国土资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室实验室-支撑

1、科研队伍状况

本实验室共计拥有地球物理专业教授级高级工程师21人，高级工程师50人，工程师30人和其他辅助人员30人。分布在五个主要物探研究室和所部技术管理部门。

近年来，由于所大力加强人才队伍的培养和建设，所高层次人才总量大幅度增长

1999年 博士4人，占在职职工总数1%

2003年 博士19人，占在职职工总数5%

2005年 博士26人，占在职职工总数7%

另外， 2005年仍有地球物理专业在读博士研究生14人，硕士研究生3人，分布在地球物理重磁电震和地下物探、信息技术等各个研究领域，是本开放实验室的骨干技术力量。

2、已具备的实验条件

为适应学科发展的需要，依托单位物化探研究所已将勘查地球物理领域的技术人员按不同的研究领域调整为五个研究室：地震方法研究室、重磁电综合研究室、电（磁）法研究室、信息技术研究室(计算中心)、地下物探研究室。

上述研究室在过去几年的研究工作中，积累了丰富的经验并取得了丰硕的研究成果，为本实验室的研究奠定了良好的基础并提供了有力的支撑条件，同时展示了物化探所强大的创新开发能力。如：

研究开发Y-11B（Y-12）三频航空（电/磁）综合站，主要技术指标达到了国际一流水平，用于矿产资源、水资源、土地质量评价等领域，具有快速经济的优点，在内蒙满洲里找矿、吉林乾按地下水评价等地的工作取得良好效果；

物探方法技术在1:25万区域地质填图中的应用示范研究，以GIS为基本工作平台，用已知地质资料为约束，通过定性为主，辅以控制剖面的定量推断等综合解释，实现了区域物探成图全过程计算机化；研制开发物探仪器装备，推动物探方法技术进步。如： 无线遥测阵列MT系统；瞬变电磁系统；FX-1型幅相仪系统研制；高温超导磁强计研制；地下电磁波探测系统等。

研究开发了适合西部中高山区的资源勘查的电磁法阵列观测技术，实现了电磁法技术的重大突破（阵列同步技术、具有高密度、大范围覆盖）；首次将高温超导材料应用于物探的磁传感器，直接测量磁场应用前景广阔，处于国际先进水平；FX-1型幅相仪系统，仪器具有重量轻、快速、高效的特点，适于普查，能同时进行时间域、频率域等测量，实现了一机多参数；城市活动断层探测，近4年，利用抗干扰人工地震方法分别在上海、天津和福建漳州等地，开展与地震频繁发生密切相关的城市活动性断层的探测研究，取得重要勘查研究成果，对防震抗灾意义重大,社会和经济效益显著。浅海海底高精度重力测量，应用该方法近年来在渤海、黄海、琼州海峡等海域工作，填补了水深10米左右的浅海区因技术原因而保留的空白,为油气资源的勘查提供了丰富的基础资料

物化探方法技术指导矿产资源勘查，应用物化探技术圈定找矿靶区，进行资源预测和矿体定位，在甘肃、新疆、河北等地的工作中取得显著效果。物化探所庞大的科研大楼将在2005年进行彻底地改造和装修，并将根据勘查地球物理开放实验室的实际需要，建设物探仪器装备研制试验室、勘查地球物理信息中心和各方法技术研究室，这将进一步改善勘查地球物理开放实验室的科研与工作条件。现已基本竣工，年底完成回迁工作。

3、仪器设备

在硬件设施方面，除了物化探所自行研制的系列物探仪器设备外，该实验室还拥有物探重、磁、电、震等各种较先进的国外引进的仪器装备（详情请参阅后附的"现有主要物探仪器设备一览表" ），并即将引进的各种具有当今国际先进水平的地球物理勘查和研究仪器设备，主要包括多功能电法仪、多道数字地震仪、三维高密度电法仪、便携式可控震源、PS波可控震源、地面及跨孔地质雷达层析成像系统、高精度重力、磁力仪等地球物理勘查仪器装备，这为本实验室的创新研究提供了良好的物质基础和现代化的实验研究设备。2100433B

