物探工作方法与技术要求—卓凤吉

1、1:5万地质矿产调查 物探方法技术,黑龙江省地质调查研究总院 物化探室 卓奉吉,1：5万地质矿产调查物探工作技术要求 在此项工作中投入的物探工作种类较多，但主要有地面高精度磁法测量、激发极化法测量。下面介绍上述两种方法工作设计、野外施工、原始资料、数据处理、图件绘制、报告编写等方面的要求。 一、地面高精度磁法测量 1、工作设计 按照工作任务和目的编写设计，包括方法技术、各项精度、原始 资料、图件编制、数据处理、报告编写等内容。方法技术部分应 包括方法试验内容，其中有探头高度、观测精度等内容。 2、野外施工 严格执行设计，按工作顺序进行野外施工，发现问题及时改正 3、原始资料 应包括日变站选择、

2、基点选择、基点联测、校正点选择、日变观 测、原始观测等数据和各项改正后数据。数据格式为文本文件。 各项改正后数据文件应包括线号、点号、场值(nt)、东向距(m)、 北向距（m）。,4、数据处理 面积性工作应做数据处理，其目的是提取岩性、构造等与成矿有关的信息，包括位场转换、滤波、反演(包括正演拟合)等方法。保存数据处理后的文件，其文件格式为网格化文件(grd). 5、图件编制 基本图件有剖面平面图和等值线平面图。剖面平面图和等值线平面图上颜色。剖面平面图正值区用红色，负值区用蓝色，最好用渐变颜色。等值线平面图正值区等值线之间用红色（浅红 深红）、负值区用蓝色（浅蓝 深蓝），即深红 浅红 浅蓝

3、深蓝对应大正 小正 小负 大负。处理图件种类根据数据处理结果来确定，处理图件按照等值线平面图的方法上颜色。图件格式一律为mapgis的点、线、区文件。 6、报告编写 报告包括工作方法技术、方法试验、各项精度、图件编制、数据处理、磁性特征、异常编号、异常综合分析等内容。异常属性按照数据库要求执行。,二、激发极化法测量 1、工作设计 按照工作任务和目的编写设计，包括方法技术、各项精度、原始资料、图件编制、数据处理、报告编写等内容。方法技术部分应包括方法试验内容，其中包括装置类型、供电极距、接收极距、供电周期、延迟时间、积分时间、频率选择、观测次数、观测精度等内容。 2、野外施工 严格执行设计，按工

4、作顺序进行野外施工,发现问题及时改正. 3、原始资料 应包括装置类型、供电极距、接收极距、供电周期、延迟时间、积分时间、频率选择、原始观测等数据。数据格式为文本文件。最终数据文件应包括线号、点号、视电阻率（m）、视极化率或视幅频率（%）东向距（m）、北向距（m）。,4、数据处理 数据处理目的是提取岩性、构造等与成矿有关的信息，包括反演（包括正演拟合）等方法。保存数据处理后的文件，其文件格式为网格化文件（grd）。 5、图件编制 基本图件有剖面平面图和等值线平面图。剖面平面图和等值线平面图上颜色。剖面平面图正值区用红色，最好用渐变颜色。等值线平面图正值区等值线之间用红色(浅红 深红），即深红 浅

5、红对应大正 小正。处理图件种类根据数据处理结果来确定，处理图件按照等值线平面图的方法上颜色.图件格式一律为mapgis的点、线、区文件。 6、报告编写 报告包括工作方法技术、方法试验、各项精度、图件编制、数据处理、电性特征、异常编号、异常综合分析等内容。异常属性按照数据库要求执行。,1:5万地质矿产调查物探工作管理要求 1、按照任务书、技术要求编写物探工作设计。 2、设计通过审查之后，按照设计技术路线组织实施物探工作。 3、物探试验工作结束，其试验报告经过矿调办审查之后，才能投入面积性工作。 4、完成物探工作量之后，编写物探工作总结，提交野外验收。 5、野外验收合格的物探工作资料，可用于其它地

