物探工作方法與技術要求—卓鳳吉

1:5萬地質礦產調查物探方法技術,黑龍江省地質調查研究總院物化探室卓奉吉,1：5萬地質礦產調查物探工作技術要求在此項工作中投入的物探工作種類較多，但主要有地面高精度磁法測量、激發(fā)極化法測量。下面介紹上述兩種方法工作設計、野外施工、原始資料、數據處理、圖件繪制、報告編寫等方面的要求。一、地面高精度磁法測量1、工作設計按照工作任務和目的編寫設計，包括方法技術、各項精度、原始資料、圖件編制、數據處理、報告編寫等內容。方法技術部分應包括方法試驗內容，其中有探頭高度、觀測精度等內容。2、野外施工嚴格執(zhí)行設計，按工作順序進行野外施工，發(fā)現問題及時改正3、原始資料應包括日變站選擇、基點選擇、基點聯測、校正點選擇、日變觀測、原始觀測等數據和各項改正后數據。數據格式為文本文件。各項改正后數據文件應包括線號、點號、場值(nT)、東向距(m)、北向距（m）。,4、數據處理面積性工作應做數據處理，其目的是提取巖性、構造等與成礦有關的信息，包括位場轉換、濾波、反演(包括正演擬合)等方法。保存數據處理后的文件，其文件格式為網格化文件(GRD).5、圖件編制基本圖件有剖面平面圖和等值線平面圖。剖面平面圖和等值線平面圖上顏色。剖面平面圖正值區(qū)用紅色，負值區(qū)用藍色，最好用漸變顏色。等值線平面圖正值區(qū)等值線之間用紅色（淺紅深紅）、負值區(qū)用藍色（淺藍深藍），即深紅淺紅淺藍深藍對應大正小正小負大負。處理圖件種類根據數據處理結果來確定，處理圖件按照等值線平面圖的方法上顏色。圖件格式一律為MAPGIS的點、線、區(qū)文件。6、報告編寫報告包括工作方法技術、方法試驗、各項精度、圖件編制、數據處理、磁性特征、異常編號、異常綜合分析等內容。異常屬性按照數據庫要求執(zhí)行。,二、激發(fā)極化法測量1、工作設計按照工作任務和目的編寫設計，包括方法技術、各項精度、原始資料、圖件編制、數據處理、報告編寫等內容。方法技術部分應包括方法試驗內容，其中包括裝置類型、供電極距、接收極距、供電周期、延遲時間、積分時間、頻率選擇、觀測次數、觀測精度等內容。2、野外施工嚴格執(zhí)行設計，按工作順序進行野外施工,發(fā)現問題及時改正.3、原始資料應包括裝置類型、供電極距、接收極距、供電周期、延遲時間、積分時間、頻率選擇、原始觀測等數據。數據格式為文本文件。最終數據文件應包括線號、點號、視電阻率（M）、視極化率或視幅頻率（%）東向距（m）、北向距（m）。,4、數據處理數據處理目的是提取巖性、構造等與成礦有關的信息，包括反演（包括正演擬合）等方法。保存數據處理后的文件，其文件格式為網格化文件（GRD）。5、圖件編制基本圖件有剖面平面圖和等值線平面圖。剖面平面圖和等值線平面圖上顏色。剖面平面圖正值區(qū)用紅色，最好用漸變顏色。等值線平面圖正值區(qū)等值線之間用紅色(淺紅深紅），即深紅淺紅對應大正小正。處理圖件種類根據數據處理結果來確定，處理圖件按照等值線平面圖的方法上顏色.圖件格式一律為MAPGIS的點、線、區(qū)文件。6、報告編寫報告包括工作方法技術、方法試驗、各項精度、圖件編制、數據處理、電性特征、異常編號、異常綜合分析等內容。異常屬性按照數據庫要求執(zhí)行。,1:5萬地質礦產調查物探工作管理要求1、按照任務書、技術要求編寫物探工作設計。2、設計通過審查之后，按照設計技術路線組織實施物探工作。3、物探試驗工作結束，其試驗報告經過礦調辦審查之后，才能投入面積性工作。4、完成物探工作量之后，編寫物探工作總結，提交野外驗收。