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地球物(CDECFGG

理學進展H1EFD(IJGH9G

@/A’!>1/’,KL6M,"",!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!我國大地電磁測深新進展及瞻望魏文博（中國地質大學，北京!"""#$）［摘

要］簡要回顧了上世紀%"—#"年代，我國大地電磁測深工作的起步和發展，較全面地介紹了&"年代以來的新進展，并瞻望了新世紀的發展方向’［關鍵詞］大地電磁測深儀器；數據采集；數據處理和反演；應用；新進展［中圖分類號］(%$!"引-37言

［文獻標識碼］)

［文章編號］!""*+,&"$+（,"",）",+",*-+!"電法勘探是勘探地球物理學的重要分支’如果從!#!-年(’./0在硫化礦體上觀測到自然電場［!］算起，電法勘探已有近,""年歷史；但真正得到發展，則不到!""年時間’,"世紀初，世界各國的工業迅速發展，礦產原料需求量急劇增加，迫切需要先進的勘查技術；因而，促使電法勘探從科學研究進入實用階段，并得以迅速發展’顯然，電法勘探的發展是和工業生產水平、社會經濟狀況，以及科學技術進步密切相關的’發展到今天，電法勘探在勘探地球物理學各分支中，方法技術最多、應用面最廣，其應用領域遍及固體礦產、油氣和水資源勘查，工程勘查，環境監測，及地學基礎理論研究等各方面’在所有的電法勘探方法中，發展最快的是大地電磁測深’大地電磁測深是,"世紀-"年代初由)’1’2345/6/7［,］和8’9:;63<=［$］分別提出的天然電磁場方法’%"年代以前，由于技術難度大，該方法的研究進展緩慢；但它具有探測深度大、不受高阻層屏蔽的影響、對低阻層反應靈敏等吸引人的優點，因而對該方法的研究始終為人們所關注’>"年代以來，由于張量阻抗分析方法的提出，方法理論研究出現突破性進展，并隨著電子、計算機、信號處理技術突飛猛進的發展，大地電磁測深無論在儀器研制，或是數據采集、處理技術與反演、解釋方法等方面的研究，都融合了當代先進的科學理論和高新技術，這使大地電磁測深有了長足的進步，因此成為電法勘探眾多方法技術中最成熟的方法’近年來，大地電磁測深方法不斷得到完善，應用效果明顯改善，成績斐然，引人矚目’在這新世紀開端，我們回顧它在我國的發展歷程，總結近些年取得的進展，瞻望新世紀未來的方向，這將有益于大地電磁測深在我國的進一步推廣應用，取得更輝煌的成就’!回

顧我國的大地電磁測深工作始于,"世紀%"年代初期’至今，經歷了%"年代的引進、探索時期，>"—#"年代的研究、試驗時期和&"年代的迅速發展、推廣應用時期’,"世紀%"年代初期，在顧功敘院士的大力倡導下，原中國科學院蘭州地球物理研究所［收稿日期］,""!+!,+,%；［修回日期］,"",+"$+,-’［基金來源］中國科學院資源與環境重大項目（?,&-!+)!+*"!）’［作者簡介］魏文博，男，!&*-年&月生，福建泉州人，!&%&年畢業于原北京地質學院地球物理勘探系，現任中國地質大學（北京）教授、博士生導師，主要從事電法勘探、海洋電磁探測及大陸動力學研究’?+!%?

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#&卷!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!開始研究大地電磁測深方法，取得了初步成果［!］"但這時期，大地電磁測深數據處理采用的是最簡單的標量阻抗處理方法，導致相同頻點上所計算的視電阻率和阻抗相位分散性大，嚴重地影響了方法的實際應用"#$%%年邢臺地震后，地震災害”的形勢逼人，地震預報要求探測深達地幔的地質結構；從而推進了大地電磁測深方法的研究，使我國大地電磁測深事業進入研究、試驗階段"#$&’年，國家地震局地質研究所試制了感應式、晶體管線路的模擬大地電磁測深儀，并用于華北地區的野外實際測量"繼而又與國家地震局蘭州地震研究所和地球物理勘探大隊共同研制了()*#型模擬記錄大地電磁測深儀"這成為+’世紀&’年代中期到,’年代初，我國大地電磁測深工作的主要設備"為了適應發展需要，&’年代初，原北京地質學院物探系與國家地震局地質研究所、原石油部地球物理勘探局研究院合作，開展了大地電磁張量阻抗估算方法的研究［-］；與此同時，國家地震局蘭州地震研究所也開展了此項研究"研究的結果，隨即被用于處理實測數據，明顯改善了大地電磁測深數據處理質量，使大地電磁測深在國內得以繼續順利發展"可以說，這項研究成果在我國大地電磁測深方法的發展歷史上占有重要地位，屬于階段性進展的標志"但就在這時期，世界上科學技術的發展促進了電子和計算機控制技術的進步，國外的大地電磁儀器早已跨越模擬記錄階段，進入數據記錄的時代"因此，#$&%年，國家地震局地質研究所與原石油部地球物理勘探局儀器廠和研究院、原北京地質學院物探系等單位共同合作，開始研制./*#型數字式大地電磁測深儀，并開發相應的軟件系統［%］"兩年后，投入野外試驗，取得我國第一批數字化大地電磁測深資料"之后，又逐步得到完善和提高"在改進后的./*+型儀器上，一些主要技術性能已達到當時國際同類儀器的水平"這一時期，國內除了大力開展儀器和數據采集方法技術的研究與試驗之外，在數據處理方面則從標量阻抗處理發展到張量阻抗處理，使大地電磁探測技術具有真正的實用價值"但是，由于大地電磁場信號極為微弱，且電磁噪聲背景又隨著國家經濟建設發展而日益嚴重，導致大地電磁觀測質量明顯下降"為了保證數據采集質量，需要有高靈敏度、高穩定性、抗干擾能力強、性能優良的儀器，也需要有好的、有效的抑制電磁噪聲影響的數據處理方法"+’世紀&’年代末、,’年代初，國內、外的學者就此發表了一系列成果，如傅氏變換法、時間域濾波法、互功率譜法和近參考道法等等［&］"這些方法對于壓制電磁干擾的影響有一定作用，但效果并不都能盡如人意"原因在于，它們只適用于克制非相關噪聲的影響，而對于相關噪聲的影響作用不大"但在同一測點，電磁噪聲往往同時迭加到各道的電磁信號上，屬于相關噪聲"針對這一問題，0"/"123456等人在#$&$年提出遠參考道大地電磁測深法［,］"它不僅能用于壓制同一測點上的非相關噪聲，還對于壓制同一測點上的相關噪聲有較好的效果"但遺憾的是，當時國內還不具備推廣、應用該方法的硬件條件"大地電磁測深資料的反演、解釋是該方法實際應用的重要環節，因此一直為人們所重視"在我國大地電磁測深工作的早期，反演方法主要類似于直流電測深資料的“量板法”"這完全是手工操作方法，并且不可能考慮非一維條件引起場源極化的影響，反演的準確性在相當程度上取決于解釋人員的經驗，定量解釋的誤差很難估計"““!期

