淺談國內外地下地球物理探測技術的發展

王 帥，白 楠

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，鄭州 450016）

淺談國內外地下地球物理探測技術的發展

王 帥，白 楠

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，鄭州 450016）

井間電磁層析成像技術是最重用的地下地球物理探測技術之一，它是將電磁波傳播理論應用于地質上的一種地球物理勘探方法。

地球物理；探測技術；發展

0 引言

蘇聯是井間電磁波法的發源地，1929年首先由A.A.彼得羅夫斯基提出。1946年后，蘇聯許多科研院所相繼開展了這一方法的研究，并開發出多種方法和技術設備，在實際應用中發揮了很好的作用。特別在金屬礦床的勘探過程中，方法在尋找井間盲礦、研究礦體產狀及形態方面取得了良好的地質效果和經濟效益，得到蘇聯地質部有關部門的認可。同時也引起世界許多國家對這一方法的關注和研究。

1 國外地下地球物理探測技術的發展

20世界70年代中期，美國R.J.Lytle等人將層析技術（CT）應用于井間電磁波法，推動了全球范圍內井間電磁波CT的應用與發展。電磁波的振幅、相位和走時三種參數均可進行層析反演。由于在硬件方面的先進性和軟件的成熟，美國的井間電磁波層析技術處于世界領先地位。1989年以來，美國LLNL國家實驗室等單位聯合開發了井間低頻電磁層析技術系統，已應用于油氣探測。

蘇聯在頻率域井間電磁波法研究方面比較系統、全面，有一定的代表性。在理論研究、物性研究、儀器開發和應用研究方面取得顯著成果。第二次世界大戰后，他們的儀器更新了幾代，但基本上是點頻連續波體制。最近幾年，俄羅斯開始研制頻率掃描體制，不但開展了振幅層析研究，還開展了相位層析研究。在數值模擬層析反演過程中，他們發現相位層析反演的結果比振幅層析反演的結果更為可靠和準確。

20世紀90年代，以EMI公司為中心，美國加州的伯克利大學及由該校畢業在各國家實驗室和工業界工作的科學家、工程師們，開始進行井間電磁成像系統的研究，基本完成了基礎理論數值模擬和可行性研究的大部分工作，并設計和制造了相應的儀器設備。在油田井間距為25～100m，頻率為500Hz～20Kz的條件下，進行了一系列有成效的現場試驗。在處理方法和軟件開發方面，也初步具備二維處理的能力。在具有金屬套管的井中，井間電磁成像研究方面也有較大的進展。

20世紀80年代，時間域井間電磁層析成像即地質雷達（CPR）在發達國家得到迅速發展。以美國、瑞典、加拿大等為代表的西方國家迄今已推出包括地面、井中等多種型號的產品，并在方法理論研究、應用研究方面取得了大量成果。

國外對地下物探的應用比較重視。如加拿大近十幾年來發現的金屬礦床，大部分是靠地下物探找到的。蘇聯曾用坑道電磁層析技術和井中電磁層析技術尋找坑道間及井間的盲礦，取得很大的成效。美國、澳大利亞等國也在資源勘查中取得很好的地質效果。

目前美國、加拿大、澳大利亞等國井間電磁波層析研究與應用處于領先地位。國外儀器，連續波體制的一般測振幅和相位，脈沖體制測走時和波形。事實上，電磁場理論和巖礦石物理基礎的研究都表明，振幅、相位和傳播速度（或者相對電導率和相對介電常數）是地下介質的重要特性，也是地球物理反演中用電磁方法來確定和識別地下目標的重要電性參數。發展方向之一是利用多個參數進行異常的解釋和識別，以克服多解性和提高分辨率。發展方向之二是工作頻率向低頻（增加探測距離）和高頻（提高分辨率）兩個方向發展，并開發相應的軟件。低頻井間電磁層析成像技術難度大，應用前景廣，是目前地球物理應用技術發展的重要前沿。

2 我國地下地球物理探測技術的發展

我國地下物探從20世紀60年代開始，開發了JSZ-1型井中三分量磁力儀、JCX-1型小口徑五分量磁力儀，測量精度100～200nT，找鐵礦效果突出。井中、坑道無線電波法方面研制了多種型號儀器，JWQ-3型儀和JW-4型系統（包括處理、解釋系統）在國內煤田、工程等有關單位得到廣泛應用。曾將JW-4型系統拿到加拿大參與表演，加拿大國際鎳公司（INCO）在幾個國家得系統中最終選用了我國的JW-4系統。新開發的JW-5D型地下電磁波系統，降低了工作頻率，加大了功率，并提供了井-地觀測設備。研制的DDJ-1井中激電儀和解釋系統，具有特色和實用性。研制出以電火花為聲源的DSJ井中聲波儀系列，數字收錄，并有井間層析成像處理系統，也達到國際先進水平。井中瞬變電磁系統是地面WDC系列的組成部分，研制成三分量瞬變電磁探頭，具有較好性能。

近10年來，我國井間地震、電磁層析成像技術的應用領域變得越來越寬廣，從尋找鉆孔間金屬盲礦體發展到水文地質、工程地質、煤田開采領域，井間地震、電磁層析成像技術的應用方興未艾，其經濟效益和社會效益日益顯著。自20世紀70年代以來，我國曾利用井間電磁波方法在香港、加拿大、匈牙利等地完成了多項勘查任務。在井間電磁、聲波層析成像硬件和軟件的研究開發方面已達到國際先進水平。

地下物探（包括井-井、井-地、單井、井-坑道、坑道-坑道、坑道-地等多種觀測方式）大大開拓了地下探測空間，地下物探技術從世界范圍看均處于發展階段。同其他的先進國家相比，我國的地下物探技術水平旗鼓相當，地下物探技術形成系列是我國一大特色。

在金屬礦勘查中的地下物探，推廣應用不力，發展緩慢，與國外差距不斷加大。國外在尋找深部礦、攻克金屬礦巖礦石物質成分和含量方面的井中物探與磁取樣、核取樣測井技術發展較快，儀器設備不斷完善。單孔多參數測量能提供目的體方位信息的井中物探是今后發展的主流。在具備雙孔或群孔條件時，跨孔井中物探方法和層析成像技術是一種最佳選擇。

3 總結

綜上所述，物探技術的發展趨勢是：方法理論不斷完善，方法技術適應性越來越強，應用領域越來越廣，資料處理精細化、解釋自動化、軟件集成化的程度越來越高，儀器系統則朝著智能化、多功能、集成化、網格化方向發展加快。

［1］中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所.中國重要金屬礦勘查物探化探方法技術應用［M］.地質出版社（北京），2011，（01）12.

［2］袁桂琴，熊盛青，孟慶敏等.地球物理勘查技術與應用研究［J］.地質學報，2011，11（11）.

［3］唐金榮，周平，金慶花等.國外礦產勘查理論、方法和技術—動態與趨勢［J］.北京：中國地質調查局發展研究中心.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.222