混场源电磁法仪操作规程

混场源电磁法仪操作规程

引言

混场源电磁法（Multicomponent Source Electromagnetic Method, MCSEM）作为一种新兴的地球物理勘探技术，在油气勘探、矿产资源探测、地质构造研究以及环境保护监测等领域展现出独特的优势。其核心在于利用非传统的、具有特定空间相位关系的电磁波源（混场源），结合多分量的接收系统，能够更精细地刻画地下介质的电性结构和各向异性特征。本文旨在为实验室、科研、检测及工业类等相关行业从业者提供一套系统、规范的混场源电磁法仪操作规程，确保仪器的高效、准确运行，并保障数据的可靠性。

仪器组成与原理概述

一台典型的混场源电磁法系统主要由以下几部分构成：

• 混场源发射系统： 包括信号发生器、功率放大器、匹配网络以及多种类型的电磁波发射天线（如偶极子天线、环状天线等）。混场源的关键在于其多源、多极化、多频率的组合发射能力，并能精确控制各源之间的相位和振幅关系。
• 多分量接收系统： 通常包含电场传感器（如大地电偶极子、探地电场仪）和磁场传感器（如磁通门传感器、线圈传感器）。这些传感器能够同时接收不同方向（水平、垂直）的电磁场分量，为后续的层析成像和各向异性分析提供基础数据。
• 同步与数据采集系统： 负责精确同步所有发射源和接收单元的工作，并对接收到的电磁场信号进行数字化、存储和初步处理。时间同步的精度是影响数据质量的关键因素，通常要求达到纳秒级。
• 定位与定向系统： 结合GPS/GNSS、惯性导航系统（INS）等，精确记录接收单元的三维空间位置和姿态信息，以及发射源的精确坐标。

工作原理简述： 混场源发射系统产生一系列预设的、具有特定空间耦合关系的电磁波，这些波穿透地下介质，与不同电导率、电磁特性的地层发生相互作用。地下介质的电磁响应被多分量接收系统捕获，并与参考信号进行比较，通过先进的反演算法，终重建地下电性结构的三维图像。

操作规程

1. 仪器检查与准备

• 外观检查： 仔细检查发射天线、接收传感器、线缆、连接器等是否有物理损伤、腐蚀或松动。
• 电源与电池： 确认所有电源模块、蓄电池电量充足，电压、电流符合仪器技术参数要求（例如，发射功率单元需稳定输出2kW，电池组放电平台电压不低于24V）。
• 线缆连接： 按照仪器说明书，精确连接发射端与接收端之间的同步线、数据传输线、电源线。确保连接牢固，无虚接现象。
• 软件启动与配置： 启动数据采集与控制软件，加载预设的测线参数、发射源组合（例如，组合使用频率为1Hz、5Hz、20Hz的偶极子和环状天线，相位关系设定为正交）、接收单元配置等。

2. 发射系统操作

• 场地选择与布设： 根据勘探目标和地质条件，选择合适的发射源类型和布设位置。对于偶极子源，确保其与大地良好耦合，长度（例如，100m）和方向（例如，东西向、南北向）精确。
• 系统联调： 在安全区域，对发射系统进行短时低功率联调，检查信号发生器输出波形、功率放大器增益、阻抗匹配网络各项参数（例如，S11参数优于-10dB），确保输出信号稳定可靠。
• 参数设置： 设定发射频率、功率、持续时间、发射模式（例如，连续波、扫频）、混场源之间的相位关系（例如，主源与辅助源相位差±90°）等。
• 数据记录： 启动发射，并密切监控发射电流、电压、功率等关键参数。记录其在不同频率下的输出值（例如，1Hz下输出电流40A，5Hz下输出电流25A，20Hz下输出电流12A），确保其符合设计要求。

3. 接收系统操作

• 传感器布设： 根据勘探目标和测线设计，精确布设多分量接收传感器。例如，在一条东西向测线上，每隔50m布设一对E-field偶极子（长度10m，东西向和南北向）及一个H-field传感器。
• 同步确认： 确保所有接收单元与主时钟精确同步。通过软件界面监控同步信号状态，确认同步误差在规定范围内（例如，小于50ns）。
• 增益与滤波设置： 根据预期的信号强度和环境噪声水平，合理设置接收通道的增益（例如，根据噪声水平选择20dB或40dB增益）。根据勘探频率，设置合适的数字滤波参数（例如，低通滤波截止频率设为100Hz，高通滤波截止频率设为0.5Hz）。
• 数据采集： 启动数据采集。实时监控接收到的电磁场波形，检查信号质量、信噪比。记录各分量（Ex, Ey, Hx, Hy, Hz）的原始数据。

4. 数据质量控制与记录

• 实时监测： 操作过程中，利用软件界面实时监测发射功率、接收信号强度、噪声水平、同步状态等关键参数。
• 现场校核： 对关键节点数据进行初步校核，例如，计算不同频率下的视电阻率，检查其变化趋势是否符合地质预期。
• 数据备份： 实时将采集到的原始数据备份至多个存储介质。
• 工作日志： 详细记录操作时间、地点、天气状况、仪器型号、参数设置、遇到的问题及处理措施等信息。

维护与保养

• 清洁： 定期清洁仪器外壳、传感器表面及连接器，避免灰尘和污垢影响性能。
• 存储： 仪器不使用时，应存放在干燥、通风、温度适宜的环境中。
• 定期校准： 按照仪器制造商的建议，定期对发射源和接收传感器进行校准，确保其测量精度。
• 故障排查： 出现异常时，首先查阅仪器说明书，遵循故障排除指南进行处理。必要时联系技术支持。

结语

混场源电磁法作为一项先进的地球物理技术，其操作规程的规范性直接关系到勘探数据的质量与终解释的准确性。从业人员应熟练掌握各项操作细节，严格执行规程，并持续关注技术发展，以应对日益复杂的勘探挑战。