5、野外驗收合格的物探工作資料，可用于其它地質工作所需的各個階段，包括最終報告編寫。6、物探工作情況如實反映在項目工作年、季、月報。,7、1：5萬礦調辦指定一名物探專業(yè)人員負責物探工作設計審查、試驗報告審查、野外驗收、報告審查。每個項目物探工作設計審查、試驗報告審查、野外驗收、報告審查工作由1：5萬地質礦產調查專家?guī)斓奈锾饺藛T承擔。8、根據實際情況和工作進展，需要調整物探工作，編寫物探工作調整報告，經礦調辦批準，實施批準意見。,方法技術各個階段1、研究方法理論基礎2、制定規(guī)范實施要求3、突出異常操作目的方法正確度選擇性數據精確度離散性異常顯著度完整性,礦產物探方法技術,地面物探方法地下物探方法,地面物探方法EarthSurfaceGeophysicalExploration,電法傳導類：電阻率法、激發(fā)極化法(TIP)、幅相激電法(SIP)感應類：瞬變電磁法（TEM）可控源音頻大地電磁法（CSAMT）分布式被動源電磁法（DPEM）磁法垂直分量總場梯度重力布格異常垂向梯度地震反射波折射波面波管波核物理射線強度紅外輻射核磁共振,地下物探方法EarthSubsurfaceGeophysicalExploration,目標：尋找井旁、井底盲礦、尋找井間(坑道間)盲礦1.確定其形態(tài)及位置；2.確定兩見礦孔礦體是否連接及如何連接；3.鉆孔所見礦體在剖面上的延伸長度。方法：地井激發(fā)極化法大功率充電法地井瞬變電磁法無線電波透視法聲波透視法三分量磁測放射性強度測量密度測量,一、時間域激發(fā)極化法TIP:TimeDomainInducedPolarizationTransientInducedPolarization人工直流場源、電性源、時間域是以不同巖、礦石激電效應之差異為物質基礎，通過觀測和研究大地激電效應，以探查地下地質情況的一種電法。,激發(fā)極化法工作原理,通過向布設在地表的A、B兩個電極供以具有一定循環(huán)周期的雙向脈沖電流，在電流間歇期間觀測激化體產生的二次電位。,觀測參數,1、極化率（采樣時間）2、充電率（積分時間）,應用目的,主要用于普查多金屬硫化物礦床圈定礦化帶、發(fā)現極化異常體尤其是礦石結構為浸染狀礦床，作為首選方法勘探深度：200米左右特點：受地形影響相對較??；同一裝置可觀測多條測線，效率高。影響因素：石墨、星散礦化常見的黃鐵礦化、磁鐵礦化或其它分散的金屬礦化，同樣可產生激電異常,地形切割劇烈、河網發(fā)育地區(qū)；覆蓋層厚度大、電阻率又低，形成低電阻屏蔽干擾；覆蓋層電阻率高，無法供電。,應用條件限制,工作裝置應用目的,1、中間梯度：普查、多條線觀測，效率高特點：受低阻屏蔽較??；穿透深度大；地形影響小。2、聯合剖面：尋找陡產狀的地質體確定目標體的頂端位置分辨率高、效率低3、對稱四極測深：研究地層垂向變化，確定界面深度和極化體空間分布垂向分辨率高受地形影響較大，效率低,二、頻率域激發(fā)極化法（幅相、幅頻、雙頻）SIP:SpectralInducedPolarization人工交流場源、電性源、頻率域幅相激電的電化學原理與時域激電相同，只是在觀測方式上存在不同，它是利用一定頻率的交變電流場來激發(fā)源，觀測地下巖石的極化二次場效應隨頻率變化的規(guī)律。,1、幅頻激電變頻激電是在兩個以上頻率觀測交變電流場的幅值，根據相同電流強度下低頻fd和高頻fg的電位差或視電阻率的幅值，計算視頻散率2、相位激電該方法是觀測地中交流電場（電位差）相對于交變供電電流的相位移，是一種復電阻率觀測方式。