国内外多功能电法仪的对比试验研究

李建华， 林品荣， 丁卫忠， 李 荡， 王珺璐

(中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 065000)



国内外多功能电法仪的对比试验研究

李建华， 林品荣， 丁卫忠， 李 荡， 王珺璐

(中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 065000)

GDP-32Ⅱ、V8和DEM-V三种仪器是目前常用的多功能电法系统，在我国的矿产勘查中发挥着重要作用。选择具备良好电性基础的内蒙古准苏吉花野外试验基地，运用三种仪器，开展了综合电磁法的对比试验研究，取得了IP和CSAMT两种方法的三种仪器的同点位测量数据。在简要阐述各仪器功能特点的基础上，结合地质资料，对取得的试验结果进行了比较分析。研究成果可为多功能电磁法仪器的有效应用提供参考依据，也可为研发或引进电磁法仪器的检测提供实验场地与数据。

GDP-32Ⅱ； V8； DEM-V； 综合电磁法； 对比试验

0 引言

电磁法是地球物理勘探中的重要勘查方法，在资源勘探等领域发挥着重要作用。电磁法勘探使用专用的仪器设备，观测和研究地壳周围物理场的变化和分布规律，进而达到解决地质问题的目的。目前用于深部找矿中的电磁法技术主要有激电法(TDIP/SIP)、大地电磁测深(MT、AMT)和可控源音频大地电磁测深(CSAMT)等；具有代表性的多功能电法仪器主要有美国Zonge公司的GDP-32Ⅱ多功能电法工作站、加拿大Phoenix公司的V8电法工作站，以及国产DEM-V多功能电法系统等[1-3]。

GDP-32Ⅱ和V8是我国地质行业从国外引进的多功能电法系统，DEM-V是具有我国自主知识产权的国产多功能电法系统，这三种多功能电法仪器在我国的综合电磁法勘查中起着举足轻重的作用。由于各系统所采用的技术标准和数据处理方法不尽相同，不同仪器在同一测点采用同种方法获取的数据也会出现一定的差异，因而会导致不同的应用效果[4]。作者所在单位率先采用这三种仪器，选择具备良好电性基础的野外试验基地，开展了综合电磁法的对比应用工作，研究成果可为在用或在研的国内(外)电磁法仪器提供实验检测场地和参考性的检测数据，对促进多功能电法仪在我国资源勘查中的有效应用具有重要的参考价值。

1 仪器功能特点简述

GDP-32Ⅱ、V8和DEM-V三种多功能电法系统各自具备的测量功能如表1所示[4-7]，由表1可知三种仪器基本上具备了电法和电磁法探测的全部功能。各系统主要组成部分均包括大功率发电机、发射机、接收机以及磁传感器。三种仪器均具有测量功能多、发射功率高、探测深度大等特点，可满足多参量、大深度、多目标探测的需要，适用于金属矿、地下水、地热、油气藏等资源勘查。

表1 三种多功能电法仪具备测量功能一览表

2 试验基地概况[8-9]

此次对比试验场地，选在内蒙古自治区苏尼特左旗境内的准苏吉花野外试验基地。试验区交通较为便利；地势总体平缓，地形起伏小；植被覆盖少，表层土壤主要为残积土与风成沙的混合物，环境人文电磁干扰较小，适合于开展多种电磁法的对比试验与应用工作。

图1 试验区地质概况和测点布置图

试验区内北部出露二叠纪花岗闪长岩，南部出露石炭系上统—二叠系下统宝力高庙组碎屑段岩段变质粉砂岩，部分地表被第四系全新统残、坡积物覆盖，地质体分布见图1。二叠系花岗闪长岩体是区内的含矿岩体，岩体中石英脉十分发育，多具钼矿化现象，因此一般意义上讲，钼矿化石英脉就是矿体。矿体呈单脉状、细脉群状产出，多具尖灭再现现象，埋深为几十米至几百米，矿体厚度约 0.5 m～10 m，平均厚约3.16 m。矿体围岩以花岗闪长岩为主，局部见变质粉砂岩。区内矿( 化) 体与围岩间存在一定的电阻率和极化率差异，典型岩石电性参数变化见表2。由此可见，辉钼矿化、黄铁矿化普遍的细粒石英闪长岩极化率较高，算术平均值为14.55%，变化范围在9.07%～18.7%之间，电阻率则相对较低；其他岩石极化率均较低，电阻率较高。

