V8、GDP-32Ⅱ、GMS-07多功能仪及MT-VCT探测仪—主要性能指标比较

mt-vct · 发表于 2023-5-4 22:09

V8、GDP-32Ⅱ、GMS-07多功能仪及MT-VCT探测仪

几种天然场大地电磁法仪主要性能指标比较

郑州地象科技有限公司 寇伟 13903832188

在诸多勘探地球物理方法中电磁法当属是一种应用领域广泛、分支众多的重要的物探方法。在我国最先应用电磁法的领域金属矿产勘探，随着经济的不断发展，电磁法的应用领域已经拓展到地下水勘探、工程勘探、海洋资源勘探等众多领域。

电磁法种类繁多，按其勘探方式可分为电磁测深法和电磁剖面法，而电磁测深法又包括时间域方法和频率域方法。而应用最广泛、发展最快的是频率域电磁测深法。电磁法发展历史：1953年法国的Cagniard（卡尼亚）和前苏联的Tikhonov提出了大地电磁法（MT）；1969年Berdichevski等人继之提出了音频大地电磁法（AMT）；1971年和1978年Goldstein和Strangberg提出了可控源音频大地电磁法（CSAMT），引进到中国几十年后又出现了改良版的连续电磁阵列剖面法（CEMT）、广域电磁法、时频电磁法(TFEM)。这些都是建立在卡尼亚视电阻率理论基础上的。

“卡尼亚电阻率，是指在非均匀介质条件下,以实测阻抗计算出的量称为卡尼亚视电阻率。卡尼亚提出的大地电磁测深法的基本理论：由卡尼亚阻抗来计算电阻率，因阻抗是地球内部电性的函数，且频率不同探测的深度不同，当对不同频率信号进行测量时，就得到了不同深度的电阻率，从而达到测深的目的。”其有效场源信号来自于天上电离层、太阳风、雷电和工业用电等，它们在天空中聚集并以平面电磁波形式垂直入射到地表之下、形成二次场后反射到地面，通过在地表采集各种频率的水平电场和水平磁场的信号值、计算出视电阻率，从而了解地下电性结构。

郑州地象科技有限公司创立的大地电磁镜像测深理论，与卡尼亚视电阻率大地电磁法同属于天然场源的MT方法，但是在理论、架构、应用上都截然不同：有效场源是来自于地球内部的导电流体和静磁场的相互作用产生的动态电磁场、与天上的电磁场信号无关；在地表采集的是电磁波穿过介质层作用后相对稳定的剩余能量值，反映的是地层介质的电磁特性；电磁波的电场和磁场在交替传播过程中所携带的信息都可用以独立表征各地层介质的电磁特性，可仅采用一个垂放于地面上的电磁传感器采集自下而上的电磁波能量序列值；电磁波穿过固定不变的地壳混合介质层到达地面后的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁波能量值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定的波长（深度层），由此建立了MT-VCT探测仪一万米深度内的频率（波长）与深度的固定对应关系表。

虽然两种理论有着天上与地下之别、与之相应的解析反演方法大相径庭，但是均属于天然场源大地电磁法、具有共同的优势：天然场源信号相对稳定，不存在人工场源受电源强弱、电极置放环境和条件影响效果差别较大的问题；电磁波辐射信号穿透能力强，不存在人工场源发电受地下高阻层或低阻层屏蔽不能穿透的问题；由于不需要对地发射电磁信号、只要接收天然电磁场信息，探测仪器体积小，探测施工对于场地和环境条件要求不高。虽然天然电磁场信号微弱、易受地面电力线路及其它电磁场杂波信号的干扰，但MT-VCT大地电磁镜像测深法仅用一个地面之上全部屏蔽的磁探头、多种有效抗干扰措施接收器，抗干扰能力远优于其它MT设备。

