CSAMT测量原理

csamt法
CSAMT是“可控源音频大地电磁法”的英文缩写，是目前国际普遍使用的物探手段。

该方法的原理是利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系。

不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。

电磁波向地下传播方程的求解极其复杂，国际上不得不采用近似的简化公式来实际应用，因此导致CSAMT法只能勘测到地下1.5公里。

为了打破西方在该领域的垄断，中国工程院院士何继善在1996年开始研究，历时10年演算，提出了精确求解地下电磁波方程的“广域电磁法”，将探测深度由1.5公里增加到8公里，是世界先进方法的5倍。

一、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT ）（1）方法特点及应用范围可控源源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 法)最早是由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway 教授和他的学生Myaron Goldtein 于1971年提出。

针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。

从而从理论和实验两方面奠定了CSAMT 法的基础。

自70年代中期起CSAMT 法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和解释应用软件。

特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿床、水文、环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法，目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。

我们可以用图2-1来说明最常用的一种标量CSAMT 法的测量过程：场源：用发送机通过接地电极A 、B 向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。

电流的频率可在一定范围内变化，通常从2-3～213Hz 按2进制递变，在接地十分困难的地方可用不接地回线作垂直磁偶极子来发送电磁场。

测量：在距离AB 相当远的地方进行测量。

所谓“相当远”指的是在这些地方的电磁场已接近平面波，从而可使用卡尼亚电阻率计算公式并方便解释。

若选用直角坐标系，X 轴平行AB ，Z 轴垂直向下，那么标量测量是在测点测量每一频率的电场分量E X 和正交的磁场分量H Y ，并按：E E y x f 251=ρ计算卡尼亚电阻率。

