本發(fā)明涉及地球物理探測(cè)技術(shù)，具體涉及在研究大地電磁物探理論的成果基層上，重新定義了大地電磁場(chǎng)的場(chǎng)源、采集信號(hào)表征的地下介質(zhì)物性、頻率與深度及介質(zhì)的相互關(guān)系，進(jìn)而提供一種有別于現(xiàn)有方法的一種大地電磁物探方法及裝置。

背景技術(shù)：

國(guó)內(nèi)外大地電磁法（MT）理論與本發(fā)明理論上的區(qū)別

電磁法發(fā)展歷史：（1）20世紀(jì)50年代，法國(guó)的Cagniard和前蘇聯(lián)的Tikhonov提出了大地電磁法（MT ）；（2）20世紀(jì)60年代的Berdichevski等（1969），提出了音頻大地電磁法（AMT） ；（3）1971年和1978年，Goldstein和Strangberg提出了可控源音頻大地電磁法（CSAMT）。概括而論，頻率域大地電磁法理論主要研究三大問(wèn)題：大地電磁場(chǎng)的場(chǎng)源來(lái)自何處，采集的信號(hào)表征地下介質(zhì)的什么物性，如何確定頻率與深度、介質(zhì)的關(guān)系。

1、大地電磁場(chǎng)的場(chǎng)源來(lái)自于何處

目前國(guó)內(nèi)外教科書(shū)中普遍認(rèn)同的天然場(chǎng)大地電磁場(chǎng)產(chǎn)生的場(chǎng)源有兩種。一是雷電說(shuō)：電磁法探測(cè)到的大地電磁場(chǎng)信息主要是由于遠(yuǎn)處的雷電活動(dòng)所引起的，雷電產(chǎn)生的電磁能量以波的方式傳播，經(jīng)過(guò)在地面與大氣電離層之間來(lái)回反射，電磁能量迅速減弱趨于均勻。由于地球上幾乎每時(shí)每刻都有某些地方發(fā)生著雷陣雨，所以從遠(yuǎn)處雷電所產(chǎn)生的天電是一個(gè)近似均勻的噪聲源。二是太陽(yáng)風(fēng)說(shuō)：星際空間存在著由太陽(yáng)發(fā)出的連續(xù)的等離子體流，這種等離子體流通常稱(chēng)作太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)發(fā)射的帶電微粒流破壞了電離層的電磁平衡，從而激起游離氣體的自由振動(dòng)，這樣在電離層中產(chǎn)生了發(fā)射電磁波的復(fù)雜的電流體系，電離層中產(chǎn)生的磁偶極子和電偶極子可以看作大地電磁場(chǎng)的中周期變異的來(lái)源。這兩種場(chǎng)源學(xué)說(shuō)只是產(chǎn)生的形式不同，但都可以概括為大地電磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)自于天上，而且是隨著天氣、時(shí)間、地域不同明顯變化的。

本發(fā)明認(rèn)為大地電磁場(chǎng)的場(chǎng)源來(lái)自于地下而非天上。地核內(nèi)南北極及固態(tài)的鐵鎳合金物質(zhì)構(gòu)成了強(qiáng)磁靜態(tài)磁場(chǎng)，地幔軟流層與地核和地殼之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、自身蠕動(dòng)及外部影響產(chǎn)生的脈動(dòng)切割靜磁場(chǎng)，形成了相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)。該場(chǎng)源動(dòng)態(tài)電磁波沿垂直于地面方向運(yùn)動(dòng)，將所穿過(guò)介質(zhì)的物理特性信息帶到地面，成為我們得以窺視地下介質(zhì)特性信息的大地電磁場(chǎng)源。雖然大地電磁場(chǎng)源發(fā)射的電磁波能量具有時(shí)變性和不規(guī)則性，但在沒(méi)有較大的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變動(dòng)時(shí)是相對(duì)穩(wěn)定的，同時(shí)電磁波穿過(guò)地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變的介質(zhì)層時(shí)產(chǎn)生的折射吸收效應(yīng)基本上不會(huì)隨時(shí)間變化產(chǎn)生明顯的變化。這樣，我們?cè)诘厍虮砻娌杉降拇蟮仉姶艌?chǎng)信號(hào)值亦為相對(duì)穩(wěn)定的，完全能夠據(jù)其清晰描述地下介質(zhì)的電磁反應(yīng)特征和地質(zhì)構(gòu)成形態(tài)，而且不會(huì)隨著天氣、時(shí)間、地域不同產(chǎn)生明顯變化。