,工作原理,幅值,視相位角,頻域,充電率,極化率,時域,測量參數,工作裝置：偶極偶極組合方式,頻域激電的主要工作裝置改變偶極距進行測深，一般n最大為9最大勘探深度：oo/2,幅相激電法最大優(yōu)點就是由于它采用了選頻測量，直接觀測總場幅值和總場相對發(fā)射電流的相位，從而極大地提高了其抗干擾能力。主要用于普查常用的裝置為偶極偶極組合工作電流只需幾百mA，儀器輕便靈活，工作效率高適合復雜地形條件工作異常形態(tài)復雜受電磁耦合影響較大,特點和適用范圍,實際工作中應注意的幾個問題,儀器參數頻率域：供電頻率時間域：充放電特性、供電時間、延時、積分工作裝置多樣物性工作全面解釋推斷異常研究、異常正演擬合、驗證后再解釋負異常原因客觀現象、電磁偶合、分布電容、電磁效應電感,地質效果,高程（米）,視極化率(10ms)(%),視相位0.25Hz(mrad),GDP-32測相位,視電阻率(0.25Hz)(-M),GDP-32測視電阻率,自電,V(mv),視充電率(雙極性脈沖)(T8s),視相位(1Hz)(mrad),視相位（三頻校正后）(mrad),視相位（單頻校正后）(mrad),感應類電磁法分類：場源形式：人工場源、天然場源場源性質：電性源、磁性源響應性質：頻率域、時間域目前成熟、實用、取得效果的電磁法TEM法屬于人工場、磁源時域電磁法CSAMT法屬于人工場、電源頻域電磁法DPEM法屬于天然場、時域電磁法,感應電磁法原理,是以地殼中巖石的導電性與導磁性差異主要物質基礎，根據電磁感應原理觀測和研究電磁場空間與時間分布規(guī)律，以尋找地下良導礦體或解決其它地質問題的一種電法勘查方法。電磁法是基于宏觀電磁場的理論，以麥克斯韋方程組為理論基礎，利用多種頻率的諧變電磁場或不同形式的周期性脈沖電磁場為激發(fā)源，研究觀測地下空間電性變化而產生的異常電磁場。,感應電磁法原理,頻率域電磁法研究多頻諧變電磁場，時間域電磁法研究周期性脈沖電磁場。電磁場的頻率特性與時間特性具有一定的對應關系，兩類方法產生異常的原理均遵循電磁感應定律。交變電磁場在導電大地介質中感應出二次電流，該二次電流又產生二次磁場。電磁接收機測量一次場和二次場，通過分析二次場的變化規(guī)律達到找礦和解決地質問題的目的。,電磁法瞬變電磁法感應類低頻感應類頻率域時間域總場純異常場(二次場)頻率取樣時間信號大小信號頻帶窄寬加大勘探深度容易不易地形影響小大收發(fā)距、方位精度高低IP電化學作用TEM電磁感應取樣時間200-10000ms取樣時間0.1-200ms,電磁法與瞬變電磁法異同點,TEM:Transientelectromagneticmethod屬于低頻感應類電磁法非頻率域，屬時間域純異常場方法發(fā)射電流關斷后測量二磁場TEM電磁感應IP電化學作用頻率關系：T1/f,三、瞬變電磁法,瞬變電磁法（TEM）它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖電磁場，在一次電磁場的激勵下，地下導體內部受感應產生渦旋電流：在一次脈沖磁場的間隙期間，渦流電流產生的二次磁場不會隨一次場消失而立即消失，即有一個瞬變過程，利用線圈或接地電極觀測二次磁場，研究其與時間的變化關系，從而確定地下導體的電性分布結構及空間形態(tài)。由于瞬變電磁法研究的是導體內渦流的過渡過程，觀測是在脈沖間隙期間進行的不存在一次場源的干擾。又由于脈沖是多種頻率的合成，不同延時觀測的主要頻率成份不同，相應時間的電磁場在地下傳播速度不同，因而勘測的深度不同。