3 对比试验

3.1 试验布置与施工

在GDP-32II、V8和DEM-V三种仪器的对比试验中，开展的测量方法为资源勘查中应用最为广泛的两种地球物理方法即TDIP和CSAMT。

为了保证结果的可比性，在同种方法条件下，各仪器的对比试验均在同测线同点位进行开展，工作布置及工作方式完全一致；三套仪器的数据采集，均使用同一发射源、同一接收电极坑、同一供电电缆和同一接收电缆；发电机和磁棒均使用各系统配套的30 kw发电机组和感应式磁传感器。为保证观测的电场信号强度和稳定性，在数据采集过程中，对施工进行严格控制。供电电极的处理采用了布设锡箔纸与浇盐水的方法，以减小接地电阻；测量电极采用不极化电极，电极性能良好，极差稳定，电极埋设时需浇水并与土壤密切接触以降低接地电阻，避免有效信号的损失；磁棒均用薄土层进行了掩埋，对连接线缆进行压实，以减少风力造成的扰动。供电线采用4 mm2的纯铜线缆，接收线采用由多股单根的“三铜四钢”被覆线自制而成的线缆。

3.2 TDIP对比试验分析

运用TDIP测量，共开展了5条测线的对比试验，剖面总长度达8.2 km，数据点为210个，测线布置详见图1。工作装置采用中间梯度装置，发射极距AB=3.5 km、供电周期T=16 s、供电电流I=7 A，采样延时τ=100ms、接收极距MN=40 m、点距为40 m、线距为200 m。

在每个测点，三套仪器均进行了3遍原始数据的采集，对原始数据进行预处理，得到了GDP-32II和V8的视电阻率与视充电率、DEM-V的视电阻率与视极化率。三套仪器取得的48测线的视电阻率的对比剖面曲线见图2，视充电率或视极化率的对比剖面曲线见图3。由此可见，三套仪器取得的视电阻率曲线形态和数值大小基本完全一致；GDP-32II、V8的视充电率和DEM-V的视极化率曲线形态也吻合较好，且各仪器在所有测点上的均方差很小，这表明3次测量的结果数据重现性高。

表2 试验区岩石电性参数统计表

图4为三套仪器取得的视电阻率等值线图，图5为GDP-32II和V8的视充电率和DEM-V的视极化率等值线图。图4、5中(a)、(b)、(c)三幅子图依次显示的是GDP-32II、V8和DEM-V的结果。可以看出，各仪器取得的电性分布特征基本一致，电阻率异常自西南到东北具有低-高-低(中)的形态，激电异常高值主要集中于中部，激电异常与视电阻率异常的形态和展布特征相近，均以北西向或近东西向展布为主。测区南部呈现出低阻低极化特征，与第四系全新统残、坡积物覆盖区位置对应；中部的中低阻高极化为矿致异常的反映，矿体主要产出于二叠纪花岗闪长岩和二叠系下统宝力高庙组碎屑段岩段变质粉砂岩的接触部位及附近。图中虚线框所示的为1 080 m 标高的钼矿体分布范围，与此次TDIP中各仪器反映的中高极化中低阻位置较为一致。

3.3 CSAMT对比试验分析

运用CSAMT测量，点位布设与TDIP测点一致。观测方式采用赤道偶极标量方式，观测沿测线方向的电场Ex与垂直测线方向的磁场Hy。发射极距AB=2 km；收发距≥12 km；接收极距MN=40 m、点距为40 m、线距为200 m。GDP-32II、V8、DEM-V三种仪器对比的频率范围分别为 8 192 Hz～1 Hz、8 533 Hz～1 Hz、8 000 Hz～0.97 Hz，详细频点设置见表3，在相同频率范围内，DEM-V的频点分布较密，每频率数量级达到19个频点，GDP-32II和V8每频率数量级约为7和10个频点。各仪器的发射电流随频率变化的曲线如图6所示。试验区基本无人文干扰，因此各系统均未进行陷波设置。三套系统的接收机均为8通道，试验中一次同时测量7个通道的电场分量和一个通道的磁场分量。

