加拿大GEM公司的磁力仪系列



加拿大GEM公司的磁力仪系列

磁法勘探(简称磁法)是通过利用磁法设备观测和分析由岩石、矿石或其他探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其他探测对象分布规律的一种地球物理方法，是发展最早、运用最广、技术最成熟的物探方法之一。

加拿大GEM公司是一家拥有三十多年历史专的门研发和生产磁力仪的公司，其生产的磁力仪被公认为磁力仪的标准系列，并销往世界各地。自2005年授权北京欧华联科技有限责任公司为中国区唯一代理至今承蒙国内物探领域专家信任，已经销售了1000多台各型号磁力仪，用户单位达到200多家，是目前国内使用最多的磁法设备之一，其运用领域囊括矿产勘探、石油天然气构造普查、地质填图、考古、地震预报等地球科学的各个分支学科。

GEM公司生产的磁力仪分地面勘探型磁力仪、航空磁力仪和监测型磁力仪三大类型。

地面勘探型磁力仪有GSM-19T质子磁力仪、GSM-19 Overhouser磁力仪和GSMP-35钾光泵磁力仪三种，可根据勘探需求增加梯度模式、步行模式，甚低频(VLF)、GPS模块等功能。

航空磁力仪有GSMP-35A 航空磁力仪、GSM-90AV 甚低频(VLF)航空磁力仪两种，可选择单探头或双探头(垂向梯度)、三探头或四探头(垂向和水平梯度)等不同的飞鸟(探头支架)，也可使用甚低频(VLF)探头。飞行器可选择直升机或无人机。

监测型磁力仪有GSM-90 Overhouser标量磁力仪、GSM-19悬浮式dIdD矢量磁力仪和GSMP-20S3超高精度梯度仪三种，标量磁力仪即总场测量仪，矢量磁力仪可以监测磁偏角、磁倾角、地磁场分量等随时间的变化。dIdD矢量磁力仪可以选择Overhouser探头或精度更高的钾光泵探头。

1GSM-19T质子磁力仪

GSM-19T质子旋进磁力仪由于其价格低、精度高、稳定性好等特征一直是使用最普遍的磁力仪。

图1　GSM-19T磁力仪实时剖面显示

1.1优点

GSM-19T采用了大量新技术，因而不同于其他质子旋进磁力仪，例如：

(1)可在主机屏幕上实时显示观测磁场剖面图；

(2)可任意设置点、线号及其增量；

(3)分辨率高达0.01nT,灵敏度达0.05nT，绝对精度±0.2nT在所有质子磁力仪中水平最高；

(4)大容量存储器(32M)，可存储3,303,000个读数；

(5)使用Walking Mag采集模式，可保证操作员在野外随走随采集磁场数据，从而获得连续的观测剖面，对近地表小异常体具有更高的分辨率；

(6)具有观测质量监控功能，在测量过程中如果发观某个观测值质量低劣，可以进行重复观测且无需重新设置点线号；

(7)可根据勘探任务配置梯度模式、步行模式、VLF探头、GPS等附加功能，和VLF探头同时使用可以同时获取地下的磁场特征和电场特征。

1.2主要技术指标

灵敏度0.15nT(1s采样率)；

0.05nT(4s采样率)

分辨率0.01nT

绝对精度±0.2nT(1s采样率)

测量范围20,000~120,000nT

采样率60s+，5,4,3,2,1,0.5s，0.2s

梯度容差>7000nT/m

工作温度-40～+50℃

图2为中国地震局地球物理研究所使用22台GSM-19T质子磁力仪同步观测三个小时所得数据，采样间隔5s，采集时间为19:00~22:00，从采集结果可以看出，所有仪器曲线完全一致，包括细微的扰动都保持着高度的一致性，说明仪器稳定性好，精度高。

图2

图3为每台仪器同时刻数据减去所有仪器该时刻读数平均值所成曲线，所得结果相当于仪器运行过程中的白噪声值，从图中可以看出仪器噪声值非常低，约0.1nT，且整个运行过程中非常稳定。

图3

2GSM-19 Overhauser高精度磁力仪

Overhauer磁力仪是运用GEM公司的独特技术开发出来的高精度磁力仪，它具有比普通质子磁力仪有更多的优点，分辨率和灵敏度与光泵磁力仪相当，但操作更简单、使用更方便。它主要应用于：

(1)高精度矿产资源探测；

(2)含油、气盆地构造探测；

(3)工程和环境勘探；

(4)地下埋藏物和管线探测；

(5)地震和火山前兆观测；

(6)考古；

(7)对物质磁性的高精度测量。

图4　GSM-19 Overhauser磁力仪主机及探头

2.1工作原理及特点

当把特殊的含有不成对电子的液体与氢原子结合起来、并在射频(RF)磁场的极化下产生Overhauser效应。不成对的电子将其自身的极化强度传输给氢原子后，就产生了很强的进动信号，这种进动信号对总磁场强度值具有很高的灵敏度，并可用简单的方程式表达。于是通过测量进动信号，便可测出总磁场强度。

由于产生射频(RF)磁场所需的能量很小，并且其频段处于进动信号频率之外，从而消除了测量噪声，所以Overhauser磁力仪功耗特别低，精度很高。射频磁化过程和进动信号的测量过程可以同步进行，因此观测效率高，可以高速采样。