式中f 为频率。

当从高到低逐个改变频率。

便可得到卡尼亚电阻率测深曲线。

根据需要，可以分别以相互垂直的两组场源供电，对每个场源都测量5个电磁场分量，从而形成张量CSAMT 测量。

可控源音频大地电磁法测量原理可控源音频大地电磁法测量原理可控源音频大地电磁法测量原理可控源音频大地电磁法测量原理可控源音频大地电磁法测量原理可控源音频大地电磁法测量原理一. 国内外电法勘探仪器发展概况电法勘探仪器主要用於地质部门寻找矿床,工程部门中勘测地层结构, 水利部门中寻找地下水. 电法勘探方法是桉被测电信号的频率高低划分为:1.超低频:(0 HZ – 20 HZ)*.直流电阻率法. 测量大地剖面不同深度的电阻率(视电阻率).*.时间域激发极化法. 洌量大地剖面不同深度的极化率(二次电位/一次电位)%.*.频率域频谱激发极化法. 洌量大地剖面不同深度的复数电阻率, 即对不同频率的频率响应; 包括幅度响应(电压幅度/电流幅度)和相位响应(电压相位-电流相位).2.音频:(20 HZ – 20 K HZ)*.可控源音频大地电磁法(CSAMT). 用大功率电法发送机向大地供电(频率改变范围20 HZ –8 K HZ), 用测量大地表面的交流磁埸方法测出电流的频谱(某频率的幅度与相位)同时测量大地某测站点上的电压频谱(某频率的幅度与相位). 计算出幅度响应(电压幅度/电流幅度)和相位响应(电压相位-电流相位).*.天然埸大地电磁法(MT). 利用大地内本身具有的天然交流电流(一般由远方的大功率无线电发送电台发出的甚低频(几十K HZ -几百 K HZ) 电流信号). 用计算机数理统计方法测大地某测站的电位. 算出大地的频谱响应.3.高频:(20 K HZ – 500 K HZ)*.瞬变埸法.*.电磁感应法4.射频:(500 K HZ – 20 M HZ)*.无线电透视法.5.超高频:(20 M HZ – 2 G HZ)*.测地雷达.国外概况;以上各种仪器国外都有专业公司生产, 国内进口的仪器最多的是加拿大凤凰公司生产的多功能(IP,CSMT,MT) 仪器. 还有美国的各种电法仪器.国内发展概况;电法勘探仪器在国内最近二十年里走过了艰难的道路, 自我开发能力与二十年前相比没有得到发展. 仪器的使用部门大多使用国外进口的仪器(加拿大, 美国占多数). 原有国内的专业地质仪器厂都在退出地质仪器领域. 特别是主要生产电法仪器的上海地质仪器厂在十年前己告破产. 现在只有重庆地质仪器厂还在生产电法仪器. 高校中,长春地质大学也在少量生产电法仪器(高密度电阻率仪).国土资沅部的物化探研究所也在研制和试销电法仪器(频谱激电仪). 国内仪器生产箪位主要生产的仪器品种是直流电阻率法和时间域激发极化法. 频谱激电法的仪器在十五年前由中国科学院地球物理研究所与无锡电子技术应用研究所合作生产过6套.2005年由中国科学院地质与地球物理研究所与上海绿海电脑科技有限公司合作研制了2套二总线高密度电阻率仪.2006年元月中国科学院地质与地球物理研究所与北京中科天丰测控技术公司合作研制多功能电法勘探仪, 目前已完成仪器中的 1. 十千瓦大功率发送机一台.2. 多功能电法接收机五台.3. 二总线通讯控制的数据采集器十台.二. 仪器发展方向1.发现新的地球物理化学参数, 研制新参数野外测量专用仪器.2.提高参数测量的精确度, 提高测量信号的信澡比(提高发送机功率扩大供地电流密度), 提高接收机的抗干扰能力, 提高信号测量的稳定性和分辩率, 加强对信号模拟滤波和数字滤波. 模拟信号传送短导线化, 长导线传送模数转换后得到的数字信号.3.提高野外工作效率: 自动化操作, 多机并发同步测量, 多机通讯罔络化工作, 数据库共享. 野外数据现埸后处理(成图, 打印, 成档)可控源音频大地电磁法测量原理三. 野外局域罔可控源音频磁大地电流法电法勘探仪研制项目的意义1. 学术思想创新.为大面积深部找矿提供野外实用仪器. 为工程物探提供高效率的仪器. 实现计算机罔络化把物探专业知识封装在仪器的软件中提高野外数据的可靠性. 野外数据现场处理成图成档提高了野外工作效率. 为大面积自动化遥控遥测提供仪器设备.2. 技术思想创新.把工业自动化控制与测量新方案_现场总线局域罔运用到野外物探工地现场.3. 技术集成创新.把当今世界上的先进技术:计算机数字信号处理技术(数字滤玻器,DFT离散数字富里叶变换),微弱模拟电信号放大和预处理技术(有源滤玻器),微弱模拟磁场信号放大和预处理技术(磁探头),高速高分辨率数字化技术(高速1兆16位模数转换器),大容量数据存储技术(Flash memory),长距离(10公里)抗干扰二总线通讯罔(CAN BUS) 技术,全球卫星定位系统技术(GPS),箪片微型计算机实时控制硬件软件系统技术,(C51软件)大功率变频器技术(30KW IGBT 桥式逆变器)和数字频率合成器锁相环技术(连续扫频发生器),高压隔离抗干扰浮空电源技术,高压隔离模拟量测量技术,数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_RS232通讯处理软件WARTER),把以上新技术集成到一套仪器中.4. 项目组现有技术.计算机数字信号处理技术(数字滤玻器,DFT离散数字富里叶变换),微弱模拟信号放大和预处理技术(有源滤玻器),中速中分辨率数字化技术(中速500KPS 12位模数转换器),中容量数据存储技术(Flash memory29f010),中距离(1公里)二总线通讯罔(RS485 BUS) 技术,箪片微型计算机实时控制硬件软件系统技术,(C51软件)中功率变频器技术(10 KW IGBT 桥式逆变器)和数字频率合成器锁相环技术(连续扫频发生器),高压隔离抗干扰浮空电源技术,高压隔离模拟量测量技术,数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_RS232通讯处理软件),4. 