EH-4电导率成像仪的数据采集方法——兼与MT-VCT大地电磁镜像测深法比较

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EH-4电导率成像仪的数据采集方法

    ——兼与MT-VCT大地电磁镜像测深法比较

              郑州地象科技有限公司 寇伟 13903832188

引言：“有比较才有鉴别”。目前大地电磁测深物探仪较多,EH-4电导率成像仪属于国内引进使用较多、价格相对稍低的大地电磁法探测仪,本人将学习心得与大家交流,望各位专家指正。同时,将地象科技MT-VCT大地电磁镜像测深法与之进行比较，供大家了解。

地球物理勘探是一件复杂而神奇的工作，由于人们不可能把大地一层层的剖开来一看地下究竟，只好凭借地面上能够获取到的有限信息来推演和描述地下复杂的地质结构。数据采集是物探分析的基础，采集到的信息越多、质量越高，对地下地质构成描述的就越真实、越清晰，仅靠少量的信息通过各种数学模型的反演来描绘地下岩性构成，肯定是片面的、不可靠的。就像是瞎子摸大象，只是摸几下不可能想像出大象的模样，肯定是摸的越多、摸的越全，描绘出的大象就越接近于实际形象。因此，如果我们采集到的表征地下不同深度岩性结构的频点数据越多，就能够越真实地描绘地下的地质结构。

EH-4 电导率成像法是以卡尼亚视电阻率原理为基础的音频大地电磁法，主要是通过观测地层电性参数在纵向及横向上的变化特征，来确定地层岩性结构、岩溶发育带或岩石破碎位置以及预测地下水水质的变化规律。就数据采集而言，EH-4 电导率成像系统属于磁偶源天然场与部分可控源相结合的频率域测深系统，主要是依靠天然场法进行测量的，人工发射源是用来弥补信号较弱的天然场、增强浅层频段的测量效果。

EH4在信号的采集上主要依靠天然场源时间域采集，信号成分非常丰富，原则上讲可以为我们提供足够多的频点数据，同时也避免了人工源所产生的一系列效应。然而，EH4作为大地电磁技术的一种，也同样存在大地电磁方法的一些共性问题，受到电磁方法本身的局限，适用范围亦受到限制。

EH-4的发射系统分15个主频提供从1KHz到70KHz的人工源信号，其发射主频分别为：69,53,32,23,16,12,8.7,7,5.4,3.6,2.8,2.5,1.8,1.1,0.83KHz。

EH-4的接收系统在时间序列的采样频率为192KHz，标准配置是将整个采样频率范围分为三个频段：1为低频10HZ-1KHz。4为中频500HZ-3KHz，7为高频750-100KHz。由于EH4的人工源只对1KHz-69KHz进行补充，因此，在低频段数据采集时无需使用发射天线；只有在500Hz以上探测浅层时才使用可控源发射，目的是加强高频讯号，增加采集数据的可靠性和提高分辨率。EH-4通用型测量频段为10Hz—100KHz，所对应的探测深度大致在10m—800m。对于加强型发射源和配置了低频磁探头的EH4，其低频段可延伸至0.1Hz，通常深度可达1200m以上至1500m。

EH-4数据处理分析：首先是将野外多道采集的原始时间序列数据存储在Y文件中；然后对时间序列进行一系列的预处理，加汉宁窗口并进行傅立叶变换转化为文本功率谱的X文件；然后利用最小二乘法对多组功率谱估算张量阻抗，这时引用大地电磁理论，求取主轴张量阻抗，利用主轴张量阻抗元素可获得卡尼亚视电阻率形成Z文件。

EH-4数据处理主要由IMAGEM程序控制，编辑过程是人机联作形式，对某些不光滑的频率点的数据人工进行修改使频率曲线趋于光滑。因为一般认为这些数据点是干扰所造成、对其修改在理论上应该是成立的，而且使得到的二维解释电阻率更接近大地真实电阻率。一维处理将时间数据变换为频率数据，得到振幅、相位及相关曲线。对功谱文件数据进行一维反演即可得到电阻率曲线。二维数据处理对连续几个测点进行联合处理，在完成EMAP静态校正及平滑处理后最终获得构造电阻率断面图。

