AMT与MT-VCT两种大地电磁法技术规程之差异.docx
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1、 AMT与MT-VCT两种大地电磁法技术规程之差异 郑州地象科技有限公司 寇通 寇伟 内容提要:MT大地电磁法、AMT音频大地电磁法与MT-VCT大地电磁镜像测深法虽然同属天然场源大地电磁法,但是在对于大地电磁理论的解释、构建数据采集及分析的框架结构、探测仪器的设计及施工方法上都存在很大的差异,两者的技术规程也有着明显的区别。本文对两种大地电磁法的技术规程之差异及缘由加以诠释。 关键词:大地电磁法,技术规程,AMT,MT-VCT MT大地电磁法、AMT音频大地电磁法与MT-VCT大地电磁镜像测深法虽然同属天然场源大地电磁法,但是在对于大地电磁理论的解释、构建数据采集及分析的框架结构、探测仪器的
2、设计及施工方法上,都存在很大的差异。对于AMT音频大地电磁法和CSAMT可控源音频大地电磁法,国家有关部门已经制定有相应的技术规程;作为新型大地电磁物探方法的MT-VCT大地电磁镜像测深法尚未有被国家认可的技术规程。因很多物探技术人员和专家学者早已熟知有关大地电磁法的技术规程、习惯于按照规程要求进行操作及评审,而在对MT-VCT大地电磁镜像测深法应用成果评审时,尚不清楚具体的技术规程要求,对于MT-VCT与原来熟知的AMT或CSAMT法在技术规程中所存在的差异之处不甚理解。在此对于MT-VCT大地电磁镜像测深法的理论方法特点予以简单介绍,对两种方法的实施办法和数据处理方法所存在差异之处加以诠释
3、。 MT-VCT大地电磁镜像测深法的主要理论架构及特点:(1)有效场源信号是来自于地壳以下大地电磁场源向地面辐射的电磁波,测取到的信号是电磁波穿过地壳各介质层经过吸收衰减后的剩余能量值,反映的是地下各介质层的电磁反应特性,与介质层电阻率无关;(2)仅由一个垂直于地面的磁感应器拾取地下电磁波的磁场信号,视地面之上的电磁信号皆为干扰而屏蔽之;(3)在地面测取的地下电磁波剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求,每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁反应特性值互为镜像关系,探测深度与频率(波长)存在一一对应的固定关系、与地下介质特性无关。 因AMT、MT、CSAMT三种物探法的实施和数据处理方法基本相
4、同、技术规程要求较为一致,在此统称为大地电磁法技术规程予以引用进行对比解释。 一、施工前对仪器的标定 1、大地电磁法技术规程对于标定的要求 对于仪器的标定(或数据合成测试),应按不同仪器的要求定期进行,相邻两次标定结果相对误差不超过2%;同一测区如有两台或两台以上的仪器一起施工,应在同一点上采用相同观测装置进行一致性对比,其中应有80%以上频点相对误差小于5%。因此,在AMT、MT、CSAMT三种物探法的应用成果报告中,都会说明按照技术规程进行了仪器的标定工作。 2、MT-VCT大地电磁镜像测深法技术规程对于标定的要求 MT-VCT探测仪在设计上采取了很多降噪抗干扰的措施,生产环节严格把控零部
5、件质量,装机后通过相应测试仪器调校确保其一致性,出厂前在固定探测线路上进行多次重复探测、并与标准线剖面图进行对比验证,确保每台仪器在出厂前都符合企业标准对于仪器稳定性、一致性的要求。在出厂后,MT-VCT探测仪数据采集性能不会因时间、位置、气侯、地理位置等因素产生变化,在用户应用仪器实施勘探之前,不需要对仪器进行标定及调整工作。如若仪器经常随车颠簸、使用环境不佳时可能会存在接线松动等问题,在使用中一旦发现勘探显示结果出现错误或明显与过去不同时,就需要返厂检测维修、重新标定。 3、对于AMT标定要求之认知 标定(校准)是指使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度(精度)进行检测是否符合标准。一般来