要求研究掌握新技术.微弱模拟磁场信号放大和预处理技术(磁探头)*长距离(10公里)抗干扰二总线通讯罔(CAN BUS) 技术,*全球卫星定位系统技术(GPS),*大功率变频器技术(30KW IGBT 桥式逆变器)*数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_USB接口通讯处理软件与专用电法数据处理软件SAFA接口的应用软件DS06),*仪器的外型和内部结构设计,*专用测试校验设备研制*野外附助器件研制与配备(专用电榄, 供电电极, 测量电极, 充电器, 发电机组, 汽车)5. 预期成果与效益为我国填补了一种新仪器的空白, 先进性超过加拿大的凤凰公司同类仪器. 可替代进口设备, 同时可向国外出口.预期生产量年产值5000千万元. 增值75% .四. 研制项目基础建设1. 实验室建设.建立一个小而全的产品开发实验室, 室内面积200平米, 室外场地300平米. 室内分为硬件开发室, 软件开发室, 机械结构设计与样机试制室, 总体设计室.室外具有卡车停车场, 30 KW发电机组工作棚, 水漕模型试验工作棚.2. 项目组成员配备.*.项目经理一名. 负责与外箪位联系,负责经费的使用, 设备材料采购, 项目中杂务.*仪器总体设计师一名. 负责系统设计, 硬件原理图设计, 软件方框流程图设计, 硬件软件总调试.*.方法指导师一名. 负责仪器室内和野外试验, 向仪器人员提出方法上的要求.*硬件工程师二名:一名主要负责弱信号仪器电路(计算机板, 放大器板, 数据采集器)一名负责强电部分(发电机组使用, 大功率变频器制作, 电源部件制作).软件工程师二名:一名负责仪器实时操作系统软件编写与调试, 要求熟练掌握C51箪片机程序编制.一名负责仪器的数据库程序编制与调试, 要求熟练掌握VC++通讯和数据库程序编制.*机械结构设计与试制技师一名. 负责设计与试装仪器整机结构与外壳.*电装工一名. 负责焊接电路板和机内机外电气联线. 负责室内外清洁卫生.五. 研究内容.1.总体方块图设计.( 总体设计师负责)可控源音频大地电磁法测量原理A B多功能电法勘探接收机数据采器(1号从机)数据采集器(322.现有工作基础*已研制成功10 KW 中功率发送机一台. 频率范围0.01hz –8khz. 电流最大10A, 电压最高为800 V.3.主要新研制关键技术与攻关方法.*研制大功率高压高速IGBT桥式逆变器. 要求耐压最高为1600伏, 电流最大为50A. 为此要寻找该IGBT模块. 做大量冒险性试验. 研制可靠的过压过电流和欠电流保护电路. 该工作是本项目中最难的关键技术. 好在本项目负责人曾经成功地大修与改装过T30 30 KW加拿大进口的电法勘探发送机. 为本项目结累了一些经验. 为了分担工作量还需寻找一位会搞大功率试验的硬件工程师合作工作. 要求在3个月内做大量试验.*研制长距离10公里的二总线通讯方法(CAN总线). 该技术在国际上已经成熟, 硬件有专用蕊片, 通讯协议是国际标准. 但本项目负责人未用过该技术, 因此要花3个月专门研究时间, 为了分担工作量还需寻找一位年青工程师专门攻关.*研究用GPS全球定位系统使整套仪器同步工作. 该技术主要研究降低成本, 要用市场上现有的GPS模板装入本仪器中的数据采集器中. 要掌握接口技术. 本项目负责人未用过该技术, 因此要花3个月专门研究时间, 为了分担工作量还需寻找一位年青工程师专门攻关.*研制高速高精度数据采集器. 选用16bit 1000kps的A/D转换器使它与箪片机接口. 要使用FIFO先进先出的寄存器耒快速采样. 放大器的指标也要相应提高, 电路板上布线艺术也要求完美. 电源澡声干扰也要大大提高. 该项研制费时至少半年.*研制测量大地表面的交流磁场信号的探头. 该项研制很费时间, 可先使用进口的磁探头配套. 待项目成功后对此再专题研制.*软件要求全面更新, 实时控制软件估计要新编一万行C51语言指令, 工作量是一人一年.数据库与数据后处理软件要新编VC++工程软件, 需要VC++程序员6个月工作量.可控源音频大地电磁法测量原理五. 经费预算明细表.1. 实验场地租借费:200平米室内,300平米室外, 二年. 6万6千元2. 实验场地装修费: 三相电源, 空调设备, 卫生设备, 办公设备. 3万元水漕模型试验设备.3. 员工宿舍租借费: 2万4千元4.实验室仪器设备添置费:*.大功率晶体管图示仪 8千元*.采样示波器 1万元*.DSP开发仿真器 1万2千元*.CAN总线箪片机开发系统 1万2千元*.高压绝缘测试仪 6千元*.恒温箱 8千元*.工业控制PC机 2台 2万8千元*.大功率稳压电源 6千元*.函数信号发生器 8千元*.数字频率计 3 千元*.数字电压表(6位) 6 千元*.数字电感电容表 1千元*.通用编程器 6千元*.彩色激光打印机 1万2千元5.办公费用:*.电话费:300元/月 *24 7千2百元*.上罔费:150元/月 *24 3千6百元*.文具纸张费 100元/月 *24 2千4百元*.书刊资料费 100元/月 *24 2千4百元*.电脑耗材费 100元/月 *24 2千4百元*.经理手机通讯补贴费 250元/月 *24 6千元*.旅差费 2000元/月 *24 4万8千元*.