電磁法發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景張繼鋒Email:zjf0201@126.comTel安大學地質(zhì)工程與測繪學院地球物理系物探在地質(zhì)勘察中的地位什么是物探？

物探儀器相當于醫(yī)學中的“CT”，地球相當于“人體”，物探技術(shù)工作者相當于“醫(yī)生”。有理論，有依據(jù)，有推斷，是一門很嚴密，很深奧的應(yīng)用科學。物探的作用有多大？(千里眼)

在深部探測計劃中，“攻深探盲”中發(fā)揮巨大作用。電磁法勘探基礎(chǔ)是電磁場理論，而電磁場理論及應(yīng)用在日常生活、醫(yī)療、軍事等許多方面具有重要的應(yīng)用。電磁場與微波，電機，醫(yī)學上的CT成像，電磁治療儀，生物醫(yī)學成像，電磁導彈，軍事上的隱形戰(zhàn)斗機及反隱形戰(zhàn)斗機，雷達等。在地球探測領(lǐng)域中，地質(zhì)、物探、化探、遙感4大類方法皆可獨立使用，而物探的地位越來越重要，電磁法勘探在六大類方法：震、電、重、磁、測井、放射性中占有獨特而重要的地位。

地球科學：以地球為研究對象的科學。包括：地質(zhì)學，地球物理學，地球化學，地理學，氣象學，水文學，海洋學，土壤學和環(huán)境地學等學科。10、深部探測專項開啟地學新時代深部探測技術(shù)與實驗研究專項，集中了國內(nèi)118個機構(gòu)、1000多位科學家和技術(shù)專家聯(lián)合攻關(guān)，取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)，為下一步地殼探測工程的實施奠定了基礎(chǔ)。該專項計劃實現(xiàn)覆蓋大陸的大地電磁探測陣列網(wǎng)，目前中國大陸電磁標準網(wǎng)已完成全國4°×4°（經(jīng)度×緯度）控制格架，華北實驗區(qū)1°×1°觀測網(wǎng)格。我國首臺自主研發(fā)和生產(chǎn)的1萬米超深科學鉆探裝備于12月20日在成都竣工出廠。這標志著國家深部探測技術(shù)與實驗研究專項取得了又一個里程碑式的進展。2011年十大科技新聞之一

建國以來，我國的地球物理科學在基礎(chǔ)理論與技術(shù)方法的研究方面；在尋找地下水解決環(huán)境與工程地質(zhì)問題方面多發(fā)揮了重要作用取得了顯著成績，可以說我國的大部分油田，80%以上的鐵礦，都是主要依靠物探方法發(fā)現(xiàn)的。并為農(nóng)業(yè)和工業(yè)多快好省的找到更多的水源地。隨著科學技術(shù)的進步，地球物理方法將會在水資源、環(huán)境領(lǐng)域以及危機礦山的勘探等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。已如前述，上世紀末黨中央發(fā)出了“西部大開發(fā)”的偉大號召，江澤民同志又在1997年提出了“再造山川秀美”西北地區(qū)的宏偉目標。最近中央又提出了解決三農(nóng)問題和保證糧食安全的艱巨任務(wù)，這便為西北地區(qū)，也為地球物理方法的應(yīng)用，迎得了難得的機遇。特別是在農(nóng)業(yè)水土工程和再造山川秀美領(lǐng)域，更有著殷切的期盼。電法與地震的主要差別地震以彈性波動方程為基礎(chǔ)，主要依據(jù)介質(zhì)的波場性質(zhì)，適合尋找大的構(gòu)造及界面。電法以麥克斯韋方程為基礎(chǔ)，主要依據(jù)介質(zhì)的電磁性質(zhì)，根據(jù)電性的變化。在找礦方面有著特殊的優(yōu)勢，現(xiàn)在在海洋油氣藏探測方面也發(fā)揮著很大的作用，可以直接指示油氣藏。電磁法相比于直流電法的優(yōu)勢探測深度大不受高阻層屏蔽。方法種類多，適合于海洋、航空等特殊環(huán)境下的探測，大大提高效率。成本低，速度快解決問題能力強，應(yīng)用領(lǐng)域廣，能滿足具備物性前提的各種勘查工作的需要。電磁法的一些新的方向航空電磁法海洋電磁法地空電磁系統(tǒng)井中、坑道電磁法TRIDEM固定翼三頻航空電磁測量系統(tǒng)IMPULSE直升機吊艙航空電磁測量系統(tǒng)航空電磁測量系統(tǒng)地面瞬變電磁測量系統(tǒng)海洋電磁法系統(tǒng)系統(tǒng)由發(fā)射機和接收機兩大部分組成。