1、东天山西段找矿靶区评价及大型矿床定位预测（国家攻关专题）

研究并建立了小热泉子铜矿的成因模型和找矿模型，采用物探新方法新技术，获得了可靠的矿异常信息，在原发现的已知矿床的南北两侧，又发现了新的厚大矿体，提出的验证九个钻孔，矿山钻探验证了7个孔，孔孔见矿。其中5个孔见富矿（品位大于2%），其中ZK901孔见矿累计厚度达81米，平均品位1.6%，ZK501孔见矿累计厚度达64米，最高品位达7.2%，平均品位1.52%；ZK705（224m深）几乎全孔是矿，其中52-105m为连续的富矿体，该段平均品位达2.05%。使小热泉子铜矿的找矿又取得重大突破，可望达到大型矿床规模。

2、宽频地震探测技术（部重点科技项目）

（1）完成了铜陵金属矿区宽频地震探测技术的试验研究：使用4台套目前国际上最先进的仪器设备在铜陵金属矿区进行了试验研究，在方法技术研究上，设计了三维层析成像观测和高分辨率观测。（2）研究了宽频地震资料的处理技术，并取得了很好的研究成果：地面地震层析成像的关键是准确拾取各地震记录上首波的走时，经过反复实验研究，在本次处理中，当地震首波能量较弱，或外界干扰较大时，采用谱分析滤波和相干拾取地震首波的方法，取得了较好的处理效果。（3）完成了模型试验的研究：通过研究，进一步了解复杂地质模型结构下的地震响应特征，并用理论研究成果指导宽频地震探测方法技术的研究。地震记录的分辨率与地震信号的频带宽度有关，本课题研究了不同频带宽度和相同频带宽度、不同高（低）截止频率对地震记录分辨率的影响。在理论模型研究中，还选取了有代表性的地质模型，对该模型进行了非线性地面地震首波层析成像的研究，为后期实际地震记录的地面地震层析成像研究奠定了基础

3、多参数反演技术（部重点科技项目）

（1）形成方法技术的主要计算方法和相关的软件，通过数据试算，增强了对三维反演关键技术和难点的认识，并改进方法技术，提高了起伏地形下物探三维解释的能力。

（2）形成数据与模型三维可视化的基本手段，为物探三维数据解释和信息提取，提供辅助工具。

（3）非线性反演可能是未来联合反演研究的主要途径

4、秦皇陵考古地球物理综合探测技术（国家"863"计划子课题）

该实验室承担了高密度电阻率、TEM、对称四极测深、弹性波、地质雷达、激电中梯、测汞、测氡法等10余种物化探方法技术的研究工作。其中弹性波法对地宫的开挖范围、边界的确定提供了重要依据；三极高密度、TEM、地震、对称四极测深利用考古队验证资料作为约束条件，探测了墓室的大小和规模； TEM、地震方法探测墓道，确定的墓道宽度，底部埋深与考古队验证的一致；小四极测深有效探测了陪葬墓；地质雷达在探测陪葬坑方法试验给出了方法有效性的肯定回答，否定了起初工作中地质雷达无效的结论；测氡方法为地宫尚未坍塌提供了依据；自然电场法显示目前阻排水渠阻水效果良好，可佐证墓室未进水。该子课题已通过科技部组织的验收，社会反响强烈。该项目2005年被评为国土资源部一等奖。(注：科学技术部在2002年度863计划中批准了《考古遥感与地球物理综合探测技术》研究课题，该课题的第二子课题为地调局组织承担的"考古地球物理综合探测技术"子课题，发展中心和物化探所负责实施