交际费 500元/月 *24 1万2千元*.市内交通费 300元/月 *24 7千2百元*.箪位机构登记注册及上交管理费 1万元6. 税费(桉小额纳税人)6% 10万元7. 固定人员工资费:* 总体设计师一人 10万元/年 *2 20 万元* 物探电法专家顾问一人 3 万元/年 *2 6 万元* 项目经理(兼会计出纳员)一人 4万元/年 *2 8 万元* 办公室主任(兼采购员) 一人 2 万元/年 *2 4 万元* 硬件工程师二人 3万元/年 *2 *2 12 万元* 软件工程师二人 3万元/年 *2 *2 12 万元* 电装工一人 1万2千元/年 *2 2 万4千元* 钳装工一人 1万5千元/年 *2 3 万元8. 样机材料费及外加工费:*.仪器车一辆 15 万元*.三相30 KW 柴油发电机组二台 4万/台 4万元*.30 KW电法勘探发送机(包括变压器) 15万元/台 *2 30万元*.AB供电电极控制器(30A,+ -1200V) 6百/台 *32 1万9千2百元*.多功能电法勘探接收机(内装GPS)2台 3万元/台 *2 6万元*.野外数据采集器(内装GPS) 8千元/台 *64 51万2千元*.通讯电榄10公里, 供电线(30A)2公里. 包括绕线架 3 万元*.30 KW 假负载 2台 4千元/台 8千元*.野外模拟信号发生器 2台 5千元/台 1万元9. 室内测试水漕试验费 1 万元10. 野外试验费 5万元/次 *2次 10 万元六. 经费使用:项目成立之日,50%资金到位. 一年后35%资金到位, 项目交付验收附清15%.七. 验收方法:1.室内模拟野外条件测试为主, 参考野外试验资料.2.主要技术指标*.接收机技术指标.(1). 在整套仪器中作为主机控制发送机和所有的数据采集器同步工作. 同步方法采用有线或无线电遥控. 或者用(GPS) 同步. 同步时间精确度为1微秒.(2). 提供CAN总线通讯接口, 可与所有的数据采集器通讯收集各从机的测量数据.(3). 机内装有flash 存储器容量为1兆字节. 可存放1万个野外测站的数据记录.(4). 仪器面板上装有摸拟电表和中屏幕(320*240点阵)LCD显示器. 模拟表头用来监视接收机附近的MNN电极上的信号.LCD用来显示采集得的数据记录和波形图.(5). 提供RS232串行通讯口, 可与PC机通讯向PC机下载野外数据记录.(6). 提供USB2高速串行通讯口, 可与PC机通讯向PC机下载野外数据记录.(7). 提供无线电通讯口, 可同步各从机和发送机工作(8). 提供GPS接口. 可同步各从机和发送机工作(9). 内装二道放大器和A/D转换器, 在没有数据采集器情况下可独立工作. 测量电压和电流的幅度和相位. *仪器发送机技术指标(1). 最大输出功率:30KW.(2). 最高输出电压:1000V.(3). 最大输出电流:40A.(4) 输出波形: 方波, 正负脉冲波.(5). 波形频率范围:0.001 HEZ _ 8000 HEZ.(6). 有过流自动保护功能, 保护速度高, 不会损坏大功率器件.(7). 有欠流保护功能,A B 电极被人和动物碰断时, 自动停止输出高压, 保护人和动物.(8). 内装微机控制大功率部件工作. 使发送机能人工操作, 也能在接收机(主机) 用有线或无线通讯控制下自动化工作.(9). 面板上有模拟电压表指示输入和输出电压, 有模拟电流表指示输出电流.(10). 面板上有中屏幕液晶显示器. 可显示仪器工作参数和波形.(11). 面板上有密封轻触键盘, 可人机对话.*数据采集器技术指标(1). 仪器的量程:+ -10微伏到 + - 5000 毫伏. 放大器增益可控范围1_1000倍, 增益自动调节, 自然电位可控源音频大地电磁法测量原理与放大器的零点漂移自动补偿(2). 仪器的最高分辨率: 1 微伏.(3). 仪器的精确度: 1/1000.(4). 模数转换器分辨率16bit, 采样速率1000khez.(5). 用离散富里叶变换可同时测得MN 不极化电极上DELTA V1和磁探头上来的DELTA I信号的幅度和相位. 从而得到大地系统的复电阻率的幅度和相位移.(4). 仪器的工作坏境: 野外条件, 气温在零下-20摄氏度到+45摄氏度. 空气湿度低於80%相对湿度. 能经受长途运输和野外使用中的振动.(5). 仪器用CAN串行二总线通信最大距离为10公里, 从机可寻地址的数量无限止{一般不要超过128台}.(6). 仪器的重量和体积: 约2公斤,30厘米*20厘米*25厘米.(7). 仪器的备电使用指标: 仪器内装可充电的1号镍氢电池10节, 串联使用, 总电压13伏, 仪正常工作电流约500毫安, 在充足电池容量(4000MA/H) 后可速续工作8小时. 当电池用到输出电压降到11伏时, 要进行充电, 要使用仪器配套提供的充电器连续充电12小时(充电电流500ma). 超过12小时后充电器会自动停止充电. 仪器在使用时也可补充电, 但是仪器测量指标会降低, 这是50HZ工业电干扰信号会进入电池影响高灵度放大器的工作状态造成的, 所以提倡仪器工作时不要充电.*AB供电电极控制器主要技术指标(1). 可编码寻址32个地址.(2). 可被主机控制使供电电极与A供电线”通”或与B供电线”通”, 或与A线B线都”不通”.(3). 通断开关能承受+ -1200伏直流电压和30A电流. 开关寿命10万次.可控源音频大地电磁法(CSAMT)利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。