6、质工作所需的各个阶段，包括最终报告编写。 6、物探工作情况如实反映在项目工作年、季、月报。,7、1：5万矿调办指定一名物探专业人员负责物探工作设计审查、试验报告审查、野外验收、报告审查。每个项目物探工作设计审查、试验报告审查、野外验收、报告审查工作由1：5万地质矿产调查专家库的物探人员承担。 8、根据实际情况和工作进展，需要调整物探工作，编写物探工作调整报告，经矿调办批准，实施批准意见。,方法技术各个阶段 1、研究方法理论基础 2、制定规范实施要求 3、突出异常操作目的 方法正确度选择性 数据精确度离散性 异常显著度完整性,矿产物探方法技术,地面物探方法 地下物探方法,地面物探方法 earth

7、 surface geophysical exploration,电法 传导类：电阻率法、激发极化法(tip)、幅相激电法(sip) 感应类：瞬变电磁法（tem） 可控源音频大地电磁法（csamt） 分布式被动源电磁法（dpem） 磁法 垂直分量 总场 梯度 重力 布格异常 垂向梯度 地震 反射波 折射波 面波 管波 核物理 射线强度 红外辐射 核磁共振,地下物探方法 earth subsurface geophysical exploration,目标：寻找井旁、井底盲矿、寻找井间(坑道间)盲矿 1.确定其形态及位置； 2.确定两见矿孔矿体是否连接及如何连接； 3.钻孔所见矿体在剖面上的延伸

8、长度。 方法：地 井激发极化法 大功率充电法 地 井瞬变电磁法 无线电波透视法 声波透视法 三分量磁测 放射性强度测量 密度测量,一、时间域激发极化法 tip:time domain induced polarization transient induced polarization 人工直流场源、电性源、时间域 是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过观测和研究大地激电效应，以探查地下地质情况的一种电法。,激发极化法工作原理,通过向布设在地表 的a、b两个电极供 以具有一定循环周 期的双向脉冲电流， 在电流间歇期间观 测激化体产生的二 次电位。,观测参数,1、极化率（采样时间） 2、

9、充电率（积分时间）,应用目的,主要用于普查多金属硫化物矿床 圈定矿化带、发现极化异常体 尤其是矿石结构为浸染状矿床，作为首选方法 勘探深度：200米左右 特点：受地形影响相对较小； 同一装置可观测多条测线，效率高。 影响因素：石墨、星散矿化 常见的黄铁矿化、磁铁矿化或其它分散的金属矿化，同样可产生激电异常,地形切割剧烈、河网发育地区； 覆盖层厚度大、电阻率又低，形成低电阻屏蔽干扰； 覆盖层电阻率高，无法供电。,应用条件限制,工作装置 应用目的,1、中间梯度： 普查、多条线观测，效率高 特点：受低阻屏蔽较小； 穿透深度大； 地形影响小。 2、联合剖面： 寻找陡产状的地质体 确定目标体的顶端位置

10、分辨率高、效率低 3、对称四极测深： 研究地层垂向变化，确定界 面深度和极化体空间分布 垂向分辨率高 受地形影响较大，效率低,二、频率域激发极化法 （幅相、幅频、双频） sip:spectral induced polarization 人工交流场源、电性源、频率域幅相激 电的电化学原理与时域激电相同，只是在观测方式上存在不同，它是利用一定频率的交变电流场来激发源，观测地下岩石的极化二次场效应随频率变化的规律。,1、幅频激电 变频激电是在两个以上频率观测交变电流场的幅值，根据相同电流强度下低频fd和高频fg的电位差或视电阻率的幅值，计算视频散率 2、相位激电 该方法是观测地中交流电场（电位差）