5、高温超导量子干涉器磁强计在勘查地球物理中的应用（计委高技术应用部门发展项目）

研制出一台适应瞬变电磁法（TEM）野外需要的高温超导量子干涉器磁强计科研样机，仪器摆率：1.2mT/s；磁场灵敏度（检出率）：97fT/ ；系统输入端噪声：1.27nV/ 。通过研究，解决了高温超导磁强计在瞬变电磁法上应用的一些关键技术问题。通过野外试验，与传统的TEM相比，早延时数据对应很好；晚延时数据的信噪比明显高于用感应线圈观测的数据，且观测延时长，显示了高温SQUID磁强计之优点；在国际上首次使用高温超导磁强计取得的磁场数据计算了视电阻率，并且得到了视电阻率-深度曲线。研制出适应TEM的高频无磁杜瓦，提高了我国高频无磁杜瓦的研制水平。高温超导磁强计由于勘探深度比感应线圈测量深度大，可用于隐伏矿产、水资源、油气资源等勘查。该项目2004年被评为科技部科技成果二等奖。

6、高温超导三分量磁测技术研究（地质大调查项目）

研制了两台高温超导磁强计的前置放大器、一台控制器，对单分量高温超导磁强计科研样机进行了实用化处理，为提供三分量科研样机打下坚实的基础；（2）瞬变电磁感应磁场信号的数据方法技术方面编制了各部分数据处理的子程序，为瞬变电磁感应磁场信号的数据的处理打下基础。（3）已开展了野外实地观测试验，对高温超导磁强计的稳定性、探头结构进行考验，试验表明：高温超导磁强计满足设计要求。（4）瞬变电磁磁场数据的处理与解释技术研究方面：分别对磁场数据的干扰识别方法，滤波、后沿改正、电阻率转换的公式进行了推导，并编制了测试的子程序，这些子程序得到野外实测数据检验后，还需做一些调整；开展了瞬变电磁感应磁场"烟圈"电阻率成像和复杂地电条件下的三维正演模拟方法的预研究工作。

研制的高温超导磁强计用作为瞬变电磁测量的磁传感器将TEM晚期有效信号时间长度延长2到3倍，大大地提高了TEM测深的勘探深度。正在研制的三分量TEM磁传感器将是今后航空TEM方法技术研究中接收系统研制的首选技术。

7、混场源电磁法探测技术（部重点科技项目）

（1）通过面积性的试应用工作，检验了原有阵列被动源电磁法系统的有效性和实用性，同时也发现了所存在的不足（主要为仪器系统外围的接插件故障率较高）。（2）完成了阵列被动源电磁法系统的数据处理及资料解释的优化完善工作。（3）完成了阵列被动源电磁法商品化仪器的电子元器件选型，关键器件采用工业标准，如高、低速24位模数转换器（A/D）、GPS模块、PC104工控机、晶体振荡器等,开发了FPGA及CPLD集成技术，完成了电子线路原理图与印刷电路板图的设计工作及样机的调试、实验工作。使阵列电磁法系统的接收机具有高集成化、时频域多参量观测的显著特点。（4）完成了程控SIP发射机总体方案的调研、论证及确定；主要功率器件的调研、验证及实验室测试；大功率稳流方案的确定；多频发射波形的理论研究与电子线路的实现；发射机远程控制技术开发。使混场源电磁法大功率发射机具有程控多频发射，适于IP、SIP、CSAMT以及LOTEM等人工源工作的需要，可显著提高工作效率的特点。（5）研究了2.5维问题：完成了三维源二维地电模型的电磁场方程理论推导；初步编制了三维源二维地电模型有限元正演程序。

8、全国岩石物性数据库研究（地质大调查项目）

建成了以Visual Basic为编程语言、Microsoft Access2000为操作平台、Mapinfo Professional为分析手段的全国岩石物性数据库管理系统，并已成功用于6省区及其综合物性数据库的管理工作。初步形成了一定规模的全国岩石物性数据库。编制了河北、江西、山西、陕西、河南、宁夏6省区以及华北地层大区的岩石、地层、岩体的统计图表，绘制了各省区及华北区的1/100万表层岩土密度等值线图。通过对6省区进行物性数据清理、12个省区岩石物性情况的整理、对其它省区物性调查的分析，并结合全国区域地球物理调查特别是区域重力调查程度的分析，得到全国岩石物性数据的最低估计，并由此提出了《全国岩石物性调查方案》建议。编制了《岩石物性数据质量评价体系》和《区域岩石物性数据库入库规范》等技术文件推荐稿。利用岩石物性数据库的功能，开展了某些地质问题的应用研究，例如在沉积环境与沉积矿产、岩浆-构造-成矿作用、变质岩分布区找矿方向等方面进行了有意义的探讨。