6、讲,计量器具、检测仪器设备均需按国家标准计量部门的有关规定实行定期检测标定,销售的仪器设备必须检定合格后才能出厂,使用中如若出现问题应该返厂维修重新标定,用户缺乏检测手段不可能对失准的仪器自己进行标定。 大地电磁法技术规程之所以要求用户在使用前对仪器进行标定,一方面是国内使用的MT、AMT、CSAMT多为国外进口的多功能电法仪或单一方法仪器,在国内很难找到厂家对仪器重新标定;另一方面是这些仪器受应用环境的影响较大、不够稳定,不同的工作地点所测取的数据差异较大、可比性差,所以需要人为调整。导致大地电磁法仪采集数据稳定性差的三大因素:一是大地电磁法为了获取由E-极化波和H-极化波来计算地下水平层状
7、介质的各向同性电阻率,用两对埋入地下的电极来采集电场分量,用两个相互垂直且水平埋置的磁棒采集磁场分量,不同地表介质不同、干湿程度不等,对于采集信号值的高低影响很大;二是相距50300米极距的两对电极连线过长,即使是使用多层屏蔽线、其受到地面电磁干扰信号的影响也会很大;三是进口的多功能电法仪为适用于多种物探方法,数据采集板入口端低通频点过高、压制噪声能力差,并且抑制工频及其谐波干扰能力也差。因不同环境下采集器所受干扰的程度不一,在不同项目区或同一项目区不同测点位置观测采样时,这三种因素对采集数据所产生的影响亦不同。仅仅根据不同装置在一点采集数据、或同一装置在相邻两点采集数据来进行一致性对比,以应
8、有80%以上频点相对误差小于5%为标准进行调整标定仪器,实际效果不佳。而且由这三大因素导致采集数据稳定性差的问题,也并非是靠标定仪器所能解决的。 二、对探测线路及测点布设的要求 1、大地电磁法技术规程对于布设测点位置的要求 测点不能选在山顶或狭窄的深沟底;选点应考虑布极范围内地表土质均匀、不能设置在明显的局部非均匀体旁;所选测点应远离电磁干扰源,一般要求:离开大的工厂、矿山、电气铁路、电站2km以上,离开广播电台、雷达站1km以上,离开高压电力线500m以上,离开繁忙的公路200m以上。可能是原来规定测点应远离电磁干扰源的条件过于苛刻难以实施,2017版的技术规程就忽略了这一条。 2、MT-V
9、CT大地电磁镜像测深法技术规程对于布设测点位置的要求 MT-VCT大地电磁镜像测深探测仪仅使用单独一个磁感应器进行点测深勘探,不存在其它大地电磁法通过4个电极拾取所覆盖的面积性勘探信息。仅用一个磁感应器(探头)垂直放置于地面上拾取地下电磁波信号,可以不受地形地貌限制地在山顶、沟底、岩石、水泥地上探测。因具有较好的抗干扰能力,在380V电力线下基本上不受干扰,离开10KW以下高压线20米、110KV或220KV高压线50米距离即可正常勘探,选择勘探线路时受限范围不大。 3、对于AMT布设测点位置要求之认知 大地电磁法技术规程之所以对于布设测点提出这么严苛的要求,其根本还是仪器本身的抗干扰能力差。
10、然而,在国内应用大地电磁法仪开展勘探施工的区域,大多数都很难符合布设测点的要求:一是在平原地区房屋较多、电力网线密集,很难按照规程要求布点;二是在山区地势起伏落差较大,树木、杂草等障碍物多,选点布设困难;三是在城市、厂区、山谷内基本上不能满足布点要求开展勘探。2017年版的AMT技术规范之所以不再保留原来对于布设测点的规定,可能是因为若是在实践中完全按照原来对于布设测点的要求施工,恐怕就没有多少可干的勘探项目了。由于仪器本身在方法和硬件上存在的问题无法解决,不严苛要求布设测点并不见得选择测点的范围就大、条件就宽了,而是以牺牲采集数据的质量和信噪比为代价换取的。 三、对观测装置敷设的要求 1、大
11、地电磁法技术规程对于观测装置敷设的要求 水平方向的两对电极和两磁传感器分别互相垂直敷设、且其方位偏差不大于1;接收电极距应根据观测信号强弱和噪声水平在50300m之间选择确定、极距误差应小于1%;电极应埋入土中20cm30cm、两电极埋置条件基本相同、接地电阻要求不大于2000;2个水平放置的磁棒入土深度为30cm、用水平仪校准保证水平。2017版的技术规程取消了电极和磁棒应埋入土中的规定,只是说磁棒应保持稳定、尽量埋入土中。 2、MT-VCT大地电磁镜像测深法技术规程对于放置磁感应器的要求 MT-VCT法采用一个垂直放置于地面上的磁感应器(探头)测取由高频至低频、自上而下的电磁波能量值,来直