从EH-4 功率谱X文件至阻抗Z文件的转换过程，应该是随频率一一对应的，即X 文件中包含多少频段信息，Z 文件中就应该包含多少频段信息。然而，Z 文件中的频段信息明显要少于X 文件，X 文件包括292 个频点数据，而在z 文件中仅包括58 个频点数据。具体的频点分布为：从0-100Hz频段X文件有72个频点，Z文件实际数据只有9个频点；从100-1000Hz频段X文件有152个可探频点，Z文件实际只有13个频点；剩余1000-3000Hz频段X文件有160个，Z文件中实际只有4个频点；3000Hz以上频段Z文件虽然有33个频点，但对应的深度过浅，没有多少实际意义。频点少，就意味着其对应的地下深度层数少，纵向的分辨率低。近几年EH-4 在国内工程物探领域内的应用越来越广泛，主要用于探测地下500米以上的地球物理异常，但在这个范围内EH-4 的实际可用频点不到20 个，并且这些频点还不是均匀分布的，这给具体应用时进行准确的地球物理解释带来了很大麻烦。由于地球物理解释的关键是要有准确可靠的地质信息，有效频点的数据量太少，地球物理解释的精度就不高，提高地质解释的可靠性就是一句空话。由此来看，因此我们EH-4电导率成像法需要改进之处就是要增加实际有用的Z文件数据量，提高纵向分辨率．进而保证观测质量。

MT-VCT大地电磁镜像测深探测仪属于天然电磁场源物探仪,与卡尼亚视电阻率大地电磁法为理论基础的EH-4电导率成像仪相比，无论是硬件实现手段与功能特点，还是软件分析方法，看似存在一定相近之处，但两者在基本原理和实现方法上都截然不同。

从数据采集与实现方法来看，MT-VCT大地电磁镜像测深法具有以下特点和不同之处：

1、MT-VCT大地电磁镜像测深法属于大地电磁物探法，但与EH-4、V8、GDP-32、GMS-07等建立在卡尼亚视电阻率大地电磁法（MT）的基本原理是截然不同的。虽然都是运用电磁感应原理在地表拾取大地电磁场信号，但是对于大地电磁场源来自天上还是地下、拾取的是地下电磁波信号还是天上电磁波在导电地球内部层间界面上反射产生二次场信号等等问题的认识完全不同。

2、MT-VCT大地电磁镜像测深法是在地表仅采用电磁感应器测量由高频至低频的地表电磁波能量值来反映大地由浅至深介质的电磁反应结构，分析时没有人为地对探测数据进行筛选剔除，直接出表出图，完全客观地反映地下各层岩性的电磁反应信息。EH-4电导率法的采样装置是由两个磁场感应器和两对电极组成，磁场感应器和电极对分别接收不同地层界面上反射产生二次场的磁场分量和电场分量模拟信号，经过模数转换成数字信号并进行计算处理，获得反映地下相应的介质视电阻率和相位曲线。

3、MT-VCT大地电磁镜像测深法探测仪将高灵敏度电磁感应探头采集到的电磁波能量值信息，进行滤波去噪处理后不再加以计算推演直接进行成像分析，反映的是地下相应介质层对于地幔层下大地电磁场源向上辐射的电磁波的吸收衰减特性，由于不存在理论假定和公式演算，成像结果更接近于实际。理论上EH-4电导率法可以提供电磁场功率谱、振幅谱、视电阻率、相位、相关度等指标值来反映地下的地质信息，但最后进行分析实际使用的信息却只有经过公式计算和模型反演得到的卡尼亚视电阻率Z文件，只是通过视电阻率来表征地下的电性结构。

4、MT-VCT大地电磁镜像测深法目前可测量的是自高频（地面）至低频（地下2万米）的大地电磁响应序列电磁波剩余能量值数据，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数据。目前成型的探水仪产品在800米之上的纵向分辨率（分层间隔密度）为2米；用于勘探地热资源的深部构造探测仪的探测深度为4000米，纵向分辨率（分层间隔密度）为5米。而卖价高达70万元左右的EH-4在800米以上范围内的实际可用频点只有22个，并且这些频点相对应的深度还不是均匀分布的。

     

   

                                         写于2013年， 2017年2月修改

lidonglin

学习了。