9、电法勘探工作站研究（地质大调查项目）

在原电法工作站（CES2.0）基础上增加了幅相激电法、阵列MT法和高密度电法的处理与反演功能，形成了包括常规电阻率法/激电法、磁性源瞬变电磁法、幅相激电法、阵列MT法和高密度电法等五个程序组，共计21个功能程序的电法勘探工作站（每个子系统可拆分和独立运行）。

开发了一维地电模型图示人机交互程序、剖面和测深曲线图示与人机交互程序、二维地电模型人机交互建模与剖分程序、三角网和四边形网等值线与颜色填充程序和三维异常体可视化与人机交互程序，并形成了相应的动态连接库。编制了HTML联机帮助文档、操作说明。

10、用于寻找隐伏金属矿的地面物探新技术研究（地质大调查项目）

金属矿地震法：根据两个试验区的特定地质剖面，制作了相应地震模型，按野外数据采集方式进行了数字模拟，得到了整条剖面的炮集记录，经特殊处理的时间剖面与地震模型尚能吻合。编制了地震散射波成像程序，对简单不均匀体模型炮集进行了处理，得到的成像结果与理论模型十分相似。

被动源激电法：推导出了地面电磁场振幅和相位的近似解析表达式，计算了不同条件下的幅频和相频曲线及不同条件下视频散率与相位的剖面等曲线，并绘制了归一化的拟断面图。用有限元法编制了二层水平地层的底层中存在二维极化体的数值模拟正演软件，计算了不同电阻率断面的视电阻率比值、视频散率及阻抗相位差，并绘制了剖面图。

11、频率域激发极化普查型幅相仪研制及应用研究

研制了FX-1型幅相仪系统，完成野外试验并取得良好地质效果。该系统是可同时测量激发极化效应幅值和绝对相位的仪器，仪器具有重量轻、快速、高效的特点，适于普查。可同时进行时间域、频率域、复电阻率或谱激电法测量，一机多参数。仪器可进行数字滤波和多次叠加，实现了大量数据的存储和实时处理，并可实时显示供电电流曲线和测量电压曲线，使得操作人员可直接判断观测质量和干扰水平。野外试验结果表明，仪器性能良好、指标符合设计要求。方法研究方面，推导了电偶极子场时间域、频率域的表达式，为解决其校正问题打下了理论基础。对均匀大地条件下偶极电磁耦合进行了理论计算及特征分析，确定了偶极电磁耦合校正方法与处理程序。提供了一套几种形体偶极装置模型实验相位曲线，为建立正演概念和异常解释提供了依据。FX-1型幅相仪系统可用于西部中高山区1：5万乃至更小比例尺的电法普查。

12、快速、轻便、大探测深度电法实用技术研究

针对实际资料解释中存在的问题，对TEM法干扰信号的自动识别和剔除、晚期信号的数据处理方法做了实用性改进；优化改进了复杂地电条件下瞬变电磁三维正演模拟算法，解决了包括覆盖层、横向非均匀导电围岩条件下，断面任意形体的瞬变电磁三维正演模拟问题；对小波函数变换优化阵列被动源电磁法有效信号的自动识别和提取的数据处理方法技术进行了实用化改进、并改进了二维地形条件下的反演解释算法，相对提高了反演精度，增强了数据处理和解释的实际效果；研制了瞬变电磁仪，具有早期1μs的高速采样率，双A/D分段采样动态范围达160db等特点，具有很广的推广前景。TEM仪器可用于矿产资源、水资源和环境勘查。

