青云， 雷達(dá)*， 王中興， 張一鳴， 王順， 張啟卯， 張文偉， 歐陽(yáng)濤

1 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國(guó)科學(xué)院頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029 2 北京工業(yè)大學(xué)， 北京 100022 3 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所， 北京 100190 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

?

多通道大功率電法勘探儀集成試驗(yàn)

青云1,4， 雷達(dá)1,4*， 王中興1， 張一鳴2， 王順3， 張啟卯3， 張文偉1,4， 歐陽(yáng)濤1,4

1 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國(guó)科學(xué)院頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029 2 北京工業(yè)大學(xué)， 北京 100022 3 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所， 北京 100190 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

采用自主研發(fā)的多通道大功率電法勘探儀進(jìn)行了深部礦勘探測(cè)試.首先在河北省張家口市張北縣進(jìn)行了儀器整體的調(diào)試和波形測(cè)試等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在大偏移距情況下，盡管存在50 Hz電磁干擾，也能獲得與發(fā)射波形相關(guān)的波形曲線，驗(yàn)證了儀器系統(tǒng)的正確性和穩(wěn)定性.然后在內(nèi)蒙古曹四夭鉬礦區(qū)采集了4.8 km的剖面數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作.對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了大地脈沖響應(yīng)計(jì)算、峰值時(shí)刻提取和視電阻率計(jì)算，以及電阻率二維反演工作，反演的的電阻率斷面結(jié)構(gòu)與已知地質(zhì)資料相吻合，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)流程和處理方法的正確性.此次多通道大功率電法勘探儀的成功集成，為進(jìn)一步大規(guī)模比對(duì)試驗(yàn)和裝備整裝勘探打下了基礎(chǔ).

多通道大功率電法勘探儀； 集成試驗(yàn)； 大地脈沖響應(yīng)

1 引言

2002年，由英國(guó)愛丁堡大學(xué)的Ziolkowski、Hobbs和Wright等人提出了一種瞬變電磁探測(cè)新技術(shù)—多道瞬變電磁法(Multi channel transient electromagnetic method, M-TEM).Wright等(2002)通過分析和處理多道瞬變電磁系統(tǒng)所采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成功地得到了油氣藏監(jiān)測(cè)的成果，大大拓寬了瞬變電磁法的應(yīng)用領(lǐng)域.Ziolkowski(2007)利用多道瞬變電磁探測(cè)系統(tǒng)在法國(guó)西南部天然氣儲(chǔ)層進(jìn)行了實(shí)地觀測(cè)，取得了較好的勘探效果.此后，多道瞬變電磁法被應(yīng)用于海上油氣資源探測(cè)，Ziolkowski等(2010)在北海Harding油氣田進(jìn)行了重復(fù)性探測(cè)試驗(yàn)；2010年在挪威Peon油氣田的淺海勘探中，對(duì)比了方波和偽隨機(jī)兩種發(fā)射信號(hào)源的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示偽隨機(jī)信號(hào)具有更強(qiáng)的分辨能力(Ziolkowski et al., 2011).該系統(tǒng)自第二代產(chǎn)品開始更新為以m序列作為發(fā)射波形，觀測(cè)時(shí)同時(shí)記錄多道電場(chǎng)分量數(shù)據(jù)和發(fā)射波形，采用地震數(shù)據(jù)處理的方法，即對(duì)發(fā)射波形和接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，以此獲得大地沖激響應(yīng)后再利用擬地震方法進(jìn)行解釋.