魏文博：我國大地電磁測深新進展及瞻望

?!?#?!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"世紀#"年代中期以來，隨著電子計算技術在國內日益廣泛應用，早期的“量板法”已逐漸被淘汰，代之以計算機擬合反演$但這時期的反演方法仍然屬于“一維反演”的范疇，除了地球物理反演的多解性以外，它們的最大問題還是反演結果受人為因素的影響太大，難于提高定量解釋的精度$這時期常用的反演方法包括：%&’()*+反演、高斯—牛頓法、梯度法、廣義逆反演、馬夸特法、連續介質反演、大地電磁擬地震解釋法等等［,］$從-"年代到."年代，這/"年是大地電磁測深在國內生根、發芽并逐步走向茁壯成長的關鍵時期$/"年來的進展表明，國內在大地電磁測深方法理論研究，儀器研制，數據采集技術實施，數據處理、反演軟件開發，方法應用試驗等方面做了大量工作，取得了卓著的成績$大地電磁測深在國內已基本形成一套較完整的技術體系，這使它在深部地質研究和石油地質調查方面的作用逐漸為人們所認可$在進入!"世紀最后的0"年，我們欣喜地看到我國的大地電磁測深事業已得到迅速發展，并在不斷向前邁進$!進

展!"世紀,"年代是我國大地電磁測深工作迅速發展、推廣應用的時期$這時期突出的進展主要表現在國內大地電磁儀器設備有了極大的改善，數據采集、處理和反演正逐漸縮小與世界先進國家的差距，應用領域不斷擴大，工作量急劇增長，應用效果明顯提高，國際合作、交流繼續發展加深了我國大地電磁工作者與國際地球內部電磁感應領域學術界的相互了解$目前，大地電磁測深在國內石油、天然氣普查勘探，在深部地質結構探測，在地熱和地下水資源調查，在地震預測、預報和地質災害防治等應用領域的地位得到進一步的肯定；而在海洋資源探測領域的應用，在固體礦產資源勘察的應用，在石油、天然氣詳細勘探中的作用，已表露出可喜的前景$!$"

大地電磁儀器進入,"年代，在國際上，大地電磁儀器主要朝著多道、多功能，小型、輕便和智能化發展$這時期的儀器必須滿足大地電磁場多分量和遠參考點數據采集的需要；為了保證數據采集質量，又要求具有實時處理功能，即把大地電磁數據處理軟件固化在儀器的微處理器上，在資料采集的全過程能隨時監控數據采集質量；此外，為了提高野外工作效率，提高儀器的利用率，儀器除了實現小型化、輕便化和多功能以外，還實現智能型儀器的功能，儀器的操作基本上由計算機自動控制$這類儀器以加拿大12&34)5公司的678多功能大地電磁儀為代表$盡管國內已有多個單位研制成數字式大地電磁儀，并用于實際生產$但由于電子技術進展緩慢，元器件性能、質量差，加工工藝水平落后，導致目前國產儀器設備過分龐大、笨重，功耗太高，不能完全適應野外工作和大地電磁測深實際生產發展的需要$而儀器設備的改進，需要有一定的環境條件和一定的時間，不可能在短期內實現$因此，確定采用引進國外先進儀器的辦法來適應國內大地電磁測深實際生產迅速發展的需要$這階段，從國外進口的大地電磁測深儀器，主要有加拿大12&34)5公司的9:78大地電磁系統、678多功能大地電磁系統，美國;9<公司的9:70大地電磁系統，德國93(=&4)5公司的99>7"?大地電磁系統$這類?23A?