国际市场上的电磁测深仪器有很多，在此仅介绍三种目前技术较为先进、具有综合探测功能的电磁法仪：美国ZONGE公司的GDP-32Ⅱ多功能电法仪，加拿大凤凰公司（phoenix）的V-8电磁系统，德国Metronix公司的GMS-07（ADU-07）综合电磁法仪。这三套系统都是集多种大地电磁方法于一体，既能做天然场也能做人工源，既能够做磁法也能做电法，既能够做频率域的也能够做时间域的。目前，引进以上设备的地质勘探单位基本上使用它们采集天然场信号做AMT探测、或使用可控源音频大地电磁CSAMT方法做深部地质勘探，很少使用这些仪器的其它方法。

GDP-32Ⅱ、V8、GMS-07三种电法探测仪都属于综合性电磁法探测仪，从探测分析原理、接受器的电路设计等来看都基本类似，性能指标也基本相同，在此仅对以下主要的和不太相同的功能指标加以对比介绍。同时，对于地象科技公司创研的原理和功能与之相似的MT-VCT大地电磁镜像测深探测仪也与它们一起进行比较。

一、探测功能与参数

一般综合性电磁法仪可测参数包括：电阻率（Res）、激发电位IP（频域TD或时域FD）、磁激发电位(MMR)、复电阻率（CR）、频谱激电法（SIP）、可控源音频大地电磁（CSAMT）、谐波可控源音频大地电磁（HACSAMT）、频率域电磁（FEM）、瞬变电磁（TEM）、纳米（Nano）瞬变电磁（NanoTEM）、连续的纳米（Nano）瞬变电磁、天然源大地电磁（MT）、天然源音频大地电磁（AMT）。

1、GDP-32Ⅱ可探测参数是最全的，基本上包含了以上所有项目：Res、FDIP、TDIP、CR、SIP、CSAMT、AMT、MT、TEM、NanoTEM、FDEM、MMR、MIP和电测井等。

2、V8可探测参数包括:天然场的远参考大地电磁(MT)和音频大地电磁(AMT)以及人工场源的可控源音频大地电磁(CSAMT)、各种时域和频域电磁功能(TDEM、FDEM)、激发极化—时间域和频率域TDIP、SIP、各种电阻率功能(偶极法、斯伦贝谢法、或温纳法)。

3、GMS-07可探测参数包括：MT、AMT、远参考道观测、电磁阵列法EMAP观测、CSAMT和多道可控源CSEMM、天然源和可控源联合观测（类似EH4功能）。

4、MT-VCT探测仪虽然属于MT法，但是其反映地下介质电磁传导特征的参数是通过电磁感应器拾取到的电磁波磁分量值，而不是其它方法通常采用的通过拾取电分量和磁分量值再计算得到的视电阻率。仅靠一个磁感应探头采集数据，探水仪一个测深点只需7秒钟（纵向分辨率2米/层）、深部探测仪和探矿仪一个测深点只需1分钟（纵向分辨率5米/层和20厘米/层），靠的是一个剖面几十万大数据真实的堆砌高分辨率成图，不存在什么多解性。

简评：多达十几种方法的综合物探仪，只是各种新老物探方法的堆积，为的是提高设备价格、而非价值，购买了这几种设备的物探单位，在实际工作中用到的基本上只有AMT、CSAMT，其它方法都是摆设。无论是综合物探找水或是找矿，都缘于这些方法皆存在一定的局限性和多解性，说白了就是不准确，若是一种方法测得结果黑是黑白是白永远不会变的话（唯一性），根本用不着兴师动众地搞什么综合物探。

二、探测通道数量

1、GDP-32Ⅱ具有一个万用、多通道数据采集功能的接收机，既可进行频率域测量，也可进行时间域测量。大型号GDP-32Ⅱ 可以提供同步测量的16个通道；小型号GDP-32Ⅱ最多可接收6个模拟通道。这些通道可以是高速NanoTEM采集板（BD194）和标准模拟板（BD183）的一种组合。