2010年以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所在國(guó)土資源部深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)(SinoProbe)中承擔(dān)了《地面電磁探測(cè)(SEP)系統(tǒng)研制》項(xiàng)目的研究，研制了具有可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)等功能的電磁探測(cè)儀.2013年，在國(guó)家重大科研裝備研制—“深部資源探測(cè)核心裝備研發(fā)”項(xiàng)目中，開始研制“多通道大功率電法勘探儀”.該儀器系統(tǒng)的研制目標(biāo)為研發(fā)出具有偽隨機(jī)電流編碼發(fā)射和測(cè)量功能的大功率發(fā)射機(jī)、多通道陣列接收機(jī)、高速數(shù)傳及主控系統(tǒng)、多次信號(hào)疊加的電磁成像軟件，形成一套完整的能在陸上開展4000 m深度范圍電性精細(xì)結(jié)構(gòu)探測(cè)的新型多通道大功率電法勘探儀器系統(tǒng).經(jīng)過多家合作單位的努力，已完成儀器的各部件的研制，現(xiàn)已進(jìn)入儀器集成調(diào)制階段.本文首先介紹多通道大功率電法勘探儀的系統(tǒng)組成、方法原理和集成方案，然后介紹自主研制的M-TEM系統(tǒng)在張家口市張北縣和內(nèi)蒙古興和縣曹四夭鉬礦集成試驗(yàn)的研究結(jié)果.

2 M-TEM方法原理及系統(tǒng)組成

M-TEM是通過有限長(zhǎng)接地導(dǎo)線電流源向地下發(fā)送偽隨機(jī)編碼(Pseudo Random Binary Sequence，PRBS)電流信號(hào)，在發(fā)射源軸向上同時(shí)觀測(cè)電磁場(chǎng)響應(yīng)與記錄發(fā)射電流，然后通過反褶積得到大地脈沖響應(yīng)，并計(jì)算視電阻率，以達(dá)到探測(cè)不同埋深地質(zhì)目標(biāo)體的目的.M-TEM系統(tǒng)工作原理見圖1.采用大功率發(fā)射機(jī)發(fā)射偽隨機(jī)編碼電流，進(jìn)行全波形數(shù)據(jù)采集；用陣列式接收的方法，實(shí)現(xiàn)多次覆蓋觀測(cè)；采用類地震的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，有效地提高了分辨率和勘探深度(Wright et al., 2002, 2005；Hobbs et al., 2006).可用于陸地和海洋開展深部資源勘查.

在M-TEM中，通常把大地看作線性時(shí)不變系統(tǒng)，響應(yīng)電壓v(t)可以表示為發(fā)射電流與大地脈沖響應(yīng)的卷積，公式為

v(t)=s(t)*g(t)+n(t)，

(1)

式中s(t)為編碼電流、發(fā)射系統(tǒng)和收發(fā)距離有關(guān)的系統(tǒng)響應(yīng)，包括發(fā)射設(shè)備電路、接地電極和連接接地電極的電纜等的響應(yīng).在數(shù)據(jù)采集中，s(t)可通過記錄源電流的方式或者在發(fā)射源附近采集源電壓的方式進(jìn)行采集.g(t)為來(lái)自地質(zhì)目標(biāo)體的大地脈沖響應(yīng)，n(t)為噪聲.通過反褶積去掉n(t)的影響可求出大地脈沖響應(yīng)，大地脈沖響應(yīng)包含了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的大地電阻率信息.

對(duì)于均勻大地，大地脈沖響應(yīng)的峰值時(shí)刻tpeak,r(Ziolkowski et al., 2007)為

(2)

其中，μ是介質(zhì)的磁導(dǎo)率，r是收發(fā)偏移距(m)，ρ是大地電阻率(Ωm).我們可以利用大地脈沖響應(yīng)的峰值時(shí)刻轉(zhuǎn)換為視電阻率ρa(bǔ)，公式為

(3)

其記錄點(diǎn)位為該收發(fā)偏移距的中點(diǎn)，這與傳統(tǒng)的偶極-偶極電測(cè)深的記錄點(diǎn)是一致的，通過發(fā)射點(diǎn)在整個(gè)剖面的不斷移動(dòng)與供電，由此獲得不同偏移距的視電阻率和記錄位置，可得到整條剖面的視電阻率擬斷面圖，基本上反映剖面地下不同深度的地質(zhì)信息.