C S A M T测量原理(共30页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-一.国内外电法勘探仪器发展概况电法勘探仪器主要用於地质部门寻找矿床,工程部门中勘测地层结构, 水利部门中寻找地下水. 电法勘探方法是桉被测电信号的频率高低划分为:1.超低频:(0 HZ – 20 HZ)*.直流电阻率法. 测量大地剖面不同深度的电阻率(视电阻率).*.时间域激发极化法. 洌量大地剖面不同深度的极化率(二次电位/一次电位)%.*.频率域频谱激发极化法. 洌量大地剖面不同深度的复数电阻率, 即对不同频率的频率响应; 包括幅度响应(电压幅度/电流幅度)和相位响应(电压相位-电流相位).2.音频:(20 HZ – 20 K HZ)*.可控源音频大地电磁法(CSAMT). 用大功率电法发送机向大地供电(频率改变范围20 HZ – 8 K HZ), 用测量大地表面的交流磁埸方法测出电流的频谱(某频率的幅度与相位)同时测量大地某测站点上的电压频谱(某频率的幅度与相位). 计算出幅度响应(电压幅度/电流幅度)和相位响应(电压相位-电流相位).*.天然埸大地电磁法(MT). 利用大地内本身具有的天然交流电流(一般由远方的大功率无线电发送电台发出的甚低频(几十K HZ -几百 K HZ) 电流信号). 用计算机数理统计方法测大地某测站的电位. 算出大地的频谱响应.3.高频:(20 K HZ – 500 K HZ)*.瞬变埸法.*.电磁感应法4.射频:(500 K HZ – 20 M HZ)*.无线电透视法.5.超高频:(20 M HZ – 2 G HZ)*.测地雷达.国外概况;以上各种仪器国外都有专业公司生产, 国内进口的仪器最多的是加拿大凤凰公司生产的多功能(IP,CSMT,MT) 仪器. 还有美国的各种电法仪器.国内发展概况;电法勘探仪器在国内最近二十年里走过了艰难的道路, 自我开发能力与二十年前相比没有得到发展. 仪器的使用部门大多使用国外进口的仪器(加拿大, 美国占多数). 原有国内的专业地质仪器厂都在退出地质仪器领域. 特别是主要生产电法仪器的上海地质仪器厂在十年前己告破产. 现在只有重庆地质仪器厂还在生产电法仪器. 高校中,长春地质大学也在少量生产电法仪器(高密度电阻率仪).国土资沅部的物化探研究所也在研制和试销电法仪器(频谱激电仪). 国内仪器生产箪位主要生产的仪器品种是直流电阻率法和时间域激发极化法. 频谱激电法的仪器在十五年前由中国科学院地球物理研究所与无锡电子技术应用研究所合作生产过6套.2005年由中国科学院地质与地球物理研究所与上海绿海电脑科技有限公司合作研制了2套二总线高密度电阻率仪.2006年元月中国科学院地质与地球物理研究所与北京中科天丰测控技术公司合作研制多功能电法勘探仪, 目前已完成仪器中的 1. 十千瓦大功率发送机一台.2. 多功能电法接收机五台.3. 二总线通讯控制的数据采集器十台.二.仪器发展方向1.发现新的地球物理化学参数, 研制新参数野外测量专用仪器.2.提高参数测量的精确度, 提高测量信号的信澡比(提高发送机功率扩大供地电流密度), 提高接收机的抗干扰能力, 提高信号测量的稳定性和分辩率, 加强对信号模拟滤波和数字滤波. 模拟信号传送短导线化, 长导线传送模数转换后得到的数字信号.3.提高野外工作效率: 自动化操作, 多机并发同步测量, 多机通讯罔络化工作, 数据库共享. 野外数据现埸后处理(成图, 打印, 成档)三.野外局域罔可控源音频磁大地电流法电法勘探仪研制项目的意义1. 学术思想创新.为大面积深部找矿提供野外实用仪器. 为工程物探提供高效率的仪器. 实现计算机罔络化把物探专业知识封装在仪器的软件中提高野外数据的可靠性. 野外数据现场处理成图成档提高了野外工作效率. 为大面积自动化遥控遥测提供仪器设备.2. 技术思想创新.把工业自动化控制与测量新方案_现场总线局域罔运用到野外物探工地现场.3. 技术集成创新.把当今世界上的先进技术:计算机数字信号处理技术(数字滤玻器,DFT离散数字富里叶变换),微弱模拟电信号放大和预处理技术(有源滤玻器),微弱模拟磁场信号放大和预处理技术(磁探头),高速高分辨率数字化技术(高速1兆16位模数转换器),大容量数据存储技术(Flash memory),长距离(10公里)抗干扰二总线通讯罔(CAN BUS) 技术,全球卫星定位系统技术(GPS),箪片微型计算机实时控制硬件软件系统技术,(C51软件)大功率变频器技术(30KW IGBT 桥式逆变器)和数字频率合成器锁相环技术(连续扫频发生器),高压隔离抗干扰浮空电源技术,高压隔离模拟量测量技术,数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_RS232通讯处理软件WARTER),把以上新技术集成到一套仪器中.4. 项目组现有技术.计算机数字信号处理技术(数字滤玻器,DFT离散数字富里叶变换),微弱模拟信号放大和预处理技术(有源滤玻器),中速中分辨率数字化技术(中速500KPS 12位模数转换器),中容量数据存储技术(Flash memory29f010),中距离(1公里)二总线通讯罔(RS485 BUS) 技术,箪片微型计算机实时控制硬件软件系统技术,(C51软件)中功率变频器技术(10 KW IGBT 桥式逆变器)和数字频率合成器锁相环技术(连续扫频发生器),高压隔离抗干扰浮空电源技术,高压隔离模拟量测量技术,数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_RS232通讯处理软件),4. 