天然电场物探仪(找水仪)在资源勘探中地应用

1、资源勘探的物探方法有很多，但电法勘探由于成本较低、使用方便而比较受欢迎, 而电法勘探中也有多种方法，比如电阻率法、时间域极化激化法、瞬变电磁法、大地音 频电场法、天然电场物探法，其中天然电场物探仪是利用大地天然电磁场作为工作场源, 通过测最接收电极MN之间的电位差(即E),通过大地的电阻率：p =吉胖 我 们假定大地电磁H为固定值，那么电阻率P与电位差V. (BPE)成正比，与频率f成反 比，仪器测得电位差，和频率f,我们就研究地球内部各种不同地质体电性参数视电 阻的变化，来确定各种资源异常位置，再依据不同频率的电磁波在导电煤质中具有不同 趋肤深度的原理，我们就可以来确定各种资源异常的埋深等详

2、细信息。虽然天然电场物 探相对发展较晚，也受到电子技术发展的制约，但其绝对的优势还是受到了用户极大的 欢迎，主要是由于天然电场物探仪是吸取了电阻率法的布极方法，吸收白然电场法基础 理论、同时也吸取瞬变电磁法、MT法和频率测深法等交流电磁法频率测深的优势，省略 了笨重的供电场源，天然电场物探仪具有轻便高效、携带非常方便，在资源勘探中，特 别是大面积资源勘探中大面积电法普査，迅速圈定异常区域，勘探速度比直流电法勘探 提高10倍以上。大大提高工作效率。虽然天然电场物探仪还是受到一些制约，但已经 找到相关方法來改进完善，相信在未來会得到更加广阔的发展与应用。关键词：天然电场物探仪资源勘探MT1中国地质

3、大学（就汉）远程与继续教冇学院毕业设计（论文）1一、天然电场物探仪主要原理与特点（一人天然电场物探仪主要原理（二人天然电场物探仪主婴特点（三人天然电场物探仪主要用途二、天然电场物探仪仪器介绍（-）、仪设计主要功能结构介绍（二人仪器部分电路设计介绍（三人童产仪介绍三、天滋电场物探仪与传统直流激电仪的对比测试（一入天然电场物探仪与传统时间域激电仪的对比（二人在海南某地实际测试对比11（一人在某地多金属矿资源勘探中的应用11（二:k在某破碎带型金矿资源勘探中的应用12（三人在寻找地下水资源勘探中的应用14五、天然电场物探仪的发展中存在的问题及解决方法建议16（-X天然电场物探仪的发展存在的问题16（

4、二人解决影响天然电场物探仪发展几点建议1617致谢18參考文軼19中国地质大学（贰汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文一、天然电场物探仪主要原理与特点（一人天然电场物探仪主要原理天然电场物探仪是利用大地天然电磁场作为工作场源，研究地球内部的电性结构, 依据不同频率的电磁波在导电煤质中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低 频的地球电磁响应序列，研究地下不同深度地质体的电性变化差异，确定地下地质体的 赋存状态，天然电场物探仪主要根据以下3个方面的基础理论。1、电磁波传播理论、亥姆霍兹方程(1-1)地面电磁波发送到地下，电磁波在岩土中的传播遵循Maxwell方程。如果假设大多 数地下岩土为无

5、磁性物质，并且宏观上均匀导电，不存在电荷积累，那么Maxwell方程 就可简化为：V2H + k2H = OV2E + k2E = O 式中k称为波数（或传播系数）(1-2)7ik = i3a 卩2考虑到传播系数k为复数，令k=b + ia,其中 a称为相位系数 b称为吸收系数。在ADMT系列天然电场物探仪测最的电磁波频率范圉内（0lHz5KHz）,通常可以忽 略位移电流，这时K进一步简化为：(1-3)k = icopa2、波组抗与电阻率有亥姆霍兹方程变化的磁场感生出变化的电场，我们有磁电关系：(1-4)Ei（A）p= Hk表面阻抗Z定义为地表电场和磁场水平分最的比值。在均匀大地的情况下，此阻

6、抗 与入射场的极化无关，和地电阻率以及电磁场的频率有关：(1-5)Z = £ = 丁3冲""（1-5）式可用于确定大地的电阻率：(1-6)1 E卩p = Nn3、趋肤深度在无磁性介质中，趋肤深度公式为:2中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）(1-7)5 彩 5037由上式可知，电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关系。在频率一定时，电阻率越 高穿透深度越大，电阻率一定时，频率越低穿透深度越大。（二）、天然电场物探仪主要特点1、操作简便：采用全触摸智能化操作，简单易学，对于没有勘探经验的人员可以 在2小时内完成相关培训。2、高效:多个频率同时测最，测最