圖1 M-TEM工作原理Fig.1 Schematic diagram showing the principle of the M-TEM method

圖2 總設(shè)計(jì)框圖Fig.2 General design frame

多通道大功率電法勘探儀分為發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、分布式電磁數(shù)據(jù)采集站、主控單元、數(shù)據(jù)傳輸與傳感器子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)，其總設(shè)計(jì)框圖及其相互關(guān)系見圖2.發(fā)射機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、不可控整流橋、脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器、H逆變橋，以及用于產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼(PRBS)發(fā)射波形的碼型發(fā)生器(包括逆變橋的驅(qū)動(dòng)器).M-TEM分布式電磁數(shù)據(jù)采集與主控單元子系統(tǒng)分主控單元和分布式電磁數(shù)據(jù)采集站兩個(gè)部分.主控單元是系統(tǒng)控制的核心，由嵌入式微處理器和其他控制與處理單元構(gòu)成.主控單元通過嵌入式微處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、分布式控制與質(zhì)量監(jiān)控，可配置多樣化數(shù)據(jù)通信接口、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口和人機(jī)控制接口.分布式多通道電磁數(shù)據(jù)采集站采用低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管放大電路提高接收通道的靈敏度，通過差分放大抑制采集站與大地之間耦合產(chǎn)生的共模干擾；采用采樣率可調(diào)的24bit Delta Sigma A/D轉(zhuǎn)換器，自適應(yīng)程序增益控制，實(shí)現(xiàn)了高精度、寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)據(jù)采集；采用高性能FPGA控制系統(tǒng)的時(shí)序邏輯、數(shù)據(jù)幀生成及數(shù)據(jù)傳輸；設(shè)計(jì)可編程控制開關(guān)陣列電路，實(shí)現(xiàn)靈活的通道切換和通道擴(kuò)展；配置無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，以適應(yīng)不同施工環(huán)境的需求；采集站采用智能電源管理系統(tǒng)降低系統(tǒng)功耗，適應(yīng)野外作業(yè)需要.

3 M-TEM系統(tǒng)集成試驗(yàn)

3.1 河北省張家口市張北縣M-TEM集成試驗(yàn)

由于河北張家口市張北縣交通便利、地形平坦、電磁干擾小，是近年來(lái)各種新儀器、新方法試驗(yàn)的首選場(chǎng)地.2015年6月，M-TEM系統(tǒng)在河北省張北縣對(duì)發(fā)射機(jī)子系統(tǒng)、電磁數(shù)據(jù)采集與主控單元進(jìn)行了調(diào)試與集成試驗(yàn).

野外試驗(yàn)接地電阻穩(wěn)定在45～60 Ω，發(fā)射電流最大達(dá)到20 A，最小11 A.輸出電壓精度為0.83%～2.3%，保證了發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行.

野外集成試驗(yàn)投入接收機(jī)11臺(tái)，其中1臺(tái)(編號(hào)為1312)用于發(fā)射端波形記錄，其余10臺(tái)(編號(hào)依次為1301～1310)用于沿剖面的數(shù)據(jù)接收.每2臺(tái)設(shè)備分為一組，共5組同時(shí)工作，其中每組編號(hào)為奇數(shù)的接收機(jī)同時(shí)接入4對(duì)電極，編號(hào)為偶數(shù)的接收機(jī)同時(shí)接入2對(duì)電極和1根磁棒.每對(duì)電極間距為60 m，每組接收機(jī)(2臺(tái))覆蓋360 m距離，5組共覆蓋1800 m距離，由于接收機(jī)數(shù)量有限，為覆蓋3600 m測(cè)線，進(jìn)行了幾個(gè)不同收發(fā)偏移距供電與觀測(cè)波形的測(cè)試試驗(yàn)，其中最大偏收發(fā)移距離rmax為3600 m.

圖3為實(shí)測(cè)的電流、電壓波形，圖中上面兩個(gè)圖分別為碼型發(fā)生器的電壓和電流波形，下面兩圖分別為實(shí)測(cè)的電壓和電流波形，M-TEM野外試驗(yàn)表明，碼型發(fā)生器產(chǎn)生的編碼信號(hào)及發(fā)射的偽隨機(jī)信號(hào)準(zhǔn)確，發(fā)射時(shí)間與GPS時(shí)間同步；發(fā)射機(jī)附近的碼型測(cè)量單元的采集時(shí)間與接收機(jī)采集時(shí)間同步，采集精度和采樣率(16 KHz)與接收機(jī)相同.