11、相对于交变供电电流的相位移，是一种复电阻率观测方式。,工作原理,幅 值,视相位角,频 域,充电率,极化率,时 域,测量参数,工作装置：偶极偶极组合方式,频域激电的主要工作装置 改变偶极距进行测深，一般n最大为9 最大勘探深度：oo/2,幅相激电法最大优点就是由于它采用了选频测量，直接观测总场幅值和总场相对发射电流的相位，从而极大地提高了其抗干扰能力。 主要用于普查 常用的装置为偶极偶极组合 工作电流只需几百ma，仪器轻便灵活， 工作效率高 适合复杂地形条件工作 异常形态复杂 受电磁耦合影响较大,特点和适用范围,实际工作中应注意的几个问题,仪器参数 频率域：供电频率 时间域：充放电特性、供电时间

12、、延时、积分工作装置 多样 物性工作 全面 解释推断 异常研究、异常正演拟合、验证后再解释 负异常原因 客观现象、电磁偶合、分布电容、电磁效应 电感,地质效果,高程（米）,视极化率 (10ms)(%),视相位 0.25hz (mrad),gdp-32 测相位,视电阻率 (0.25hz) (-m),gdp-32测视电阻率,自电,v(mv),视充电率 (双极性脉冲) (t8s),视相位 (1hz) (mrad),视相位 （三频校正后） (mrad),视相位 （单频校正后） (mrad),感应类电磁法 分类： 场源形式： 人工场源、天然场源 场源性质： 电性源、磁性源 响应性质： 频率域、时间域 目

13、前成熟、实用、取得效果的电磁法 tem法属于人工场、磁源时域电磁法 csamt法属于人工场、电源频域电磁法 dpem法属于天然场、时域电磁法,感应电磁法原理,是以地壳中岩石的导电性与导磁性差异主要物质基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，以寻找地下良导矿体或解决其它地质问题的一种电法勘查方法。 电磁法是基于宏观电磁场的理论，以麦克斯韦方程组为理论基础，利用多种频率的谐变电磁场或不同形式的周期性脉冲电磁场为激发源，研究观测地下空间电性变化而产生的异常电磁场。,感应电磁法原理,频率域电磁法研究多频谐变电磁场，时间域电磁法研究周期性脉冲电磁场。电磁场的频率特性与时间特性具有一定的

14、对应关系，两类方法产生异常的原理均遵循电磁感应定律。交变电磁场在导电大地介质中感应出二次电流，该二次电流又产生二次磁场。电磁接收机测量一次场和二次场，通过分析二次场的变化规律达到找矿和解决地质问题的目的。,电磁法 瞬变电磁法 感应类 低频感应类 频率域 时间域 总场 纯异常场(二次场) 频率 取样时间 信号大 小 信号频带窄 宽 加大勘探深度容易 不易 地形影响小 大 收发距、方位精度高 低 ip 电化学作用 tem 电磁感应 取样时间200-10000ms 取样时间0.1-200ms,电磁法与瞬变电磁法异同点,tem:transient electromagnetic method 属于低频

15、感应类电磁法 非频率域，属时间域 纯异常场方法 发射电流关断后测量二磁场 tem 电磁感应 ip 电化学作用 频率关系： t1/f,三、瞬变电磁法,瞬变电磁法（tem）它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场，在一次电磁场的激励下，地下导体内部受感应产生涡旋电流：在一次脉冲磁场的间隙期间，涡流电流产生的二次磁场不会随一次场消失而立即消失，即有一个瞬变过程，利用线圈或接地电极观测二次磁场，研究其与时间的变化关系，从而确定地下导体的电性分布结构及空间形态。 由于瞬变电磁法研究的是导体内涡流的过渡过程，观测是在脉冲间隙期间进行的不存在一次场源的干扰。又由于脉冲是多种频率的合成，不同延时观

16、测的主要频率成份不同，相应时间的电磁场在地下传播速度不同，因而勘测的深度不同。,基本原理,观测参数,db/dt （感应电动势）目前绝大多数仪器测量此参数 b（磁场） 前苏联用超大功率发射机、超导探头测量 e（电场） 电偶极源发射装置 输出结果形式： 1、用电流归一 / 单位量纲 v/a 2、用接收线圈面积归一 /ar 单位量纲 nv/m2 3、用感应段强度归一 无量纲,装置类型,中心回线组合 由偶极接收线圈放在发射回线的中心而组成。发射回线和接受线圈在观测剖面上同步移动，观测dbz/dt，也可以同时观测三个分量。无论是在普查阶段还是在详查阶段，该装置都是剖面测量和测深观测的主要装置之一。 接收