2、采集的信號(hào)表征地下介質(zhì)的什么物性

傳統(tǒng)大地電磁法是通過(guò)在地球表面測(cè)得的大地電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量計(jì)算出地表波阻抗，再代入經(jīng)驗(yàn)公式得到地下介質(zhì)的視電阻率值。其認(rèn)為：在地表測(cè)得的電磁波信號(hào)與地震波的地表波阻抗概念相同，由亥姆霍茲方程推導(dǎo)得出地表波阻抗等于地表電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量之比，再由屈服深度效應(yīng)原理推導(dǎo)得出地下介質(zhì)的電阻率與地表波阻抗的平方成正比、與頻率成反比的結(jié)論。由此，幾乎所有的大地電磁法探測(cè)儀的采樣裝置都是由兩個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)器和兩對(duì)電極組成，磁場(chǎng)感應(yīng)器和電極對(duì)分別接收不同頻率下電磁波的磁場(chǎng)分量和電場(chǎng)分量模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并代入公式進(jìn)行計(jì)算，獲得反映地下相應(yīng)深度層介質(zhì)的視電阻率。

本發(fā)明認(rèn)為大地電磁理論引入波阻抗的概念來(lái)定義電磁波的地表波阻抗為Z=電場(chǎng)E/磁場(chǎng)H是錯(cuò)誤的。因?yàn)椋?）波阻抗是計(jì)算介質(zhì)對(duì)地震波阻力的參數(shù)，地震波是屬于物理學(xué)中機(jī)械波的彈性波，與電磁波是成因和性質(zhì)完全不同的兩種波，地震波阻抗的概念不能引用于電磁波；2）亥姆霍茲方程是用于求解由磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量的關(guān)系式，可借助于電磁感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)能量向電場(chǎng)能量的兩種場(chǎng)能間的轉(zhuǎn)換，而借助于電極和電磁感應(yīng)器分別在地表拾取大地電磁場(chǎng)的電分量和磁分量信號(hào)，是不能相互轉(zhuǎn)換的兩個(gè)參數(shù)，是不能用來(lái)代入亥姆霍茲方程進(jìn)行計(jì)算的；3）地下介質(zhì)對(duì)于大地電磁場(chǎng)的電磁波能量主要作用為吸收效應(yīng)產(chǎn)生的能量損耗，與作用于電場(chǎng)的電阻率、機(jī)械波的波阻抗屬于場(chǎng)源及巖性反應(yīng)完全不同的參數(shù)，不能放在一個(gè)公式中相互求解。

本發(fā)明的理論是：我們?cè)诘孛嫔喜杉拇蟮仉姶艌?chǎng)信號(hào)是一個(gè)產(chǎn)生于地幔層運(yùn)動(dòng)、垂直向地表面輻射的電磁波剩余能量值，其表征了各頻點(diǎn)電磁波通過(guò)地下相應(yīng)各深度層穿透介質(zhì)能力的大小、或通過(guò)各深度層介質(zhì)時(shí)的剩余能量值的大小。由于大地電磁場(chǎng)源發(fā)出電磁波能量值及其經(jīng)過(guò)各層介質(zhì)具體衰減值的不可測(cè)算性，我們所采集的電磁波全頻段的信號(hào)值只能是一種反映電磁波穿過(guò)所有介質(zhì)層后剩余能量的相對(duì)值，它同時(shí)也表征了各深度層介質(zhì)對(duì)于電磁波能量的綜合吸收性能。地幔層運(yùn)動(dòng)形成的大地電磁場(chǎng)以電磁波輻射方式穿透地殼到達(dá)地表面過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)數(shù)量眾多、不同類(lèi)型的礦物、巖石等介質(zhì)層，各層介質(zhì)對(duì)入射電磁波會(huì)產(chǎn)生一定的反射、吸收、散射和透射作用，大部分電磁波能量將在介質(zhì)中經(jīng)過(guò)內(nèi)摩擦、熱傳導(dǎo)、分子碰撞等被吸收損耗掉，由于電磁波能量所經(jīng)過(guò)各介質(zhì)層時(shí)都會(huì)受到程度不等的吸收和衰減，待之到達(dá)地面時(shí)就僅剩余非常微弱的大地電磁場(chǎng)能量信號(hào)。電磁波被介質(zhì)吸收掉的能量越少，在地面上采集到的剩余能量值就越高，說(shuō)明地層介質(zhì)的穿透性好；反之，電磁波被介質(zhì)吸收掉的能量越多，在地面上采集到的剩余能量值就越少，說(shuō)明地層介質(zhì)的穿透性越差。因此，我們可以通過(guò)采集電磁波到達(dá)地面后的剩余能量值，得知地層介質(zhì)對(duì)于電磁波的吸收特性，再由各頻點(diǎn)與地層深度的關(guān)系得知不同地層介質(zhì)的電磁特性和介質(zhì)屬性。

