天然电场物探仪(找水仪)在资源勘探中的应用

1、精选精选摘要资源勘探的物探方法有很多，但电法勘探由于成本较低、使用便利而比较受欢迎，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、自然电场物探法，其中自然电场物探仪是利用大地自然电磁场作为工作场源，通过测量接收电极MN之间的电位差VMN（即E），通过大地的电阻率： =15fEH2 我们假定大地电磁H为固定值，那么电阻率与电位差VMN（即E）成正比，与频率f成反比，仪器测得电位差VMN和频率f，我们就争辩地球内部各种不同地质体电性参数视电阻的变化，来确定各种资源特别位置，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特别

2、的埋深等具体信息。虽然自然电场物探相对进展较晚，也受到电子技术进展的制约，但其确定的优势还是受到了用户极大的欢迎，主要是由于自然电场物探仪是吸取了电阻率法的布极方法，吸取自然电场法基础理论、同时也吸取瞬变电磁法、MT法和频率测深法等沟通电磁法频率测深的优势，省略了笨重的供电场源，自然电场物探仪具有轻松高效、携带格外便利，在资源勘探中，特殊是大面积资源勘探中大面积电法普查，快速圈定特别区域，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。虽然自然电场物探仪还是受到一些制约，但已经找到相关方法来改进完善，信任在将来会得到更加宽敞的进展与应用。关键词：自然电场 物探仪 资源勘探 MT 精选目

3、 录一、自然电场物探仪主要原理与特点1（一）、自然电场物探仪主要原理1（二）、自然电场物探仪主要特点2（三）、自然电场物探仪主要用途2二、自然电场物探仪仪器介绍3（一）、仪器设计主要功能结构介绍3（二）、仪器部分电路设计介绍3（三）、量产仪器介绍6三、自然电场物探仪与传统直流激电仪的对比测试8（一）、自然电场物探仪与传统时间域激电仪的对比8（二）、在海南某地实际测试对比8四、自然电场物探仪在资源勘探中的应用11（一）、在某地多金属矿资源勘探中的应用11（二）、在某裂开带型金矿资源勘探中的应用12（三）、在查找地下水资源勘探中的应用14五、自然电场物探仪的进展中存在的问题及解决方法建议16（一）

4、、自然电场物探仪的进展存在的问题16（二）、解决影响自然电场物探仪进展几点建议16六、结论17致谢18参考文献19精选一、自然电场物探仪主要原理与特点（一）、自然电场物探仪主要原理自然电场物探仪是利用大地自然电磁场作为工作场源，争辩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，争辩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，自然电场物探仪主要依据以下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。假如假设大多数地下岩土为无磁性物质，并且宏

5、观上均匀导电，不存在电荷积累，那么Maxwell方程就可简化为： 2H+k2H=0 （1-1） 2E+k2E=0式中 k称为波数（或传播系数） k=2-i12 （1-2）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称为吸取系数。在ADMT系列自然电场物探仪测量的电磁波频率范围内（0.1Hz5KHz）,通常可以忽视位移电流，这时K进一步简化为： k=-i (1-3)2、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： EH=-ik （1-4）表面阻抗Z定义为地表电场和磁场水平重量的比值。在均匀大地的状况下，此阻抗与入射场的极化无关，和地电阻率以及电磁

6、场的频率有关： Z=EH=ei/4 （1-5）（1-5）式可用于确定大地的电阻率： =15fEH2 （1-6） 3、趋肤深度在无磁性介质中，趋肤深度公式为： 503/f （1-7）由上式可知，电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关系。在频率肯定时，电阻率越高穿透深度越大，电阻率肯定时，频率越低穿透深度越大。（二）、自然电场物探仪主要特点1、操作简便：接受全触摸智能化操作，简洁易学，对于没有勘探阅历的人员可以在 2 小时内完成相关培训。2、高效：多个频率同时测量，测量速度快，与传统人工电场勘探相比勘探速度和效率均提高 10 倍。3、轻松便携：利用大地自然电磁场作为信号源，不需要笨重的人工供电场源部分

7、，携带使用格外便利。4、高精度测量：接受高性能放大器及进口核心部件，接受高性能AD转化器，辨别率高达0.001mV，±0.1%的高精度测量，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、抗干扰力量强：通过多档增益和衰减的设计模式，并进行两级工频抑制及接受高精度的滤波IC使得抗干扰力量大大的加强，对50HZ工频抑制由于80dB。适合各种地质环境。6、频率响应范围广：依据频率测深法理论频率与测量深度成反比，1-5000HZ的宽频响应，充分满足测量深度的要求。（三）、自然电场物探仪主要用途1、广泛用于金属矿、非金属矿、石油自然气、煤矿等矿产资源的详查和普查勘探，削减地质钻