2、V8最多可探测8道。3道TDEM道；3道磁道；7道电道。

3、GMS-07的每个接收机ADU-07e都配有10个观测道，每个观测道都可设置多种采样率，所以用户可根据自己需要配置一种、两种或三种观测频段的ADB板。在全部配置高频道时，其中2个高频道为磁道，8个高频道为电道，于是1台GMS-07可以同时进行4个测点的高频MT测量任务或9个测点的CSAMT任务（一个通道为磁道，另外9个通道为与磁道垂直的电道）。工作效率比标准大地电磁仪提高4倍，比标准CSAMT仪提高9倍。如果采用多台双电道ADU-07e，五道或四道ADU-07e可共同组成EMAP观测装置。此时各ADU-07e由GPS同步，测点距离可以任意改变。

4、MT-VCT成像仪只有1个全频域数据采集通道，这是因为MT-VCT成像仪只有大地电磁MT法探测，而且只用1个高灵敏度电磁探头即可采集大地电磁场全频域信号，不需要同时采集磁道和电道信号进行计算；由于不用拉线埋电极和搬运对大地馈电设备，操作者一人肩挎探测仪、一手提探头边走边进行探测，一个探测点只需要停留7秒钟--1分钟，探测速度非常快。

简评：基于卡尼亚视电阻率理论的大地电磁法，必须同时采集电场和磁场信号才能计算视电阻率。这几种方法都采用多个通道来采集数据，一是MT方法本身要求使用4个电极和2个磁探头采集信号；二是其它方法需要钻用的采集数据通道；三是受硬件线性频域限制，采集板分成高频段和低频段分别采集。由此可知，数据采集通道多少与采集数据的准确度无关。

三、可探测频点数量与数据采集方法

1、GDP-32Ⅱ在0.000121Hz到8KHz范围内，可以按二进制间隔任意选择26个频率点采集数据。采集数据的方式为逐个频点采集，发现不符合质量的数据可以不存并重新采集。

2、V8在使用CSAMT和SIP方法进行测量时，可根据不同的地质地电条件任意添加改变测量频点，最多可接收46个频点的信号，探测时每个级次可选择的频率点数量为10个频点，采集数据的方式为从设定的最低频点到最高频点自动1次完成。AMT法最多可以采集60个频点测值。由于在自动采集过程中不可操控，在强干扰区（如市内及周边和矿区）或因偶然噪音造成个别频点存在质量问题时，需要重新测量。

3、GMS-07在进行LF低频段纪录的时候还可以独立的进行HF高频段纪录，两个频段可设置不同的采频率。探测时可设置的最多频点数量不详。

4、MT-VCT大地电磁镜像测深法认为电磁波穿过固定不变的地壳混合介质层到达地面后的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁波能量值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定的波长（深度层），由此建立了MT-VCT探测仪一万米深度内的频率（波长）与深度的固定对应关系表。根据不同勘探目标需要设定的纵向分辨率和探测深度有所不同：800米之上的探水仪纵向分辨率为2米/层；探测深度为4000米的深部地热资源探测仪的纵向分辨率为5—15米/层；探测深度400-800米探矿仪的纵向分辨率为20—50厘米/层；做万米之上找油找矿及地质构造研究探测仪的纵向分辨率为5—50米/层。

简评：三种物探仪的方法、功能基本相同，大地电磁法（MT、AMT、CSAMT）都是建立在卡尼亚视电阻率理论基础上的，数据采集方式和计算分析方法完全一样，功能用途属于广谱勘探型的、没有特定目标，只是每个测深点上采集频点数量（纵向分辨率）有所不同，总的来说频点数量有限、分辨率都不高。因采集电分量信号的4个电极的极距一般为50—100米，导致横向分辨率不高、体积效应影响过大；采集磁分量信号的2个磁探头横置于地面，受地表之上电磁干扰严重。由此方式采集数据计算出视电阻率的真实性较差，分析结果往往存在多解性。