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.F卷!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!儀器，至今仍是國內開展大地電磁測深工作的重要設備，據不完全統計，它在國內的總數可能超過!"套#近年來，國外大地電磁儀器的發展十分神速#為了適應大地電磁高密度、面積性、大數據量采集的需要，現代大地電磁儀器除了保持原有的小型、輕便、多道的優點，還發展了衛星同步測量技術和網絡型或分布式組合系統#由美國$%&公司和加拿大’()*+,-公司在.//!年分別推出的%012345網絡型大地電磁系統和61712"""大地電磁系統則屬于這種類型的儀器#現在，這類最先進的儀器在國內已有相當多的數量，它們在大地電磁測深實際生產和地學科學研究中已發揮了很好的效應，使我國大地電磁測深在硬件設備方面的條件有了極大的改善#需要指出，國內一些大學和研究所的研究人員為了趕上國際先進水平，促進我國大地電磁測深事業的發展，對大地電磁儀器的研制始終本著永不放棄的精神，進行堅持不懈的努力，在實現儀器小型化、輕便化、智能化、多道測量、衛星同步測量和分布式組合系統等方面取得了可喜的進步#.//7年，中國地質科學院物化探研究所在國土資源部的資助下研制成功89$%’分布式被動源電磁系統#該系統采集信號的頻率范圍為.!:;<—";<；模數轉換采用23位=>?轉換，實現高精度測量；系統由一部主機與多部子機組成，每部子機為兩道測站；系統采用非封閉掛接式連接，掛接子機的數目不限，并通過@’5實現同步測量；此外，儀器還具有實時處理功能，主機在控制管理子機的同時可對觀測數據進行現場分析和處理［."］#儀器研制成功后，已先后在戈壁沙漠、高山峽谷、黃土高原及中高山林區等不同地貌特征的地區進行過野外試驗，無論是金屬礦勘查，還是地下水資源調查都取得良好效果#進行海底大地電磁測深，技術難度很大，在我國是個空白#長期以來，世界上一直沒有商品性的儀器，只有某些外國公司開展這方面商業性的技術服務工作，且費用昂貴#.//A年開始，在國家“A!B計劃”資助下由中國地質大學（北京）應用地球物理系負責，研制了海底大地電磁系統，填補了我國這方面技術的空白，避免依賴外國的局面；為在我國發展海上電磁探測技術創造了條件#所研制的“海底大地電磁系統”包括一套“五分量海底大地電磁系統”，它用于同時測量海底大地電磁場三個磁場分量和二個電場分量，和四套“兩分量海底大地電磁系統”，這只用于測量海底大地電磁場二個電場分量#這些儀器都能在7""米水深的海底工作，采集信號的頻率范圍（.""C"#""".）;<，電場觀測靈敏度為"#"2!6>D，磁場觀測靈敏度為"#BE>+0#2"""年F—A月間，進行了海上大地電磁數據采集試驗#所研制的7套儀器投放后，回收”率達到.""G，并且都測量到海底的大地電磁場數據，首次用自行研制的儀器在我國東海水深.B"米的陸架區獲得海底大地電磁測深曲線［..］#!#!

大地電磁測深的數據采集、處理和反演大地電磁測深的目的在于探測地下不同深度上介質的導電性結構，它的全過程包括數據采集、處理和反演#數據采集是基礎，是關鍵；大地電磁測深的應用成功與否，在很大程度上取決于數據采集質量#數據處理和反演是緊密相關的二個重要環節，通過它們才能達到大地電磁測深的目的，獲取盡可能準確的有用信息#2#2#.