17、二次磁场垂直（铅垂）分量 回线边长：除用重叠回线装置回线尺寸外，可做小回线，最小可为1米，即11m200200m。,重叠回线组合 发射线圈和接收线圈为两个大小和形状完全一样的回线在空间上重叠在一起，沿剖面同步移动，观测dbz/dt分量。回线边长通常从几十米到二百米； 为了降低超顺磁效应，采用偏离回线组合。 重叠回线装置，由于接收线圈为一较大的回线，对于浅 层局部导体的响应具有“平均”作用。 普查常用的装置，国内瞬变电磁仪器的主要工作方式 测量垂直地表的二次磁场 回线边长：2020m, 4040m, 5050m, 100100m, 200200m。,偶极偶极组合 发射为一多匝线圈，接收线圈采用多

18、匝线圈或探头。接收和发射线圈可以在同一测线上或分别在两条测线上保持一定间隔同步移动，可同时观测瞬变场的三个磁场分量。装置轻便灵活，工作效率高，相对探测深度小些，适用与寻找浅部导体的快速普查。 目前偶极装置用的主要是水平共面组合 除做瞬变测深外，还可做几何测深，改变接发距 发射线圈直径：1m20m 异常形态复杂，多峰、伴生反向极值 记录点： txrx中点,发射线圈为边长几百米或一公里的大回线，一般为600300m回线，固定不移动，用一个小的接收线圈沿测线移动进行观测。发射回线可为矩形或方形回线，可以在回线内测量，也可以在回线外测量。由于发射回线复盖面积较大，同一发射回线可采用多台接收机观测，一般

19、观测两个分量（x和y分量）。在详查工作时，发射回线要布置在对目标物激发有利的位置。该装置主要用于确定地质体的边界和产状。,大定源组合,大定源回线装置 由于耦合关系固定，很难使位于回线内外大范围的地下目标物都处于激发有利位置，因此，在目标物空间位置大致确定的情况下，用于详查，确定目标物的产状、边界。 回线内外全域观测 激发有利部位：回线内缓产状导体 回线外200500米范围内陡倾导体 发射回线尺寸：全域、回线外观测 300600m或400800m 回线内观测 200900m 4001km ,1km1km2km2km,电偶极电偶极或回线组合 这种装置由电偶源激发，用接受回线置于远区接收dbz/dt

20、分量或用两接地电极接收电场水平分量；接发极距一般大于3km。该装置主要用于深部构造研究，也可用于寻找隐伏多金属矿。,视电阻率计算（中心回线）,晚期公式：,全域公式：,参数选择,1、采样延时： 仪器已限定，尽可能设定大的延时范围 错误概念： 浅层目标物，不测晚延时信号 深层目标物，不测早延时信号 2、回线边长： 目标物取得最大响应 最佳耦合 b=(0.71.1)d,参数选择,3、探测极限深度：（以球体为例） 中心回线 导电围岩条件 导电覆盖层,观测起始时间（延迟时间起点）发射电流下降结束的时间为延时零点,关键参数,发射电流强度 发射回线边长 发射电流下降延迟时间（下降沿时间） 接收线圈有效面积

21、数据处理、反演成像必用的参数 下降沿时间 用于后沿改正,测网布设,发射回线的角点要准确定位，由于瞬变响应强度与发射回线边长的平方成正比，视电阻率与发射回线边长的三分之四次幂成正比。 重叠回线： 测线两侧布设发射回线的两条辅线 中心回线： 一条主测线，两条辅线 测点： 中心回线、重叠回线点距为回线边长的一半 半覆盖方式 大定源：点距1040米 偶极：( 0.20.5)极距,注意事项,1、线架不能缠绕在回线上，产生非常大的电感。 2、避免回线纵横边的接点线头接地，尤其是重 叠回线装置，电场直接耦合。 3、接收探头风动影响。 4、金属物品远离探头24米。 5、大定源回线的长边布直。,影响质量因素：