3、如何確定頻率與深度、介質(zhì)的關(guān)系

傳統(tǒng)大地電磁法認(rèn)為大地電磁信號(hào)在介質(zhì)中的分布依從于趨膚深度效應(yīng)理論，據(jù)此推導(dǎo)出深度與頻率、介質(zhì)視電阻率的關(guān)系式：第一步將所測(cè)得地表電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量之比定義為地表波阻抗；第二步定義介質(zhì)的視電阻率等于地表波阻抗的平方與頻率之比；第三步由趨膚深度效應(yīng)原理推導(dǎo)出：h=503（h—地層深度，p—視電阻率，f—頻率）。這一經(jīng)驗(yàn)公式已被視為大地電磁物探方法的基本方法論，幾乎所有的大地電磁物探法都是通過(guò)采集電磁波的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量信號(hào)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、再進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算不同頻率下的視電阻率和對(duì)應(yīng)深度的。

本發(fā)明的觀點(diǎn)是大地電磁場(chǎng)服從于趨膚深度效應(yīng)原理結(jié)論及推導(dǎo)出的關(guān)系式是錯(cuò)誤的：趨膚深度效應(yīng)原理是對(duì)交流電流過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的一種現(xiàn)象的描述，大地電磁場(chǎng)源產(chǎn)生的電磁波與交流電性質(zhì)完全不同，其穿過(guò)地殼介質(zhì)也不是導(dǎo)體，不可能產(chǎn)生與導(dǎo)體一樣的趨膚深度效應(yīng)。地層介質(zhì)對(duì)于大地電磁場(chǎng)的電磁波能量主要作用為吸收效應(yīng)、與介質(zhì)電阻率無(wú)關(guān)。關(guān)系式中的電磁波的電分量和磁分量、地表波阻抗、介質(zhì)視電阻率、趨附深度分屬于不同場(chǎng)源、互不相干的參數(shù)，不能放在一個(gè)公式中相互求解。