大地電磁數據采集與處理““)期

魏文博：我國大地電磁測深新進展及瞻望

?)0,?!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!如何有效地壓制各種干擾，提高信噪比，保證大地電磁數據質量，這始終是大地電磁數據采集與數據處理的核心問題!在早期研究的基礎上，最近十年來，國內的大地電磁工作者就此又做了大量工作，取得了明顯進展!如前所述，目前國內的大地電磁測深儀器都屬于多道測量系統，這些儀器都具有衛星同步測量的功能!因此，在數據采集方面已有條件實現“遠參考道測量”，以提高原始數據采集質量!現在，在一些強干擾地區、地質構造復雜區和大地電磁信號微弱的地區，大地電磁野外數據采集正在逐步推廣“遠參考道測量”方法!在數據采集方面，另一個新的趨勢是強調記錄“時間序列”的作用!這主要是因為應用“"#$%&’估計”處理大地電磁資料要求有足夠長的“時間序列”數據!"#$%&’數據處理方法根據觀測誤差的剩余功率譜的大小對數據進行加權，注重未被干擾的數據，降低突變點數據的權，使它對大地電磁阻抗估算值的影響最小，從而明顯改善受電磁噪聲污染的單站大地電磁測深資料［()］!把“"#$%&’估計”用于處理大地電磁數據是國外學者在)*世紀+*年代末提出的，我國在,*年代初開始試驗!試驗的結果表明，該方法的效果與信號的噪聲含量有關，對處理噪聲含量低于-*.的信號是有效的；此外，還取決于時間序列數據的長度!可以說，"#$%&’方法能有效地壓制張量阻抗關系式中輸出端的噪聲，但對輸入端的噪聲作用不大［(/］!因此，在實際應用中，往往把“遠參考道測量”技術與“"#$%&’處理”方法相結合!實踐證明，這是獲得高質量大地電磁觀測數據的最佳途徑!近年來，這方法正迅速在實際生產中推廣應用!在+*年代，人們發現根據大地電磁測深資料整理的視電阻率擬斷面圖上，等值線呈直立的密集分帶現象，這顯然是一種畸變現象!研究結果表明，它是由淺層電性不均勻和地形起伏引起的“靜位移”效應，將給資料反演帶來極大的誤差，甚至造成錯誤，嚴重地影響大地電磁測深方法的應用效果!因此，關于“靜位移”校正方法的研究成了近年來國內外關注的焦點!國內在,*年代中期前，采用的“靜位移”校正方法主要有曲線平移法，近地表電阻率觀測等方法［(0］，這些方法都僅僅考慮電流引起的電場畸變，并沒考慮磁場分量的畸變，因而在有些條件下效果不甚明顯!,*年代中期以來，通過國際合作，在國內引進并推廣大地電磁張量阻抗分解技術，用于實施“靜位移”校正，取得了較好的應用效果!此外，這方法還可用來確定區域構造的走向!現在在國內應用的，能比較好地克服“靜位移”影響的方法，還有直接考慮近地表電性不均勻體的反演解釋法和電磁陣列剖面法，即1234法［(-］!1234方法采用陣列式排列，用首尾相連的電偶極子沿測線測量電場，這大大增加了空間采樣密度，擴大了信息量；同時，又在時間域采用相鄰多道迭加的辦法抑制表層電性不均勻的靜位移干擾和隨機干擾，從而明顯地突出有用信號!近年來，它在我國石油和天然氣普查、勘探中，特別是地震勘探不利的西南和西北許多地區得到比較廣泛的應用［(5］!我國地域遼闊，地形復雜多變，工農業生產、人文因素引起的強干擾區較普遍，這些都構成大地電磁測深工作極不利的條件!最近幾年，國內從事大地電磁測深的許多專家針對西南地區復雜地形和強電磁場源干擾等典型問題，正抓緊研究克服的辦法，并已取得可喜的進展!如江漢石油學院提出的同步陣列大地電磁法在山區的應用取得良好結果；采用可控源音?"9#?

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56卷!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!頻大地電磁法中過渡三角形法校正近場源干擾，也取得比較滿意的結果!此外，小波分析在大地電磁時間序列去噪、提取譜成份等方面的應用研究也取得一定進步!"!"!"

地電磁數據反演直至"#世紀$#年代中期，國內對大地電磁測深實測資料的反演，多數仍采用一維反演方法!但國內關于二維反演的研究卻在%#年代中期便開始了，只是進展緩慢，始終達不到實用化的要求!主要原因在于，二維反演不是對單個測點的資料進行反演，而是沿一條測線的許多測點同時反演!同時參與反演的參數多、數據量太大，未知數也多，反演迭代過程中雅可比系數矩陣階數大，導致計算量大幅度增加，在一般的&’機上難于實現!解決問題的途徑是尋找減小二維正演和偏導數矩陣計算量的快速方法!所以，早期提出的一些二維快速反演方法的差別在于二維正演或雅可比系數矩陣的計算不同!或是用事先估計的模型進行響應計算代替二維正演；或是用兩個極化模式視電阻率的一維正演代替二維正演；或是通過分頻率反演，逐步固定模型參數，以減小雅可比系數矩陣的計算量；所有這些方法都只是近似的二維反演方法，并只有少量參數參與反演!因而，反演結果仍然誤差較大，不能完全滿足實際應用的需要!$#年代初，(!)!*+,-.、(!/!011234提出大地電磁二維快速松弛反演［56］!該反演方法設定的初始模型為均勻半空間，反演時用有限差分法計算出模型對應的響應數據、各測點下的積分核函數及數據殘差，然后使目標函數取極小，得到模型改正量及新模型，接著進行插值形成新的二維斷面，以此為新的初始模型；重復上述過程，逐次迭代，直至滿足一定的擬合精度，從而得到最終的二維反演模型!該方法可以對)7和)8兩個極化模式的參數獨立反演，也可進行聯合反演，即全信息反演；此外，還可進行靜位移自動校正!大約在$#年代中期，國內開始逐步推廣大地電磁二維快速松弛反演方法!應用的結果說明，它具有快速、結果較合理、不受人為因素影響等特點；因此，普遍為人們所歡迎!當前，面臨著社會經濟迅猛的發展，在現代科學技術浪潮的推動下，大地電磁測深資料的三維正、反演問題，已成為國際地球內部電磁感應領域的前沿研究課題!總體上講，國外在三維正演方面的研究已趨于成熟，交錯采樣有限差分法成為主導的計算方法；但三維反演至今未取得實用化的研究成果!在國內，關于三維正演的研究工作還較少，只有中國地質大學（北京）、中國科技大學、國家地震局地質研究所和江漢石油學院等單位做過一些工作!長期以來，由于三維正演研究滯后，必然也限制了三維反演研究的進展!"###年，中國地質大學（北京）應用地球物理系在深入分析大地電磁二維快速松弛反演理論的基礎上，對三維正、反演理論和方法進行研究，取得了突破性進展!在三維正演方面，提出了更為合理地設定邊界條件的辦法；同時采用目前最先進的解大型系數矩陣方程組的雙共軛梯度穩定解法，實現了快速穩定的三維交錯采樣有限差分數值模擬的最佳算法!在三維反演方面，建立了系統的大地電磁三維快速反演理論，巧妙地獲得了三維快速反演的靈敏度函數表達式，首次成功地解決了三維快速反演的核心問題，形成了在微機上實現的快速算法!目前，所研究的大地電磁三維快速反演方法已可用于對實測資料的反演，這表明我國在這方面的成就已走在世界的最前列!"期

