MT-VCT成像探水仪与天然电场选频仪的区别

MT-VCT大地电磁成像探水仪与天然电场选频仪的区别郑州地象科技有限公司寇伟目前在国内生产或进口的可用于找水定井的物探仪有电磁法仪、直流电法仪、磁法仪、地震法仪等。而在电磁法仪中就有人工场源的可控源音频大地电磁法仪（CSAMT）、频谱激电法仪（SIP）、瞬变电磁法仪（TEM)、人工源超低频法仪（ELF）等；还有天然场源的大地电磁法仪（MT）、音频大地电磁法仪（AMT)、地磁测量仪（GDS)等。早在70年代末河北保定地矿系统研制出了只能探测一个大地电磁全频信号的“大地音频物探仪”，该电磁仪属于时间域的天然场源大地电磁探测方法，2个电极插埋在地里、按键后由表头读取一个综合电位值，不分地层深度。80年代初郑州地质学校的马文秀、韩荣波、吴木林三个老师一起，在解剖一台“大地音频物探仪”的基础上研究开发出三频点天然电场选频仪。因其全靠硬件选频、构成简单，容易仿制，加上郑州地校培育的校办工厂几十名弟子四散传播，在国内已有几十个天然电场选频仪生产厂家。这些选频仪虽是各具特色、各称其好，但毕竟是出自一家，原理相同、基本功能相同，只是功效上略有差别。因选频仪的价格低廉、营销有道，经过30多年的推广使用，国内用户众多。这两年有很多选频仪的用户好像不满足于仪器的使用效果，想再买一种使用更方便、定井更准的探水仪。他们在咨询MTVCT大地电磁成像探水仪（简称MTVCT成像仪）时，总是要问与天然场选频仪（简称选频仪）的区别在哪里，这还真是几句话解释不清的问题。在此，我以简单的解释方式从原理、方法、使用几个方面加以对比说明，以使有选频仪使用经验的能够清楚两者的区别。1、场源的产生和形态不同虽然两种方法采集的都是天然场源，都不需要使用大功率电源对大地馈电，但来源不同。选频仪认为探测信号的场源是来自于天上的雷电、电离层扰动、太阳风、工业用电等所形成的自高空垂直入射到地表的均匀平面电磁波。MTVCT成像仪的场源则是来自于地球内部外地核的导电流体和磁场的相互作用产生的动态电磁场，地幔软流层与地核和地壳之间的相对运动、自身蠕动及外部影响产生脉动切割静磁场形成的动态电磁场。2、场源传递能量的形式不同选频仪认为来自天上场源的能量以垂直入射到地表的均匀平面电磁波形式，依据不同频率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原理，向下辐射到相应趋肤深度后形成二次场，再反射到地表。MTVCT成像仪认为地壳层以下的动态电磁场源能量以电磁波形式沿垂直于地面方向向上辐射，将所穿过地壳各层介质的物理特性信息带到地表。3、采集信号携带信息的属性不同选频仪在地面上测量大地电磁场的几个不同频率的电场分量作为测量参数，来研究地下地电断面的电性变化，来反映地下岩矿石电阻率差异的电性结构。因为只是选择几个有代表性频点来测量几个相应深度层介质的电性参数值，所以才称为选频仪。MTVCT成像仪是通过采集电磁波到达地面后剩余能量的序列数值，得知地层介质对于电磁波的反射和吸收特性，再由各频点与地层深度的关系得知不同地层介质的电磁特性和介质属性。4、对于频点对应深度的理论认知不同选频仪认为天上的电磁场源信号穿过地表向下传播适用导体交变磁场电荷的趋肤深度效应原理，趋肤深度δ=503（ρ为视电阻率，f为电磁场频率）；由于自上而下的大地电磁场穿透不同介质时产生的感应二次场的强度不同，随着不同深度层介质电阻率的变化，同一频点所对应的深度也会随之改变。同时，随着频率由大变小、深度由浅到深、电阻率逐渐变大、测值亦随之增高。