,基本原理,觀測參數,dB/dt（感應電動勢）目前絕大多數儀器測量此參數B（磁場）前蘇聯用超大功率發(fā)射機、超導探頭測量E（電場）電偶極源發(fā)射裝置輸出結果形式：1、用電流歸一/單位量綱v/A2、用接收線圈面積歸一/AR單位量綱nv/m23、用感應段強度歸一無量綱,裝置類型,中心回線組合由偶極接收線圈放在發(fā)射回線的中心而組成。發(fā)射回線和接受線圈在觀測剖面上同步移動，觀測dBz/dt，也可以同時觀測三個分量。無論是在普查階段還是在詳查階段，該裝置都是剖面測量和測深觀測的主要裝置之一。接收二次磁場垂直（鉛垂）分量回線邊長：除用重疊回線裝置回線尺寸外，可做小回線，最小可為1米，即11m200200m。,重疊回線組合發(fā)射線圈和接收線圈為兩個大小和形狀完全一樣的回線在空間上重疊在一起，沿剖面同步移動，觀測dBz/dt分量。回線邊長通常從幾十米到二百米；為了降低超順磁效應，采用偏離回線組合。重疊回線裝置，由于接收線圈為一較大的回線，對于淺層局部導體的響應具有“平均”作用。普查常用的裝置，國內瞬變電磁儀器的主要工作方式測量垂直地表的二次磁場回線邊長：2020m,4040m,5050m,100100m,200200m。,偶極偶極組合發(fā)射為一多匝線圈，接收線圈采用多匝線圈或探頭。接收和發(fā)射線圈可以在同一測線上或分別在兩條測線上保持一定間隔同步移動，可同時觀測瞬變場的三個磁場分量。裝置輕便靈活，工作效率高，相對探測深度小些，適用與尋找淺部導體的快速普查。目前偶極裝置用的主要是水平共面組合除做瞬變測深外，還可做幾何測深，改變接發(fā)距發(fā)射線圈直徑：1m20m異常形態(tài)復雜，多峰、伴生反向極值記錄點：TxRx中點,發(fā)射線圈為邊長幾百米或一公里的大回線，一般為600300m回線，固定不移動，用一個小的接收線圈沿測線移動進行觀測。發(fā)射回線可為矩形或方形回線，可以在回線內測量，也可以在回線外測量。由于發(fā)射回線復蓋面積較大，同一發(fā)射回線可采用多臺接收機觀測，一般觀測兩個分量（x和y分量）。在詳查工作時，發(fā)射回線要布置在對目標物激發(fā)有利的位置。該裝置主要用于確定地質體的邊界和產狀。,大定源組合,大定源回線裝置由于耦合關系固定，很難使位于回線內外大范圍的地下目標物都處于激發(fā)有利位置，因此，在目標物空間位置大致確定的情況下，用于詳查，確定目標物的產狀、邊界。回線內外全域觀測激發(fā)有利部位：回線內緩產狀導體回線外200500米范圍內陡傾導體發(fā)射回線尺寸：全域、回線外觀測300600m或400800m回線內觀測200900m4001km,1km1km2km2km,電偶極電偶極或回線組合這種裝置由電偶源激發(fā)，用接受回線置于遠區(qū)接收dBz/dt分量或用兩接地電極接收電場水平分量；接發(fā)極距一般大于3km。該裝置主要用于深部構造研究，也可用于尋找隱伏多金屬礦。,視電阻率計算（中心回線）,晚期公式：,全域公式：,參數選擇,1、采樣延時：儀器已限定，盡可能設定大的延時范圍錯誤概念：淺層目標物，不測晚延時信號深層目標物，不測早延時信號2、回線邊長：目標物取得最大響應最佳耦合b=(0.71.1)d,參數選擇,3、探測極限深度：（以球體為例）中心回線導電圍巖條件導電覆蓋層,觀測起始時間（延遲時間起點）發(fā)射電流下降結束的時間為延時零點,關鍵參數,發(fā)射電流強度發(fā)射回線邊長發(fā)射電流下降延遲時間（下降沿時間）接收線圈有效面積數據處理、反演成像必用的參數下降沿時間用于后沿改正,測網布設,發(fā)射回線的角點要準確定位，由于瞬變響應強度與發(fā)射回線邊長的平方成正比，視電阻率與發(fā)射回線邊長的三分之四次冪成正比。