CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统

1、 CLEM-V大功率多功能电磁法系统是由中国地质科学研究院地球物理地球化学勘查研究所研发，重庆地质仪器厂生产的国内首套实用化多功能电法工作站。该系统具有技术成熟，测量功能齐全，操作简单，整机性能较好等特点。本文以多金属矿产勘查中的应用作为实例，介绍了CLEM-V系统在野外数据采集的技术要求，测量参数，以及数据处理的整个流程。 目前CSAMT、AMT技术已发展成为相对成熟的物探方法，特别是在多金属矿产勘查、寻找地下水、地热、油气藏等资源勘查方面应用较多，但在国内一直以来都是以V8和GDP32等国外进口多功能电法工作站为主流。CLEM-V是中国地质科学研究院地球物理地球化学勘查研究所经过多年的研制

2、的一套多功能电法工作站，成功的打破了国内同类型仪器为零的记录。它具有先进精确的GPS+石英钟同步技术，即使在复杂的山区GPS信号较差的地方也能保证精确的同步观测，获得较为准确的观测数据，极大的降低了对GPS的依赖性；同时它又具有大功率（30Kw），一发多收的阵列观测功能及面板操作简单的特性，大大的提高了野外数据信噪比和采集效率。野外数据资料的采集数据资料的预处理数据资料的反演综合解释野外数据资料的采集观测装置采用赤道偶极标量观测。观测区域布置在与发射偶极成60角的一个梯形面积内，测线不得超过此区域，同时AB发射偶极与测线保持平行，收发距R需远大于三倍的趋肤深度。根据电磁波场的特点，把测线布置在

3、垂直于AB中垂线的两侧，以提高场源强度，保证观测的精度。数据采集要求标量观测是CSAMT常用的方法之一，在野外观测过程中，需要注意几点：1.1 发射部分AB极距一般为13km，根据实际需求而定；AB极铺设与设计偏差不得大于3；埋设AB极时入地5070cm，加用裸铜线、锡箔纸、铝板、铜板、铁丝网等，保证接地良好；发射机供电电流应足够大，以保证较强的有效信号，以便更好的压制环境电磁干扰。数据采集要求 1.2 接收部分 （1）收发距一般在510km，主要根据需求解决的探测深度而定； （2）不极化电极在使用前用饱和盐水浸泡5分钟，检查极差，选用极差小于2mv的电极； （3）电极布置时保持与地接触良好，

4、接地电阻小于2K欧姆； （4）磁传感器埋设时与测线垂直，挖土2030cm埋设； （5）电极、磁传感器连接线沿地表铺设，观测时磁传感器附近禁止人员走动，避免人文干扰； （6）布设好之后择时同步发收观测。 在野外标量所测得的视电阻率和相位可以由所观测得到的场值根据卡尼亚视电阻率公式计算得到，下图为所电磁场同步观测得到的结果，从图中可以看出多道观测的同步性非常好，且信号质量也较好。数据查看数据资料的预处理 在室内CLEM-V数据预处理主要分为3大步：时频转换、数据圆滑编辑、数据集成及格式转换。 首先需要将时间域的数据转换为频率域的数据，使用ACSEM.exe（或者AMT.exe）程序将数据转换为频率

5、域的视电阻率、相位及计算数据相对误差。 将视电阻率相位进行圆滑编辑处理，为了避免手工圆滑所带来的人为误差，在此提出一种根据数据误差大小来判断数据圆滑修正量的方法，经过处理后对不合理的数据再进行调整。笔者认为一个测点每个频点的数据可以由背景值、局部异常值，误差值三者组成，即可以用一个公式来进行圆滑：数据资料的预处理RsEGA0 . 10 . 2/88. 0er0 . 2/45. 0ber0 . 1 e er为观测数据的误差，ber为总体数据误差，A为原始数据；G为圆滑背景值 ；E相邻频点对该频点的构建值，Rs为圆滑后的数据。 根据(1)式校正之后数据变得圆滑，并且较好的保持原始数据的信息。图3为

6、所做的一个实例，从图中可以看出，观测值误差越大曲线波动越大，圆滑惩罚就越大，误差越小曲线越平滑，圆滑惩罚就越小。数据资料的反演成像 CSAMT是基于天然场AMT而发展起来的人工源电磁测深方法，用以弥补AMT能量弱，抗干扰能力低的不足。然而CSAMT在实际应用中，由于存在源场效应，很难使各测点上的所有频率的视电阻率与阻抗相位数据满足平面波假设条件，所测得的数据含有近区及过渡区的影响，为了压制影响，需对观测数据进行近场改正。数据资料的反演成像 为了充分利用野外采集的数据，振幅和与相位值同时参加反演，控制反演的多解性及反演的稳定，数据反演采用光滑最小二乘反演，数据模型采用Cole-Cole复电阻率模

