一第３８卷第１期物一探一与一化一探Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１一一２０１４年２月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＦｅｂ．，２０１４一 ＤＯＩ：１０．１１７２０／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８９１８．２０１４．１．２２ Ｅ?Ｅφ二Ｅ?Ｅｘ广域视电阻率对比与应用 王启１，王宏宇１，２，程党性３，４ （１．西北有色地质勘查局，陕西西安一７１００５４；２．中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙一４１００８３；３．中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安一７１００１８；４．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安一７１００１８） 摘要：在准静态极限条件下，利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式，讨论了Ｅφ分量二Ｅｘ分量的幅值范围三在均匀半空间的条件下水平电场Ｅφ分量二Ｅｘ分量幅值范围不同，测量Ｅφ分量计算广域视电阻率可以扩大野外的观测扇区，减小施工成本三数值计算结果表明广域电磁法也有近区的存在三通过二层地电模型的正演理论曲线的讨论以及野外实测数据的对比与分析，发现Ｅ?Ｅφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较Ｅ?Ｅｘ广域视电阻率小，在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变三 关键词：广域电磁法；Ｅφ视电阻率；Ｅ?Ｅφ装置 中图分类号：Ｐ６３１一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０１－０１２０－０５ 一一广域电磁法［１］是由中国工程院何继善院士提出的一种全新的人工源频率域电磁测深方法三其创新之处在于：①定义了 广域视电阻率 ；②只需测量电磁场的一个分量；③可以在广大的二不局限于远区的区域进行观测；相对于ＣＳＡＭＴ法以及ＭＥＬＯＳ方法而言，具有明显的进步［２－３］三 实际应用中，目前多是采用广域Ｅ?Ｅｘ工作方式［４］，使用沿测线方向的水平电场Ｅｘ分量来定义广域视电阻率三Ｅ?Ｅｘ工作方式的优点是工作效率高，适合大面积勘探工作三然而由于Ｅｘ分量幅值范围的限制，导致Ｅ?Ｅｘ工作方式的观测扇形区域一般在３０?以内（与电偶极子垂线夹角），接近或超过３０?，由Ｅｘ定义的广域视电阻率的误差就会很大三基于广域电磁法的基本原理，利用人工源电磁场Ｅφ分量定义的广域视电阻率，对Ｅ?Ｅｘ工作方式加以改进三由于Ｅφ分量幅值范围与Ｅｘ不同，由Ｅφ分量定义的广域视电阻率可以扩大广域电磁法的测量扇区三理论计算与野外实际应用表明，当观测扇区接近３０?时，由Ｅφ分量计算得到的广域电阻率明显优于Ｅｘ方式的计算结果三在野外施工时可在小角度观测扇区内测量Ｅｘ分量，在其外一定区域内测量Ｅφ分量，二者相结合即可减小观测角度带来的广域视电阻率的计算误差，又可达到提高工作效率减小采集成本的目的三１一Ｅ－Ｅφ广域视电阻率 如图１所示，在准静态极限条件下，水平电偶极子位于地表，偶极距为ＩｄＬ（Ｉ为谐变电流，ｄＬ为偶极子长度）三选取有共同原点的圆柱坐标系与直角坐标系，使原点位于电偶极子的中心，ｘ轴与电偶极矩的方向相同（φ定义为观测点与电偶极矩方向的夹角，ｘ轴正向即是φ＝０?的方向），ｚ轴垂直向下 三 图１一均匀半空间坐标系示意 此时，电磁场的电场分量表达式为［５－８］ Ｅｒ＝ＩρｄＬｃｏｓφ ２πｒ３１＋ｅｉｋｒ（１－ｉｋｒ） []，（１） Ｅφ＝ＩρｄＬｓｉｎφ ２πｒ３２－ｅｉｋｒ（１－ｉｋｒ） []三（２） 收稿日期：２０１３－０１－０８ 基金项目：国家自然科学基金项目（４０８２７００２）