12、接表征大地由浅至深地层介质的电磁反应结构。要求将探头垂直放置于地面上即可开始采集点测深数据,除了不能放置在铁板等隔磁材料上和悬空之外,可以在田间、山林、马路和岩石上等任何介质的地面上进行勘探工作。勘探时要求探头垂直于地面上放稳、允许有较小的倾斜,但在采样过程中不能有晃动、振动,否则该测点采样数据会产生整体增高等问题。 3、对于AMT观测装置敷设要求之认知 国外发明的大地电磁法原理认为,在地表测得的是天上电磁波在导电地球内部层间界面上形成二次场、向地表反射的垂直于传播方向的电场分量和磁场分量,以E-极化波和H-极化波表征为水平层状介质的各向同性电阻率,可测取电场分量和磁场分量计算波阻抗Z=Ex/
13、Hy、再由其计算均匀同性半空间的视电阻率和阻抗相位,来表征大地深部电导率结构。观测装置是通过两个相互垂直、平置于地球表面上磁感应器测取大地电磁场的磁场分量,由两对呈四角对称放置的电极来测取大地电磁场的电场分量。姑且不论其理论上是否有误,单从其实现观测的装置及其敷设办法来看就存在几个问题: (1)磁棒是使用高磁材料做磁芯、外套线圈做成的,拾取到的信号是经穿过磁芯形成闭环的磁感线放大后以电位或电流的方式测取的,把磁棒水平放置埋在土中2030cm,因有土层隔离地面上的电磁干扰信号,从两端绕道穿入磁芯的被放大接收到的大地电磁信号会相对多一点。但是,在实践中测点地表不可能都是可挖坑掩埋磁棒的土层,若是不
14、埋入土中,拾取到的信号中绝大多数为地表上的工频及其谐波信号和其它高低频电磁干扰信号,本来就非常微弱的地下二次场反射信号,能从地下穿出地面后再从两侧进入到平置磁棒内、与地面之上的电磁干扰信号相比在采集到的信号中所占份额就很少了。 (2)两对不极化电极可以选择十字型、T型和L型方式布极来测取电场分量EX、EY,电极距一般取50300米,电极距越大、电位值信号越强。在实践中,电极埋入地下时土壤的干湿程度、导电性能等都会影响到拾取信号的大小;电极距短了极间电阻小、测值太低、计算出的视电阻率差别太小,无法研判测点间的电性差异;电极距大了极间电阻增大、测值增高、计算出的视电阻率高低明显,虽然可用以判别测点
15、间的电性差异,但因距离加长后电磁干扰增大、信号中所含地下电磁波电分量值明显变小,导致计算结果真实性变差。 (3)在地面上及地表浅层充满了各种频率、强度不等的电磁波,由于两对电极间连线过长,即使是使用多层屏蔽的导线,还是避免不了受到外部电磁场信号的干扰;同时,传输采集信号的衰减量也会随着连线的长度增加而递增,导致接收仪实际收到信号中的干扰噪声过大而失真。 (4)由于开展勘探项目的地质条件不同、地形地貌各异,在敷设观测装置时实地施工条件很难达到规程要求,遇到接地不好、极间电阻小、高低落差过大、极间连线穿过电力线下或悬空等情况,都很容易产生采样数据不正常、不稳定等问题,严重影响勘探成果的真实可靠性。
16、 四、在观测采样过程中的要求 1、大地电磁法技术规程对于观测采样过程的要求 在观测记录前应检查屏蔽线的绝缘度、与大地之间电阻值;仪器启动后应按仪器操作说明书进行各项测试,如噪声测试、增益测试、电极比较、极性比较等。观测时应选择干扰背景比较平静的时间,读入记录头段的各种参数必须齐全正确;每一频点应有足够的迭加次数,测点同步记录时间40分钟以上;在观测进程中随时监控各道变化、分析视电阻率和相位曲线质量,如有问题应及时补测。 2、MT-VCT大地电磁镜像测深法技术规程对于观测采样过程的要求 要求在开始探测前先检查仪器和探头与连线的接头是否接好,采样时探头必须保持稳定不能晃动。MT-VCT正常采样时间
17、视探测深度及其分辨率而定,用于一般找水定井、探测深度800米以上探水仪的采样时间为7秒钟,用于地热资源勘探、探测深度4000米仪器的采样时间为1分钟。采集探测点测深数据时,仪器内CPU软件会时刻监控每一个采样数据是否超出设定阈值区间,个别超出时会自动重新采样,连续一段时间采样都不正常时会自动返回该点起始状态,蜂鸣器提示该点要重新采样。 3、对于AMT观测采样过程要求之认知 基于大地电磁法所受干扰源较多、影响较大等原因,观测记录前需要检查与大地之间电阻值,超出正常值范围时需要采取措施校正;仪器启动后测试噪声和增益、比较及极性,也是缘于仪器在不同干扰环境下的测值基数发生了变化;选择干扰背景比较平静
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