四、频率与深度范围

用于地下勘探的电磁波频率为1,000kHz-0.0001Hz。其中10kHz-1,000kHz称为无线电MT（RMT），主要接收无线电台发射的电磁波；10Hz-50kHz称为音频AMT，主要接收音频范围内的电磁波；0.0001Hz-1kHz称其为超低频MT，主要用于探测地球深部直到大地电磁场源地幔层的地质构造。一般将0.0001Hz-10kHz统称为MT，它是大地电磁法的主要频带。

1、GDP可探测频率:0.015625～8192Hz，CSAMT频点密度：1个级次7个。

2、V8可探测频率:0.015625～10000Hz，CSAMT频点密度：1个级次10个。

3、GMS-07可探测频率：高频板（ADBHF）1Hz—256kHz，可延至0.01Hz；中频（ADBMF）0.001Hz—20kHz；低频板（ADB LF）DC—1kHz。

4、MT-VCT成像仪： 0.001Hz—2kHz（MT）。

简评：卡尼亚视电阻率大地电磁法计算深度的公式，与电阻率/频率的开平方成正比，即频率越低深度越大、电阻率越高深度越大，当深度够大时即使是含水层的电阻率也会增大到无法判断有水的程度，加上其用趋肤深度效应原理解释天电自上射入地下逐渐减弱，即使是采集电路可以接收0.001Hz的信号也没有什么意义，所以有效勘探深度有限。MT-VCT大地电磁镜像测深法采集的是电磁波自下而上到地表时剩余的能量值序列，而且不同波长（频率）都有一个对应深度的镜像值，且与对应深度介质电磁特性（或电阻率等）无关，所以理论上勘探深度可达地壳之下。

五、探测结果分析及显示

1、GDP-32Ⅱ：液晶字母数字/图象显示480×320象素(1/2VGA)，显示对比度可调。由离差、相邻点幅值、相位、重现性等多种参数确定采集数据的质量，采用1/2-视频图像阵列图形显示1组或单个数据块，采集结束可图示曲线。

2、V8：采用阳光下可视彩色液晶显示屏，分辨率为640*480。可将V8野外采集数据实时显示为振幅曲线和相位曲线，数据资料质量一目了然。

3、GMS-07可通过Inter网、局域网等网络观测，或通过U盘或笔记本电脑进行控制和随时下载数据；可在现场实行处理，随时了解观测结果和观测质量。

4、MT-VCT成像仪：探测仪仅用于采集数据，2.8寸LCD模块液晶显示屏用于实时显示探测动态。与GSM-07相同，通过探测仪的SD存储卡或USB口控制下载数据，使用笔记本电脑可在现场进行数据计算处理，及时分析探测结果。

简评：使用这三种设备进行点测深时都要花较长时间安置电极和磁探头及布线，采集时间也要几十分钟，所以在探测完一个点之后要查验一下测深数据是否正常可用，以便发现有问题后马上重新采集数据，避免以后花费更多的时间再次补采。MT-VCT探测仪在一个点上采集数据时间仅需7秒钟（探水仪）或1分钟（地热勘探和探矿），点间距为1—5米，一个剖面的探测点都有几百点，无需每个点都检查一下，而是在形成剖面图之后发现干扰点直接删除即可。

六、电磁传感器

1、GDP-32Ⅱ电磁传感器最具特色的技术和优势是可提供目前世界上最大面积（40,000m2）的TEM探头。

2、V8具有用于MT的2个磁传感器感应线圈(1/30000～400Hz)，6个低噪声不极化电极。

3、GMS-07综合电磁法仪装配了世界上最高水平的磁传感器，其突出优点是频带宽、噪声极低、温飘和时飘近于零，并且体积小，重量轻；分析软件有多种去噪声功能，具有极强的抗干扰能力，能在50Hz干扰极强的地区获得好的观测结果。

4、MT-VCT探测仪除在接收器采集电路上采取多种滤波措施增强抗干扰能力外，还配置了独特抗干扰设计的高灵敏度磁感应器，具有宽频带、低噪声、体积小、重量轻的优点，可一人手提探头、肩挎仪器边走边测。