魏文博：我國大地電磁測深新進展及瞻望

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大地電磁應用研究新拓展最近十年是大地電磁測深事業在國內茁壯成長的時期，除了方法理論更趨向成熟，儀器設備更先進，數據處理和反演技術更加完善以外，應用研究也以迅猛的勢態向前發展!粗略估計，到目前為止，全國累計完成的大地電磁測深點估計已超過"####個!其中，絕大多數用于油氣資源探測，一部分用于深部地質調查，少量用于尋找地熱和水資源!由此可見，這時期我國的大地電磁測深仍主要在油氣資源勘查和地球深部地質研究這兩個領域拓展!值得關注的一個新動向是，向海洋的發展!在這新世紀來臨之際，我國已基本完成海底大地電磁探測技術的研究，并成功地進行了海上試驗!"!$!%

油氣資源勘查中應用的進展前階段，大地電磁測深在油氣資源勘查中，主要用于研究高阻基底面的起伏、劃分沉積地層、圈定局部構造、進行區域構造格局研究等問題!但當前我國油氣工業面臨著資源消耗增加、資源量短缺、環境保護、可持續發展等問題的挑戰!勘探重點轉移到：地面施工條件惡劣的地區（沙漠、高原、黃土塬、喀什特山地、水網、沼澤地區、灘涂、海洋等）；地質條件復雜的地區（盆地邊緣、山前逆沖推覆帶、古潛山、碳酸鹽地區、卵礫層覆蓋區、火山巖覆蓋區等）；以及尋找地下深層儲油構造!因此，迫切需要發展新的地球物理探測技術，提高勘探能力!如前所述，近十來年，大地電磁測深在儀器、數據采集、處理和反演等方面都有了明顯進步；這大大提高了該方法的勘探能力，使大地電磁測深在復雜地區油氣資源勘查中發揮越來越重要的作用，已獲得不少成功的例子!在我國東部，古潛山奧陶系灰巖是油氣勘探的主要目的層!但其埋藏深度大，結構、構造復雜，因此地震勘探的難度大；此外，東部地區經濟發達，工、農業生產用電干擾和人文干擾嚴重，給地球物理數據采集和資料處理帶來許多困難；所有這些因素構成了東部油氣藏勘探的老大難問題!近兩年來，江漢石油學院石油地球物理勘探重點實驗室和石油物探局第五地調處分別在河北黃驊坳陷大港油田開發區、烏馬營地區和蘇北葛漁城地區開展同步陣列電磁測深尋找東部古潛山深層油氣田的試驗研究，均取得可喜的效果［%&］!我國西南和西北，地形與地表地質條件極其復雜，屬典型的地震勘探困難區!為了彌補地震勘探的不足，在云貴川地區和新疆地區，石油勘探部門投入了大量電磁測深工作，取得較好的應用效果；其中，以塔里木盆地的電磁測深結果最令人注目，為塔北油氣勘探區取得重大突破提供了重要信息!"!$!"

殼、幔電性結構研究中的應用大陸動力學研究是當前地球科學研究的前沿，而地殼和上地幔結構研究則是大陸動力學的核心問題之一!大地電磁測深是從導電性的角度研究地殼和上地幔結構不可缺少的方法!長期以來，我國對此投入了大量工作，在’’(地學大斷面研究、華北地區地震預測、預報研究、青藏高原形成演化機理研究等方面都取得許多重要成果!但由于地球是一個極其復雜的系統，地球深部研究是一項探索性很強的工作，探測技術受歷史條件的限制!因此，仍有許多值得做進一步探討的問題!譬如近年來，關于青藏高原殼幔電性結構的研究取得了許多新認識!這得益于現代超寬頻帶大地電磁探測技術的發展!從%))*年至今，中國地質大學（北京）和美國華盛頓大學（西雅圖）、加拿大地質調查局?$2$?

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,/卷!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!合作，在青藏高原用!"#$%&’寬頻帶大地電磁系統與()!’智能化長周期大地電磁系統相結合，成功地實現超寬頻帶大地電磁數據采集；采集信號的頻率范圍為*$+赫茲—$++++秒，因而保證能獲得地下上百公里深處，較可靠的信息；從而對青藏高原地殼電性結構提出一些［關青藏高原隆升機制的研究.!."

