V8電法工作站可控源音頻大地電磁測深數據廣域化處理實現研究及應用

摘要：近年來，隨著地質勘查領域對深部與隱伏礦體探索需求的日益增長，電磁法設備，尤其是從V8電法工作站到廣域電磁測深設備的廣泛應用，顯著推動了攻深找盲工作的進程。基于V8電法工作站與廣域電磁測深設備在基本原理及野外作業流程上的高度相似性，創新性地提出了將V8電法工作站采集的可控源音頻大地電磁測深數據進行廣域化處理的方法。通過對比分析3個實際項目的數據處理結果發現：這一處理策略能夠有效模擬并達到廣域電磁法設備的勘探效果，實現了在不增加額外硬件投資的前提下，提升了數據解釋精度與勘探目標深度。可控源音頻大地電磁測深數據的廣域化處理方法，不僅是對傳統電磁勘探技術的一次重要改進與創新，更是礦山勘查領域新質生產力發展的生動體現。

關鍵詞：V8電法工作站；廣域電磁法；可控源音頻大地電磁測深；新質生產力；礦產勘查；采空區勘查治理；地熱勘查；卡尼亞視電阻率

中圖分類號：TD11 P631.2 文章編號：1001-1277（2025）01-0024-06

文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250105

引言

V8電法工作站在地質找礦、地熱勘查、采空區勘查治理等工作中得到了廣泛應用，常用方法有大地電磁測深（MT）、音頻大地電磁測深（AMT）、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）等[1-5]。大地電磁測深、音頻大地電磁測深采用的是天然場源，天然場源的特點是信號較弱，而且是隨機的，導致數據不夠準確。可控源音頻大地電磁測深采用人工場源，提高了信號強度，數據也更加可靠。但是，可控源音頻大地電磁測深也有很多缺點：測量位置需達到遠區要求，收發距離需要足夠遠，通常超過10 km，這就使得采集的信號減弱；雖然采用的是音頻頻率，但通常100 Hz或者幾十赫茲就開始進入近場，導致實際有用的頻點較少，勘探深度大打折扣，通常反演深度低于1500m。

近年來，廣域電磁測深法得到了極大推廣，其特點與CSAMT相似，采用人工場源，提高了信號強度，可利用比CSAMT更低的音頻頻率，因此有更高的勘探深度。由于廣域電磁測深法采用不簡化公式進行計算，而不采用卡尼亞電阻率公式，也就不用考慮近場問題，因此拓展了觀測范圍，數據更加準確。雖然廣域電磁測深法相對于CSAMT有很多優點，但如果已有V8電法工作站6]或其他CSAMT設備，再購買一套廣域電磁測深設備，則導致成本過高。

2024年，政府工作報告首次將“大力推進現代化產業體系建設，加快發展新質生產力”列為首要任務。礦產勘查既是新質生產力的重要組成，又是推動新質生產力發展的重要力量[7-13]。V8電法工作站與廣域電磁法設備均為當下地礦勘探較為先進的技術與設備。使V8電法工作站的CSAMT工作達到或者接近廣域電磁測深法數據水平，需對現有CSAMT技術改進，拓展V8電法工作站的應用范圍，符合因地制宜發展新質生產力的要求。

1電流源廣域電磁法

根據廣域電磁法理論，廣域電磁法包含7種方式[3]，但電流源廣域電磁法（E-E）較為方便，也是當下廣域電磁測深設備所采用的方式。電流源廣域電磁法野外布設示意圖見圖1。電流源廣域電磁法測量的是水平電流源產生的電場水平分量E，其原理與計算方式[4-5]如下：

式中：I為發射端AB之間的電流強度（A）;L為供電AB極距（m）;p為半空間的視電阻率（Ω·m）;r為測點到AB中點的距離（m）;i為復數；k為波數，k=√w2μe-iou/p;φ為x軸與徑向矢量r的夾角（°）;μ為磁導率，真空中μo=4π×10-?H/m;w為角頻率，w=2πf，f為頻率（Hz）;e為介電常數，真空中ε=8.85×10-12F/m。