MTVCT成像仪认为在地表测量到的自下而上的电磁波信号符合电磁场的镜像原理，对应于不同波长（频率）的值就是在地下一个波长深度介质层的电磁波能量的镜像值。即每一个频率点都对应着一个固定的波长（深度层），每一个频率点的测值就是其对应深度介质层电磁波的能量值（或幅值）。深度层只与频率有关，不随介质电磁特性差异而变化。5、采集信号的硬件实现方式不同目前所有选频仪的设计思路和硬件实现方式与最早郑州地质学校研发的基本相同，还都是通过带通滤波选频放大测取信号，只不过是分立元件都换成了集成块等现代技术。由于一条滤波通路只能探测一个固定的频率，是几个频点的选频仪就要有几条带通滤波电路硬件来实现，所以选频仪所能探测的频率点数量有限。MTVCT成像仪在地面采集的是自高频（地面）至低频（地下几千米）的地球电磁响应序列数据，是通过32位高性能计算机芯片来实现的，可以根据探测目的和用途的需要任意选择探测的频点数量，固定探测代表不同深度的频率点，一百米之内分层密度可以细至0.1、0.2米一层，几千米深层探测可以细分至2米、5米一层。6、抗干扰能力不同MTVCT成像仪与选频仪一样都属于天然场源电磁方法，肯定都会受到电磁场的干扰，任何一种电磁法物探仪都会采取一定措施来消除干扰，但都不可能完全消除掉电磁干扰。连国外的V8、GDP32及EH4的说明书中都强调“测点应选择在远离产生电场源的地方，以及电性比较活跃的点。这些源包括任意大小的电源线、电网、有保护设备的管线、电台、金属风车、正在运作的发动机等等。”一般在离110千伏以上高压线200米以内的地方是根本不可能进行探测工作的。选频仪的场源信号来自于天上，包括50Hz工业用电也是场源之一，没有一点抗干扰措施电极棒插入地表内很容易接收到地表上各种电磁波信号，其强度远高于地下反射上来的微弱的电磁波信号，尤其是50Hz工频及其谐波的干扰信号过多过强，导致场源信号不稳、探测结果明显失真。MTVCT成像仪认为只有地下辐射到地表的电磁波是携带地下各深度层介质信息的有用信号，对磁感应探头进行特殊抗干扰处理，把地表上包括50Hz电力线等产生的所有电磁信号都视为干扰信号予以屏蔽掉。目前仪器抗干扰性能可以达到在离5万伏高压线10米处可以正常探测、离22万伏高压线30米处可以正常探测。7、采集信号表征的介质特性不同按照国外大地电磁法原理，电磁波可以分解为电分量Ex和磁分量Hy，通过麦克斯韦方程推导出波阻抗Z=Ex/Hy，再由其计算出电阻率ρ。选频仪在地面上采集的只是大地电磁场的电场分量Ex，其认为Ex与电阻率ρ成正比，可以直接用来反映地下岩矿石电阻率差异的电性结构。MTVCT成像仪是通过采集电磁波到达地面后剩余能量的序列数值，其直接反映了地层介质对于电磁波的反射和吸收特性，由不同地层介质的电磁特性即可得知介质的实际属性。8、采集信号的实现方式不同选频仪采集的是大地电磁场的电分量信号，是通过两根电极棒、插在探测点两边等距约10米远的地下进行探测的。由于电极棒插入地下拾取大地电磁场电场信号的能力有限，地表上的电磁干扰较强，电极棒插入地下土壤的干湿程度、导电性能等都会对拾取信号的真实度产生较大的影响MTVCT成像仪采用高性能感应式磁感应器（探头）来采集大地电磁场辐射到地表上的电磁波剩余能量值。由于VCT成像仪探头对微弱磁场电磁感应的性能强、对地表干扰电磁信号的屏蔽效果好，确保能够采集到高质量、全频段的大地电磁波信号；拾取信号的一致性很好，无论是大地电磁场强弱，还是探测深度到达一万米，岩性反应结果都没有明显变化，是水永远是低值。9、采集信号的操作方式不同选频仪探测时的操作方式为：在每个探测点沿探测线路在前后10米远的地方将电极棒插入地下，然后用几十秒的时间采集数据，接着到下一代重复此操作。