8、探量，降低矿山投资的风险、提高矿产投资的科学性及成功率。2、广泛用于地下水、地热、温泉等资源详查和普查勘探，提高钻井取水资源的成功率。3、广泛用于煤矿采空区、地下水灾难、堤坝隐患、断裂带及陷落柱、山体滑坡等水文地质的详查和普查勘探，确定水库坝基和防洪大堤隐患位置、查找断裂带及陷落柱、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，地下管线等详查和普查勘探。精选二、自然电场物探仪仪器介绍（一）、仪器设计主要功能结构介绍自然电场物探测量仪由测量电极、衰减增益部分、工频抑制部分、检波部分、主把握器、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

9、、增益及工频（50HZ、60HZ）滤波部分并使用波段开关进行转换，便利使用者机敏运用，在在程控滤波和检波部分接受高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围广达到（1-5K）HZ充分满足测量精度和测量深度的要求，在整个电路设计接受两级工频滤波和程控滤波和检波部分接受高性能的进口检波芯片等一系列设计，并接受高性能的位转换器实现对微弱信号高效转换测量。整机具有测量精度高，响应频率范围广，抗干扰力量强等显著特点，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，充分解决自然电场的干扰问题实现高精度稳定测量。图2-1 原理框图（二）、仪器部分电路设计介绍

10、1、工频抑制电路为提高整机抗干扰力量，本仪器接受Q值可调的有源双T带阻滤波器，滤除50Hz和60Hz的工频干扰，衰减为80 dB。如图2-2所示：图2-2：工频抑制电路原理图2、衰减电路接受无源电容电阻网络实现衰减X0.1，X0.01。如图2-3所示：图2-3:衰减电路原理图3、放大电路原理接受有源高精度放大器实现信号的放大，放大倍数为：X20，X50。如图2-4所示，调整RG的阻值实现放大倍数的调整。图2-4：放大电路原理图4、程控放大依据信号的强弱，本仪器自适应切换相应的放大倍数，分为4个放大倍数X1，X10，X100，X1000。如图2-5所示：图2-5： 程控放大电路原理框图5、程控滤

11、波接受CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，通过微把握器把握其精确滤波函数，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）、量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、生产的自然电场物探仪产品较为成熟，本文选择了一款ADMT-6A多功能自然电场物探仪（图2-7）来说明，该仪器接受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、28、25、21、18

12、、15、12、10、8、7、6、5、4HZ共计30个测量频率，频率误差为0.1%，辨别率达到0.001mV。图2-7 ADMT-6A多功能自然电场物探仪主机接地电极一般接受紫铜电极（图2-8）或不极化电极（图2-9），为了便利在野外使用，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2-10）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2-8： 紫铜电极图2-9： 不极化电极 图2-10： 连接电缆精选三、自然电场物探仪与传统直流激电仪的对比测试（一）、自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，主要是依据

13、不同的勘探深度使用不同功率的发送机向大地供电,电阻率法是接受A、B两电极供电，测量M、N两电极间的电位差VMN也就是一次场，并依照公式 ： s=KUMNI （3-1）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V2通过下面公式我们可以得到视激化率S: s=V2V×100% （3-2）依据不同的视电阻率、视激化率变化来推断地质体的各种资源，因而为了测量精确及得到最大的勘探深度，为了能够精确地测量VMN、V2、供电电流I，就必需加大供电电源，一般5KW的供电电源重量达到150KG，30KW的供电部分达到1.5吨，而自然电场物探仪则接受自然电

14、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来测量深度，所以速度快。（二）、在海南某地实际测试对比为了证明自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自然电场物探仪进行对比试验，在时间勘探中国自然电场物探仪的勘探速度格外快，在同一个剖面上大功率激电仪用了3天时间勘探的测区，使用自然电场物探仪不到半天时间就完成了数据采集工作。并且在多个剖面的勘探结果中的特别推断上得到惊人的全都效果，下面图3-1、图3-2就是其中一个测区的效果图对比图：图3-1: 大功率极化法勘探效果图。图3-2: 自然电场物探仪