圖4為在距發(fā)射源不同偏移距r(620～3600 m)處接收的電場(chǎng)信號(hào).圖最下方為發(fā)射的偽隨機(jī)電壓波形；偏移距r為620 m電場(chǎng)信號(hào)的波形脈寬基本與發(fā)射的偽隨機(jī)波形相對(duì)應(yīng)，在1140 m處的電場(chǎng)波形與所發(fā)射的波形有很好的相關(guān)性，但隨著偏移距的加大，接收的發(fā)射信號(hào)也隨著減弱，當(dāng)偏移距r在大于1620 m時(shí)，由于受到50 Hz的電磁干擾，發(fā)射的波形基本疊加在50 Hz干擾信號(hào)之上，此時(shí)觀測(cè)的信號(hào)以50 Hz的電磁干擾為主；在偏移距大于2100 m時(shí)，與發(fā)射相關(guān)的電場(chǎng)信號(hào)基本被50 Hz干擾所淹沒，觀測(cè)的電場(chǎng)信號(hào)基本為較強(qiáng)的50 Hz波形.

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在偏移距較小時(shí)，接收電場(chǎng)信號(hào)波形與發(fā)射波形對(duì)應(yīng)很好，隨著偏移距的加大，接收的發(fā)射信號(hào)也隨著減弱，在大偏移距(r=1620 m)情況下，盡管存在50 Hz電磁干擾，也能獲得與發(fā)射波形相關(guān)的波形曲線，驗(yàn)證了儀器系統(tǒng)的正確性和穩(wěn)定性.表明本次試驗(yàn)的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)調(diào)試與集成工作正常，可以進(jìn)入下期剖面試驗(yàn).3.2 內(nèi)蒙古興和縣曹四夭鉬礦區(qū)M-TEM實(shí)測(cè)試驗(yàn)3.2.1 地質(zhì)概況

試驗(yàn)區(qū)在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市興和縣境內(nèi)，位于古興和縣的城關(guān)鎮(zhèn)東南方4 km處，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°52′37″，北緯40°49′30″.該礦床的鉬資源量大于200萬(wàn)噸，平均品位大于0.03%(李香資等,2012；聶鳳軍等，2012)，已控制礦體為東西長(zhǎng)1900 m，南北寬1400 m，單孔最大見礦厚度大于900 m，估算鉬金屬儲(chǔ)量為200萬(wàn)噸，成為中國(guó)第一、世界第二的大型鉬礦.

試驗(yàn)區(qū)位于華北地臺(tái)北緣的內(nèi)蒙古臺(tái)隆涼城斷隆的東部，處于北東向大同至尚義構(gòu)造與北西向商都至蔚縣構(gòu)造帶交匯部位的西南側(cè)；斷裂構(gòu)造主要有北西向、北東向、北北東向及近南北向斷裂，大斷裂的次級(jí)斷裂束是燕山期花崗巖熔漿向外侵入的主要通道，以外接觸帶形式形成巖枝或微小巖株(王衛(wèi)東等，2014).

區(qū)域內(nèi)主要巖石為太古宙麻粒巖相結(jié)晶基底和沉積蓋層，圖5示出了出露地層主要為：新近系中新統(tǒng)老梁底組、漢諾壩組，新生界古近系漸新統(tǒng)呼爾井組和烏蘭戈楚組，上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組，中生界侏羅系中統(tǒng)長(zhǎng)漢溝組，中太古界集寧巖群黃土窯巖組(李香資等，2012).

圖3 碼型測(cè)量單元實(shí)測(cè)發(fā)射電流電壓波形圖中四個(gè)結(jié)果從上到下以次為：碼型發(fā)生器的電壓波形、碼型發(fā)生器的電流波形、實(shí)測(cè)的電壓波形、實(shí)測(cè)的電流波形.Fig.3 Measured source waveforms and full waveform responseFrom top to bottom: source voltage, source current, measured voltage, measured current.