由式（1）可得E-E方式廣域視電阻率，見式（3）。

式中：MN為測量電極之間的距離（m）。

利用式（3）通過迭代法計算視電阻率。實際計算發現，視電阻率的迭代初始值對結果影響不大，會很快收斂，可能是因為ε與μ很小，所以數值變化不大。

2 V8電法工作站CSAMT數據的廣域化計算實現及新質生產力融入分析

2.1 CSAMT數據的廣域化可行性分析

CSAMT與廣域電磁法的野外施工要求相差不多，CSAMT要求發射與接收距離足夠遠且達到遠區的條件，所以對CSAMT采集數據進行廣域化計算是合理的。CSAMT廣域化彩頭處理探測深度，按照電磁法有效深度計算公式D=356√p/f，在膠東地區火成巖電阻率大于1000Ω·m，而V8電法工作站CSAMT通常采用的頻率是0.125～7680 Hz，所以D最大可超過10 km，只是CSAMT低頻進入近場數據不能使用，但經廣域化計算后則可以使用。對于當下，無論是地質找礦還是地熱勘查，V8電法工作站CSAMT數據廣域化計算后的深度都能滿足要求。通過查閱相關資料，V8電法工作站的Txu-30主機最低發射頻率為0.0039Hz，該頻率低于廣域電磁法常用的頻率下限，所以當需要探測較大的深度時，可以增加低頻頻點。

2.2 CSAMT數據廣域化計算參數獲取

計算視電阻率時需要錄入較多參數，MN、L、f等參數可以根據實際情況設置，而電流I需要在野外施工時的發射端進行記錄。電場E.可以從V8電法工作站導出文件中獲取。V8電法工作站文件格式及文件數據格式見文獻[6-7]，只需提取廣域化計算需要的視電阻率、頻率等參數即可。需要對獲取數據的正確性進行驗證，通過計算CSAMT視電阻率與文件導出的視電阻率進行對比來判斷。卡尼亞視電阻率（p）利用式（4）計算[2，5，9-10]。計算視電阻率與導出視電阻率對比見圖2。由圖2可知：導出視電阻率與計算視電阻率基本一致，說明提取數據是正確的。

式中：H，為磁場水平分量（nT）。

2.3 CSAMT視電阻率與廣域化視電阻率對比

CSAMT視電阻率與CSAMT廣域化視電阻率對比見圖3。由圖3可知：按照特定計算方法將CSAMT數據進行廣域化處理后，與原始CSAMT視電阻率差距較大。這不僅驗證了CSAMT計算所得視電阻率普遍偏高，與文獻[3]的發現相吻合，還進一步揭示了廣域化處理技術在提升數據質量和勘探效能方面的顯著優勢。

2.4新質生產力融入分析

2.4.1數據優化與去噪能力增強

CSAMT數據廣域化處理方法作為新質生產力的一種體現，其核心在于通過更廣泛的數據采集與整合，實現了對原始CSAMT數據中突變點的有效去除。這些突變點，在頻率100～200 Hz尤為明顯，推測源于磁棒采集過程中的干擾。廣域化處理通過避免直接依賴磁道數據，顯著減少了此類噪聲，從而提高了數據的純凈度和可靠性，為地質解釋提供了更為堅實的基礎。

2.4.2勘探深度與頻率范圍拓展

傳統CSAMT視電阻率在80 Hz附近開始呈現45°上升趨勢（見圖3），標志著進入近場區域，限制了低頻段數據的有效利用。而經過廣域化處理，這一現象得到顯著改善，不僅避免了近場效應的干擾，還極大地拓寬了可用的頻率范圍。這意味著在保持相同勘探效率的前提下，廣域化技術能夠觸及更深的地下結構，顯著增加勘探深度，為深部資源勘探和地質結構研究提供可能。

3應用實例

3.1文登曬字地熱勘查

近年來，溫泉產業發展迅速，CSAMT以施工方便、效率高效、探測深度大、抗干擾能力強的特點成為溫泉勘查中應用的重要手段[16-20]。

文登地下熱源蓄量豐富，擁有得天獨厚的溫泉資源。膠東半島已查明的13處知名溫泉中，文登獨占5處，包括天沐溫泉、湯泊溫泉、呼雷湯溫泉、大英湯溫泉、七里湯溫泉。本次勘查區位于界市鎮曬字村附近，距離大英湯溫泉約10 km。為查明地下深部的地質結構，本次物探勘查工作采用CSAMT進行。

