中国东北大地电磁场标准网建设方法

尚铭森

摘要：为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数数据体及导电性结构标准模型的目标，“深部探测技术与实验研究专项”设立“大陆电磁参数标准网实验研究”项目。研究具体的实施方法技术，并提供示范性成果，为标准网的建设提供可靠的实地观测数据，从而构建完整的区域壳、幔电性三维数据体。

关键词：中国东北 大地电磁测深 标准网

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0093-02

地球作为人类唯一赖以生存的居住场所，为人类生存提供了必不可少的水源、食物以及其他资源；但随之带来的还有火山、地震等自然灾害。我国启动了一项“深部探测技术与实验研究”的项目，这个项目也是我国地球科学进入深部探测计划的标志，它通过深部探测，给地球做了个B超，探析地球深部的物质、结构以及动力学过程，不仅是人类未来汲取资源和保障自身安全的基本需求，也是为了追求探索大自然更深的奥秘。“深部探测技术与实验研究”其中一个专项就是东北阵列式区域大地电磁场标准网，第一个项目“大陆电磁参数标准网实验研究”课题4（SinoProbe-1-4）。

1 大地电磁测深原理

大地电磁测深是一种以天然存在的区域性分布的交变电磁场为场源的电磁法。这类天然电磁场具有很大的能量，很宽的频带，为研究几十乃至上百公里深的地壳与上地幔提供信息。

超宽频带大地电磁测深是指采集信号的频率范围在低频段从n×10-3～n×102Hz扩展到n×10-4～n×102Hz时的大地电磁测深技术。超宽频带大地电磁测深，是目前用于探测岩石圈导电性最有效的地球物理技术。因为天然磁场，不需要考虑人工发射源的问题，因此只需要测量表面大地磁场Ex，Ey，Hx，Hy和Hz5个分量的时间序列。大地电磁测深的数据采集流程虽然比其他方式简单，但是所需采集的是天然电磁场，信号比较弱，对大地电磁仪的稳定性和灵敏度有很高要求，需要严密的技术措施采集数据，以求保证数据质量。

大地电磁测深数据采集现在通常采用剖面测量为主，它先采集各个测点上的2个互相正交的电场分量、磁场分量和一个垂直的磁场分量，从这些数据估算测点位置地下介质的张良阻抗和倾子信息。在野外测量时，通常会几套仪器同时测量，使用外部卫星时间来实现采集时间同步观测；分频段采集信号的时候，通过增高采样率和缩短采集时间来采集高频信号，采集低频信号则使用低采样率和较长采集时间。

2 大地电磁场标准网建设方法

2.1标准网布置示意图（如图1）

东北阵列式区域大地电磁场标准网控制格架按4°×4°设计覆盖整个东北地区的电磁参数标准网，标准点为11个。每个标准点由两条正交的十字剖面，包含1个中心点和8个辅助点，以中心点为中心，东南西北每个方向相隔20km各布置2个辅助点（如图1），即覆盖东北地区的大地电磁测深物理点为99个，以便对每个标准点进行一维、二维甚至三维反演，获得地下介质较为可靠的电性结构模型。

2.2仪器设备

近年来，国内使用的宽频仪器主要是美国EMI公司生产的MT-24网络型大地电磁系统、及加拿大Phoenix公司生产的V5-2000大地电磁系统。其中V5-2000仪器设备数量最多也最被专家认可，它除了保持原有的小型、轻便、多道和智能化的优点，还发展了卫星同步测量技术和网络型或分布式组合系统。但是，该系统观测信号的频率范围都在320～1/2000Hz之间，只能实现大地电磁宽频带数据采集，而不能满足超宽频带测量的需要。在国内现在可以观测周期长达3×104s的大地电磁场信号的仪器主要是乌克兰生产的长周期智能化大地电磁系统LEMI—417M。所以，在进行大地电磁测深时，必需把V5-2000系统和LEMI—417M系统配套使用。在同一个测点上，用V5-2000系统观测高、中频信号，用LEMI—417M系统观测低频和超低频信号；在0.1～0.01Hz频段实现两种仪器测量数据的拼接，从而得到超宽频带（320～3×10-5Hz）的大地电磁场数据。

2.3野外工作步骤

（1）开工前对所有使用的仪器进行仪器标定和一致性试验；（2）测点布置按设计点位布设，测点选择在开阔、平坦的地方；（3）电极距一般为100m，采用标准“+”字形布设，接地电阻一般都小于2000Ω；（4）采集时间足够长，两台V5轮流观测，一般设置成采集30h左右自动关机，长周期LEMI仪器采集时间7～10d；（5）认真记录仪器设置参数和测点周围环境状况。

2.4数据处理

资料处理方面，当前主要采用带远参考道的Robust张量阻抗估算技术。由于实测数据中会出现随机干扰，所以需要采用一些估算方法来计算张量阻抗，而Robust方法具有较大优势，最大优势在于可以减弱单个“飞点”对数据处理的影响，故被广泛应用。远参考道技术基于足够远的测站之间噪音不相关的原理，借助参考测站安静的电磁场信号压制本地测站的噪音，获得良好的处理效果。可见，带远参考道技术的野外观测技术和Robust张量阻抗估算技术是当前最先进、通用的大地电磁测深资料观测与处理技术。

宽频仪器和长周期仪器之间由于仪器设备自身的差异，以及所采用的磁场传感器的差异（宽频通常采用感应式，长周期采用磁通门式），在同一点位采集的信号数据处理出现拼接难题。为解决拼接问题，测站布置过程中严格要求宽频和长周期同点位。严谨的采集后，宽频与长周期数据拼接完美。（如图2）

3 结语

构建东北地区壳、幔电磁三维结构模型，为最终建立中国大陆地壳和上地幔三维电磁结构标准模型，开展地球物理—地质综合建模研究奠定基础。将成为能源、矿产资源，成藏成矿理论创新的源泉，将为资源深层突破和开辟“第二找矿空间”提供坚实的技术支撑。

参考文献

[1] 董树文，李廷栋.SinoProbe—中国深部探测实验[J].地质学报，2009：895～909.

[2] 邓明，谭捍东，胡建德，等.超宽频带大地电磁信号的采集方法和技术[J].现代地质，1997：401-408.

[3] 屈栓柱，邓明，陈凯，等.超长周期大地电磁数据采集系统的设计与实现[J].电测与仪表，2007：41-43.

[4] 刘国兴.电法勘探原理与方法[M].地质出版社，2005.