地面电磁探测（SEP）系统及其在典型矿区的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

作者及其学科组成员于2010年承担了深部探测技术与实验研究专项（SinoProbe）中的深部探测关键仪器装备研制与实验项目第二课题“地面电磁探测（SEP）系统研制”（SinoProbe-09-02）的研究。在中国科学院地质与地球物理研究所的组织下，学科组成员与中国科学院电子学研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所，中国科学院空间科学与应用研究中心、中国科学院声学研究所、北京工业大学、吉林大学等单位人员合作完成了该课题的研究，本书基于相关研究成果总结而成，包括了发射机、接收机及传感器的研制，数据处理软件的研究和野外探测实例研究等多方面内容。

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目录

目 录
第1章 绪言1
1.1 地面电磁探测的主要历史进展1
1.2 地面电磁测深的实践探索2
1.3 国内外仪器研制现状3
1.3.1 国外仪器研制现状及趋势3
1.3.2 国内仪器研制现状5
1.4 本书的宗旨7
参考文献7
第2章 大功率电磁信号发射机9
2.1 大功率电磁信号发射机基本原理9
2.2 大功率电磁信号发射机的研制现状10
2.2.1 基于励磁方式的大功率电磁信号发射机10
2.2.2 脉宽调制DC/DC全桥变换器的大功率电磁信号发射机17
2.3 发射桥的软开关设计19
2.3.1 吸收电容的选择19
2.3.2 移相软开关驱动20
参考文献20
第3章 分布式电磁采集站22
3.1 采集站的构架22
3.2 微弱电磁模拟信号调理23
3.2.1 带通正反馈高频增益补偿23
3.2.2 全差分运放电路24
3.3 信号采集与数据处理24
3.3.1 多接收机的同步25
3.3.2 数据抽取26
3.3.3 基于FPGA的DFT31
3.4 强干扰下微弱地面电磁信号处理34
3.4.1 环境随机干扰的同步叠加34
3.4.2 基于梳状滤波的工频干扰抑制35
3.4.3 尖峰干扰抑制38
3.4.4 低频1/f噪声抑制40
3.5 采集站性能测试与野外实验 41
3.5.1 一致性测试43
3.5.2 与国外仪器的对比测试45
参考文献47
第4章 电场传感器49
4.1 勘探电场传感器的发展历程49
4.2 地面电极的原理与结构50
4.3 地面电极的信号调理51
参考文献54
第5章 磁场传感器56
5.1 磁传感器发展历程56
5.1.1 感应式磁传感器发展历程56
5.1.2 磁通门传感器发展历程57
5.1.3 超导磁传感器发展历程58
5.1.4 地面电磁测深系统中的磁传感器58
5.2 感应式磁传感器的研制59
5.2.1 感应式磁传感器原理59
5.2.2 感应式磁传感器设计61
5.3 磁通门传感器的研制64
5.3.1 磁通门传感器原理64
5.3.2 磁通门传感器设计67
5.4 高温超导磁传感器的研制69
5.4.1 高温超导磁传感器原理69
5.4.2 高温超导磁传感器设计72
参考文献74
第6章 电磁数据预处理76
6.1 预处理流程76
6.2 去噪处理77
6.2.1 方法技术77
6.2.2 数值试验79
6.3 地形校正81
6.3.1 基本理论82
6.3.2 数值试验82
6.4 静态校正86
6.4.1 静校方法86
6.4.2 数值试验87
6.5 近场校正91
6.5.1 基本方法91
6.5.2 数值试验91
6.6 MT参数计算94
6.7 实测数据处理94
6.7.1 CSAMT勘探实测数据处理94
6.7.2 MT勘探实测数据处理96
参考文献98
第7章 地面电磁数据正演模拟99
7.1 大地电磁二维正演99
7.1.1 大地电磁正演模拟理论99
7.1.2 大地电磁二维正演算例102
7.2 大地电磁三维正演104
7.2.1 交错采样有限差分法104
7.2.2 边界条件108
7.2.3 解大型线性代数方程组的共轭梯度法109
7.2.4 三维张量阻抗元素的计算109
7.2.5 大地电磁三维正演算例110
7.3 可控源音频大地电磁二维正演112
7.3.1 2.5维有限元数值模拟112
7.3.2 一次场计算115
7.3.3 边界条件115
7.3.4 稀疏矩阵的CSR存储115
7.3.5 共轭梯度方程求解117
7.3.6 其他分量求取117
7.3.7 2.5维CSAMT正演算例118
7.4 可控源音频大地电磁三维正演120
7.4.1 CSAMT正演的基本方程120
7.4.2 有限长电偶源全空间一维数值模拟121
7.4.3 二次场计算的交错网格有限差分法123
7.4.4 三维CSAMT正演算例127
参考文献135
第8章 电磁数据反演成像137
8.1 大地电磁二维反演137
8.1.1 二维非线性共轭梯度反演方法138
8.1.2 雅可比矩阵的计算139
8.1.3 二维反演示例142
8.2 大地电磁三维反演143
8.2.1 三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式144
8.2.2 求最小构造的目标函数147
8.2.3 求最小构造的快速松弛反演148
8.2.4 三维反演示例149
8.3 可控源音频大地电磁二维反演153
8.3.1 数据空间反演153
8.3.2 雅可比矩阵154
8.3.3 二维反演示例154
8.4 可控源音频大地电磁三维反演156
8.4.1 目标函数156
8.4.2 反演流程156
8.4.3 三维反演示例157
参考文献160
第9章 系统集成实验与典型矿区野外测试161
9.1 系统总体设计161
9.1.1 发射机接口162
9.1.2 采集站接口162
9.1.3 磁传感器接口162
9.1.4 收发同步协议162
9.2 系统集成与室内测试163
9.2.1 系统参数测试163
9.2.2 系统功能测试164
9.3 SEP系统野外探测试验166
9.3.1 概况166
9.3.2 系统野外比对试验169
参考文献201
第10章 结论和讨论202
10.1 结论202
10.2 讨论204
参考文献207