海洋探測領域的應用我國的海洋地球物理探測，以地震勘探為主，包括重力和磁法測量；但缺少電磁探測技術，長期以來沒有獲取海洋地殼介質導電性的手段.海底大地電磁探測，是把儀器布置在海底，通過觀測海底大地電磁場數據，研究海底以下不同深度的巖層導電性，達到探測地下地質構造特征的目的.為了維護海洋國土權益，也為了加速查明我國海域油氣、礦產資源的步伐，早在,--/年，海底大地電磁探測技術的研究已列入國家“01*計劃”，成為海洋領域0$+主題（海洋探查與資源開發技術）的研究課題之一.中國地質大學和原中南工業大學、廣州海洋地質調查局、同濟大學的研究人員合作，經過艱苦努力，完成了海底大地電磁系統的研制，并在$+++年/月間成功地完成了海上試驗.首次在我國東海用自主研制的儀器采集到海底大地電磁場信號.實現了海底大地電磁探測技術的研究目標，填補了國內這方面技術的空白.這為我國今后開展海洋電磁探測打了下良好基礎［$+］.%前

瞻不言而喻，我國大地電磁測深的發展也是始終與社會需求相適應的.最近十年，國內空前大規模經濟建設的前景已預示著$,世紀我國將面臨著能源、礦產和水資源供需不足，生態環境惡化等尖銳矛盾.因此，資源勘查與環境監測的需求將急劇增長，這既向大地電磁測深提出新的挑戰，又提供了廣闊的拓展空間和發展機遇.此外，在$,世紀數學、物理等基礎性科學和電子、計算機、信息等高新技術取得的突出成就，有可能為大地電磁測深飛躍式發展提供必要的理論與技術支撐.顯然，$,世紀我國的大地電磁測深工作必將面臨生動的新局面.如果說，在$+世紀我國的大地電磁測深是從地震預報深部探測開始的，后來因為尋找油氣田的需要發展到大尺度、區域性普查勘探的；那么，新世紀它將適應小尺度、精細詳查的高要求.這是我國大地電磁測深方法技術取的全方位（包括儀器設備、數據處理、反演解釋和應用領域的拓展）創新性進展，臻于完善、完美的時代.#.$

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器在現有基礎上，將加強國產大地電磁儀器的研制、開發能力.從高起點出發，吸取當代電子、微電子學和材料學的最新成果，運用新一代計算機與弱信號處理技術，發展高精度、大動態范圍、超寬頻帶、高智能化的數據采集器，高靈敏度、超寬頻磁傳感器.為了實現小尺度、精細探測，必需推廣大地電磁三維勘探.因此，需要研究具有實時傳輸、實時處理功能的大節點數!"數據采集單元集群.#.!

數據處理進入$,世紀，大地電磁探測應向高精度地球物理探測技術的水平發展.因此，一方面應新認識，發現高原的地殼可能普遍存在“流體”或局部“熔融體”,-新認識，發現高原的地殼可能普遍存在“流體”或局部“熔融體”,-］.這有可能進一步推進有"期

魏文博：我國大地電磁測深新進展及瞻望

?"1’?!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!實現三維數據采集，另一方面則應著重研究大地電磁三維數據處理和三維正、反演方法!為此必需繼續深入研究各種形式的大地電磁畸變效應特征，應用最新的數學理論和數字信號處理技術解決二維與三維畸變效應的分離問題；研究非規則測網干擾信號的壓制與校正技術；研究估算張量阻抗的新方法!!!"

資料反演、解釋地球本身是個復雜系統，由于影響因素多，它的導電性更加復雜!但長期以來，人們在大地電磁測深的理論研究中普遍使用的是高度簡化的層狀結構、介質導電性分區均勻的物理模型，這與實際相差太遠!實際地殼的結構，具有物質組成多樣性、空間形體復雜性、導電性非均勻與各向異性；具有多尺度、分形分維的特征!而這些，在目前高度簡化的近似模型中根本不可能加以考慮!此外，對于地球電磁響應的非線性特征，對于電磁干擾的數學模型，研究甚少!這顯然影響大地電磁正演理論的準確性，因而影響到反演結果的精度，不可能滿足小尺度資源詳查的需要!所以，在"#世紀應首先加強復雜物理模型算法理論的研究，改進大地電磁正演研究方法；在此基礎上實現大地電磁測深數據高精度的二維和三維反演!同時，加緊引進非線性反演理論（遺傳算法、仿真模擬淬火等方法），向非線性反演發展!為了盡可能減小反演的多解性，另一個發展方向是研究帶約束條件的多參量反演和聯合反演!強調聯合反演，必需加強巖石物性實驗研究，建立物質狀態、熱參數、波速、密度與電性參數的定量關系!!!!

應用研究基于"#世紀社會發展對能源、固體礦產、水資源的需求，大地電磁測深迫切需要進一步拓寬應用領域，提高應用效果!考慮到我國的實際情況，發展海洋電磁探測，服務于海洋能源、礦產勘查和政治、軍事需要應是新世紀大地電磁測深應用不可忽視的新領域!在資源勘查方面，將抓緊實現大地電磁測深在固體礦產勘探的應用和提高復雜地區、復雜條件下油氣藏勘探的應用效果；探索利用大地電磁測深直接尋找油、氣藏的技術!人類只有一個地球!但當前，地球卻面臨著人口膨脹，資源短缺，氣候變遷，地質災害迭起，生態環境惡化等嚴重問題，而這一切問題的解決都有賴于地球科學的進步!為了確保人類社會可持續發展，"#世紀勢必是地球科學大發展的時代，有關地球動力學的研究將有望取得突破性進展!因而，在新世紀大地電磁測深將更多的用于地殼深部探測，為地球動力學研究提供重要依據!參

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獻［#］張賽珍、王慶乙、羅延鐘，中國電法勘探發展概況［$］!地球物理學報，#%%&，’(（增刊)）：&*+,&"’!［"］-!.!!"#$#%，&’#()*+*,*$!!-,*./)!0*.!""2)2./*)!1!.3,4’#.!"1,#*%5*6$#7.#)8，9#.,2+8:.2+*6;!<24.===>，#%1*，?#2344)))，#!