简评：感应式磁传感器属于较为成熟的技术，灵敏度高低、线性度优劣主要取决于所用磁芯材料，即使是都采用的高导磁坡莫合金材料也有很多种、性能不一。受卡尼亚视电阻率大地电磁法采集电磁波磁分量方式限制，横置于地面上裸露的磁传感器两头接收信号中，地表之上电磁干扰信号居多、来自于地下的电磁波信号较少，由其计算出地下各层介质的视电阻率真实成分占比较少，导致勘探反演结果具有多解性。MT-VCT大地电磁镜像测深法采用多种屏蔽材料对磁传感器地面以上露出部分进行多层屏蔽隔离处理，使其尽可能不受空中电磁场信号的干扰，而尽可能多地接收来自地下的电磁波磁分量信号，并直接用以反映地下各层介质的电磁特性，不需要反映、无人工干预，不存在多解性。

七、反演软件

1、GDP-32II的解析软件优势：1）AMT和CSAMT二维反演软件是带地形的反演软件。该软件采用视电阻率和阻抗相位联合反演，并具有强大的人机对话功能；2）音频大地电磁和可控源音频大地电磁一维反演软件具有过渡区改进功能；3）IP反演软件是带地形的圆滑反演；4）算术等间隔TEM数据处理和解析程序。

2、V8软件：CSAMT法数据处理/编辑/成图/打印/近场校正/SURFER数据格式转换软件，一维正演模型程序，在Windows系统下的作图和等值线的surfer软件；TEMIXPlus软件包(一维反演/绘图/单点形成剖面)。

3、GMS-07软件：Metronix公司新开发了功能强大的软件系统ProcMT。该软件可高效快速的处理MT、AMT、CSAMT及EMAP数据，既可满足具有高理论水平的科研机构进行精细处理的要求，又可满足探测人员在繁重的野外工作中进行快速批量处理的要求。

4、MT-VCT探测仪分析软件特点：1）是与探测仪分离的脱机运行软件，在探测现场将探测数据文件导入笔记本电脑后，探测仪可以继续探测工作；2）可以充分利用计算机强大的硬件和应用软件资源，通过数据库软件实现大容量探测数据的运算和处理，使得纵向探测频点增大到10000个以上的超精细扫描成为可能；3）以彩色柱状图形式显示的探测点地下各深度层和每一层各探测点的电位值分布图，比其它方法的点连线图更直观；4）主要通过地象科技公司创研的同时显示数据和色彩的探测线路垂直剖面彩色电位值扫描图（MT-VCT成像剖面图），比其它方法的等电阻率反演彩图更加精确、真实、直观。

简评：在这三种仪器上直接处理数据所能够形成的只有点测深和剖面某一深度层的一维曲线图，若是要生成二维综合解释推断剖面图来描述地下电性空间分布，还需要借助于各种反演软件对勘探数据进行反演处理，由于在分析过程中多处需要人工设定干预，导致同样的勘探数据会因分析人员不同而形成的综合解释推断剖面图各不相同，即产生反演成果的多解性。由郑州地象科技有限公司自研的MT-VCT分析软件，可借助于设计的一些辅助功能从不同视角观察自动生成的彩色剖面图，但不能人工生成或修改原始数据，勘探分析结果不存在多解性。

八、国内销售价格（根据配置不同的价格范围）

（1）GDP-32Ⅱ价格：100-150万元人民币。

（2）V8 价格：150-300万元人民币。

（3）GMS-07价格：80-150万元人民币。

（4）VCT成像探水仪200-800米深度（间隔2米/层）7个机型的价格：3.8-15万元人民币；MT-VCT深部构造探测仪2000、3000、4000米深度（纵深分辨率5米）3个机型的价格范围45-60万元。

郑州地象科技有限公司 寇伟 13903832188

2017年2月2日修改于2023年5月3日