前言/序言

　　地球电磁法（Electromagnetic method，简称EM）在资源探测，尤其是金属矿探测中发挥着重要的作用，但长期以来我国电磁探测高端装备大多从国外进口。为了推进地面电磁装备的国产化进程，以便加快深部资源的开发利用，作者和课题组成员从2010年至2015年承担了深部探测技术与实验研究专项（Sinoprobe）中的深部探测关键仪器装备研制与实验项目（Sinoprobe-09）中的第二课题“地面电磁探测（SEP）系统研制”（Sinoprobe-09-02），开展了装备研发、数据处理、资料解释等方面的系统研究。为了使本书更加完整，作者在整理“地面电磁探测（SEP）系统研制”课题成果的基础上，也编人了作者及研究团队以往的相关部分成果内容，形成频率域天然源和人工源电磁法仪器研制、探测方法和探测实例的一体化内容。
　　本书首先介绍了包括大功率发射机、分布式采集站、磁传感器（感应式、高温超导和磁通门传感器）等方面的研制技术；然后介绍了电磁探测方法和软件研究成果，具体包括：大地电磁法（MT）和可控源音频大地电磁法（CSAMT）探测方法以及电磁数据正、反演处理软件的研制；最后介绍了SEP系统在河北张北县、河北康保县、内蒙古兴和县曹四夭钼矿、内蒙古阿拉善地区、黑龙江省三江地区等矿产测区的矿产资源探测结果，以及SEP系统与我国市场上普遍使用的高端商用仪器系统的生产性比对试验结果。
　　全书共分十章。第1章、第10章由底青云、王妙月编写；第2章由刘汉北、真齐辉、底青云编写：第3章由王中兴、张文秀、底青云编写；第4章由王中兴、底青云编写；第5章由吴树军、底青云编写；第6章、第7章和第8章由王若、底青云、王妙月编写；第9章由底青云、付长民编写。全书由底青云统稿，底青云、王妙月、真齐辉、王亚璐、薛国强校稿。
　　由于本书编写时间仓促，难免有疏漏之处，请读者不吝指正！