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字大地電磁測深儀［-］!見：大地電磁測深［9］!北京：地震出版社，#%+#，##1,#’’!/10@"/10@"?*(E?

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態效應［H］"見：電磁方法研究與勘探［7］"北京：地震出版社，$%%F，$$$)$$G"［’］+,-./012，3#-450.5，671.892"#.:;2<4<21158=>?@=<A［$(］羅志瓊"用電磁陣列剖面法壓制#+靜態效應影響.82/4<2/.:;2<=>82B282;>2［6］"-24CAD?=>?，$%!%，EE（$）：(F)G’"［%］晉光文"大地電磁測深反演問題綜述［H］"見：電磁測深［7］"北京：地質出版社，$%’!，’E)%$"［$&］林品榮，趙子言"分布式被動源電磁法系統及其應用［6］"地震地質，*&&$，*F：$F’)$E*"

的研究［6］"地球科學，$%%&，$(（增刊）：$F)**"［$G］何展翔，江紋波，羅衛峰，等"西部山區7I#M采集方法技術試驗研究［#］"地震地質，*&&$，*F：*&$)*&G"［$!］6+L/=<A，6JK44928"J.C=N=;O28?=4;4B<@4P.;N<A822PN=/2;?=4;.1/.:;2<4<21158=>N.<.［6］"6"-24CAD?"J2?"$%%$，%G：F"［$$］魏文博，鄧明，譚捍東，等"我國海底大地電磁探測技［$’］孫衛斌，張長江，員智能"連續電磁剖面法在古潛山術研究的進展［6］"地震地質，*&&$，*F：$F$)$F!"［$*］-,I:028<，6JK44928"J405?<2?<=/.<=4;4B:24/.:;2<=>

構造勘探中的應用［6］"地震地質，*&&$，*F：*&!)*$$"<8.;?B28B5;><=4;?［6］"-24CAD?"6"J4D"H?<8"L4>"，$%’G，［$%］32;0432=，#.8<D;Q;?@48<A，H1.;64;2?，2<.1",2<2><=4;’!：$!()$%E"［$F］江釗，劉國棟，孫潔，等"J405?<估計及其在大地電磁

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究南海地殼電性結構的必要性—南海環境與資源基礎研究前瞻［#］"北京：海洋出版社，*&&$，$*F)$F*"!"#$%&’()"’(%*+,-.")/,01’2("/,/"334+5)6,4(%5(2（17）5(895(’3IS32;P04（!"#$%&$#’()*#+,-./(-*0#($0(*，1(#2#$3$&&&’F，!"#$%）［$:-/+’)/］H08=2B82O=2@4B7A=;.’?#+=?:=O2;A282B48G&?，!&?.;N’&?4B1.?<>2;<58D"L=;>2%&?7A=;.’?#+A.N.:82.<C84:82??.;N.N2<.=12N82O=2@=?=;<84N5>2N"+A2C84?C2><4B#+=;*$<A>2;<58D=?.1?4N=?>5??2N"［;"<#,+%-］#.:;2<4<21158=>?45;N=;:（#+）；,.<..>T5=<=4;；,.<.C84>2??=;:；HCC1=>.<=4;；U2@.NO.;>2我國大地電磁測深新進展及瞻望作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數：