重疊回線：測線兩側布設發(fā)射回線的兩條輔線中心回線：一條主測線，兩條輔線測點：中心回線、重疊回線點距為回線邊長的一半半覆蓋方式大定源：點距1040米偶極：(0.20.5)極距,注意事項,1、線架不能纏繞在回線上，產生非常大的電感。2、避免回線縱橫邊的接點線頭接地，尤其是重疊回線裝置，電場直接耦合。3、接收探頭風動影響。4、金屬物品遠離探頭24米。5、大定源回線的長邊布直。,影響質量因素：1、天然場：響應幅值平均1nv/m2最大值(35)nv/m22、動力線：高壓、超高壓線影響范圍100米或更遠距離220V一般影響較小380V動力電的影響取決于負載與接地源情況3、有線廣播、電話線光纜影響較小4、風動噪聲,質量評價,中早期用平均相對誤差，標準小于10%晚期用平均絕對誤差，標準小于23v/I,瞬變電磁法數據處理瞬變響應主要特征是感應信號的衰變規(guī)律數據處理消除外部電磁噪聲信號恢復感應信號的衰變規(guī)律的固有特征使瞬變響應滿足反演和成像的理論條件為目的數據處理是瞬變電磁資料解釋的重要環(huán)節(jié)。,瞬變電磁法數據處理主要內容強干擾噪聲剔除濾波裝置自耦合效應和固有過渡過程的消除后沿改正,基本圖件,1、具有代表性衰減曲線圖2、瞬變響應剖面曲線圖3、瞬變響應早、中、晚延時道的平剖圖4、視電阻率斷面圖5、斷面和平切面電阻率圖像,成果的分析解釋,一、定性解釋1、確定背景場依據多道剖面曲線及衰減曲線的特征通過層狀大地一維正演確定正常場電阻率2、異常的確定與篩選由視衰減常數s確定s=(tj-ti)/(ln(j-i)一般有工業(yè)價值硫化礦床的由衰減常數s為250ms。注意：s值大于4的異常也不一定是礦異常。,成果的分析解釋,3、視電阻率計算利用晚期公式或全域公式4、感應電動勢的時間特性晚期響應于t-2/5成正比，在雙對數坐標上衰減曲線如果呈68.2o直線下降，反映的是均勻介質特性，以達到基底。5、金屬因素MTEM的計算仿效激發(fā)極化法給出的概念,成果的分析解釋,二、半定量與定量解釋1、傾角（重疊回線和中心回線）2、求視縱向電導（浮動薄板法）3、依據煙圈理論計算全域視電阻率4、依據煙圈理論計算深度電阻率效正：利用等值原理，遞推計算。依效正所得電阻率作深度效正,瞬變電磁法的特點,1、縱向分辨能力強及隨機干擾影響??；2、斷電后觀測的是純二次場，可進行近區(qū)觀測，旁測影響小3、可采用同點組合進行觀測，使之與探測目標的耦合最緊，獲得的異常響應強，形態(tài)簡單，分層能力強；4、在高阻圍巖地區(qū)不會產生地形起伏形成的假異常，在低阻圍巖地區(qū)，由于是全時間衰減域觀測，根據曲線的變化規(guī)律地形異常較易分辨；5、通過選擇不同的時間窗口進行觀測，有效壓制地質噪聲；6、穿透低阻覆蓋能力強。4、可用加大功率的方法增強二次場，提高信噪比，從而增加勘探深度；勘探深度：圍巖平均電阻率為100m時，深度可達600m；圍巖平均電阻率為500m時，深度可達1000m。,應用范圍,礦產勘查：銅、多金屬硫化物礦床構造探測：張性、賦含礦化水及斷層泥的破碎帶地下水調查：砂層水（高阻），基巖水，咸淡水界面工程地質調查：軟泥層、空洞、掩埋物、基巖界面環(huán)境調查：地下水污染區(qū)、垃圾場滲漏煤田工程：采空區(qū)、燃燒區(qū)、涌水源的位置石油：小功率勘測淺層含油層，大功率可直接找油,成果表現形式斷面圖,成果表現形式切面圖,應用實例,應用實例,磁法數據處理一、野外磁測結果整理與預處理1.儀器性能檢驗：噪聲水平、一致性、儀器觀測精度2.磁測資料的各項改正：正常地磁場改正，高度改正，日變改正、混合改正。3.