探头内充填属于公司专利的溶有自由电子的富氢液体，从而增加了在射频极化磁场作用下所产生的进动信号强度。探头方向性很小，在赤道附近也可对磁场进行精确地测量，在野外测量时可以不必注意探头的放置方向。

GSM-19 Overhouser磁力仪和GSM-19T磁力仪一样可以配置梯度模式、步行模式、甚低频探头、GPS模块等功能。

2.2主要技术指标

灵敏度0.022nT(1s采样率)

分辨率0.01nT

绝对精度±0.1nT

测量范围20,000～120,000nT

采样率60s+，5,4,3,2,1,0.5s，0.2s

梯度容差>10,000nT/m

工作温度-40～+50℃

3GSMP-35钾光泵磁力仪

3.1主要优点

GSM-35钾光泵磁力仪是目前精度和分辨率最高的勘探型磁力仪，有别于传统光泵磁力仪使用氦或铯元素，本仪器使用的是钾元素，因此相对于其他光泵磁力仪有诸多优点。

(1)具有更高的灵敏度0.0025nT@1Hz；

(2)更高的采样率，最高采样率可达20Hz；

(3)更大的梯度容差35000nT/m；

(4)功耗低，每次充电可以连续使用16小时；

(5)既可测量总场，也可进行梯度测量；

(6)仪器更加轻便，总质量约4kg；

(7)按给定采样率自动读数，指定位置记录点线号。

3.2主要技术指标

灵敏度0.0025nT(1s采样率)

分辨率0.0001nT

绝对精度±0.1nT

测量范围20,000～100,000nT

采样率1、5、10、20Hz

梯度容差>35,000nT/m

工作温度-40～+50℃

图5　GSMP-35钾光泵磁力仪

4GSMP-35A航空磁力仪

航空磁测由于其高效、经济等特点，越来越受到重视，同时也对仪器设备提出了更高的要求：更高的分辨率、更加丰富、详细的信息、更高的定位精度、更安全的数据存储等。

GSM-35A航空磁力仪使用的是目前分辨率最高的钾光泵探头，从而具有诸多优势：

(1) 分辨率更高，可达0.003nT@1Hz，有利于探测弱磁异常；

(2) 精度高，绝对精度为±0.1nT，高精度保证了高稳定性；

(3) 采样率高，最高可达20Hz，更有利于发现小异常体；

(4) 更高的梯度容差(35,000nT/m)和动态范围(20,000～120,000nT)；

(5) 既可用直升机飞行也可用固定翼无人机飞行；

(6) 集成高精度GPS，定位精度可达1.5m。

5监测型磁力仪

5.1GSM-90 Overhouser监测型磁力仪

GSM-90 Overhouser磁力仪同样使用了Overhouser技术，其精度、灵敏度等参数和GSM-19参数一致。不同点在于，GSM-90是一款专门用于地磁台站地磁场总强度观测的仪器，为了延长仪器使用寿命、降低功耗，仪器没有配置显示屏和存储器，需要和电脑连接，并在电脑上对仪器进行操作，仪器也会将采集到的数据直接上传至电脑。

根据仪器最高采样率不同，分为GSM-90F1和GSM-90F5，其最高采样率分别为1个样/秒和5个样/秒。

该仪器具有稳定性好(读数漂移仅0.05nT/年)、精度高(绝对精度0.2nT)、功耗低(平均每次读数功耗0.5W)等优点，适合用于固定台站的连续观测，进行火山活动、地震前兆等监测。

工作模式：

(1) 台站监测模式(Observatory)：每5秒钟读取一次磁场值，连续读取12次后计算并输出平均值，即每分钟输出一个读数；

(2) 固定采样率监测模式：按给定的采样率进行等间隔读数，采样率可在3600s～1s(90F1)或0.2s(90F5)之间设置。

图6　GSM-90 Overhouser磁力仪

5.2GSM-19 dIdD矢量磁力仪

dIdD矢量磁力仪使用两个相互正交的线圈，通过加入不同方向的偏移电流，可以监测地磁总场强度、倾角和偏角变化，其中倾角和偏角为相对变化量，即相对于基准值的变化。为了准确计算某一时刻的各磁场要素，首先需要输入探头所在位置的磁偏角和磁倾角的基准值。仪器的主要优点是：

(1)一台仪器即可完成传统质子(光泵)磁力仪+经纬仪+磁通门磁力仪联合方可完成的功能；

(2)温度漂移小(0.1nT/℃ )，对环境要求低(相对于磁通门磁力仪)；

(3)稳定性好(2nT/年)；

(4)采样率高，可每秒循环采样；

(5)只需给定探头位置的磁偏角和磁倾角基准值，即可实时测量、计算各地磁要素；

(6)自动化程度高，无需人工干预，实时显示总场；

(7)偏角、倾角及磁场三分量曲线；

(8)有Overhouser探头和钾光泵探头可选。

技术指标参照GSM-19Overhouser磁力仪和GSMP-35钾光泵磁力仪。

图7　GSM-19 dIdD矢量磁力仪

(来源：北京欧华联科技有限责任公司www.ouhualian.com)