本發(fā)明的理論是在介質(zhì)固定不變時(shí)每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的電磁波速和波長(zhǎng)固定不變，大地電磁場(chǎng)符合鏡像理論的基本條件，在地面上采集到各個(gè)頻率的大地電磁信號(hào)與地下相應(yīng)波長(zhǎng)深度層的電磁波能量值互為鏡像關(guān)系。即每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)著一個(gè)相對(duì)固定的自上而下一個(gè)波長(zhǎng)的地層深度，且此對(duì)應(yīng)關(guān)系與地層介質(zhì)電磁特性無(wú)關(guān)。從宏觀角度來(lái)看，我們把電磁波從場(chǎng)源穿過(guò)地殼到地面視為一超厚的混合介質(zhì)層，由于該混合介質(zhì)層對(duì)于電磁波的折射率和能量吸收系數(shù)一定，不同頻率所對(duì)應(yīng)的電磁波速和波長(zhǎng)也相應(yīng)固定不變。在靜電磁學(xué)中常遇到在特殊形狀的邊界條件中，由幾個(gè)點(diǎn)電荷和電流求靜電磁場(chǎng)問(wèn)題，可用放在研究區(qū)域外像電荷代替介質(zhì)分界面上的極化電荷來(lái)求解，這種方法稱(chēng)為鏡像法。根據(jù)唯一性定理，如果引入鏡像電荷后，原求解區(qū)域所滿足的泊松或拉普拉斯方程和邊界條件不變，該問(wèn)題的解就是原問(wèn)題的解。鏡像法不僅適用于靜電場(chǎng)，而且還適用于靜磁域或迅變電磁場(chǎng)。對(duì)于大地電磁場(chǎng)而言，電磁波穿過(guò)固定不變的地殼混合介質(zhì)層到達(dá)地面后的剩余能量值，完全符合原求解區(qū)域應(yīng)滿足的泊松或拉普拉斯方程和邊界條件不變的唯一性定理要求。因此，在地面上拾取到的不同頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的電磁感應(yīng)電位值，就是地下相應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)深度介質(zhì)層的電磁波能量的鏡像值。由于電磁波的頻率僅與場(chǎng)源有關(guān)、與介質(zhì)無(wú)關(guān)，在介質(zhì)固定不變的情況下，每一個(gè)頻率點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于一個(gè)唯一的波長(zhǎng)，也就是對(duì)應(yīng)于一個(gè)唯一的地層深度。由于波長(zhǎng)隨著頻率的增大而變短，頻率越高，波長(zhǎng)越短，鏡像值對(duì)應(yīng)的地層深度就越淺；相反，頻率越低，波長(zhǎng)越大，鏡像值對(duì)應(yīng)的地層深度就越深。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種上述的大地電磁物探方法及裝置。該方法重新定義了大地電磁場(chǎng)的場(chǎng)源、采集信號(hào)表征的地下介質(zhì)物性、頻率與深度及介質(zhì)的相互關(guān)系，進(jìn)而提供一種有別于現(xiàn)有方法的一種全新的大地電物探方法。

一種用于大地電磁場(chǎng)物探的探測(cè)裝置，該裝置主要包括電磁感應(yīng)裝置、數(shù)據(jù)采集板和控制板、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析及自動(dòng)成像軟件。

所述的電磁感應(yīng)裝置為大地電磁場(chǎng)物探探測(cè)裝置的信號(hào)采集器，由高導(dǎo)磁磁芯和多組線圈及屏蔽層組成，用以拾取自下而上帶有大地電磁場(chǎng)全頻段的電磁波信號(hào)能量值；鑒于大地電磁場(chǎng)源信號(hào)來(lái)自于地下而非天上，該電磁感應(yīng)裝置除底面以外均用電磁屏蔽層罩住，以屏蔽掉來(lái)自于地表以上的各種電磁干擾信號(hào)。

數(shù)據(jù)采集板由高精度線性穩(wěn)壓電源、多級(jí)信號(hào)放大器、多級(jí)低通濾波器、有源50Hz陷波器組成，從接受電磁感應(yīng)器的大地電磁場(chǎng)信號(hào)能量值開(kāi)始，對(duì)信號(hào)能量值進(jìn)行濾波、放大、陷波、隔直工作，過(guò)濾掉無(wú)用的電磁干擾信號(hào)，并降低電路本身產(chǎn)生的噪聲干擾和信號(hào)漂移。

控制板主要包括CPU及其外圍電路，用于控制采集數(shù)據(jù)板按照規(guī)定程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、將數(shù)據(jù)采集板放大處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。

所述的電磁感應(yīng)裝置采集的信號(hào)能量值是從地幔層電磁場(chǎng)源輻射到地表的電磁波能量值，來(lái)自于空中的各種電磁信號(hào)都屬于干擾信號(hào)，固將電磁感應(yīng)器除底面以外在其周邊用電磁屏蔽層罩住加以屏蔽，使其盡可能只能接收來(lái)自于地下的電磁波信號(hào)。