好的，这是一份关于《地面电磁探测（SEP）系统及其在典型矿区的应用》这本书的详细简介。 《深层地质剖析：非常规油气勘探与地球物理成像技术》 内容简介 本书聚焦于现代地球物理勘探领域中的前沿技术，特别是针对非常规油气藏（如页岩气、致密砂岩气、页岩油）的勘探与开发所必需的高分辨率、精细化的地球物理成像技术。全书深入探讨了从数据采集到最终解释的全过程，旨在为地质学家、地球物理学家以及油气行业工程师提供一套系统性的理论框架和实用的技术指导。 第一部分：非常规油气藏的地球物理挑战与理论基础 本部分首先阐述了非常规油气藏的特殊储层特征，如低孔隙度、低渗透率、复杂的裂缝网络以及各向异性效应。这些特性对传统的地震勘探和电磁法勘探提出了新的挑战。 1.1 储层岩石物理特性与地球物理响应 详细分析了在页岩和致密砂岩等复杂介质中，岩石的声学、电磁学和电学性质如何受孔隙结构、流体饱和度和地层应力场的影响。重点讨论了岩石孔隙结构对地震波速度和衰减的影响机制，以及各向异性在分析裂缝密度和方向中的作用。引入了新的岩石物理模型，如Gassmann方程的扩展形式，以更准确地描述含气、含油的非均质岩层。 1.2 地球物理各向异性理论 深入阐述了地震波在各向异性介质中传播的理论基础，包括TI（横向各向同性）和更有挑战性的倾斜横向各向同性（TTI）介质。讨论了如何利用全波形反演（FWI）和AVO（振幅随偏移距变化）分析来识别和量化地层的各向异性参数，这对于预测储层中的天然裂缝至关重要。 第二部分：高精度三维地震成像技术 本部分侧重于非常规油气勘探中不可或缺的三维地震技术，特别是针对复杂构造和低信噪比环境下的处理与解释方法。 2.1 全波形反演（FWI）在速度建模中的应用 详细介绍了FWI的基本原理，包括正演模拟、目标函数和伴随状态方法。重点讨论了FWI在处理高陡构造和速度起伏剧烈的地层中的优势，以及如何通过迭代优化算法提高速度模型的精度。书中提供了多个实际案例，展示了FWI如何帮助构建比传统叠前深度偏移（PSDM）更准确的速度模型，尤其是在识别断层遮蔽区方面。 2.2 多分量地震技术与裂缝识别 探讨了采用多分量（3C/4C）采集系统的重要性。分析了横波（S波）在识别和描述裂缝系统方面的独特作用。详细介绍了S波分裂（Shear Wave Splitting）技术的原理、数据处理流程以及如何利用分裂参数（时间延迟和快/慢波偏振方向）来反演出地层应力场和裂缝的优势方位。 2.3 叠前反演与岩性、流体预测 阐述了从地震数据直接反演出岩石物理参数（如纵波阻抗、剪切波阻抗和密度）的方法。重点讨论了贝叶斯反演、随机反演以及确定性反演技术，用以降低反演结果的不确定性。书中详细对比了不同反演方法的优缺点，并强调了结合岩石物理约束对流体识别的准确性。 第三部分：电磁法在油气储层评价中的扩展应用 虽然本书侧重地震技术，但也纳入了先进的电磁法技术，特别是那些能够提供与地震法互补信息的电性参数。 3.1 宽频带大地电磁法（CB-MT）与储层导电性 介绍了宽频带大地电磁法（Controlled-Source/Broadband Magnetotellurics）在深层地下结构成像中的优势。重点分析了储层流体（特别是页岩气藏中致密泥岩的低电阻率特征）对地层电导率的影响。讨论了如何利用三维电磁正演和反演来约束地层的电性结构，这对于区分含气层和含水层具有辅助作用。 3.2 瞬变电磁法（TEM）在钻井靶区评价中的应用 阐述了瞬变电磁法在浅层地下结构快速探测中的应用，特别是针对近地表环境评估和水体监测。书中提供了TEM数据处理中消除近地表噪声干扰的先进算法，并讨论了如何将其结果用于优化水平井的钻探轨迹。 第四部分：数据融合、储层评价与生产监测 本部分的核心是将不同地球物理数据源进行集成，以实现对非常规储层的全面、动态评价。 4.1 多参数数据融合与岩性约束 系统介绍了多种数据融合（Data Fusion）技术，包括主成分分析（PCA）、互信息法以及基于机器学习的集成方法。重点阐述了如何将地震速度信息、电性参数和测井数据（如伽马、电阻率、声波时差）进行有效整合，建立起更为可靠的岩性和储层含气/含油预测模型。 4.2 压裂效果的地球物理监测 探讨了使用时间反演（Time-Lapse Inversion）技术来监测水力压裂对储层的影响。分析了压裂过程中岩石力学状态改变（如有效应力降低和裂缝张开）如何导致地震波速度和电导率发生可观测的变化。书中提出了利用微地震事件和分布式声学传感（DAS）技术联合反演裂缝网络演化的新范式。 4.3 复杂地质背景下的地质建模与不确定性量化 最后，本书讨论了如何将地球物理解释结果转化为地质模型。强调了地质建模过程中不确定性分析的重要性，并介绍了蒙特卡洛模拟等方法来量化模型参数（如裂缝密度、孔隙度）的可能范围，从而为油气田的开发决策提供更稳健的风险评估。 本书内容翔实，技术新颖，理论与实践并重，是地球物理勘探领域专业人士和研究生进行深入学习与研究的宝贵参考资料。