文登曬字地熱勘查CSAMT數據廣域化與CSAMT反演對比見圖4。圖4-a使用winglink反演軟件反演，圖4-b使用中國地質大學CSAMT-SW反演軟件反演。由圖4可知，CSAMT反演斷面圖的電阻率要比廣域化處理反演斷面圖的電阻率大。勘查區內高壓線較多，對CSAMT測量結果影響較大，CSAMT反演斷面圖960測點往大號方向雖然做過靜態校正，但結果仍不理想。而CSAMT數據廣域化處理反演斷面圖曲線平滑很多。-800 m以淺，兩圖相差不多；而-800m以深，兩圖差別較大；結果表明，廣域化處理反演斷面圖要比未處理的斷面圖內容豐富，能夠反映更多深部信息。

3.2棲霞臧家莊深部地質體

為研究深部地下結構，在棲霞臧家莊先后開展CSAMT勘查與廣域電磁測深工作，CSAMT點距50 m，共36個測點；廣域電磁測深點距100 m，共16個測點。CSAMT、廣域電磁法、CSAMT數據廣域化反演對比見圖5。CSAMT使用CSAMT-SW反演軟件反演，廣域電磁法使用自帶的反演軟件反演，CSAMT數據廣域化處理使用winglink軟件反演。廣域電磁法反演深度從地表以上100m開始計算，因此圖中廣域電磁法實際深度要加100 m。CSAMT反演的視電阻率較高，但整體結構相差不多：-800m以淺是兩側高阻夾著中間的低阻條帶；而-1600～-800m左側是低阻區域，右側是高阻區域。因此，本次物探工作質量沒有問題。

對比廣域電磁法與CSAMT數據廣域化反演結果：整體相差不多，廣域電磁法反演斷面圖淺部細節比CSAMT數據廣域化反演斷面圖多。廣域電磁法反演斷面圖的400測點、1200測點有2處孤立的高阻異常，應該是干擾引起的，而CSAMT數據廣域化反演斷面圖中則沒有。就淺部而言，CSAMT數據廣域化反演斷面圖與廣域電磁法反演斷面圖更相似，與傳統CSAMT相比優勢明顯。為了解CSAMT數據廣域化反演的有效深度，選定了-3400m，其深部的高阻體向深部未封閉，說明反演深度范圍內的數據都是可靠的。

3.3西林斷裂

西林斷裂是膠東重要的控礦構造[14-15]，自煙臺市開發區南張家村南向西經西林村延伸至棲霞市西尹家村，該段長約18 km，可見寬度50～200 m，走向近東西，傾向南，傾角25°～60°，該段構造作為臧家莊中—新生代斷陷盆地的北界，對盆地形成起到了明顯的控制作用。該段的構造巖組合為構造角礫巖和碎裂巖。斷裂具有先壓后張多期次活動特點，西林金礦床的產出受控于該斷裂。為了深入研究深部成礦系統和控礦要素，實現西林斷裂深部找礦新突破，在西林斷裂附近開展了CSAMT、廣域電磁法、CSAMT數據廣域化等地球物理勘查工作。其中，CSAMT的頻率為1～9600 Hz，廣域電磁法的頻率為0.0117～8192 Hz[2]。

西林斷裂CSAMT、CSAMT數據廣域化、廣域電磁法反演對比見圖6。CSAMT反演電阻率斷面圖使用CSAMT-SW軟件反演；CSAMT數據廣域化反演電阻率斷面圖使用winglink軟件反演；廣域電磁法反演電阻率斷面圖使用廣域電磁法反演軟件反演。對比圖6-a、c可知：CSAMT對左側的高阻部分反映較好，而右側的低阻部分在-1000 m深度以下的高阻部分（G2）則沒有反映。通過查看一維反演數據，CSAMT在右側低阻部分反映深度較淺，達不到1200 m，圖6-c對G2區域反應較好，與圖6-b對比形態相似：在3800測點附近電阻率等值線有向淺部凸起的趨勢。圖6-c右下角深度超過2 2 0 0 m有1處高阻異常，在圖6-b中沒有，通過查看數據，CSAMT數據廣域化一維反演也沒有達到該深度。因此，該高阻異常是CSAMT數據廣域化反演加入的。