由于大地電磁場(chǎng)源發(fā)出電磁波能量值及其經(jīng)過(guò)各層介質(zhì)具體衰減值的不可測(cè)算性，采集的電磁波全頻段的信號(hào)能量值只能是一種反映電磁波穿過(guò)地殼所有介質(zhì)層后剩余能量的相對(duì)值，同時(shí)也表征了各深度層介質(zhì)對(duì)于電磁波能量的吸收性能。鑒于尚無(wú)直接反映各種介質(zhì)對(duì)于電磁波吸收特性的參數(shù)，而可知電磁波穿透介質(zhì)能力的大小與介質(zhì)的硬度成正比、與介質(zhì)對(duì)于電磁波的折射率成反比，由此可參照介質(zhì)硬度和折射率參數(shù)來(lái)認(rèn)知地下各深度層介質(zhì)的地質(zhì)屬性和構(gòu)造，

所述的電磁感應(yīng)裝置采集的大地電磁波信號(hào)能量值完全符合鏡像理論原求解區(qū)域應(yīng)滿足的泊松或拉普拉斯方程和邊界條件不變的唯一性定理要求，各個(gè)頻率的大地電磁信號(hào)與地下相應(yīng)波長(zhǎng)深度層的電磁波能量值互為鏡像關(guān)系，即地層深度h=波長(zhǎng)λ。

由于波長(zhǎng)λ=電磁波速v /頻率f，當(dāng)?shù)貧せ旌辖橘|(zhì)層的綜合電磁波速v一定的條件下，頻率f與波長(zhǎng)λ呈反比且為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，地層深度h與頻率f呈反比且為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。據(jù)此總結(jié)大量定井打井實(shí)驗(yàn)結(jié)果創(chuàng)建形成了穩(wěn)定可靠的頻率域大地電磁法頻率f與地層深度h的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，從而可以將在地表采集到的全頻段各頻點(diǎn)信號(hào)值在對(duì)照表中查知相應(yīng)深度層h、形成自上而下顯示各深度層介質(zhì)電磁特性的測(cè)深剖面圖。

因以地表為界面的大地電磁信號(hào)與地下相應(yīng)波長(zhǎng)深度層的電磁波能量值互為鏡像關(guān)系，即可界定一定頻率f所對(duì)應(yīng)的地層深度h是自地表向下一個(gè)波長(zhǎng)λ的距離，與探測(cè)點(diǎn)所處的位置、海拔高度、地下地殼層厚度及地層介質(zhì)屬性基本無(wú)關(guān)，只要是在地球地表上頻率f與地層深度h的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系都是有效的。

所述的測(cè)深剖面圖的建立如下：以各探測(cè)點(diǎn)連成一線為橫軸、各深度層為縱軸列表，先將各點(diǎn)的不同深度層數(shù)值填于表格中；再將以藍(lán)綠黃紅多種顏色、每色分成多級(jí)色差按規(guī)定數(shù)值段賦色，根據(jù)每格的數(shù)值所對(duì)應(yīng)色塊涂色形成表格式二維地層剖面彩色圖表，來(lái)形象表征地下介質(zhì)電磁特性及結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1、制作出VCT成像物探儀專(zhuān)有的電磁感應(yīng)器及數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置核心技術(shù)的特點(diǎn)與實(shí)用價(jià)值：（1）簡(jiǎn)單，只需要把電磁感應(yīng)器放置在地上即可采樣，比其它大地電磁法需要插埋2對(duì)電極和放置2個(gè)電磁感應(yīng)器要簡(jiǎn)單的多。（2）可靠，將采集到的電磁波能量值直接放大并模數(shù)轉(zhuǎn)換處理生成電位值后即可用于分析，比其它方法需要將生成的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量代入經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算成視電阻率后再分析要更加可靠。（3）快捷，在1個(gè)測(cè)深點(diǎn)的采樣時(shí)間只需要3—15秒鐘，比美國(guó)EH4、加拿大V8等MT方法單點(diǎn)探測(cè)40多分鐘的速度要快幾百倍。（4）適用，其它方法因要把電極埋在土中且對(duì)于土壤濕度和探測(cè)場(chǎng)地還有諸多要求，受地形限制很多地方不能實(shí)施探測(cè)，而本發(fā)明的電磁感應(yīng)器可置于水泥地、巖石、廠區(qū)、山地等除深水之外的任意地形進(jìn)行探測(cè)，適用性強(qiáng)。