22、1、天然场： 响应幅值平均1nv/m2 最大值(35)nv/m2 2、动力线： 高压、超高压线影响范围 100米或更远距离 220v一般影响较小 380v动力电的影响取决于负载 与接地源情况 3、有线广播、电话线 光缆影响较小 4、风动噪声,质量评价,中早期用平均相对误差，标准小于10% 晚期用平均绝对误差， 标准小于23v/i,瞬变电磁法数据处理 瞬变响应主要特征是感应信号的衰变规律 数据处理消除外部电磁噪声信号 恢复感应信号的衰变规律的固有特征 使瞬变响应满足反演和成像的理论条件为目的 数据处理是瞬变电磁资料解释的重要环节。,瞬变电磁法数据处理主要内容 强干扰噪声剔除 滤波 装置自耦合效应

23、和固有过渡过程的消除 后沿改正,基本图件,1、具有代表性衰减曲线图 2、瞬变响应剖面曲线图 3、瞬变响应早、中、晚延时道的平剖图 4、视电阻率断面图 5、断面和平切面电阻率图像,成果的分析解释,一、定性解释 1、确定背景场 依据多道剖面曲线及衰减曲线的特征 通过层状大地一维正演确定正常场电阻率 2、异常的确定与筛选 由视衰减常数s 确定 s=(tj-ti)/(ln(j-i) 一般有工业价值硫化矿床的由衰减常数s 为250ms 。 注意：s值大于4的异常也不一定是矿异常。,成果的分析解释,3、视电阻率计算 利用晚期公式或全域公式 4、感应电动势的时间特性 晚期响应于t-2/5成正比，在双对数坐标

24、上衰减曲线如果呈68.2o直线下降，反映的是均匀介质特性，以达到基底。 5、金属因素mtem的计算 仿效激发极化法给出的概念,成果的分析解释,二、半定量与定量解释 1、倾角（重叠回线和中心回线） 2、求视纵向电导（浮动薄板法） 3、依据烟圈理论计算全域视电阻率 4、依据烟圈理论计算深度 电阻率效正：利用等值原理，递推计算。 依效正所得电阻率作深度效正,瞬变电磁法的特点,1、纵向分辨能力强及随机干扰影响小； 2、断电后观测的是纯二次场，可进行近区观测，旁测影响小 3、可采用同点组合进行观测，使之与探测目标的耦合最紧， 获得的异常响应强，形态简单，分层能力强； 4、在高阻围岩地区不会产生地形起伏形

25、成的假异常，在低 阻围岩地区，由于是全时间衰减域观测，根据曲线的变 化规律地形异常较易分辨； 5、通过选择不同的时间窗口进行观测，有效压制地质噪声； 6、穿透低阻覆盖能力强。 4、可用加大功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而增加 勘探深度； 勘探深度：围岩平均电阻率为100m时，深度可达600m； 围岩平均电阻率为500m时，深度可达1000m。,应用范围,矿产勘查： 铜、多金属硫化物矿床 构造探测： 张性、赋含矿化水及断层泥的破碎带 地下水调查： 砂层水（高阻），基岩水， 咸淡水界面 工程地质调查：软泥层、空洞、掩埋物、基岩界面 环境调查： 地下水污染区、垃圾场渗漏 煤田工程： 采空区、燃

26、烧区、涌水源的位置 石油：小功率勘测浅层含油层，大功率可直接找油,成果表现形式 断面图,成果表现形式 切面图,应用实例,应用实例,磁法数据处理 一、野外磁测结果整理与预处理 1.仪器性能检验：噪声水平、一致性、仪器观测精度 2.磁测资料的各项改正：正常地磁场改正，高度改正，日变改正、混合改正。 3.磁测工作精度：平稳场的均方误差、异常场的相对误差。 4.标本磁参数的测定与统计整理：根据质子磁力仪测定结果计算标本的磁化率和剩余磁化强度，同时按算术平均或几何平均方法计算均值；并对计算结果进行分组和绘制频率直方图和频率分布曲线。 5.磁测资料预处理：对剖面资料进行5点、7点圆滑和加密插值，跳点放稀点