圖4 不同偏移距(r)發(fā)射電壓與接收電場(chǎng)波形Fig.4 Emitted and recorded signals of different offsets

區(qū)域巖漿活動(dòng)頻繁，形成了大量的中、新太古代變質(zhì)深成體和中生代晚侏羅世中細(xì)粒似斑狀花崗巖，以及少量的早白堊世花崗斑巖，其中早白堊世的花崗斑巖為成礦母巖(王衛(wèi)東等，2014)，也是地質(zhì)找礦的標(biāo)志巖性.

總之，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁，成礦地質(zhì)條件有利.

3.2.2 試驗(yàn)區(qū)的電性特征

由李香資等人(2012)在礦區(qū)的激電工作結(jié)果表明：試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的少斑花崗巖和多斑花崗巖的電阻率均為高阻，其值均大于800 Ωm；在礦區(qū)上表現(xiàn)為高極化率和低電阻率，視幅頻率( FS值) 均大于1.5%, 最高值達(dá)14.75% , 視電阻率值為50～400 Ωm, 最高值達(dá)500 Ωm，這一電性特征與鉬礦體產(chǎn)出的有利地段有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 揭示了地下鉬礦體的存在.

綜上所述，曹四夭礦區(qū)具有良好的地球物理前提，適合進(jìn)行M-TEM試驗(yàn).

3.2.3 M-TEM試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

2015年7月在試驗(yàn)測(cè)區(qū)布設(shè)了1條測(cè)線L2，如圖6中的紅色直線，黃色線圈定區(qū)域?yàn)殂f礦控制范圍，L2剖面方位角近北西40°，剖面長(zhǎng)度4.8 km，測(cè)線的1600點(diǎn)和3100點(diǎn)分別為鉬礦北側(cè)和南側(cè)邊界.

試驗(yàn)采用接地電極對(duì)向地下發(fā)射碼元頻率為512 Hz的12階PRBS電流碼型，重復(fù)發(fā)射30個(gè)周期.由于在試驗(yàn)中僅投入10臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行剖面觀測(cè)，布設(shè)10臺(tái)儀器可觀測(cè)30個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)距、電極距均為40 m，可控制剖面長(zhǎng)度1200 m，故此將長(zhǎng)度4800 m的剖面分為4段，當(dāng)每段1200 m處布設(shè)好10臺(tái)接收機(jī)時(shí)，以240 m長(zhǎng)度的發(fā)射電偶極子從0號(hào)點(diǎn)向大號(hào)點(diǎn)依次進(jìn)行供電，至到最后的接收點(diǎn)，至此完成當(dāng)前接收剖面的數(shù)據(jù)采集后，移動(dòng)整體10臺(tái)接收機(jī)到下一個(gè)1200 m地段，發(fā)射電偶極子返回到0號(hào)點(diǎn)繼續(xù)以上一次的順序開展工作，至到完成整條剖面的數(shù)據(jù)采集.

觀測(cè)系統(tǒng)如圖7所示，地面紅色倒三角形表示發(fā)射偶極的中心位置，藍(lán)點(diǎn)表示接收偶極的中心位置，圖中每一個(gè)黑點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)大地脈沖響應(yīng)，橫坐標(biāo)為發(fā)射偶極中心和接收偶極中心的中心位置，縱坐標(biāo)是發(fā)射偶極中心和接收偶極中心之間距離的一半.本次試驗(yàn)?zāi)康脑谟趦x器系統(tǒng)集成與剖面測(cè)量試驗(yàn)，探測(cè)深度不大于2000 m，后續(xù)試驗(yàn)的探測(cè)深度將達(dá)4000 m.