13、适用于地质灾害调查的部分地面物探新方法新技术开发试验

取得的主要成果：研制了DSP-1型32道自然电位阵列数据采集系统，研制了RCW-1型快速浅层测温系统两种科研样机，开发出能成功消除地表电性不均匀影响的高密度电阻率数据处理系统。开发总结出地质灾害勘察的组合物探新技术方法。

实验室预期目标：充分利用物化探所现有在方法技术、仪器和软件等方面的创新和开发能力，以高科技手段推动以物探技术为核心的现代地质勘查技术进步，为当前的城市立体地质填图和矿产资源调查提供一系列现代地球物理勘查技术；为承担国家地质调查应用基础、公益性、战略性研究任务研创系列勘查地球物理新方法、新技术、新应用。并以本实验室为基地，通过开放、交流，逐渐建立一支从事勘查地球物理应用基础创新研究和地质大调查技术创新支撑队伍，成为中国地质调查行业的勘查地球物理技术研究中心。

学科：勘查地球物理

通过分析研究国内外地球物理勘查技术发展现状和趋势，结合当前国家地质调查队气球物理勘查技术的需求，勘查地球物理开放实验室在试运行阶段初步设立以下四个研究方向：

●研究方向一：弹性波场探测的新方法、新应用

●研究方向二：电(磁)场精细、快速探测的新技术、新应用

●研究方向三：位场探测的新方法、新技术、新应用

●研究方向四：多元信息集成与可视化

实验室主要研究内容：

研究方向一： 弹性波场探测的新方法、新应用

1.宽频地震理论与方法

2.城市多波列地震技术

3.金属矿地震

4.深部地震精细探测理论与方法

5.地下/地面声波探测技术

研究方向二：电磁场精细、快速探测的新技术、新应用

1.精细、快速探测的电磁法新技术

2.高温超导磁强计应用技术

3.阵列MT新应用技术

4.混场源电磁法新技术

5.航空瞬变电磁方法技术

研究方向三：位场探测的新方法、新技术、新应用

1.重磁梯度测量新技术

2.海、陆高精度重力在油气领域新应用

研究方向四： 多元信息集成与可视化

1.物探三维反演新方法及可视化

2.多参数互约束联合反演技术与可视化

国土资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室依托；中国地质科学院地球物理地球的化学勘查研究所。

构造成矿成藏重点实验室是该校2012年在“地矿勘查实验教学中心” 、“地质学实验室”及“资源勘查工程实验室” 基础上，经国土资源部批准建立 ，以“构造地质学”、“矿物学、岩石学、矿床学”、“地球化学”、“矿产普查与勘探”、“固体地球物理学”及“应用地球物理”等学科为支撑，面向国民经济对矿产资源及能源的重大战略需求，以基础理论创新为目标，重点开展构造地质学与成矿成藏动力学领域的应用基础研究，建设具有高水平和持续创新能力的科研与人才培养基地，为国家找矿战略计划的实施提供技术保障与支撑服务 。

重点实验室现已建有5个研究室、14个配套的专业试验室，依托中国大陆得天独厚的地域优势和成都理工大学构造地质学学科研究优势，以实验室—重点学科—项目—人才为发展模式，以构造地质学为核心，多学科交叉渗透，突出对构造地质学和全球构造理论体系具有重要意义的原创性研究，建成了特色明显、手段先进、国内一流的开放型实验室；在实验室管理和实验设施使用效率上达到国内一流标准，成为中国西南地区高层次地学人才培养基地；形成了盆岭-盆山耦合过程及动力学机制研究、青藏高原及周缘构造成矿研究、金属成矿与油气成藏耦合关系研究三个特色优势明显的研究方向 。

学术委员会主任：李廷栋院士

学术委员会副主任：金振民院士、周忠和院士、潘懋教授

学术委员会委员：邢光福，等

电磁探测特种电源瞬变电磁法基本原理

电磁探测技术是地球物理勘探技术的一大种类，从场源的形式，分为人工场源和天然场源；从场源的性质，分为电耦源和磁耦源两类；按响应的性质，分为频域电磁法和时间域电磁法。