15、勘探效果图从图3-1中横（X）轴是测线总长也称点距之和，纵（Y）轴是几条测线所做的一个平面图，由于激电仪在找矿中我要看高极化率，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），我们看到了高激化特别很可能是有矿的特别表现。同时在图3-2的自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特别（红色部分），位置吻合程度很高。都可以推断在这个位置消灭可能是矿的特别。在后期的钻探中证明的确是一条矿脉，经取样化验分析为金矿，品位在3.5，在后期开采过程中的反馈信息：整条矿脉长1000米左右，宽处2米，窄处在0.5米，矿脉连续性较好。通过上述对比

16、来看，我们自然电场物探仪与传统直流激化极化发法勘探的特别效果一样，也就是说，我们只要使用自然电场物探仪勘探也能得到推断出最终需要找矿的物探特别结果，而且大大地提高工作效率。精选四、自然电场物探仪在资源勘探中的应用（一）、在某地多金属矿资源勘探中的应用此案例是利用自然电场探矿仪在云南某地一个多金属矿找矿中的应用，找矿特别位置布线方向：东西向偏北27°，测线线距：20米；测点点距：10米；测量极距：20米，在此次测量中沿着东西偏北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为测量结果平面剖面图，图4-2为测量后的等值线图效果图。 1号测线 2号测线 3号测线

17、4号测线图4-1：平面剖面图 图4-2：等值线图通过曲线图和等值线图可以很明显看出特别的位置以及走向变化。特别集中在40米到60米这个区间内；并且矿体宽度从1号线到4号线渐渐变窄。在找到位置特别后，在其第三条测线的6个测点这个位置进行了测深。其中测量点距10米，总测深100米。测得深度特别曲线如图4-3所示：图4-3：测深曲线图由此测深曲线图形中可以明显看出在60-70米这段有特别存在。后在此点打钻揭露，56米开头见矿，矿体始终连续到74米，矿体垂直厚度为18米。通过后续的钻探和开采基本证明白本次测量的精确性与精确度。位置误差在5米之内。（二）、在某裂开带型金矿资源勘探中的应用在朝鲜某地的裂开

18、带型金矿资源勘探中使用本自然电场物探仪在朝鲜找裂开带型金矿的应用。在此次测量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4-4和4-4为相应的平面剖面图和等值线图。图4-4：平面剖面图图4-5：等值线图通过剖面图和等值线图可以很明显看出特别的位置以及走向变化。特别集中第1条测线的5-10米、第2条测线的5-7米的位置。且从第1条测线往其次条测线特别宽度渐渐变小。通过后续的钻探和开采证明白本次测量的精确性与精确度，位置误差在基本在1米之内。在找到位置特别后，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

19、米，总测深60米。测得深度特别曲线如4-6图形所示：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米这段有特别存在。后在此点打钻揭露，17米左右开头见矿，矿体始终连续到30米，矿体垂直厚度为13米。（三）、在查找地下水资源勘探中的应用此案例是利用自然电场物探仪在山东青岛某地的找水中的应用，在测量中，测线极距20米，点距5米，测线为南北方向布置（如图4-7）。 图4-7：野外测试图图4-8为测量的等值线效果图，纵坐标代表探测深度，横坐标代表测点。 图4-8：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，有很明显的低阻特别反应，经打钻验证（图4-9），

20、该井最终实际打钻26米，实际出水量达到了20吨/小时。图4-9：钻井图精选五、自然电场物探仪的进展中存在的问题及解决方法建议（一）、自然电场物探仪的进展存在的问题自然电场物探仪在实际进展过程主要存在三个方面的问题：1、场源随时变化，自然电场作为场源是格外便利，由于省略了笨重的供电部分，但由于自然电场主要来源于远处雷电活动、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，这样对后期的数据推断造成比较大影响，特殊是对于只测量VMN电位差的仪器，由于场源的变化本身就造成假特别。2、资源勘探相关标准中对于自然电场物探仪所测量的数据及特别没有明确表示认可，在资源勘探的的物探仪器

21、中没有自然电场物探仪，主要是由于建立标准较早而，自然电场进展较晚。3、市场上仪器参差不弃，测量精度及抗干扰力量还不高，主要是由于市场管理比较混乱，电子元器件的进展也参差不齐，部分高性能器件会有限制进口或成本较高。（二）、解决影响自然电场物探仪进展几点建议为了解决自然电场的随时变化的问题，可以有两种方法来解决，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把握全部的数据采集器能同时测量，这样就获得同一时间的场源，就是相对稳定的场源；其次，也可以配置电磁探头来测量电磁场，通过公式=15fEH2来计算视电阻率，由于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，争取早日进入资源勘探的标准名目，得到更大的推广使用。六、结论自然电场物探仪是利用大地自然电磁场作为工作场源，争辩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