要求研究掌握新技术.微弱模拟磁场信号放大和预处理技术(磁探头)*长距离(10公里)抗干扰二总线通讯罔(CAN BUS) 技术,*全球卫星定位系统技术(GPS),*大功率变频器技术(30KW IGBT 桥式逆变器)*数据库通讯下载与后处理系统技术(VC++_USB接口通讯处理软件与专用电法数据处理软件SAFA接口的应用软件DS06),*仪器的外型和内部结构设计,*专用测试校验设备研制*野外附助器件研制与配备(专用电榄, 供电电极, 测量电极, 充电器, 发电机组, 汽车)5. 预期成果与效益为我国填补了一种新仪器的空白, 先进性超过加拿大的凤凰公司同类仪器. 可替代进口设备, 同时可向国外出口.预期生产量年产值5000千万元. 增值75% .四.研制项目基础建设1. 实验室建设.建立一个小而全的产品开发实验室, 室内面积200平米, 室外场地300平米. 室内分为硬件开发室, 软件开发室, 机械结构设计与样机试制室, 总体设计室.室外具有卡车停车场, 30 KW发电机组工作棚, 水漕模型试验工作棚.2. 项目组成员配备.*.项目经理一名. 负责与外箪位联系,负责经费的使用, 设备材料采购, 项目中杂务.*仪器总体设计师一名. 负责系统设计, 硬件原理图设计, 软件方框流程图设计, 硬件软件总调试.*.方法指导师一名. 负责仪器室内和野外试验, 向仪器人员提出方法上的要求.*硬件工程师二名:一名主要负责弱信号仪器电路(计算机板, 放大器板, 数据采集器)一名负责强电部分(发电机组使用, 大功率变频器制作, 电源部件制作).软件工程师二名:一名负责仪器实时操作系统软件编写与调试, 要求熟练掌握C51箪片机程序编制.一名负责仪器的数据库程序编制与调试, 要求熟练掌握VC++通讯和数据库程序编制.*机械结构设计与试制技师一名. 负责设计与试装仪器整机结构与外壳.*电装工一名. 负责焊接电路板和机内机外电气联线. 负责室内外清洁卫生.五. 研究内容.1.总体方块图设计.( 总体设计师负责)数据采集器A BM N 磁探头RS485 ARS48530 KW 柴油发电机组变压器 1变压器 2 变压器 330 KW 0 – 8 KHZ 电法勘探发送机 (0号从机)多功能电法勘探接收机(主机)数据采集器(1号从机)数据采集器(32号从机)2.现有工作基础*已研制成功10 KW 中功率发送机一台. 频率范围–8khz. 电流最大10A, 电压最高为800 V.3.主要新研制关键技术与攻关方法.*研制大功率高压高速IGBT桥式逆变器. 要求耐压最高为1600伏, 电流最大为50A. 为此要寻找该IGBT模块. 做大量冒险性试验. 研制可靠的过压过电流和欠电流保护电路. 该工作是本项目中最难的关键技术. 好在本项目负责人曾经成功地大修与改装过T30 30 KW加拿大进口的电法勘探发送机. 为本项目结累了一些经验. 为了分担工作量还需寻找一位会搞大功率试验的硬件工程师合作工作. 要求在3个月内做大量试验.*研制长距离10公里的二总线通讯方法(CAN总线). 该技术在国际上已经成熟, 硬件有专用蕊片, 通讯协议是国际标准. 但本项目负责人未用过该技术, 因此要花3个月专门研究时间, 为了分担工作量还需寻找一位年青工程师专门攻关.*研究用GPS全球定位系统使整套仪器同步工作. 该技术主要研究降低成本, 要用市场上现有的GPS模板装入本仪器中的数据采集器中. 要掌握接口技术. 本项目负责人未用过该技术, 因此要花3个月专门研究时间, 为了分担工作量还需寻找一位年青工程师专门攻关.*研制高速高精度数据采集器. 选用16bit 1000kps的A/D转换器使它与箪片机接口. 要使用FIFO先进先出的寄存器耒快速采样. 放大器的指标也要相应提高, 电路板上布线艺术也要求完美. 电源澡声干扰也要大大提高. 该项研制费时至少半年.*研制测量大地表面的交流磁场信号的探头. 该项研制很费时间, 可先使用进口的磁探头配套. 待项目成功后对此再专题研制.*软件要求全面更新, 实时控制软件估计要新编一万行C51语言指令, 工作量是一人一年.数据库与数据后处理软件要新编VC++工程软件, 需要VC++程序员6个月工作量.五.经费预算明细表.1. 实验场地租借费:200平米室内,300平米室外, 二年. 6万6千元2. 实验场地装修费: 三相电源, 空调设备, 卫生设备, 办公设备. 3万元水漕模型试验设备.3. 员工宿舍租借费: 2万4千元4.实验室仪器设备添置费:*.大功率晶体管图示仪 8千元*.采样示波器 1万元*.DSP开发仿真器 1万2千元*.CAN总线箪片机开发系统 1万2千元*.高压绝缘测试仪 6千元*.恒温箱 8千元*.工业控制PC机 2台 2万8千元*.大功率稳压电源 6千元*.函数信号发生器 8千元*.数字频率计 3 千元*.数字电压表(6位) 6 千元*.数字电感电容表 1千元*.通用编程器 6千元*.彩色激光打印机 1万2千元5.办公费用:*.电话费:300元/月 *24 7千2百元*.上罔费:150元/月 *24 3千6百元*.文具纸张费 100元/月 *24 2千4百元*.书刊资料费 100元/月 *24 2千4百元*.电脑耗材费 100元/月 *24 2千4百元*.经理手机通讯补贴费 250元/月 *24 6千元*.旅差费 2000元/月 *24 4万8千元*.交际费 500元/月 *24 1万2千元*.