图2 三套仪器同点位视电阻率的对比剖面曲线

图3 三套仪器同点位视充电率(视极化率)的对比剖面曲线

图4 三套仪器的TDIP视电阻率等值线图

图5 三套仪器的TDIP视充电率(极化率)等值线图

表3 CSAMT中三套仪器的频率表

图6 CSAMT中三套仪器的电流随频率变化曲线

通过CSAMT的对比试验，获取了三套仪器同测线同测点的视电阻率与阻抗相位数据。绘制48线的108号点和50线的164号点(图1中的▲点)如图7所示。由此可见，2个测点上三套仪器的原始视电阻率与阻抗相位曲线连续光滑、形态基本相同。每个测点的结果参数均由多次观测值叠加而成，计算了测点上不同频率的视电阻率和阻抗相位的均方差，108点的三套仪器的参数均方差如图8所示，视电阻率的均方差数值在0～10 %之间，阻抗相位的均方差在数值在0～5 %之间，说明多次观测的数据稳定，重现性较好。

图7 三套仪器同测点实测CSAMT数据对比曲线

三套系统均配有相应的数据处理与解释软件，对三套仪器取得的原始数据进行预处理，对获取的视电阻率和阻抗相位曲线中个别“跳点”予以编辑圆滑，然后分别进行CSAMT的一维反演，得到各套仪器的反演电阻率断面如图9所示。图9中绘制了已收集的已知矿体分布情况，图9(a)、(b)、(c)依次为GDP-32II、V8、DEM-V的反演电阻率断面。对比结果表明，三套仪器取得的电阻率异常在空间上的分布对应较好，测线从小号点(南)至大号点(北)反映的电阻率特征为“低-高-低-高”，这与TDIP取得的电性特征一致。结合已知地质情况，可见已知钼矿体主要分别在68-106号点之间，其电性特征为中低阻。

图8 三套仪器同测点含均方差的视电阻率和阻抗相位曲线

图9 三套仪器的CSAMT反演电阻率断面图

4 结论

1)在TDIP对比试验中，运用三种仪器取得了同点位的具有高度可比性的激电参数。各仪器视电阻率剖面曲线基本重合，数值大小接近；GDP-32II和V8的视充电率剖面曲线形态与DEM-V的视极化率剖面形态一致。

2)在CSAMT对比试验中，运用三种仪器所观测的原始视电阻率与阻抗相位曲线连续光滑、形态基本相同。

3)三种仪器两种方法的测量数据或反演结果，对已知矿体和围岩的电性特征均有良好地反映。

4)通过三种仪器在野外试验场的对比试验和应用，初步建立和形成了试验场电法仪器测量的规范化数据，可为今后研发或引进电磁法仪器的室外检测提供实验场地与数据。

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Study on comparative experiments on multifunction electrical instruments at home and abroad

LI Jian-hua, LIN Pin-rong， DING Wei-zhong, LI Dang, WANG Jun-lu

(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000，China)

GDP-32Ⅱ,V8 and DEM-V are major multifunction electrical systems that play important roles in mineral exploration in China. Using the three kind instruments, the integrated electromagnetic method comparative experiments were carried out in this study. The same point measurement data of IP and CSAMT in a good-electrical experimental field named zhunsujihuain the Inner Mongolia is obtained. Based on the description of each system's function characteristics and combined with the geological data, we have compared and analyzed the results of the experiments. Our research results will provide reference for the effective application of multifunctional electromagnetic instruments, and can provide experimental experiment area and data to detect the electromagnetic instruments that developed or introduced.

GDP-32Ⅱ; V8; DEM-V; integrated electromagnetic method; comparative experiments

2015-04-08 改回日期：2015-04-27

国家863重大项目课题(2014AA06A610)；国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ050060)

李建华(1980-)，女，硕士，从事电磁法勘查技术研究工作,E-mail:lijianhua@igge.cn。

1001-1749(2015)04-0452-07

P 631.3

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.07