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EMRS−3型电磁勘探仪简介

2008-11-05 21:53:31
西安强源物探研究所于1988年研制出第一代TEM设备−−“LC型电法勘探系统”以来,到现在已连续研制成第六代设备−−“EMRS−3型电磁勘探仪”。供电电流由LC仪的200安培提高到3型的2000安培,勘探深度由最初约400米提高到目前的约2000米。仪器的不断改进,使其功能可以解决国家提出的“危机矿山接替资源找矿”以及“攻深探盲”等重大地质任务。特别是采用“标定系数”解释手段,可以排除正.反演公式中的(分离回线正确)错误部分,使得一维反演方法得以应用。
一、特点
1. 超强场源:
我国著名的地球物理学家,原北京地质学院电法教授付良魁老师在1956年讲授电法专业课时指出:“人工电法勘探要想取得好的地质效果,“最笨”的但也是最好的办法就是增强供电场源”。目前野外的工业电流干扰极大,其信噪比是50年代的几十或几百分之一,所以就必须增加几十到几百倍的场源功率,用以压制这种强大的干扰。否则二次衰减曲线能用于解释的延时长度只有2到3毫秒,这样解释出的勘探深度太浅。EMRS−3型仪由于供电电流高达2000安培,故在一般地层上V2曲线延时可达32毫秒,这就大大的增加了勘探深度。
当信噪比很小时,采用多次叠加平均的办法,虽然可使曲线的光滑度得到改善,但是噪声电平在响应值中占的“权”仍然很大,所以有时将异常平均掉了,或平均出了假异常,这在误差理论中已有论述。
30年前,前苏联和美国都用过1000安培的大型发电机,同时也用过5米边长的小线框,并取得一定的地质效果。那个年代增加供电功率和增加供电设备的体积重量成正比。例如当时2000安培发电设备需两辆大型汽车拖动,而EMRS−3型仪采用特殊技术,将所有的供电与测量设备装在一支箱内,勘探人员可以携带仪器在地形恶劣的山区进行勘探工作,这个科研成果便是我所的“专利”。
超强场源的响应值,不仅可以用电阻率来“分层定厚”,同时还可以看到与地质结构有关的信息,这个响应值ΔV/I在弱场源时都认为是常数,而当电流I大过100安培时,则ΔV/I不是常数,例如,金属矿的异常“衬度”随电流I的增加而增加,这对深矿、小矿的勘探非常有利。
2、装置轻便:
建所前在书刊文献中就看到过多种测量装置(包括电偶极),但这些资料无法对比,也就无法选择理想的装置。建所以后,为了选择最佳类型的装置与我所研制的仪器相配套,曾进行过很长时间的野外装置对比试验。
内容有:重叠回线,中心回线,中心探头(磁芯探头),分离回线(接收有线圈与探头之分)等。电偶极的装置缺点很多,故未进行试验。
1) 分离回线装置的场源利用率太低,试验结果供圈圈边与接收圈边离开不远,有用信号弱的无法检测,故不能采用。
2) 中心回线与中心探头和很小的重叠回线(例1.5m*1.5m)的异常响应向晚期偏移,这很不利,因为晚期的信噪比越来越小,测量精度越来越低,故也不选用。
3)  重叠回线我所试验过十多种,由2Km*2km—1.5m*1.5m。最后我们根据曲线形态和异常“衬度”及操作轻便等条件,最终选择了3m*3m的重叠回线。
供电回线越大,则中心场强越小,则V2响应就小,同时横向分辨率越低,加之装置的自感L和互感M都大,使V2曲线产生畸变。
著名美国TEM专家B.R.Spies在≪导电覆盖区时间域电磁观测的解释与设计≫一文中写道:“……我们看,曲线从顶部层电导率分开的时间,对所有线框尺寸来说都是颇为稳定的,这就告诉我们影响勘探深度的重要因素是采样时间,而不是线框的大小,同时也指出所有的比上层深度小的线框尺寸,都给出同样归一化的响应,因此,这时线框可以看成是偶极”。(注:采样时间也称V2延时时间)
前苏联的电法专家B.A.   在≪脉冲感应电法勘探≫一书中的近区建场测深(  )一节中写道:“……其他条件相同的情况下,从远区转为近区工作,可以提高几倍的勘探深度”。(注:远区即装置边长大于探测深度;近区即装置边长小于探测深度),这是因为供圈的减小,其中心一次场强增加,所以能够增加勘探深度。
从装置的操作方便程度来看,例如3m*3m的线圈一个人可以的携带上山,而200m*200m的线圈则需要车载,两者的工作效率差别太大。如若地形不好,前者仍能测到四五十个物理点,而后者一天最多只能测几个物理点,有些地形甚至无法开展工作。
二、解释
很早就有人发现TEM的定性解释和定量解释与测点的地层不够吻合或很不吻合,我所为了找到原因,曾研究十多年,终于发现了是定性公式和定量公式中供电线圈参数在公式中使用有误所致(但分离回线正确),于是我所用大量野外的已知地电参数组成的“标定系数”来对某一种固定的装置(例3m*3m)所测的曲线进行标定的方法,避开公式中的供电线圈错误部分,而利用其正确部分来进行解释,取得较好的解释结果。在传统的定性公式中,我所经过多年的研究,在不同地区不同岩层上多次试验,解释结果地层变成“面条”状,无法应用。
三、仪器指标
1,供电部分
①  供电电流:2000安培
②  供电脉宽:4毫秒
③  脉冲前后沿延时:小于2微秒
④  供电次数:1、4、8、16、32次
⑤  供电线圈:3m*3m
  2, 接收测量部分
① 便携机主控
② A/D:16位
③ 总增益:16384倍
④ 浮点阶:128倍
⑤ 输入动态:140db
⑥  主机带宽:0−20KHz
⑦  叠加次数:同供电次数
⑧  采样率:80微秒
⑨  分辨率:0.1微伏
⑩  抗扰能力:大于60db
⑪  采样程序:分22道,80微妙−19.4毫秒
⑫  原始采样延时:32毫秒
⑬  接收线圈:6匝
四、功能与应用
   EMRS−3型仪主要功能为中、深层的“分层定厚”。只要勘探对象与围岩有一定的电阻率差异,且有一定的体积效应,都会有一定的勘探效果,TEM理论指出在高阻围岩中寻找低阻体则效果较好,反之则要差些。
   经过我所多年的试验及很多从事瞬变电磁法的专业人员所做的项目来看,该方法在很多领域都有很好的地质效果。
1、中、深层的矿产勘察
2、地热、煤田、地下水等的勘查
3、浅层石油、天然气的勘查
4、工程及地质灾害等勘查
、我所非常欢迎你单位派人来我所进行有关TEM领域的讨论、调研。特别是了解我所二十年来仪器研制过程,查阅我所自己和用户在许多地区和许多领域所做的TEM资料,特别是强供电电流资料。
  我所也希望和贵单位合作,如果有难度大的或比较深的以及工期非常紧的项目,我所可以提供三套以上最新的3型设备协助贵单位工作。
 
    位:西安强源物探研究所
联系地址:西安市雁塔路南段126号长安大学雁塔校区
(原西安地质学院)  
人: 刘显耀
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