[科普中国]-频率测深法

又称频率电磁测深法、电磁频率测深法、参数测深法(parametric sounding)，根据岩石电阻率和磁导率的差异，通过研究人工在地下建立的不同频率的交流电场和磁场的分布规律来寻找有益矿产和地下水以及解决有关地质问题的一种频率域交流电法勘探方法。

介绍早在20世纪30年代，苏联和美国的一些地球物理学家开始对频率测深的理论进行研究。50年代初期，苏联研究出了相应方法，1956年研制出专用仪器，并进行了野外试验。60年代，该方法在苏联的石油天然气普查中得到较广泛的应用。中国在20世纪70年代初由煤炭科学研究院西安煤田地质勘探研究所引入该方法，研制出相应仪器，并首先在煤田地质勘探中试验和推广。70年代末至80年代初，中国煤炭系统最多曾有11个频率测深队工作，取得较好的地质成果。70年代后期以来，已扩大应用到地矿、石油、冶金等部门。

频率测深法的主要优点是①观测的参数曲线多，分辨能力强;②不需移动供电电极和测量电极，现场操作人员少，施工方便，效率高;③可穿透高阻屏蔽层;④受地形影响较小。

原理频率电磁测深是根据入地电磁波的传播深度随供电频率增高而减小的集肤效应，借助变换工作频率来了解不同深度岩层的电性特征和地质结构的。如下图所示，固定供电偶极AB与测量偶极MN之间的距离r，由高到低改变向供电偶极AB供给的交流电频率(从10Hz降到10Hz)，这样，不需移动供电偶极和测量偶极，便可探测测点O处地下由浅到深各岩层的电性特征，进而了解地下地质结构，解决有关地质问题。

仪器频率电磁测深仪由发射机、接收机、发射电源、接收线框等单元组成。新型仪器用微处理机控制仪器工作参数和工作过程，进行数据存贮、现场计算和打印观测数据。供电电极用铁管、不锈钢或铝合金制成。为了减小接地电阻，常用多根电极组成电极组打入地面。根据发射功率要求，供电电源使用可充电电池或发电机。发射机将供电电源馈给的电流变换成可用20～30个固定频率(称为频点)发射的交流电，逐个频点依次向供电电极供电，形成人工地下电场，并观测供电电流强度值。发射机要求频率稳定度高，发射功率能满足相应勘探深度的需要，重量轻。电场信号用接收电极接收，它一般用紫铜管或紫铜棒制成，以减小极化电位。用高灵敏度的方形或圆柱形接收线框接收磁场的三个分量。接收机从电场接收偶极或磁场接收线框接收观测信号。各频点的观测电压值和计算的视电阻率值由接收机的液晶显示器显示，并可存贮在仪器的微型盒式磁带内，还可打印输出。有的仪器还可在液晶显示器上显示实测曲线。

工作方法包括电场发射、接收电场，电场发射、接收磁场和磁场发射、接收磁场等三种方法。①接收电场方法。只能接收电场x、y方向的两个水平分量。②接收磁场方法。可接收x、y方向的两个水平分量和z方向的一个垂直分量。通过计算还可确定电场和磁场的相位差，并绘制出相位差与频率的关系曲线。电场发射方法可接收电场和磁场。发射机和供电电源布设在供电电极附近。接收机布设在接收电极和接收磁场的线框附近。接收电场的测量电极和接收磁场的线框间的距离保持一定。多通道的接收机可同时观测电场和磁场分量。③磁场发射方法。将交流电通入铺设在地面的发射线框，借助线框感应产生的交变电磁场向地下发射。接收偶极处电场信号微弱，只能接收磁场。

野外工作一般采用赤道偶极装置，供电偶极AB与测量偶极MN相互平行并均垂直于测线;也可采用平行测线方式，在一条测线上布设供电偶极，在另一测线上布设接收偶极。极距r (AB中点与MN中点间的距离)保持一定，并要大于AB或MN长度的数倍以上。它一般按施工区的实际地质电性条件，通过正演计算和野外试验确定，并应考虑探测目的层的深度和仪器的最大发射功率等因素。

野外观测按照一定的测线间距和测点间距进行。测网密度及其布置方式，主要根据地质任务的要求确定。野外观测时，发射机和接收机的操作员要注意核对工作频点，逐一观测，直到该测点观测完毕。

接收到的信号经过去噪、放大、叠加平均，可计算出相应观测分量的视电阻率值。采用双对数坐标系，以每个固定频率所观测的视电阻率值为纵坐标，频率倒数(周期)的平方根为横坐标，构制野外实测原始曲线。该曲线反映测点处地下由浅到深的岩层电性情况。

资料解释用记录野外实测数据的盒式磁带，可在室内用微机进行多种数据处理，绘制各种解释图件。资料解释的主要内容如下：

(1)对各测点的实测曲线按不同曲线类型进行分类，根据已有地质、物探资料，特别是钻孔旁的频率测深曲线，划分各电性层与地质层位的对应关系。

(2)构制各测线的等视电阻率断面图;选取反映基准地质层位的相应频率，绘制等视电阻率平面图。通过综合分析断面图和平面图，对工作区构造、岩层分布及所探测对象进行解释。

(3)用人工方法或计算机正演、反演方法定量解释实测曲线，确定电性差异明显的岩层厚度及其埋藏深度，结合定性解释成果绘制最终地质断面图和相应的地质平面图。1

应用概况频率电磁测深法在地质勘查中应用较广，①用以寻找石油、天然气和金属矿产资源。②用于普查找煤，特别是在高电阻的石灰岩、火山岩、火成岩覆盖区寻找电阻率较低的含煤岩系;圈定含煤岩系分布范围;估算高电阻率覆盖层的厚度和含煤岩系基底深度;探测煤田内火山岩、火成岩的分布范围和赋存情况，估算其埋藏深度;圈定埋藏较浅的石灰岩岩溶裂隙发育带等。

为提高频率电磁测深法的探测精度，目前正着重研究识别与校正各种影响因素的方法以及层参数定量解释的反演方法和计算机程序。频率电磁测深仪正向多通道、多功能方向发展。最新仪器可同时观测几个参数，还可兼用于大地电磁测深法、瞬变电磁法。2

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学