魏文博中國地質大學,北京,100083地球物理學進展PROGRESSINGEOPHYSICS2002，17(2)37次參考文獻(20條)1.張賽珍.王慶乙.羅延鐘中國電法勘探發展概況1994(37)2.AHTихоновОбопределенииЭлектрическиххарак-теристикглубокихслоевжемнойкоры1950(02)3.LouisCagniardBasicTheoryoftheMagneto-telluricMethodofGeophysicalprospecting1953(03)4.劉國棟我國大地電磁測深的發展1994(37)5.國家地震局地質研究所大地電磁測深組.武漢地質學院物探系石油電法組.石油部地球物理勘探局研究院電法組估算張量阻抗的大地電磁測深資料處理方法19816.國家地震局地質研究所大地電磁測深組SD-1型數字大地電磁測深儀19817.陳樂壽.王光鍔大地電磁測深法19908.TDGamble.WMGoubau.JClarkeMagnetotelluricswitharemotemagneticreference1979(01)9.晉光文大地電磁測深反演問題綜述198710.林品榮.趙子言分布式被動源電磁法系統及其應用[期刊論文]-地震地質2001(02)11.魏文博.鄧明.譚捍東我國海底大地電磁探測技術研究的進展[期刊論文]-地震地質2001(02)12.GDEgbert.JRBookerRobustestimationofgeomagnetictransferfunctions198613.江釗.劉國棟.孫潔Robust估計及其在大地電磁資料處理中的初步應用199314.方文藻.李予國.李貅用瞬變電磁測深校正MT靜態效應199315.羅志瓊用電磁陣列剖面法壓制MT靜態效應影響的研究1990(z1)16.何展翔.江紋波.羅衛峰西部山區CEMP采集方法技術試驗研究[期刊論文]-地震地質2001(02)17.JTSmith.JRBookerRapidinversionoftwo-andthree-dimensionalmagnetotelluricdata199118.孫衛斌.張長江.員智能連續電磁剖面法在古潛山構造勘探中的應用[期刊論文]-地震地質2001(02)19.WenboWei.MartynUnsworth.AlanJonesDetectionofWidespreadFluidsintheTibetanCrustbyMagnetotelluricStudies2001(5517)20.魏文博.鄧明.譚捍東利用海底大地電磁探測研究南海地殼電性結構的必要性-南海環境與資源基礎研究前瞻2001相似文獻(2條)1.學位論文羅鋒海底大地電磁儀采集驅動程序的上位機可視化設計2006海底大地電磁探測技術與儀器的研究起源于二十世紀末,海底大地電磁儀是國家"十五"期間為推進我國海洋探測和資源開發技術而自行研制的海底大地電磁測深儀器.此儀器在海底進行數據采集期間通過PC104中的采集驅動程序來自動實現計時、判斷、發指令、存儲及糾錯等操作.本文以海底大地電磁儀為核心,介紹了海底大地電磁儀的系統結構、硬件組成和采集驅動程序,分析了海底大地電磁儀采集驅動程序的上位機可視化設計的用戶要求、軟件結構、以及功能模塊劃分和各個模塊的功能實現方法.海底大地電磁儀采集驅動程序的上位機可視化控制軟件采用面向對象的程序設計方法,在VC++6.0開發環境下開發實現,軟件用戶界面友好、操作簡單、方便易用、能與儀器硬件相互協調.軟件主要包括用戶管理,參數文件的設置,串口通訊連接等模塊.論文詳細介紹了功能模塊的實現.一是用戶管理,本模塊通過對話框管理登陸用戶的信息,采用創建新的注冊表的鍵值名來實現登陸窗口中用戶名和密碼的保存、修改；二是參數文件的設置,本模塊設計了多個模式對話框,用戶根據實際需要,按照特定的格式,利用對話框控件將數據采集相關的各類參數生成一個參數文件.數據采集的參數設置包括:采集頻段號、每個頻段的采樣間隔、記錄長度、電道、磁道的增益、濾波選擇、起停采樣時刻等；三是串口通訊連接,調用WIN32API接口函數與上位機硬件進行通信,采用多線程的編程技術對串口的讀、寫進行監測,并利用上位機的硬件接口控制PC104工控機進行數據采集前的各項操作.在對話框中實現了對串行口的初始化,當打開串行口的以后,首先將設置好的參數文件傳輸到PCI04的電子盤中,然后通過文本框和控件按鈕來進行GPS與儀器系統時間的校對、儀器采集程序的啟動,各項操作的狀態反饋信息由視圖框來顯示.最后的軟件測試表明,軟件的各項功能達到了設計要求,可以完成海底大地電磁儀的采集驅動程序的上位機可視化操作.2.期刊論文葉高峰.魏文博.鄧明.金勝.董浩.謝成良.張帆.YEGaofeng.WEIWenbo.DENGMing.JINSheng.DONGHao.XIEChengliang.ZHANGFan青藏及華北陣列式區域大地電磁場標準觀測網建設方法與實驗-地質學報2010,84(6)大地電磁參數標準網的建設需要大量第一手的觀測資料,觀測資料的質量直接決定了標準網的可靠性.本文分析了大地電磁測深儀器設備、資料采集與處理技術,確定了青藏及華北陣列式區域大地電磁場標準觀測網的建設方法;在此基礎上,在山東菏澤地區對11535和11635號標準點進行了野外觀測試驗,對采集的寬頻及長周期數據進行了深入處理,形成的對輔助測站和中心測站布置、數據采集時間、資料處理手段和遠參考測站布設等要求,將指導青藏及華北陣列式區域大地電磁場標準網的建設,并對中國大陸其他區域大地電磁場標準網建設具有一定參考意義.引證文獻(32條)1.張金會.孫建國格林函數的奇異性處理[期刊論文]-地球物理學進展2009(6)2.李曉斌.張貴賓.武絳寧基于數字電極技術的電法測量系統[期刊論文]-地球物理學進展2009(2)3.徐凱軍.石雙虎.周家惠三維大地電磁激電效應特征研究[期刊論文]-西北地震學報2009(1)4.席玉萍.周江濤.黃磊基于面向對象技術的大地電磁可視化采集軟件[期刊論文]-物探與化探2009(2)5.魏文博.鄧明.溫珍河.張自力.葉高峰.金勝.張啟升.景建恩.王猛.陳凱南黃海海底大地電磁測深試驗研究[期刊論文]-地球物理學報2009(3)6.王欣基于并聯機積分方程法下的電磁場的正演[期刊論文]-黑龍江科技信息2008(13)7.王言章.程德福.萬云霞.林君混場源電磁接收與標定系統的設計[期刊論文]-儀器儀表學報2008(2)8.劉少華回顧與前瞻——《地球物理學進展》2