浅谈国内外地下地球物理探测技术的发展

王 帅，白 楠

（河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，郑州 450016）

浅谈国内外地下地球物理探测技术的发展

王 帅，白 楠

（河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，郑州 450016）

井间电磁层析成像技术是最重用的地下地球物理探测技术之一，它是将电磁波传播理论应用于地质上的一种地球物理勘探方法。

地球物理；探测技术；发展

0 引言

苏联是井间电磁波法的发源地，1929年首先由A.A.彼得罗夫斯基提出。1946年后，苏联许多科研院所相继开展了这一方法的研究，并开发出多种方法和技术设备，在实际应用中发挥了很好的作用。特别在金属矿床的勘探过程中，方法在寻找井间盲矿、研究矿体产状及形态方面取得了良好的地质效果和经济效益，得到苏联地质部有关部门的认可。同时也引起世界许多国家对这一方法的关注和研究。

1 国外地下地球物理探测技术的发展

20世界70年代中期，美国R.J.Lytle等人将层析技术（CT）应用于井间电磁波法，推动了全球范围内井间电磁波CT的应用与发展。电磁波的振幅、相位和走时三种参数均可进行层析反演。由于在硬件方面的先进性和软件的成熟，美国的井间电磁波层析技术处于世界领先地位。1989年以来，美国LLNL国家实验室等单位联合开发了井间低频电磁层析技术系统，已应用于油气探测。

苏联在频率域井间电磁波法研究方面比较系统、全面，有一定的代表性。在理论研究、物性研究、仪器开发和应用研究方面取得显著成果。第二次世界大战后，他们的仪器更新了几代，但基本上是点频连续波体制。最近几年，俄罗斯开始研制频率扫描体制，不但开展了振幅层析研究，还开展了相位层析研究。在数值模拟层析反演过程中，他们发现相位层析反演的结果比振幅层析反演的结果更为可靠和准确。

20世纪90年代，以EMI公司为中心，美国加州的伯克利大学及由该校毕业在各国家实验室和工业界工作的科学家、工程师们，开始进行井间电磁成像系统的研究，基本完成了基础理论数值模拟和可行性研究的大部分工作，并设计和制造了相应的仪器设备。在油田井间距为25～100m，频率为500Hz～20Kz的条件下，进行了一系列有成效的现场试验。在处理方法和软件开发方面，也初步具备二维处理的能力。在具有金属套管的井中，井间电磁成像研究方面也有较大的进展。

20世纪80年代，时间域井间电磁层析成像即地质雷达（CPR）在发达国家得到迅速发展。以美国、瑞典、加拿大等为代表的西方国家迄今已推出包括地面、井中等多种型号的产品，并在方法理论研究、应用研究方面取得了大量成果。

国外对地下物探的应用比较重视。如加拿大近十几年来发现的金属矿床，大部分是靠地下物探找到的。苏联曾用坑道电磁层析技术和井中电磁层析技术寻找坑道间及井间的盲矿，取得很大的成效。美国、澳大利亚等国也在资源勘查中取得很好的地质效果。

目前美国、加拿大、澳大利亚等国井间电磁波层析研究与应用处于领先地位。国外仪器，连续波体制的一般测振幅和相位，脉冲体制测走时和波形。事实上，电磁场理论和岩矿石物理基础的研究都表明，振幅、相位和传播速度（或者相对电导率和相对介电常数）是地下介质的重要特性，也是地球物理反演中用电磁方法来确定和识别地下目标的重要电性参数。发展方向之一是利用多个参数进行异常的解释和识别，以克服多解性和提高分辨率。发展方向之二是工作频率向低频（增加探测距离）和高频（提高分辨率）两个方向发展，并开发相应的软件。低频井间电磁层析成像技术难度大，应用前景广，是目前地球物理应用技术发展的重要前沿。

2 我国地下地球物理探测技术的发展

我国地下物探从20世纪60年代开始，开发了JSZ-1型井中三分量磁力仪、JCX-1型小口径五分量磁力仪，测量精度100～200nT，找铁矿效果突出。井中、坑道无线电波法方面研制了多种型号仪器，JWQ-3型仪和JW-4型系统（包括处理、解释系统）在国内煤田、工程等有关单位得到广泛应用。曾将JW-4型系统拿到加拿大参与表演，加拿大国际镍公司（INCO）在几个国家得系统中最终选用了我国的JW-4系统。新开发的JW-5D型地下电磁波系统，降低了工作频率，加大了功率，并提供了井-地观测设备。研制的DDJ-1井中激电仪和解释系统，具有特色和实用性。研制出以电火花为声源的DSJ井中声波仪系列，数字收录，并有井间层析成像处理系统，也达到国际先进水平。井中瞬变电磁系统是地面WDC系列的组成部分，研制成三分量瞬变电磁探头，具有较好性能。

近10年来，我国井间地震、电磁层析成像技术的应用领域变得越来越宽广，从寻找钻孔间金属盲矿体发展到水文地质、工程地质、煤田开采领域，井间地震、电磁层析成像技术的应用方兴未艾，其经济效益和社会效益日益显著。自20世纪70年代以来，我国曾利用井间电磁波方法在香港、加拿大、匈牙利等地完成了多项勘查任务。在井间电磁、声波层析成像硬件和软件的研究开发方面已达到国际先进水平。

地下物探（包括井-井、井-地、单井、井-坑道、坑道-坑道、坑道-地等多种观测方式）大大开拓了地下探测空间，地下物探技术从世界范围看均处于发展阶段。同其他的先进国家相比，我国的地下物探技术水平旗鼓相当，地下物探技术形成系列是我国一大特色。

在金属矿勘查中的地下物探，推广应用不力，发展缓慢，与国外差距不断加大。国外在寻找深部矿、攻克金属矿岩矿石物质成分和含量方面的井中物探与磁取样、核取样测井技术发展较快，仪器设备不断完善。单孔多参数测量能提供目的体方位信息的井中物探是今后发展的主流。在具备双孔或群孔条件时，跨孔井中物探方法和层析成像技术是一种最佳选择。

3 总结

综上所述，物探技术的发展趋势是：方法理论不断完善，方法技术适应性越来越强，应用领域越来越广，资料处理精细化、解释自动化、软件集成化的程度越来越高，仪器系统则朝着智能化、多功能、集成化、网格化方向发展加快。

［1］中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所.中国重要金属矿勘查物探化探方法技术应用［M］.地质出版社（北京），2011，（01）12.

［2］袁桂琴，熊盛青，孟庆敏等.地球物理勘查技术与应用研究［J］.地质学报，2011，11（11）.

［3］唐金荣，周平，金庆花等.国外矿产勘查理论、方法和技术—动态与趋势［J］.北京：中国地质调查局发展研究中心.

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