27、距；对平面资料进行25点、49点圆滑和加密插值，跳点放稀测网；从平面资料中任意切出一条剖面或一块面积进行精细解释。,二、剖面与平面资料的转换处理与正反演 1.二度、似二度体的正演 （1）有效磁化强度、有效磁化倾角的计算，感应磁化强度与剩余磁化强度的矢量合成。 （2）常见规则几何形体，如水平圆柱体，斜交磁化有限延深板状体，接触带与台阶，矩形截面水平棱柱体组合模型，下延无限直立棱柱体组合模型的正演，以及二度半任意多边形截面水平棱柱体模型正演。 （3）强磁性磁性体的消磁作用的计算 正演部分可以计算任何复杂地质情况下磁性体产生的磁场，如可以计算任意形状磁性体，多个孤立脉状体的组合，矿体与岩体的组合，孤

28、立矿体与区域磁性基底组合等，用于正演研究和检验反演解释的结果。,2.剖面资料的转换处理 （1）分离区域场与局部场方法：滑动平均法，插值切割场法，趋势分析法，差值场法，匹配滤波与维纳滤波法等。 （2）频率域磁异常转换系统：向上、向下延拓，化到地磁极，垂向一次导数，换算水平分量和垂直分量，磁源重力异常。 （3）归一化总梯度法：该方法对磁异常作归一化延拓，有反演效果，可显示下半空间断面图。 （4）曲化平：把弯曲地形上磁异常化到水平地形上，利用等效偶层位方法进行曲化平处理。 （5）一维小波多尺度分解：利用小波分析方法，把磁异常分解为不同阶次的细节部分和逼近部分，用它们来分离不同尺度的区域场与局部场。,

29、（6）空间域的解析延拓方法：空间域的处理方法，频率域转换处理方法，化到地磁极，上下延拓，分量转换，导数换算，磁源重力异常等等；剖面资料转换处理有曲化平、小波位场分离。 3.剖面磁异常的反演 （1）经验切线法，斜磁化二度无限延深板状体切线法，特征点法。 （2）希尔伯特变换法接触带、台阶反演。werner反褶积剖面快速反演与欧拉齐次方程法剖面反演。 （3）人机交互二度半反演：任意多边形截面水平棱柱体的复杂模型反演。 （4）最优化选择法自动反演：建立一个二度下延有限板状体模型，利用阻尼最小二乘法自动反演技术，机器自动修改板状体模型的7个参数，实现反演过程的自动化。,（5）磁性界面反演：对于磁性基底面

30、（如结晶基底面，大的岩体的上顶面），由于温度升高导致磁性消失的居里等温面，采用空间域的广义逆矩阵方法和频率域直接反演法；剖面磁异常反演：线性快速反演方法，最优化方法； 区域资料处理的各种界面反演。 4.三度体的正演 （1）常见规则几何形体正演：球体、棱柱体及其组合模型的正演计算。 （2）帕克法频率域快速正演：计算磁性上界面起伏产生的磁场。 （3）任意形状三度体面元法正演：任意形态孤立磁性体的数值积分方法正演计算。该方法可用于已知矿山勘探剖面矿体磁场的计算，用剩余异常来发现深部隐伏矿体。 （4）复杂几何形体正演：有限长水平圆柱体、椭球体、走向与下延有限倾斜板状体正演计算。,5.平面磁测资料转换处理 （1）滑动平均法：插值切割场法，趋势分析法，差值场法，匹配滤波，3d频率域转换。 （2）空间域位场转换：垂向二次导数，水平总梯度模，重磁对应分析。 （3）小波多尺度分析：剖面一维小波分析方法的推广。 （4）t与z磁场的互换：z旧资料换算为t；航磁或地面高精度磁测新资料对比。 6.平面磁测资料的反演 （1）组合长方体模型最优化反演，用于孤立磁性体的反演