磁測工作精度：平穩(wěn)場的均方誤差、異常場的相對誤差。4.標本磁參數的測定與統(tǒng)計整理：根據質子磁力儀測定結果計算標本的磁化率和剩余磁化強度，同時按算術平均或幾何平均方法計算均值；并對計算結果進行分組和繪制頻率直方圖和頻率分布曲線。5.磁測資料預處理：對剖面資料進行5點、7點圓滑和加密插值，跳點放稀點距；對平面資料進行25點、49點圓滑和加密插值，跳點放稀測網；從平面資料中任意切出一條剖面或一塊面積進行精細解釋。,二、剖面與平面資料的轉換處理與正反演1.二度、似二度體的正演（1）有效磁化強度、有效磁化傾角的計算，感應磁化強度與剩余磁化強度的矢量合成。（2）常見規(guī)則幾何形體，如水平圓柱體，斜交磁化有限延深板狀體，接觸帶與臺階，矩形截面水平棱柱體組合模型，下延無限直立棱柱體組合模型的正演，以及二度半任意多邊形截面水平棱柱體模型正演。（3）強磁性磁性體的消磁作用的計算正演部分可以計算任何復雜地質情況下磁性體產生的磁場，如可以計算任意形狀磁性體，多個孤立脈狀體的組合，礦體與巖體的組合，孤立礦體與區(qū)域磁性基底組合等，用于正演研究和檢驗反演解釋的結果。,2.剖面資料的轉換處理（1）分離區(qū)域場與局部場方法：滑動平均法，插值切割場法，趨勢分析法，差值場法，匹配濾波與維納濾波法等。（2）頻率域磁異常轉換系統(tǒng)：向上、向下延拓，化到地磁極，垂向一次導數，換算水平分量和垂直分量，磁源重力異常。（3）歸一化總梯度法：該方法對磁異常作歸一化延拓，有反演效果，可顯示下半空間斷面圖。（4）曲化平：把彎曲地形上磁異?；剿降匦紊希玫刃紝游环椒ㄟM行曲化平處理。（5）一維小波多尺度分解：利用小波分析方法，把磁異常分解為不同階次的細節(jié)部分和逼近部分，用它們來分離不同尺度的區(qū)域場與局部場。,（6）空間域的解析延拓方法：空間域的處理方法，頻率域轉換處理方法，化到地磁極，上下延拓，分量轉換，導數換算，磁源重力異常等等；剖面資料轉換處理有曲化平、小波位場分離。3.剖面磁異常的反演（1）經驗切線法，斜磁化二度無限延深板狀體切線法，特征點法。（2）希爾伯特變換法接觸帶、臺階反演。Werner反褶積剖面快速反演與歐拉齊次方程法剖面反演。（3）人機交互二度半反演：任意多邊形截面水平棱柱體的復雜模型反演。（4）最優(yōu)化選擇法自動反演：建立一個二度下延有限板狀體模型，利用阻尼最小二乘法自動反演技術，機器自動修改板狀體模型的7個參數，實現反演過程的自動化。,（5）磁性界面反演：對于磁性基底面（如結晶基底面，大的巖體的上頂面），由于溫度升高導致磁性消失的居里等溫面，采用空間域的廣義逆矩陣方法和頻率域直接反演法；剖面磁異常反演：線性快速反演方法，最優(yōu)化方法；區(qū)域資料處理的各種界面反演。4.三度體的正演（1）常見規(guī)則幾何形體正演：球體、棱柱體及其組合模型的正演計算。（2）帕克法頻率域快速正演：計算磁性上界面起伏產生的磁場。（3）任意形狀三度體面元法正演：任意形態(tài)孤立磁性體的數值積分方法正演計算。該方法可用于已知礦山勘探剖面礦體磁場的計算，用剩余異常來發(fā)現深部隱伏礦體。（4）復雜幾何形體正演：有限長水平圓柱體、橢球體、走向與下延有限傾斜板狀體正演計算。,5.平面磁測資料轉換處理（1）滑動平均法：插值切割場法，趨勢分析法，差值場法，匹配濾波，3D頻率域轉換。（2）空間域位場轉換：垂向二次導數，水平總梯度模，重磁對應分析。（3）小波多尺度分析：剖面一維小波分析方法的推廣。（4）T與Z磁場的互換：Z舊資料換算為T；航磁或地面高精度磁測新資料對比。6.平面磁測資料的反演（1