7、速度快，与传统人工电场勘探相比勘探速度和效率均提高10倍。3、轻便便携：利用大地天然电磁场作为信号源，不需要笨重的人工供电场源部分， 携带使用非常方便。4、高精度测量：采用高性能放大器及进口核心部件，采用高性能AD转化器，分辨 率髙达0. OOlmV, ±0. 1%的高箱度测量，让仪器能更好地应用于高阻地区工作，获得更 深、更好的测量结果。5. 抗干扰能力强：通过多档增益和衰减的设计模式，并进行两级工频抑制及采用 高精度的滤波IC使得抗干扰能力大大的加强，对50HZ工频抑制由于80dBo适合各种地 质环境。6、频率响应范圉广：根据频率测深法理论频率与测屋深度成反比，1-5000HZ的

8、宽 频响应，充分满足测最深度的要求。（三入天然电场物探仪主要用途1、广泛用于金属矿、非金屈矿、石油天然气、煤矿等矿产资源的详査和普査勘探,减少地质钻探a,降低矿山投资的风险、提髙矿产投资的科学性及成功率。2、广泛用于地下水、地热、温泉等资源详査和普査勘探，提高钻井取水资源的成 功率。3. 广泛用于煤矿采空区、地下水灾害、堤坝隐患、断裂带及陷落柱、山体滑坡等水文地质的详査和普査勘探，确定水库坝基和防洪大堤隐患位置、寻找断裂带及陷落柱、 山体滑坡、煤矿采空区等4、广泛用于铁路、桥梁等工程地质勘探，城市物探，考古挖掘，地下管线等详査 和普査勘探。二、天然电场物探仪仪器介绍（一入仪器设计主要功能结构介

9、绍天然电场物探测量仪由测最电极、衰减增益部分.工频抑制部分、检波部分、主控制器、数据存储和人机界面等部分组成（如图2-1）,在仪器的信号输入端加入衰减、增 益及工频（50HZ、60HZ）滤波部分并使用波段开关进行转换，方便使用者灵活运用，在 在程控滤波和检波部分采用商性能的进口检波芯片以达到高精度的频率固定误差（一般 在1%）并且频率测量频率范I刊广达到（1-5K）HZ充分满足测量精度和测量深度的要求， 在整个电路设计采用两级工频滤波和程控滤波和检波部分采用高性能的进口检波芯片 等一系列设计，并采用高性能的2 4位一£A/ D转换器实现对微弱信号高效转换测 最。整机具有测鼠精度髙，响

10、应频率范闱广，抗干扰能力强等显苦特点，是在长期的实 践中不断完善实践研发的产品，工频抑制优于80dB,充分解决天然电场的干扰问题实现高持度稳定测最。稈人机界面（键盘&显示）滤 波AD 采 集主控制器图2-1原理框图（二人仪器部分电路设计介绍滤除50Hz1、工频抑制电路为提高整机抗干扰能力，本仪器采用Q值可调的有源双T带阻滤波器, 和60Hz的工频干扰，衰减为80 dB,如图2-2所示：2衰减电路采用无源电容电阻网络实现衰减X0. 1, X0. 010如图2-3所示:3、放大电路原理采用有源高精度放大器实现信号的放大，放大倍数为：X20. X50o如图2-4所示, 调整RG的阻值实现放大

11、倍数的调蔡。5图2-4：放大电路原理图4、程控放大根据信号的强弱，本仪器门适应切换相应的放大倍数，分为4个放大倍数XI, X10.X100, XlOOOo 如图 2-5 所示：VolVoVos M Voa图2-5：程控放大电路原理框图5. 程控滤波采用CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，通过微控制器控制其精确滤波因斂设置其内部中心频率、Q值、工作模式来实现对信号的选频滤波，提高微弱信号检测的 精度。如图2-6所示：图2-6程控滤波电路原理框图（三人童产仪器介绍目前在市场上销售的产品有上海艾都能源科技有限公司所研发、生产的天然电场物 探仪产品较为成熟，本文挑选了一款ADMT-6A多功能天然电场

12、物探仪（图2-7）来说明Hl该仪器采用7寸超大触摸屏设计，量程为0-400mv.测量频率为2000、1200. 900、600、 500. 400、300、200、170、120. 100、80、67. 57、43、39. 35、31、2& 25、21、18、15、12、10、8、7. 6、5、4HZ共计30个测量频率，频率谋差为0. 1%,分辨率达 到 0. OOlmVc9图2-7 ADMT-6A多功能天然电场物探仪主机接地电极一般采用紫铜电极（图2-8）或不极化电极（图2-9）,为了方便在野外使用，一般在紫铜电极中的上端配置尼龙手柄和快速电缆接头。由于在野外工作，连接电 缆（图2-