7、型。1 )(22220IRmIiIRmRmi2sin)( 2cos)(1cIcRcc计算偏导数矩阵:赵广茂，带地形的复电阻率2.5维电磁场正反演研究李学民，由大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数的方法研究陈晓斌，大地电磁自适应正则化反演算法刘海飞，直流激电反演中的线性与非线性方法研究数据空间采用最小偏差准则，模型空间采用最小二乘准则)(mmCdWmCAWbdTd数据资料的反演成像2/112),(mijjiA 为正则化参数，w为规范化后的数据方差矩阵。C为光滑度矩阵。j并行计算方法 利用CUDA Fortran编写并行计算程序，较快的实现了复电阻率的反演，提取出地电断面的激电信息，对比电阻率、

8、极化率信息，对地下地质现象进行推测。GPU计算能力对比 GPU GPU 和和CPU每秒浮点操作每秒浮点操作数数GPU GPU 和和CPU存储器带宽存储器带宽AMT和CSAMT正反演的特征正演具有多频特征反演在计算偏导数矩阵时具有多测点性NF个频点1 2 3 4 5 NFCPUGPUND个测点1 2 3 4 5 2NDCPUGPU0123456701234501234567012345TE模 式 下 的 视 电 阻 率 断 面 图TE模 式 下 的 相 位 断 面 图MT圆滑最小二乘反演电阻率断面-500-400-300-200-100001002003004005006007008009001

9、0001100120013001400150016001700180019002000-500-400-300-200-1000-500-400-300-200-1000MT圆滑最小二乘反演电阻率断面0200400600800-1000-950-900-850-800-750-700-650-600-550-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50001002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200051015202530354005101520TE正演0123456

10、789-4-3-2-10123450123456789-4-3-2-1012345010020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000404244464850525456586062646668707274TM正演0123456789-4-3-2-10123450123456789-4-3-2-1012345010020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000424446485052545658606264666

11、870MT圆滑最小二乘反演电阻率断面050010001500200025003000-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-100008016024032040048056064072080088096010401120120012801360144015201600168017601840192020002080050010001500200025003000-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000实例1 其中其中114114号测点位置为古采点斑岩露头，号测点位置为古采点斑岩露头，116116号测点为号测点为斑岩

12、露头，斑岩露头，154154号测点附近布置钻孔，于号测点附近布置钻孔，于-160-160米标高见矿，米标高见矿，与与CSAMTCSAMT反演结果对应较好。反演结果对应较好。实例2实例205101520253035404550550.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.22.32.42.52.62.72.82.9Log(R)IP高程(m)基 线LZK2001LZK20021570158015901600161016201630164016501660167016801690170017101720173017401450146014701480

13、149015001510152015301540155015601570158015901600161016201630164016500.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.0210.0220.0230.0240.0250.0260.0270.0280.0290.0300.0310.0320.0330.0340.0350.0360.0370.0380.0390.0400.0410.0420.0430.0440.0450.0460.0470.0480

14、.0490.0500.0510.0520.0530.0540.0550.0560.0570.0580.0590.0600.0基 线LZK2001LZK2002高程(m)010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 55015701

15、58015901600161016201630164016501660167016801690170017101720173017401450146014701480149015001510152015301540155015601570158015901600161016201630164016500.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.0210.0220.0230.0240.0250.0260.0270.0280.0290.0300.0310.0

16、320.0330.0340.0350.0360.0370.0380.0390.0400.0410.0420.0430.0440.0450.0460.0470.0480.0490.0500.0510.0520.0530.0540.0550.0560.0570.0580.0590.0600.0(a)(b)3535实例2 其中156-158号测点下方为低阻体，120-148号测点下方为较宽的中低阻带。与地质情况相对比156-158号测点之间为褐铁矿化露头，148号测点附近见褐铁矿及铜蓝，120-148号测点下方出现三条中低阻构造带，其中F1、F2构造带为含矿构造带,其见矿位置及构造带位置与AMT反演

17、结果对应较好。实例3-200-10001002003004005006007008009001000-880-780-680-580-480-380-280-180-8020120220320420-880-780-680-580-480-380-280-180-8020120220320420103106109112115118121124127130133136139142145148151154157160163166169172175178181184辉绿岩测推推测辉绿岩推测辉绿岩硅化构造带硅化构造带硅化构造带硅化构造带硅化构造带-200-10001002003004005006007

18、008009001000-880-780-680-580-480-380-280-180-8020120220320420-880-780-680-580-480-380-280-180-8020120220320420103106109112115118121124127130133136139142145148151154157160163166169172175178181184 从以上两个实例可以看出从以上两个实例可以看出CLEM-VCLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统在多大功率多功能阵列电磁法系统在多金属矿产勘查中的应用效果较好，其解释的反演断面图与地质体的特征金属矿产勘查中的应用效果较好，其解释的反演断面图与地质体的特征反应明显。反应明显。 CLEM-V CLEM-V是国内首套大功率多功能电法工作站，针对国内多山区、多是国内首套大功率多功能电法工作站，针对国内多山区、多森林的特点，仪器