市内交通费 300元/月 *24 7千2百元*.箪位机构登记注册及上交管理费 1万元6. 税费(桉小额纳税人)6% 10万元7. 固定人员工资费:* 总体设计师一人 10万元/年 *2 20 万元* 物探电法专家顾问一人 3 万元/年 *2 6 万元* 项目经理(兼会计出纳员)一人 4万元/年 *2 8 万元* 办公室主任(兼采购员) 一人 2 万元/年 *2 4 万元* 硬件工程师二人 3万元/年 *2 *2 12 万元* 软件工程师二人 3万元/年 *2 *2 12 万元* 电装工一人 1万2千元/年 *2 2 万4千元* 钳装工一人 1万5千元/年 *2 3 万元8. 样机材料费及外加工费:*.仪器车一辆 15 万元*.三相30 KW 柴油发电机组二台 4万/台 4万元*.30 KW电法勘探发送机(包括变压器) 15万元/台 *2 30万元*.AB供电电极控制器(30A,+ -1200V) 6百/台 *32 1万9千2百元*.多功能电法勘探接收机(内装GPS)2台 3万元/台 *2 6万元*.野外数据采集器(内装GPS) 8千元/台 *64 51万2千元*.通讯电榄10公里, 供电线(30A)2公里. 包括绕线架 3 万元*.30 KW 假负载 2台 4千元/台 8千元*.野外模拟信号发生器 2台 5千元/台 1万元9. 室内测试水漕试验费 1 万元10. 野外试验费 5万元/次 *2次 10 万元六.经费使用:项目成立之日,50%资金到位. 一年后35%资金到位, 项目交付验收附清15%.七.验收方法:1.室内模拟野外条件测试为主, 参考野外试验资料.2.主要技术指标*.接收机技术指标.(1). 在整套仪器中作为主机控制发送机和所有的数据采集器同步工作. 同步方法采用有线或无线电遥控. 或者用(GPS) 同步. 同步时间精确度为1微秒.(2). 提供CAN总线通讯接口, 可与所有的数据采集器通讯收集各从机的测量数据.(3). 机内装有flash 存储器容量为1兆字节. 可存放1万个野外测站的数据记录.(4). 仪器面板上装有摸拟电表和中屏幕(320*240点阵)LCD显示器. 模拟表头用来监视接收机附近的MNN电极上的信号.LCD用来显示采集得的数据记录和波形图.(5). 提供RS232串行通讯口, 可与PC机通讯向PC机下载野外数据记录.(6). 提供USB2高速串行通讯口, 可与PC机通讯向PC机下载野外数据记录.(7). 提供无线电通讯口, 可同步各从机和发送机工作(8). 提供GPS接口. 可同步各从机和发送机工作(9). 内装二道放大器和A/D转换器, 在没有数据采集器情况下可独立工作. 测量电压和电流的幅度和相位. *仪器发送机技术指标(1). 最大输出功率:30KW.(2). 最高输出电压:1000V.(3). 最大输出电流:40A.(4) 输出波形: 方波, 正负脉冲波.(5). 波形频率范围: HEZ _ 8000 HEZ.(6). 有过流自动保护功能, 保护速度高, 不会损坏大功率器件.(7). 有欠流保护功能,A B 电极被人和动物碰断时, 自动停止输出高压, 保护人和动物.(8). 内装微机控制大功率部件工作. 使发送机能人工操作, 也能在接收机(主机) 用有线或无线通讯控制下自动化工作.(9). 面板上有模拟电压表指示输入和输出电压, 有模拟电流表指示输出电流.(10). 面板上有中屏幕液晶显示器. 可显示仪器工作参数和波形.(11). 面板上有密封轻触键盘, 可人机对话.*数据采集器技术指标(1). 仪器的量程:+ -10微伏到 + - 5000 毫伏. 放大器增益可控范围1_1000倍, 增益自动调节, 自然电位与放大器的零点漂移自动补偿(2). 仪器的最高分辨率: 1 微伏.(3). 仪器的精确度: 1/1000.(4). 模数转换器分辨率16bit, 采样速率1000khez.(5). 用离散富里叶变换可同时测得MN 不极化电极上DELTA V1和磁探头上来的DELTA I信号的幅度和相位. 从而得到大地系统的复电阻率的幅度和相位移.(4). 仪器的工作坏境: 野外条件, 气温在零下-20摄氏度到+45摄氏度. 空气湿度低於80%相对湿度. 能经受长途运输和野外使用中的振动.(5). 仪器用CAN串行二总线通信最大距离为10公里, 从机可寻地址的数量无限止{一般不要超过128台}.(6). 仪器的重量和体积: 约2公斤,30厘米*20厘米*25厘米.(7). 仪器的备电使用指标: 仪器内装可充电的1号镍氢电池10节, 串联使用, 总电压13伏, 仪正常工作电流约500毫安, 在充足电池容量(4000MA/H) 后可速续工作8小时. 当电池用到输出电压降到11伏时, 要进行充电, 要使用仪器配套提供的充电器连续充电12小时(充电电流500ma). 超过12小时后充电器会自动停止充电. 仪器在使用时也可补充电, 但是仪器测量指标会降低, 这是50HZ工业电干扰信号会进入电池影响高灵度放大器的工作状态造成的, 所以提倡仪器工作时不要充电.*AB供电电极控制器主要技术指标(1). 可编码寻址32个地址.(2). 可被主机控制使供电电极与A供电线”通”或与B供电线”通”, 或与A线B线都”不通”.(3). 通断开关能承受+ -1200伏直流电压和30A电流. 开关寿命10万次.可控源音频大地电磁法(CSAMT)利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。