瞬变电磁法（TransientElectroMagnetic，简称TEM），或称时间域电磁法（Timedomainelectromagnetic，简称TDEM），是一种利用电磁法原理进行地质勘探的先进技术。以接地导线通以脉冲电流为激励场源，称电耦源瞬变电磁法；以不接地导线通以脉冲电流为激励场源，称磁耦源瞬变电磁法。TEM最早由Ward于1938年提出，50年代，原苏联提出了远区和近区建场法，1962年，加拿大Barringer公司的INPUT系统投入使用。此后，国内外各研究机构和生产厂家,不断推出智能化瞬变电磁仪。

磁耦源瞬变电磁法工作模式分同点装置、偶极装置和大定回线装置三种。图1为大定回线装置系统框图，系统由发射系统和接收系统两部分构成。

系统各部分作用如下：

发射机系统：由电池组、瞬变电磁发射机、发射线圈、GPS同步控制器组成，用于产生激励电流波形，负载为发射线圈。激励电流有双极性电流脉冲、三角波和半正弦波几种。但最常用的是双极性电流脉冲，发射波形频率在0.0625~32Hz之间，发射功率为数百瓦~数十千瓦，发射电流为几安培至上百安培，发射时序由GPS同步控制器产生。

接收机系统：由瞬变电磁信号接收机、接收线圈、GPS同步控制器组成。接收地质体的感应信号，传感器为接收线圈、有源磁探头或高温超导量子干涉仪，接收由GPS同步控制器控制。

GPS同步控制器：用于协调发射机、接收机的时序（在同点装置或小回线应用时也可采用电缆同步）。

在大定回线装置系统中，为了提高工作效率，多套接收系统可以同时同步工作。

电磁探测特种电源瞬变电磁法发射技术的关键问题

实际的发射机不可能做到理想的阶跃电流激励，存在关断延时，在电流下降沿期间，存在一次场和二磁场的混叠。为了提高浅层探测能力，应缩短发射机的关断延时，将数据采集起始时刻尽量前移。另外，发射机还存在开关噪声、下降沿波形无规律、受负载变化影响等问题。

①发射电流波形类型

瞬变电磁法的激励场源分单极性和双极性电流脉冲两类。产生单极性电流脉冲的原理近似于照相机闪光灯原理，利用电容存储高能量，在瞬间释放，可产生高达100A的放电电流，这种技术也叫能量压缩技术。

单极性场源产生的响应信号强，仪器节能、低损耗，但存在明显缺点：由于脉冲很窄，上升沿和下降沿产生的电磁响应混迭在一起，上升沿的影响不能忽略；设计加速电流下降和改善下降沿波形的电感能量释放回路很困难；对于双极性激励，可采用正向、负向响应相减的办法，消除运算放大器零点，但单极性激励无法采用这种技术。因此，目前的TEM系统一般采用双极性场源。

②关断延时对TEM响应的影响

关断延时越小，谐波分量越丰富，对探测浅部信息越有利，浅部地质结构产生的响应衰减较快，反映在TEM接收信号早期，深部地质结构产生的响应衰减较慢，反映在TEM接收信号晚期。

③电流下降沿波形形状影响

由于负载呈感性，电流一般呈指数上升，需要经过一段时间才能达到稳态；在电流下降沿，由于不同发射机的电感能量泄放回路拓扑结构的不同，下降沿形状变化较多，较普遍的是呈指数规律下降，也可能是线性或其他函数。电流下降沿波形与电感能量释放网络结构、负载电感量、负载电阻、发射电流、器件参数有关。电子开关的极间电容产生振荡、二极管的恢复时间会造成电流过冲、IGBT拖尾电流使波形畸变、非理想的驱动信号都会造成电流波形失真。

④发射电流大小

大的发射电流有利于增强信噪比，并增强深部地质结构的电磁响应，因此，总是希望发射电流越大越好。目前，双极性脉冲电流一般在50A以内。

国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室第一届

理事长：谢辉

副理事长：马宏伟、杜美利、段中会

国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室第二届

理事长：谢辉

副理事长：李树刚、杜美利、段中会、冯西会