2、用電磁感應(yīng)器采集到的電磁波信號(hào)電位值來(lái)直接表征地下介質(zhì)電磁特性信息，該核心技術(shù)的特點(diǎn)與實(shí)用價(jià)值：（1）直接采用電磁感應(yīng)器采集的各頻點(diǎn)電位值數(shù)據(jù)來(lái)表征相應(yīng)深度層介質(zhì)的電磁特性，不必使用多個(gè)電極和電磁感應(yīng)器同時(shí)測(cè)取電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量信號(hào)、再計(jì)算成其它參數(shù)值。（2）認(rèn)定所采集到的是反映各頻點(diǎn)相應(yīng)深度介質(zhì)層留存的電磁波相對(duì)能量值，即可根據(jù)采集數(shù)值的相對(duì)大小所表征的地下各深度層介質(zhì)電磁特性進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而識(shí)別地下各深度層介質(zhì)的地質(zhì)屬性。（3）鑒于尚無(wú)直接反映各種介質(zhì)對(duì)于電磁波吸收特性的參數(shù)，而可知電磁波穿透介質(zhì)能力的大小與介質(zhì)的硬度成正比、與介質(zhì)對(duì)于電磁波的折射率成反比，由此可參照介質(zhì)硬度和折射率參數(shù)來(lái)認(rèn)知地下各深度層介質(zhì)的地質(zhì)屬性和構(gòu)造，如：地下空穴中空氣的電磁波穿透性好、折射率低，對(duì)應(yīng)采集的電位值相對(duì)就高；水的折射率大、對(duì)電磁波能量的吸收性好，對(duì)應(yīng)采集的電位值相對(duì)就低。

3、創(chuàng)建出專(zhuān)有的頻率與鏡像深度對(duì)應(yīng)關(guān)系表，該核心技術(shù)的特點(diǎn)與實(shí)用價(jià)值：（1）確立了頻率與地層深度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，否定了物探界幾十年來(lái)一直公認(rèn)的頻率對(duì)應(yīng)的深度層會(huì)隨地下各層介質(zhì)電阻率高低而變化的理論，使以往只能模糊判定探測(cè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的深度范圍變成精準(zhǔn)給出其對(duì)應(yīng)深度層。（2）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐探索建立的頻點(diǎn)與深度層對(duì)應(yīng)關(guān)系表，驗(yàn)證結(jié)果顯示500米深度以上探標(biāo)定深度與實(shí)際深度差距小于10米，至3000米深度層的差距小于50米。（3）目前本發(fā)明實(shí)際可用的VCT成像深部地質(zhì)探測(cè)儀探測(cè)精度為：隔5米顯示一層的最大深度為3000米、隔10米顯示一層的最大深度為4500米；需要再細(xì)分層時(shí)，可將采樣時(shí)間不斷加倍，顯示分層數(shù)量也會(huì)不斷加倍，目前本發(fā)明對(duì)深層分析的精準(zhǔn)度和分層細(xì)度已遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有其它物探方法。