csamt原理
CSAMT（Controlled-Source Audio-frequency Magnetotellurics）原理指的是一种地球物理探测方法，用于研究地下电导率性质。

CSAMT利用地球自然电磁场与人工激发电磁场之间的相互作用来测量地下电导率分布。

CSAMT的原理可以简单描述如下：在地面上设置两个电磁场发生器，一个是低频激发器，用于产生激发电流，另一个是高频接收器，用于测量地下的电磁响应。

低频激发器产生的电流在地下传播时会受到地下物质电导率的影响，根据奥姆定律，电流的变化将导致地下的电场和磁场的变化。

高频接收器测量地下的电场和磁场变化，并将数据传回分析仪器进行分析和解释。

CSAMT通过测量电场和磁场的频率响应特性来推断地下的电导率分布。

在地下电导率较高的区域，电场和磁场的响应将比较弱，而在电导率较低的区域，电场和磁场的响应将比较强。

通过处理测量数据，可以推断不同深度下的地下电导率分布。

CSAMT原理在勘探、地质调查和水文地质研究中有着广泛的应用，可以帮助研究人员理解地下结构和矿产资源分布，以及地下水的运动和储存情况。

1 前言频域率大地电磁测深中广泛采用波区视电阻率定义，然而CSAMT 采用人工建场法，克服了天然场源大地电磁测深中的信号微弱、抗干扰能力差的缺点，但同时也带来一些负面效应，如与场源相关的场源效应。

CSMAT 的场源效应主要表现为：1）由于靠近场源而产生的非平面波效应；2）由于场源下面的地质情况或者场源与测深点之间的地质情况而产生的场源附加效应；3）由于场源与测深点之间的地质异常体被投射开而产生的阴影效应。

2 方法原理CSAMT 测量时在波区测量相互正交的电、磁场切向分量，并计算卡尼亚视电阻率：卡尼亚视电阻率对于远区，也就是说在满足平面波的条件下是有效的，并且是在MT 法和满足远区条件的CSAMT 法中常用的关系式。

目前，CSAMT 方法的数据解释法主要继承了早期的AMT 数据解释法，在频域率大地电磁测深中，高频数据反映浅层地球物理信息，低频数据反映深层地球物理信息。

通常情况下进入近场的数据为低频数据，因此进行近场校正具有非常重要的意义。

3 近场校正方法3.1 近场效应在实际CSAMT 勘探工作中，由于受地形地表与地质条件的影响，测量区很难都满足波区条件，测点处的电磁场常表现为近场或者过渡场特征，特别是当收发距小和频率较低时，近场效应严重，近场效应表现为视电阻率曲线在双对数坐标中呈45°上升。

3.2 近场校正近场校正方法有多种，此次近场校正采用全频域视电阻率法。

CSAMT 测量满足波区条件时，一般采用Cagniard 电阻率。

当CSAMT 测量不满足波区条件时，Cagniard 电阻率公式中的E 和H 与收发距、方位角和电极距都有关系（朴华荣，《电磁测深法原理》，1990）：其中，为Cagniard视电阻率， 分别为角频率，磁化率； 分别为电场分量，磁场分量，收发距和方位角。

式中的电阻率可采取数值求根方法求取，这样就定义了全频段电阻率（即校正后的电阻率）。

4 应用效果在晋北某煤矿采用上述处理方法获得了非常好的效果。

一、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT ）（1）方法特点及应用范围可控源源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 法)最早是由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway 教授和他的学生Myaron Goldtein 于1971年提出。

针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。

从而从理论和实验两方面奠定了CSAMT 法的基础。

自70年代中期起CSAMT 法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和解释应用软件。

特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿床、水文、环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法，目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。

我们可以用图2-1来说明最常用的一种标量CSAMT 法的测量过程：场源：用发送机通过接地电极A 、B 向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。

电流的频率可在一定范围内变化，通常从2-3～213Hz 按2进制递变，在接地十分困难的地方可用不接地回线作垂直磁偶极子来发送电磁场。

测量：在距离AB 相当远的地方进行测量。

所谓“相当远”指的是在这些地方的电磁场已接近平面波，从而可使用卡尼亚电阻率计算公式并方便解释。

若选用直角坐标系，X 轴平行AB ，Z 轴垂直向下，那么标量测量是在测点测量每一频率的电场分量E X 和正交的磁场分量H Y ，并按：E E y x f 251=ρ计算卡尼亚电阻率。

式中f 为频率。

当从高到低逐个改变频率。

便可得到卡尼亚电阻率测深曲线。

根据需要，可以分别以相互垂直的两组场源供电，对每个场源都测量5个电磁场分量，从而形成张量CSAMT 测量。