[科普中国]-感应电磁勘探法

原理

电磁勘探的找矿原理是基于不同岩石和矿石间的电学性质的改变，而引起电磁场(人工的和天然的)空间分布状态发生相应的变化。由此，人们便可利用不同性能的仪器，通过对场的空间和时间分布状态的观测与研究，来勘查矿产资源或查明地质目标在地壳中的存在状态，从而实现电法勘探的地质目标。1

分类感应电磁勘探法通常分为两类：

一类为直接寻找油气的电磁法，目前主要有激发极化法、磁电法、电场差分法等。

另一类是寻找含油气构造的方法，目前主要有大地电磁法(MT)、电磁阵列剖面法(EMAP)，建场测深法等。

激发极化法找油是 20世纪 60年代由柯马罗夫提出。磁电法是 Pinson于 20世纪 70年代提出。二者的找油机理基本类似，都是基于碳氢化合物向上覆地层中运移聚集而形成柱状浸染带有关，以“烃垂向微渗漏激发的地球物理、地球化学及矿物学参量变异特征的假说(烟筒效应)”为基础。由于“烟筒效应”存在的可能性及其分布形式仍处于推测与假说阶段，而在地表浅层又很难通过有效的方法获取“烟筒效应”的直接证据，故激电与磁电直接找油目前仍是处于试验研究阶段。电场差分法是由前苏联的 H.雷赫林斯基于 20世纪 80年代后期提出，其实质仍是时间谱激电的一个变种，利用激电二次场的衰减特性，测定电场差分参数，达到圈定油藏边界的目的。2

数据采集特点一、电法勘探方法数据采集的多样性

电法勘查数据采集与其他物探方法的数据采集的不同点在于电法勘查数据采集的多样性，这是与电法勘查方法的多样性分不开的。它的多样性表现在下列几个方面。

1、采集形式的多样性

电法勘查方法多，工作方式各不相同，装置不同，场的特点不同，传感器不同，使得采集形式多样。它既有天然场源的方法，也有人工场源的方法。既可以采用接地电极测量电场，也可以采用不接地的线圈测量磁场；既可以测量相对量，也可以测量绝对量；既可以测量标量，也可以测量矢量；既可以测量振幅和相位，也可以测量实虚分量；既可以测量总场，也可以测量纯异常场。

2．采集参数的多样性

电法勘查方法多，不同的电法勘查方法则量不同的参数，使得采集参数多样。自然电场法测量电位U或电位差ΔU；电阻率法测量电位差ΔU和电流I来换算视电阻率ρs；激发极化法测量一次场电位差ΔU1和二次场电位差ΔU2来计算视极化率ηs；频率测深法测量交变电场E和交变磁场H的各分量来换算视电阻率ρs等。

3．采集序列的多样性

电法勘查方法可以在不同的采样空间进行采样，可以是空间采样序列，如电剖面法，通过固定装置，改变空间测点位置，来测量地下电场沿空间水平方向上的变化；又如电测深法，固定测点，通过改变供电极距，来测量电场沿空间垂直方向上的变化，研究场的空间变化特性；也可以是频率采样序列．如大地电磁加深法和频谱激电法等，在相同测点上．通过改变测量(和供电)频率，测量电磁场随频率的变化，研究场的频率特性；还可以是时间采样序列，如瞬变电磁法等，在相同测点上，测量电磁场随时间的变化，研究电磁场的时间特性。

4．采集场所的多样性

由于电法勘查方法可以在空中、地面、并中等不同场所工作，因此，电法勘查的数据采集也可以是在空中(航空电法)、地面(地面电法)、井中(井中电法)进行。由于测量场所不同，研究的电磁场的侧重点有所不同，因而所使用的仪器的特性和研究方法也会有所不同

二、电法勘查方法数据采集的复杂性

电法勘查方法由于其测量的场的多样性，造成了其数据采集的复杂性。

1、成分复杂

由于测量采用的装置及传感器的多样性，以及电场或电磁场的特点，使得测量仪器所获得的信号成分比较复杂。如在地面直流电法勘查中，测量视电阻率时，测到的信号包括大地中电场的信号(地质信号和干扰信号)、电极极化信号(由于电极极化差产生)和仪器本身的噪声信号(由于仪器电路和器件的不稳定和电磁窜扰产生)。在进行激发极化法工作时，不同的仪器参数(供电时间、测量时刻等)都会影响测量结果。

2．关系复杂

在各物探方法中，电场和电磁场相对于重力场、磁力场和振动波场来说，更复杂一些。所测量的信号特性，除与地下地质体的特性和分布有关外，还与场源的性质、位置、方向、频率等有关。在电磁场中，电场和磁场是相互关联的，它们都是场源性质(电性源、磁性源)、空间、时间的函数。在进行数据采集和处理之前，必须明确知道这些关系，才能选择正确的数据采集方法和数据处理方法。