通過對比發現，CSAMT數據廣域化處理不僅反演結果更加準確，而且還能增加反演深度，但由于CSAMT采用的頻率較高，所以深度比廣域電磁法淺。在今后的CSAMT工作中應該增加低頻測點，以便增加反演深度，提高反演精度。

圖6中紅色虛線為推斷西林斷裂，在3800測點附近布設鉆孔XLZK01，終孔深度2002 m。于-1150～-610m深度揭露西林斷裂。鉆探驗證情況與圖6-b對應較好，這是因為CSAMT頻點數與廣域電磁法頻點數相同，但范圍小，所以頻點更密集。經取樣化驗，于-990～-970 m深度發現良好的金、銀、銅、鉛、鋅、硫礦化。其中，金品位為0.05～0.72 g/t，銀最高品位為10.71 g/t，銅最高品位為0.19%，鉛最高品位為0.2 4%，鋅最高品位為0.2 5%，硫最高品位為7.2 5%;表明西林深部具有較好的礦化顯示。

4結語

V8電法工作站可控源音頻大地電磁測深數據廣域化處理，比傳統CSAMT能獲得更加豐富的信息，探測深度大大增加，數據更加準確，優勢明顯。與廣域電磁法結果相比，CSAMT數據廣域化淺部內容沒有廣域電磁法細節多，這是由于CSAMT頻率設置較窄導致的。在進行CSAMT工作時，可以增加頻率密度，增加采集時間以達到接近或者替代廣域電磁法的目的。與廣域電磁法野外施工相比，CSAMT野外施工需要的電流小，這不僅節約了生產成本，而且降低了安全風險。

如果已經擁有V8電法工作站，可以按照CSAMT野外工作流程采集數據，通過增加頻點數量及采集時間的方法獲得比傳統CSAMT更多的數據，再利用本文提出的方法對數據進行處理，能達到廣域電磁法的效果。該方法不僅節省了購買廣域電磁測深設備的支出，而且拓展了原有設備的應用范圍，即便需要使用MT方法解決的問題，在深度要求不是很大的前提下也可以使用CSAMT數據廣域化來實現。

可控源音頻大地電磁測深數據廣域化處理方法屬于礦產勘查技術創新，是礦產勘查新質生產力的一部分。新質生產力的引入，不僅僅是技術層面的革新，更是思維模式的轉變。廣域化處理技術與CSAMT的深度融合，不僅解決了傳統方法中的技術瓶頸，還促進了勘探效率的全面提升。通過減少數據處理中的錯誤和干擾，加快了地質模型的構建速度，降低了勘探成本，為地質勘查行業的可持續發展注入了新的活力。

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Research and application of wide-area processing for controlled-source audio magnetotelluric sounding data from the V8 electrical workstation

Wang Junwei1，Hu Junjie2，Ding Zhengjiang'，Wang Yu'，Yin Zhaokai1，Song Linjun'，Li Ruibo1

（1.No.6 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources;

2.No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province）

Abstract：I n recent years，the growing demand for deep and concealed orebody exploration in the geological prospecting field has significantly advanced the process of deep-targeting exploration through the widespread application of electromagnetic equipment，particularly the transition from the V8 electrical workstation to wide-area electromagnetic sounding devices.Based on the similarities in fundamental principles and field operation procedures between the V8 electrical workstation and wide-area electromagnetic sounding equipment，this study proposes an innovative method for wide-area processing of controlled-source audio magnetotelluric（CSAMT）sounding data collected using the V8 electrical workstation.Comparative analyses of data processing results from 3 real cases demonstrate that this approach effectively simulates and achieves the exploration performance of wide-area electromagnetic equipment.It enhances data interpretation accuracy and exploration target depth without requiring additional hardware investment.The wide-area processing method for CSAMT data represents a significant improvement and innovation in traditional electromagnetic exploration technology and exemplifies the development of new quality productive forces in the field of mineral exploration.

Keywords：V8 electrical workstation;wide-area electromagnetic method;controlled-source audio magnetotelluricsounding;new quality productive forces;mineral exploration;goaf exploration and remediation;geothermal exploration;Carnian resistivity