xiàng)勘查任務(wù)。在井間電磁、聲波層析成像硬件和軟件的研究開(kāi)發(fā)方面已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

地下物探（包括井-井、井-地、單井、井-坑道、坑道-坑道、坑道-地等多種觀測(cè)方式）大大開(kāi)拓了地下探測(cè)空間，地下物探技術(shù)從世界范圍看均處于發(fā)展階段。同其他的先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的地下物探技術(shù)水平旗鼓相當(dāng)，地下物探技術(shù)形成系列是我國(guó)一大特色。

在金屬礦勘查中的地下物探，推廣應(yīng)用不力，發(fā)展緩慢，與國(guó)外差距不斷加大。國(guó)外在尋找深部礦、攻克金屬礦巖礦石物質(zhì)成分和含量方面的井中物探與磁取樣、核取樣測(cè)井技術(shù)發(fā)展較快，儀器設(shè)備不斷完善。單孔多參數(shù)測(cè)量能提供目的體方位信息的井中物探是今后發(fā)展的主流。在具備雙孔或群孔條件時(shí)，跨孔井中物探方法和層析成像技術(shù)是一種最佳選擇。

3 總結(jié)

綜上所述，物探技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：方法理論不斷完善，方法技術(shù)適應(yīng)性越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，資料處理精細(xì)化、解釋自動(dòng)化、軟件集成化的程度越來(lái)越高，儀器系統(tǒng)則朝著智能化、多功能、集成化、網(wǎng)格化方向發(fā)展加快。

［1］中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所.中國(guó)重要金屬礦勘查物探化探方法技術(shù)應(yīng)用［M］.地質(zhì)出版社（北京），2011，（01）12.

［2］袁桂琴，熊盛青，孟慶敏等.地球物理勘查技術(shù)與應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，11（11）.

［3］唐金榮，周平，金慶花等.國(guó)外礦產(chǎn)勘查理論、方法和技術(shù)—?jiǎng)討B(tài)與趨勢(shì)［J］.北京：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.222