三、电法勘查方法数据采集的艰难性

电法勘查方法的数据采集是在艰苦的野外环境下进行的再加上测量场的复杂及仪器制造技木所阻，使得数据采集非常艰难。

1．干扰大

由于野外条件恶劣，冉加上测量在野外测量时，面临着各种干扰。包括非目标体的地质噪声、天然电磁噪声及人文干扰。非目标体的地质噪声主要指地形不平、近地表电性不均匀等；天然电磁噪声主要指非测量对象的天然电磁场；人文干扰包括各种人文电磁干扰(如工用、民用电造成的游散电流等)及各种人工埋没物的干扰等。在采用接地电极进行测量时还会有电极极化产生的干扰。

需指出的是，噪声或干扰是相对于我们测量的场而言的。例如，天然电磁场对于人工源的电磁测深来说是一种干扰，而对于大地电磁法来说它就是我们的场源了。

2．信号弱

对于采用人工场源的电法勘查方法来说，因为受到场源功率大小的限制，测量信号是有限的，而且在野外工作中，整个工作装置的轻便化对于提高工作效率是非常重要的，在满足一定的信噪比要求条件下，希望尽量减轻电源部分的重量。一般情况下，传导类电法测量的信号在mV级，感应类电法测量的信号在μV级，在一些方法中，测量信号是nV级(如勘探地下水的核磁共振方法)。因为测量信导比较弱，在遇到较强干扰的情况下，需采取措施提高调量的信噪比，一是加大场源功率(在进行大面积的激发极化法工作时常常采用大功率发电机进行供电)，这样会增加设备的重量；二是采用多次测量进行信号叠加的办法提高信噪比，这样要增加测量时间，影响工作效率。达都是电法工作不利的方面。

对于采用天然场源(或被动场源)工作的电法方法来说，因为无法控制场源，只有采取多次测量进行信号叠加的办法来提高信噪比。因此，在采用天然场源工作的电法方法中(如大地电磁法)，为获得一个高质量的测量结果，常常要花费较长的工作时间。

3、变化快

在电法勘查方法中，时间域的激发极化法和瞬变电磁法等方法是测量断电后的随时间变化的纯异常场，它们随时间的变化很快，需在毫秒(ms)甚至微秒(μS)的时间段内进行测量，不是自动化的仪器是无法准确测量的。

4、动态范围大

由于在测量中随着测量点位的变化或者测量装置的变化，测点离测量对象的距离变化很大，收发距或极距变化很大，使得测量信号的变化很大。1

应用大地电磁的一维正反演已有一些比较成熟的方法。如：最优梯度法、马奎特法、广义逆反演法、Bostick法、拟地震解释法、连续介质反演法、OCAM法、垂直时距曲线法等。各种方法的出发点和原理不尽相同，综合运用各种反演方法，才能得到较为理想的结果。反演方法研究主要集中在以下几个方面。首先是向多维方向发展。因为地下构造并非均匀，实际上具有复杂多变性，因而电磁法的二、三维正反演仍是热点。其次是联合反演方面，利用不同电磁法的数据进行联合反演，或者利用基于不同物性的地球物理数据进行联合反演。前者有 MT和 TEM(瞬变电磁法)、后者有重力和 MT、地震和 MT等。同一地质体的不同物性参数产生的异常显然会有内在联系，利用多种地球物理信息进行联合反演是地球物大地电磁除了在油气盆地研究中应用外，主要集中在深部构造和岩石圈的结构及其动力学的过程研究。如中国西藏的 INDEPTH-MT项目、东北太平洋的 EMSLAB计划、北美的 LITHO-PROB计划及 JudadeFuca洋脊的 EMRIDGE计划等。这些研究加深了对岩石圈结构及其动力学过程的理解，如高原的隆升机制、大陆岩石圈的演化，大陆地壳、海洋岩石圈的形成、海陆间的被动边缘生长等。

这些研究表明中下地壳中广泛存在高电导率现象。对这种现象主要有三种可能的解释：含水流体、岩浆的部分熔融和导电矿物质。其中含水流体为重要的影响因素，它涉及到水的来源和贮存两方面的机制。近年来，人们非常重视了解流体在大陆地壳构造中的作用及其对含油气性盆地的影响。随着流体研究的深入开展，中下地壳中的低阻现象以及对盆地所含油气性影响研究将会取得重要进展。

大地电磁法的主要解释图件有：曲线分布类型图、视电阻率断面图、相位断面图、总纵向电导剖面图或平面图、各向异性断面图、综合地质解释图等。根据这些图件可以从不同侧面分析盆地测区内地电断面沿水平和垂直方向的地层、构造变化情况。2