3.2.4 M-TEM數(shù)據(jù)處理與解釋

接收機(jī)在測(cè)線的各測(cè)點(diǎn)記錄電場(chǎng)信號(hào)的時(shí)候，有1臺(tái)和接收端一樣的接收機(jī)在發(fā)射電偶極中心處同時(shí)觀測(cè)電場(chǎng)信號(hào)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將對(duì)應(yīng)同一時(shí)間的在發(fā)射源中心接收的電場(chǎng)信號(hào)和接收區(qū)的電場(chǎng)信號(hào)做反褶積，求得大地脈沖響應(yīng).圖8是以600 m點(diǎn)為發(fā)射源時(shí)，在距發(fā)射源不同偏移距r(600～4500 m)處接收到的電場(chǎng)信號(hào)，r=0 m時(shí)接收的波形是在發(fā)射電偶源中心處觀測(cè)電場(chǎng)信號(hào)，圖最下方為發(fā)射的偽隨機(jī)電壓波形.偏移距r從400 m至4500 m，接收的電場(chǎng)信號(hào)由強(qiáng)逐漸減弱，偏移距r從400 m至540 m的電場(chǎng)信號(hào)基本為與發(fā)射的偽隨機(jī)信號(hào)一致，1100 m處的電場(chǎng)信號(hào)與所發(fā)射的波形基本相同，但從1900 m至3860 m處的電場(chǎng)信號(hào)基本為50 Hz電磁干擾信號(hào)，從4150 m和4500 m處的電場(chǎng)信號(hào)表現(xiàn)為較強(qiáng)的脈沖干擾.

圖5 曹四夭鉬礦地質(zhì)圖(李香資等，2012)1. 第四系的沖洪積砂、礫石松散堆積、風(fēng)積黃土狀亞粘土、亞砂土； 2. 第三系的砂質(zhì)粘土砂礫石夾泥灰?guī)r、橄欖玄武巖夾砂礫石、粘土薄層、粉砂巖； 3. 中太古界黃土窯組石榴石淺粒巖夾石榴斜長(zhǎng)石英巖和矽線石榴正常片麻巖； 4. 淺肉紅色少斑花崗斑巖和灰白色多斑花崗斑巖； 5. 少斑花崗斑巖脈和花崗細(xì)晶巖脈； 6. 輝綠巖脈； 7. 主要鉬礦體分布范圍.Fig.5 Geological map of the molybdenum deposit (Li et al.,2012)1. Alluvial sand, gravel loose piled,wind carried subclay and subsand of Quaternary; 2. Sandy clay and granulite sandwich marl and olivine basalt sandwich granulite, clay thin band and siltstone of Tertiary system; 3. Garnet leucogranulitite sandwich garnet plagio-quartzite and sillimanite garnet-gneiss of loess kiln group of mesoarchaean group; 4. Light red minor spot granite porphyry and gray spot granite porphyry; 5. Minor spot granite porphyry vein and granite aplite dike; 6. Diabase vein; 7. Distrbution of main ore bodies.

圖6 曹四夭野外試驗(yàn)測(cè)線位置黃色線圈定的是鉬礦在地表的投影范圍，紅色直線為M-TEM集成試驗(yàn)的測(cè)線.Fig.6 location of the survey line in the field at Caisiyao Red line is the survey line and the yellow trap is the range of the molybdenum deposit.

圖7 曹四夭野外試驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng)及地質(zhì)目標(biāo)Fig.7 Sketch showing relationship between the target and the data coverage

通過對(duì)發(fā)射源中心接收的電場(chǎng)信號(hào)與接收電場(chǎng)信號(hào)的反褶積，求得大地脈沖響應(yīng)，圖9是偏移距從60 m至4500 m的大地脈沖響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，響應(yīng)曲線的峰值時(shí)刻由小逐漸變大，由此可以根據(jù)公式(3)計(jì)算其響應(yīng)的視電阻率.

由每個(gè)大地脈沖響應(yīng)的峰值轉(zhuǎn)換的視電阻率可以繪制視電阻率擬斷面圖，如圖10所示.視電阻率反映為兩層地電斷面，淺部的低阻為風(fēng)化的中太古界黃土窯巖組，深部的高阻為花崗巖的反映，與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況相吻合.