13、10） 一般需要解决导电.抗拉、屏蔽三个问题，并且配置快速接头。图2-10：连接电缆中国地质大学（贰汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）三、天然电场物探仪与传统直流激电仪的对比测试（一人天然电场物探仪与传统时间域激电仪的对比直流激电仪是传统电法勘探中应用较广泛的一种仪器，主要是根据不同的勘探深度 使用不同功率的发送机向大地供电，电阻率法是采用A、B两电极供电，测量M、N两电 极间的电位差也就是一次场，并依照公式：(3-1)Ps = K计算出各测点上的视电阻率，同时在向大地供电时也为大地充电了所以在断电后的瞬间能测量到二次场通过下面公式我们可以得到视激化率n S：(3-2)Ils=xioo%根

14、据不同的视电阻率、视激化率变化来判断地质体的各种资源，丙而为了测量准确及得到最大的勘探深度，为了能够准确地测最 V., AV：,供电电流I,就必须加大供电 电源，一般5KW的供电电源重量达到150KG, 30KW的供电部分达到1.5吨，而天然电场物探仪则采用天然电磁场作为场源，省略了笨重的供电部分，并且使用频率测深的方法 來测最深度，所以速度快。（二人在海南某地实际测试对比为了证明天然电场物探仪的效果是否跟传统的直流激化极化法的勘探效果一样，我们在海南某矿业公司矿区同时使用5KW的大功率激电仪与我们研发设计的天然电场物探 仪进行对比试验，在时间勘探中国天然电场物探仪的勘探速度非常快，在同一个剖

15、面上大功率激电仪用了 3天时间勘探的测区，使用天然电场物探仪不到半天时间就完成了数据采集工作。并且在多个剖而的勘探结果中的异常判断上得到惊人的一致效果下面图3-1、图3-2就是其中一个测区的效果图对比图：12东西向10010203040500L、 /607080101090 587 £70£05 ?54.543532.524 C东西向1050560冷I300.08 I;I:!00000000007507oes0605505045040350302502015010.005芒果园1号中梯剖面 AB=300m MN=10m点距图3-1:大功率极化法勘探效果图。10 0 芒果园1

16、号MN=20X,点距5米.170HZ 天然电场破碎带型金矿看低值.图3-2:天然电场物探仪勘探效果从图3-1中横（X）轴是测线总长也称点距之和，纵（Y）轴是儿条测线所做的一个 平面图，因为激电仪在找矿中我要看髙极化率，在图3-1中可以明显的看到在Y轴是-10 米和X轴20米处到Y轴10米处和X轴50米处（即绿色到红色部分），我们看到了髙激 化异常很可能是有矿的异常表现。同时在图3-2的天然电场物探仪勘探效果图中也正好 在这个位置表现出低阻异常（红色部分），位置吻合程度很高。都可以判断在这个位置 出现可能是矿的异常。在后期的钻探中证明确实是一条矿脉，经取样化验分析为金矿, 品位在35,在后期开采

17、过程中的反馈信息：整条矿脉长1000米左右，宽处2米，窄处 在05米，矿脉连续性较好。通过上述对比来看，我们天然电场物探仪与传统直流激化极化发法勘探的异常效果 一样，也就是说，我们只要使用天然电场物探仪勘探也能得到判断出最终需要找矿的物 探异常结果，而且大大地提高工作效率。（一人在某地多金属矿资源勘探中的应用此案例是利用天然电场探矿仪在云南某地一个多金属矿找矿中的应用，找矿异常位 置布线方向：东西向偏北27，测线线距：20米：测点点更：10米：测量极距：20米， 在此次测最中沿着东西偏北27方向一共做了 4条测线，每条测线上做了 10个测点，图 4-1为测最结果半面剖面图，图4-2为测量后的等

18、值线图效果图。<4 &2 I'*4Y *、+<2D«»1号测线» «12号测线I« 4 7 3号测线图 4-1：<04 7S»4号测线平而剖面图/t/2 *、I '>m阳1虬0 >年三贏牛1 lL 2L 30 血 ttl1勺bj 70 Ct 刃 100吧|'；SirIf3 3Sp-13i"图 4-2：等值线图通过曲线图和等值线图可以很明显看出异常的位置以及走向变化。异常集中在40米到60米这个区间内；并且矿体宽度从1号线到4号线逐渐变窄。在找到位置异常后，在其第三