若是与人工场源物探仪相比不用大容量电池对大地馈电进行探测，探测速度比人工场探测方法还是MTVCT成像仪由于只用一个磁感应探头探测，肩背仪器手提3公斤左右的探头可随手放置在任何地形地势进行探测，按下采样键3或7秒钟即可实现几百个频点数据的采样及存储工作，每天可以探测一千多个物理点，10、对探测环境的适用性不同选频仪是要把两根电极棒插入离探测点两边等距约10米远的地下才能进行探测，如果遇到地面是水泥地、石块等坚硬物体的探测环境，电极棒插不进去就不能进行探测MTVCT成像仪只是使用棒状磁感应探头采集数据，可置放于水泥地和岩石上面及浅水中探测，无论是在山中、林地、厂区、马路上都可以进行勘探工作，适用性强。11、单点探测频点数量（深度层）不同选频仪在一个探测点采集频点（深度层数）有限（一般只有3-6个），一条探测线路可以做出几个对应频点的同层连线图。也有号称可探测30个频点的，但只能单点测深、不能做出行30个深度层连线图。如果按探测深度范围从接近地面到最深400米有效打井深度来说，间隔60-100米显示一个深度层数据，据此来展现复杂的地质结构是很不真实的，定井的准确率肯定是不高的。MTVCT成像仪在一个探测点采集频点数量可以通过增加有限的时间成几百倍的增多，就探测深度400米、隔2米显示一层的精密型探水仪而言，一个探测点只需7秒钟即可采集200个深度层数据。而探测深度达4000米、隔5米显示一层的12、两者的数据处理方法不同选频仪主要是把一条线每个探测点上的同一频率点（深度层）的数值连成折线，构成反映该频点（深度）层电性变化的连线图，从几个深度层连线图上很难看出含水裂隙的位置、走向及宽窄。即使是利用专业制图软件把几个频点（深度层）的数据输入后绘制成等值曲线图，看起来一片蓝（水），实际上是被软件模糊近似化，与地下含水分布并不一定相符。MTVCT成像仪对所探测的数据进行计算、列表、制图的整个过程都是通过地象科技公司研发的计算机分析软件自动完成的，无需人工干预。独创性地以测值及相应色块将各探测点连成一行、以各深度层垂直向下构成的测值成像CT彩色剖面图，其成像结果比国外高端探测仪惯用的电阻率等值曲线图能够更真实、更直观、更详细地描绘出地下岩层的电磁结构。13、分析定井的方法不同选频仪的可探测频点少、分层间隔太大，各深度层之间缺乏分析的关联性，所以只能重点分析一维的单频点（深度层）连线图，通过观察同一深度层各探测点测值高低及变化趋势，找出高中相对有低的点即为可能的含水构造位置。通常只是在地质构造和含水裂隙突显的地方测值才会有明显变化，在测值普遍较低的第四系地层和少有明显地质构造带的平原沉积地带，测值没有明显变化，就很难判断是否有水了。另外，由于几个频点（深度层）相隔几十米，很难看出含水裂隙的走向、宽度、层数和厚度。MTVCT成像仪要求每条线最少探测60个点、最大可以探测999个点，深度层间隔为2米一层。举例：探测深度400米、200点的一条线剖面图，就是由4万个测值数据和色块组成为彩色成像剖面CT图，通过观察低值蓝色块的分布来清晰反映地下岩层电磁结构、含水裂隙和含水层的分布。无论是山区或平原、有无断裂构造带，按照地形设计探测几条线路，探测后根据几个剖面图便可将地下含水裂隙和含水层的位置、走向、深度、厚度、宽度及大致的出水量看得清清楚楚。一般人几分钟便可学会操作，原来不懂物探的人也能根据彩色剖面图准确定井。14、对于地下含水构造的认识不同选频仪对于含水构造的认识说法不一、各个厂家的认识不一致。有的说法是找水中应该“小中选大，大中选小”的原则判断，有说“矿物成分不同的岩石数值大小相差悬殊”，有说“浅层