對(duì)獲取的視電阻率采用美國(guó)Zonge公司的Ts2dip.exe軟件進(jìn)行二維電阻率反演，其結(jié)果如圖11所示.淺部厚度約為50 m的電性層(小于100 Ωm)對(duì)應(yīng)著淺表第四系地層，其下伏小于2200 Ωm的高阻電性層均為花崗斑巖和花崗巖的反映.

4 結(jié)論

本文介紹了M-TEM法的方法原理和研制的M-TEM系統(tǒng)集成的野外試驗(yàn).通過試驗(yàn)初步驗(yàn)證了發(fā)射機(jī)發(fā)出的偽隨機(jī)編碼的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證了M-TEM采集站接收機(jī)實(shí)施方案的可行性，為后續(xù)接收機(jī)的量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)；M-TEM系統(tǒng)的野外集成試驗(yàn)，獲取了可靠地野外數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)數(shù)據(jù)預(yù)處理和反演工作的開展，已實(shí)現(xiàn)了M-TEM從野外數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、反演和解釋的整個(gè)工作流程；集成試驗(yàn)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件中存在的不足，為整體系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)和完善提供了依據(jù).

圖8 發(fā)射源在600 m發(fā)射輸出電壓波形和不同偏移距(r)接收電場(chǎng)波形Fig.8 Transmitted & recorded signal of different offsets with the source position 600 m

圖9 以600 m點(diǎn)為發(fā)射源的不同偏移距(r)的大地脈沖響應(yīng)曲線Fig.9 Recovered impulse response of different offsets with the source position 600 m

圖10 視電阻率擬斷面Fig.10 Pseudosection of apparent resistivity

圖11 二維反演電阻率斷面Fig.11 Section of resistivity by 2D inversion

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(本文編輯 張正峰)

An integrated test of the multi-channel transient electromagnetic system

DI Qing-Yun1,4, LEI Da1,4*, WANG Zhong-Xing1, ZHANG Yi-Ming2, WANG Shun3, ZHANG Qi-Mao3, ZHANG Wen-Wei1,4, OUYANG Tao1,4

1KeyLaboratoryofShaleGasandGeoengineering,CAS,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China2Beijinguniversityoftechnology，Beijing100022,China3InstituteofElectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China4UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Independent development of a multi-channel transient electromagnetic (M-TEM) system has entered the instrument integration stage. Firstly, the debugging and the waveform measurement of the instrument have been successfully conducted in Zhangbei county, Hebei Province. In the case of large offset, at the presence of the 50Hz electromagnetic interference, it can get a good correlation with emission waveform for received curves, which shows that the overall performance of the instrument is stable. Afterwrads, the experimental test was carried out at a Mo mine of Caosiyao, Inner Mongolia. The 4.8 km profile data were acquired and processed, followed by picking peak times and calculating apparent resistivity from recorded data, and 2D inversion conducted. The shape of 2D inversion section is in agreement with the known geological data. These have laid the foundation for the large-scale comparive test and equipment exploration in the subsequent work.

Multi channel transient electromagnetic system; Integrated test; Earth response

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10.6038/cjg20161201.

國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“深部資源探測(cè)核心裝備研發(fā)”(ZDYZ2012-1)-05子項(xiàng)目“多通道大功率電法勘探儀”項(xiàng)目資助.

底青云，女，研究員，主要從事地球電磁學(xué)理論與應(yīng)用研究. E-mail: qydi@mail.iggcas.ac.cn

*通訊作者 雷達(dá)，男，研究員，主要從事地球電磁方法研究. E-mail: leida@mail.iggcas.ac.cn

10.6038/cjg20161201

P631

2016-02-04，2016-08-23收修定稿

底青云， 雷達(dá)， 王中興等. 2016. 多通道大功率電法勘探儀集成試驗(yàn). 地球物理學(xué)報(bào)，59(12):4399-4407,

Di Q Y, Lei D, Wang Z X,et al. 2016. An integrated test of the multi-channel transient electromagnetic system.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(12):4399-4407,doi:10.6038/cjg20161201.