19、条测线的6个测点这个位置进行了测深。其中测最点 距10米，总测深100米。测得深度异常曲线如图4-3所示：22由此测深曲线图形中可以明显看出在60-70米这段有异常存在。后在此点打钻揭露,56米开始见矿，矿体一戌延续到74米，矿体垂厚度为18米。通过后续的钻探和开采基本证实了本次测暈的准确性与精确度。位置误差在5米之 内。（二入在某破碎带型金矿资源勘探中的应用在朝鲜某地的破碎带型金矿资源勘探中使用本天然电场物探仪在朝鲜找破碎带型 金矿的应用。在此次测最中一共布置了两条两极剖面测线，测线为南北向偏北40° ,测 线极距20米，线距10米，点距2米。每条测线上均测了 20个测点，图44和

20、4-4为相应的平面剖面图和等值线图。图4-4：平面剖面图10-101520250 0O0 360 340320.30 280260 24022020 180 150.140.120.10 080 060 040 02图4-5：等值线图通过剖面图和等值线图可以很明显看出异常的位置以及走向变化。异常集中第1条 测线的5-10米、第2条测线的5-：米的位置。且从第1条测线往第二条测线异常宽度 逐渐变小。通过后续的钻探和开采证实了本次测量的准确性与精确度，位置误差在基本在1米之内。在找到位置异常后，在两条测线中间的第7米位置进行了测深。其中测量点距2米, 总测深60米。测得深度异常曲线如4-6图形所示

21、：图4-6：测深曲线图由此测深曲线图形中可以明显看出在28-32米这段有异常存在。后在此点打钻揭露,17米左右开始见矿，矿体一直延续到30米，矿体垂直厚度为13米。（三入在寻找地下水资源勘探中的应用在测量中，测线极此案例是利用天然电场物探仪在山东青岛某地的找水中的应用,距20米，点距5米，测线为南北方向布置（如图47）。 +、护注？?皆甘T .L_-.L r "S -；<.b _ 八' 一 &T -n;沁;-I oo7"CCC-> Ly %横坐标代表测点。6 -6 A *5 5 < a;3z2;oos11111111119988776 6-

22、54433221图4-7：野外测试图图48为测童的等值线效果图，纵坐标代表探测深度,-p 二1 M c r v» -1 T r* 1 f <*1 J»图48：等值线图从图13中我们可以清楚的在第4个测点至第8个测点约25-32米深处，有很明显 的低阻异常反应，经打钻验证（图4-9）,该井最后实际打钻26米，实际出水量达到了 20吨/小时。J 5.J士Tr*注4喫何*>* I Twtf五、天然电场物探仪的发展中存在的问题及解决方法建议（一人天然电场物探仪的发展存在的问题天然电场物探仪在实际发展过程主要存在三个方面的问题：1、场源随时变化，天然电场作为场源是非常便利

23、，因为省略了笨重的供电部分， 但因为天然电场主要來源于远处雷电活动、地球内部的地质远动或工业散流电场，不是 完全稳定，而是随着时间的变化而变化，这样对后期的数据判断造成比较大影响，特别 是对于只测AV.电位差的仪器，因为场源的变化本身就造成假异常。2、资源勘探相关标准中对于天然电场物探仪所测屋的数据及异常没有明确表示认 可，在资源勘探的的物探仪器中没有天然电场物探仪，主要是因为建立标准较早而，天 然电场发展较晚。3、市场上仪器参差不弃，测量精度及抗干扰能力还不高，主要是因为市场管理比 较混乱，电子元器件的发展也参差不齐，部分奇性能器件会有限制进口或成本较高。（二入解决影响天然电场物探仪发展几点

24、建议为了解决天然电场的随时变化的问题，可以有两种方法來解决，首先是多通道同时 测量，在所测量的剖面首先布置每个测点为一个独立通道的数据采集器，布置完成后用 主控机控制所有的数据采集器能同时测最，这样就获得同一时间的场源就是相对稳定P|2'來计算视电阻率P,的场源:其次，也可以配置电磁探头來测凰电磁场，通过公式p = £ br nL-因为在电场变化的时候理论上电磁场也是变化的，通过本公司计算出视电阻率后就可以 去除场源随时变化的问题。再次，建议建立相关协会，也可以组织各厂家研发生产的仪器对比试验，逐步建立行业标准，爭収早口进入资源勘探的标准目录，得到更大的推广使用。六.结论天然电场物探仪是利用大