4、獨(dú)創(chuàng)表格式彩色地層掃描剖面二維圖像自動(dòng)成像技術(shù)，該核心技術(shù)的特點(diǎn)與實(shí)用價(jià)值：（1）VCT成像剖面圖是靠大量的探測(cè)數(shù)據(jù)堆砌成像的，掃描的列數(shù)（探測(cè)點(diǎn)）和行數(shù)（深度層）越多、圖像就越清晰，而通過(guò)VCT成像法的單電磁感應(yīng)器秒級(jí)高速采樣技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)這一靠幾百個(gè)探測(cè)點(diǎn)幾十萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)堆砌的成像技術(shù)；（2）VCT成像二維彩色剖面圖是靠自有分析軟件自動(dòng)生成的，整個(gè)導(dǎo)入數(shù)據(jù)、計(jì)算成圖過(guò)程只需要十分鐘左右，適合野外勘探現(xiàn)場(chǎng)大數(shù)據(jù)快捷分析；（3）VCT自動(dòng)成像技術(shù)無(wú)需人為判定篩選和修飾處理、全部保留探測(cè)到的原始數(shù)據(jù)，其成像結(jié)果比等值曲線圖能夠更真實(shí)、更直觀、更詳細(xì)地描繪出地下介質(zhì)的電磁結(jié)構(gòu)；（4）VCT成像分析軟件除了能夠自動(dòng)生成表格式二維線點(diǎn)垂直剖面圖、層平行剖面圖之外，還具有的按照實(shí)際比例壓縮成像、任意選段著色分析等功能，有無(wú)斷層構(gòu)造或介質(zhì)分層、斷層的寬窄與傾角、含水裂隙走向與寬窄、含水層位置及寬厚等在剖面圖上清晰可見(jiàn)，完全可以通過(guò)不同的線層CT剖面圖來(lái)觀察地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、“看”水、“看”礦、“看”石油、“看”深部斷裂來(lái)預(yù)報(bào)地震。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

一種用于大地電磁場(chǎng)物探的探測(cè)裝置，其特征在于：該裝置主要包括電磁感應(yīng)裝置、數(shù)據(jù)采集板和控制板、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析及自動(dòng)成像軟件。

所述的電磁感應(yīng)裝置為大地電磁場(chǎng)物探探測(cè)裝置的信號(hào)采集器，由高導(dǎo)磁磁芯和多組線圈及屏蔽層組成，用以拾取自下而上帶有大地電磁場(chǎng)全頻段的電磁波信號(hào)能量值；鑒于大地電磁場(chǎng)源信號(hào)來(lái)自于地下而非天上，該電磁感應(yīng)裝置除底面以外均用電磁屏蔽層罩住，以屏蔽掉來(lái)自于地表以上的各種電磁干擾信號(hào)。使用時(shí)將電磁感應(yīng)器垂直放置于地面上，拾取自下而上帶有大地電磁場(chǎng)全頻段的電磁波信號(hào)。

數(shù)據(jù)采集板由高精度線性穩(wěn)壓電源、多級(jí)信號(hào)放大器、多級(jí)低通濾波器、有源50Hz陷波器組成，從接受電磁感應(yīng)器的大地電磁場(chǎng)信號(hào)能量值開(kāi)始，對(duì)信號(hào)能量值進(jìn)行濾波、放大、陷波、隔直工作，過(guò)濾掉無(wú)用的電磁干擾信號(hào)，并降低電路本身產(chǎn)生的噪聲干擾和信號(hào)漂移。

控制板主要包括CPU及其外圍電路，用于控制采集數(shù)據(jù)板按照規(guī)定程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、將數(shù)據(jù)采集板放大處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。

所述的電磁感應(yīng)裝置采集的信號(hào)能量值是從地幔層電磁場(chǎng)源輻射到地表的電磁波能量值，由于大地電磁場(chǎng)源發(fā)出電磁波能量值及其經(jīng)過(guò)各層介質(zhì)具體衰減值的不可測(cè)算性，采集的電磁波全頻段的信號(hào)能量值只能是一種反映電磁波穿過(guò)地殼所有介質(zhì)層后剩余能量的相對(duì)值，同時(shí)也表征了各深度層介質(zhì)對(duì)于電磁波能量的吸收性能。鑒于尚無(wú)直接反映各種介質(zhì)對(duì)于電磁波吸收特性的參數(shù)，而可知電磁波穿透介質(zhì)能力的大小與介質(zhì)的硬度成正比、與介質(zhì)對(duì)于電磁波的折射率成反比，由此可參照介質(zhì)硬度和折射率參數(shù)來(lái)認(rèn)知地下各深度層介質(zhì)的地質(zhì)屬性和構(gòu)造。實(shí)際采集到的微弱的大地電磁場(chǎng)信號(hào)都是微伏級(jí)的，由于同類(lèi)裝置采集的數(shù)據(jù)之間具有可比性，可以相對(duì)表征電磁波穿過(guò)地層介質(zhì)時(shí)的剩余能量值。比如：含有水分地層介質(zhì)的電磁波能量值在0-1微伏范圍內(nèi)，比較堅(jiān)硬的石英巖脈等能量值在6-30微伏范圍內(nèi)。各種巖石的屬性還要根據(jù)其硬度、折射率等參數(shù)值與實(shí)際信號(hào)值對(duì)照逐步探索，總結(jié)出不同巖石的電磁波吸收特性參數(shù)值，才能對(duì)于有效識(shí)別不同地層介質(zhì)的屬性。