JSGY-2 型广域电磁仪 一、前言 JSGY-2 型广域电磁仪是湖南继善高科技有限公司最新研制开发的一款新型电磁仪，仪器以我国自主研发的、新的频率域电磁勘探方法——“广域电磁法”为理论基础，并配合先进的电子技术和计算机 技术，成功突破了传统人工源电磁法所固有的瓶颈，为客户更好地解决实际生产过程中所面临的问题。 该仪器集自动化、小型化、轻便化、节能化于一身，可广泛应用于油气藏/地热探测、页岩气探测、金属矿/地下水探测、煤田采空区探测等领域。 二、技术（方法、仪器）特点： 1、采用全域的“广域视电阻率”计算公式，不做简化，大大拓 展了人工场源电磁法的观测范围； 2、只测量一个电磁场分量，且多种频率同时发送和接收，抗干 扰能力强，提高了野外观测速度和精度； 3、可以在广大的、不局限于远区的区域进行观测，提高了野外 工作效率； 三、发送系统 发送系统由DGN-II型多功能信号控制器和JSDY-30电源柜组成。 多功能信号控制器采用高性能32位处理器和CPLD协同工作，既提供
了友好的用户界面和用户交互，同时也保证信号发送的稳定性和准确性，信号控制器可选择自同步或GPS同步工作。电源柜采用先进的电力电子技术和大功率开关技术，使得整个电源柜效率高、工作稳定、重量轻。 接收系统技术指标: 1. 发送波形：七频波、三频波。 2. 发送频率范围：0.011Hz～8192Hz； 3. 发送电压：≤1000V； 4. 发送电流：≤30A 5. 同步方式：GPS+恒温晶体同步、自同步 6. 同步精度：同步误差优于1us 7. 频率精度：优于0.1% 8. 电压精度：在80～1000V 时，优于1% 9. 电流精度：优于1%±100mA 10. 额定发送功率：30KW 11. 工作温度：-10～50℃ 12. 电源和AB 接线柱对机壳的绝缘电阻：≥100MΩ/1000V 13. 重量： DGN-II型多功能信号控制器：5kg JSDY-30电源柜：130kg 14. 外型尺寸： DGN-II型多功能信号控制器：33.9*29.5*15.2cm（L*W*H） JSDY-30电源柜：55*70*75cm（L*W*H） 三、接收系统 接收系统主机采用先进的军用笔记本，既方便携带进行野外作业，同时通过高性能的计算机平台可轻松完成多个通道并行高速数据的 实时采集、运算和处理。系统携带的高亮触摸液晶显示屏和基于Windows的操作软件为用户提供了方便、友好的操作。 接收系统技术指标:
2.1频率域电磁法 电磁法是根据电磁感应原理研究天然或人工(可控)场源在大地中激励的交变电磁场分布，并由观测到的电磁场分布研究地下电性及地质特性的一种地球物理方法。电磁法分为频率域电磁法(FEM)和时间域(或称瞬变)电磁法(TEM)。大地电磁法(MT)和可控源音频大地电磁法(CSAMT)是频率域电磁法在国内应用最多的两种方法。 (1)大地电磁测深法(MT): 20世纪50年代初，Tikhonov和cargniard提出大地电磁测深法，该方是利用起源于高空电离层的赤道雷击的天然场源，假设以平面波形式垂直入射匀各向同性层状大地表面，并在地表通过测量Ex和Hy(或者场Ey和Hx)并按式(l一l) 计算大地视电阻率，巧妙地消去与场源有关的因素，成功提取到地下的电学信息确实是电磁法勘探历史上的一大进步。另外，天然电磁场具有很大的能量且分在较宽的频带上，只要选择合适的频率区间，MT法可以探测地下数百公里深范围内的电性变化，这是任何人工源电磁测深所难以达到的，它还具有受高阻屏蔽的影响小，对低阻层反应灵敏等特点〔10一，4J。但是，由于天然场源的随机性，测量信号的微弱及频率和大小不定，MT法需要花费巨大努力来记录和分析野数据，这样影响了勘探效率，大大提高了勘探成本。同时电阻率计算公式是正交分量之比的平方，两个分量的观测误差都被带入结果中，再经平方使误差加放大，影响精度。衍生出的音频大地电磁法AMT主要研究较浅处的电性变化 (2)可控源音频大地电磁法(CSAMT): 是加拿大多伦多教授D.wstrangway和他的学生MyronGoldstein针对MT法天然场源的随机性和信号微弱使得MT法的精度和效率都很低这两个弱点出来的，他们发现，采用可以控制的人工场源，能够克服MT的缺点。在人工场源的“远区”，Ex和Hy(或者马和Hx)之间同样存在像MT法那样的关系，援用cargniard