頻率域電磁測深天然電磁波時間域電磁測深早期信號反映淺部結(jié)構(gòu)晚期信號反映深部結(jié)構(gòu)電法發(fā)展目標

（１）．三維地電理論的研究（２）．大信息量與網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)（３）．高精度、抗干擾、自動化儀器研制（４）．電磁法為主導（５）．實用專業(yè)軟件的開發(fā)（６）．研究新技術(shù)、新方法電磁法勘探的應(yīng)用1、礦產(chǎn)資源勘探（各中有色金屬）2、找水、地熱3、油氣資源勘探4、工程領(lǐng)域的應(yīng)用：采空區(qū)探測，橋基、路基和地基的探測，巖溶探測，管涌探測5、地質(zhì)填圖，地質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分，深部構(gòu)造探測6、考古方面的應(yīng)用7、城市地裂縫、地下管線、管道的探測地球物理電磁法中的正演與反演1、一維正演2、二維正演3、2.5維正演4、三維正演

所謂的正演即由地質(zhì)體的賦存狀態(tài)（形狀、產(chǎn)狀、空間位置）和物性參數(shù)（密度、磁性、電性、彈性、速度等）計算該地質(zhì)體引起的場異?；蛐?yīng)的過程。

主要的數(shù)值模擬方法1、有限差分方法2、有限單元法3、積分方程法4、邊界單元法5、頻譜分解方法有限差分方法

有限差分（Ｆｉｎｉｔｅ－ｄｅｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ，ＦＤＭ）是最為古老的數(shù)值計算方法之一，其被用于應(yīng)用地球物理鄰域始于２０世紀６０代，，特別進入９０年代，交錯式樣網(wǎng)格被廣泛用于地電磁場的分析中來，使有限差分法步入全盛時期。，有限差分的最大不足之處為，它要求模型能夠被剖分成規(guī)則的單元如四邊形，六面體等，嚴重制約了其在復雜地球物理模型中的應(yīng)用；最大優(yōu)點在于能夠非常好的處理內(nèi)部介質(zhì)中電磁性差異引出的磁場與電磁不連續(xù)現(xiàn)象，這是由交錯網(wǎng)格的基本性質(zhì)決定．有限元方法發(fā)展趨勢（１）對復雜的模型給予相應(yīng)的精確的誤差分布，難以肯定結(jié)果的真實可靠性（２）基于勢理論的成長，電磁場借助于矢量勢與（或）標量勢的方程系統(tǒng)能夠完美的代表電磁場分布，有限元求解這些系統(tǒng)是一種大勢所趨。（３）雖然ＦＤ能夠處理內(nèi)部邊界電磁場不連續(xù)現(xiàn)象，但是基于節(jié)點的有限元法不能處理此偽解，從而給結(jié)果帶來誤差，基于邊的矢量有限元能夠很好的處理節(jié)點有限元的不足，因此，隨著對誤差的要求越來越小，矢量有限元將會越來越多的應(yīng)用到地電磁場的分析中來．積分方程法