由于大地電磁場(chǎng)的電磁波穿過(guò)固定不變的地殼混合介質(zhì)層到達(dá)地面后的剩余能量值，完全符合鏡像理論原求解區(qū)域應(yīng)滿足的泊松或拉普拉斯方程和邊界條件不變的唯一性定理要求，采集到的各個(gè)頻率的大地電磁信號(hào)與地下相應(yīng)波長(zhǎng)深度層的電磁波能量值互為鏡像關(guān)系，即地層深度h=波長(zhǎng)λ。由于波長(zhǎng)λ=電磁波速v /頻率f，當(dāng)?shù)貧せ旌辖橘|(zhì)層的綜合電磁波速v一定的條件下，頻率f與波長(zhǎng)λ呈反比且為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，地層深度h與頻率f呈反比且為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。據(jù)此，我們根據(jù)大量定井打井實(shí)驗(yàn)結(jié)果創(chuàng)建了頻率與深度對(duì)應(yīng)關(guān)系表，并經(jīng)過(guò)多年將定井與打井結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證及修正，形成了穩(wěn)定可靠的頻率域大地電磁法頻率f與地層深度h的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，從而可以將在地表采集到的全頻段各頻點(diǎn)信號(hào)值在對(duì)照表中查知相應(yīng)深度層h、形成自上而下顯示各深度層介質(zhì)電磁特性的測(cè)深剖面圖。因以地表為界面的大地電磁信號(hào)與地下相應(yīng)波長(zhǎng)深度層的電磁波能量值互為鏡像關(guān)系，即可界定一定頻率f所對(duì)應(yīng)的地層深度h是自地表向下一個(gè)波長(zhǎng)λ的距離，與探測(cè)點(diǎn)所處的位置、海拔高度、地下地殼層厚度及地層介質(zhì)屬性基本無(wú)關(guān)，只要是在地球地表上頻率f與地層深度h的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系都是有效的。

數(shù)據(jù)處理及分析軟件是將采集的電磁波能量信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，再根據(jù)頻率與深度關(guān)系表進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理和列表工作，形成以點(diǎn)數(shù)據(jù)分析、層數(shù)據(jù)分析、各種剖切成像分析的彩色柱狀圖和彩色數(shù)據(jù)塊狀剖面圖。分析軟件包含有傳統(tǒng)物探分析所用的連線圖法，由于它只能一維觀察單點(diǎn)測(cè)深數(shù)據(jù)或單線同層數(shù)據(jù)，要觀察整個(gè)線剖面數(shù)據(jù)只能借助于其它繪圖軟件來(lái)繪制等值曲線圖。本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)性地發(fā)明了以采樣電位值數(shù)據(jù)及相應(yīng)色彩自動(dòng)生成表格化彩色二維地層剖面圖像技術(shù)，即將各探測(cè)點(diǎn)連成一線、各深度層電位值排列成表自動(dòng)生成二維剖面圖表，再以多種顏色、每色分成多級(jí)色差按數(shù)值段賦色形成CT彩圖，來(lái)形象表征地下介質(zhì)電磁特性及結(jié)構(gòu)。該剖面圖成像分析技術(shù)可以用于按探測(cè)線向下剖切、按各探測(cè)線同點(diǎn)向下剖切，也可以對(duì)同一深度層平行剖切成圖。由于獨(dú)創(chuàng)的VCT成像剖面圖完全是由實(shí)際探測(cè)值數(shù)據(jù)直接堆砌自動(dòng)生成的，沒(méi)有經(jīng)過(guò)人為的篩選、擬合計(jì)算和假設(shè)推斷，所以更能真實(shí)展現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的狀況。