ＩＥＭ的主要優(yōu)點為線性方程的維數(shù)相對ＦＤＭ、ＦＥＭ要小的多，可以快速求解模型；不足之處為，解的精度嚴重依賴于ＩＥ的精確度，但一般來講，ＩＥ的精確性無法得出有限保證，并且其本身也是一項十分耗時的工作．但是由于其速度快的優(yōu)點，特別是在３Ｄ電磁模型計算中，被廣泛地應(yīng)用。積分方程法主要優(yōu)點１．積分方程法只須對異常體進行剖分和求積，不涉及微分方法中的吸收邊界等復雜問題，在三維電磁數(shù)值模擬研究中具有快速、方便等特點，與有限元和有限差分法相比，這種方法在模擬有限大小三維體電磁響應(yīng)時更為有效，計算速度快，占用內(nèi)存少因而積分方程法近年來受到人們的關(guān)注和重視，并取得較快的發(fā)展．２．由于計算機的迅速發(fā)展，對異常體進行三維網(wǎng)格剖分和數(shù)值求積已變得越來越方便．同樣的問題，用計算機計算的時間比以前大大降低．三維電磁響應(yīng)數(shù)值模擬不再是“昂貴”和“費時”，從而可以成為一種廉價、快速、能推廣的解釋技術(shù)．頻譜Ｌａｎｃｓｏｚ分解法

頻譜Ｌａｎｃｓｏｚ分解法（ＳｐｅｃｔｒａｌＬａｎｃｓｏｚＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ，ＳＬＤＭ）是一種頻率中非常有效的數(shù)值模擬方法。特別是有模型多頻率情況下的首選者，因為ＳＬＤＭ在求解多頻模型所需時間與其它方法如ＦＤＭ、ＦＥＭ、ＩＤＭ求解單頻模型所需時間相當．ＳＬＤＭ由于其在多頻模型模擬上的優(yōu)點，算得上電磁場模型模擬中的高效者．

綜觀上述各種數(shù)值模型方法，正演各種數(shù)值方法不外乎把地球物理模擬轉(zhuǎn)化為復數(shù)，大型的線性方程組．因而如何快速、準確地求解此線性方程組成為重中之重，在數(shù)據(jù)表明，此線性方程的求解時間約為總求解時間的８０％。

地球物理反演是由地球物理異常的分布確定地質(zhì)體的賦存狀態(tài)（形狀、產(chǎn)狀、空間位置）和物性參數(shù)（密度、磁性、電性、彈性、速度等）的過程。1、最速下降法2、共軛梯度法3、牛頓法4、最小二乘法5、廣義逆方法線性化方法：非線性化方法：1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法2、遺傳算法3、模擬退火算法4、量子退火方法反演領(lǐng)域十分活躍，目前反演存在的主要問題：（１）理論表明反演的收斂速度嚴重依賴于正演模型計算的精確，但目前正演的準確度仍然無法得以保證。（２）反演問題通常規(guī)模較大，通常需要在成千上的節(jié)點上反演成千上萬的參數(shù)．就目前而言，計算速度較難以提供如此之動力．（３）地球物理模型的反演通常是非線性的、病態(tài)，這有增加了數(shù)值模擬上的困難，結(jié)果很難以收斂精確解，只可以把誤差控制在一定的范圍之內(nèi)．非線性成倍增加了反演的計算負擔，使反演很難在現(xiàn)實的狀態(tài)中完成．（４）反演存在非唯一性、非穩(wěn)定性，要解決此困，通常要包括穩(wěn)定罰頂ＳＰＦ依賴于先念信息，可影響解的平穩(wěn)性、精確性等，因此，選取合理的ＳＰＦ反演過程是十分重要9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。4月-254月-25Tuesday,April8,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。16:42:1716:42:1716:424/8/20254:42:17PM11、夫?qū)W須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。4月-2516:42:1716:42Apr-2508-Apr-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。16:42:1716:42:1716:42Tuesday,April8,202513、志不立，天下無可成之事。4月-254月-2516:42:1716:42:17April8,202514、ThankyouverymuchfortakingmewithyouonthatsplendidoutingtoLondon.ItwasthefirsttimethatIhadseentheToweroranyoftheotherfamoussights.IfI'dgonealone,Icouldn'thaveseennearlyasmuch,becauseIwouldn'thaveknownmywayabout.。08四月20254:42:17下午16:42:174月-2