1 引言

传统瞬变电磁方法主要用于金属矿勘查，无法满足油气资源高阻目标体的勘探需要。多通道瞬变电磁法（Multi-channel Transient Electromagnetic Method，MTEM）的出现解决了这一问题。多通道瞬变电磁法由英国爱丁堡大学的Wright和Ziolkowski等人年提出并发展的一种时间域电磁勘探方法，其采用长接地线源向大地发射时变电磁激励信号，采用布设于发射偶极轴向延长线上的电偶极阵列观测大地响应。MTEM方法是在长偏移距瞬变电磁法（Long Offset Transient Electromagnetic Method，LOTEM）基础上提出的，相对于LOTEM方法，MTEM方法具有三项重要发展：（1）需要在探测过程中全程观测系统响应；（2）采用编码的m序列作为发射波形；（3）引入地震勘探中的数据整理与处理解释方法，实现大深度高精度电磁探测。事实上，上述三方面即构成了MTEM方法区别于其他电磁探测方法的主要特征。目前，MTEM方法已在油气勘探等领域获得有效验证。

2 MTEM原理及系统组成

MTEM是通过有限长接地导线电流源向地下发送伪随机编码（Pseudo Random Binary Sequence，PRBS）电流信号，在发射源轴向上同时观测电磁场响应与记录发射电流，然后通过反褶积得到大地脉冲响应，并计算视电阻率，以达到探测不同埋深地质目标体的目的。MTEM系统工作原理见图1，采用大功率发射机发射伪随机编码电流，进行全波形数据采集；用阵列式接收的方法，实现多次覆盖观测；采用类地震的数据处理技术，有效地提高了分辨率和勘探深度，可用于陆地和海洋开展深部资源勘查。

在MTEM中，通常把大地看作线性时不变系统，响应电压可以表示为发射电流与大地脉冲响应的卷积，公式为（1）式中为编码电流、发射系统和收发距离有关的系统响应，包括发射设备电路、接地电极和连接接地电极的电缆等的响应。在数据采集中，可通过记录源电流的方式或者在发射源附近采集源电压的方式进行采集。为来自地质目标体的大地脉冲响应，为噪声。通过反褶积去掉的影响可求出大地脉冲响应，大地脉冲响应包含了发射机和接收机之间的大地电阻率信息。

对于均匀大地，大地脉冲响应的峰值时刻为 (2）其中，是介质的磁导率，是收发偏移距（m），是大地电阻率（Ωm）。我们可以利用大地脉冲响应的峰值时刻转换为视电阻率，公式为（3）其记录点位为该收发偏移距的中点，这与传统的偶极-偶极电测深的记录点是一致的，通过发射点在整个剖面的不断移动与供电，由此获得不同偏移距的视电阻率和记录位置，可得到整条剖面的视电阻率拟断面图，基本上反映剖面地下不同深度的地质信息。

图1  MTEM工作原理（引自文献[1]）

多通道大功率电法勘探仪分为发射机系统、分布式电磁数据采集站、主控单元、数据传输与传感器子系统和数据处理软件平台，其总设计框图及其相互关系见图２。发射机系统包括发电机、不可控整流桥、脉宽调制DC/DC全桥变换器、H逆变桥，以及用于产生伪随机编码（PRBS）发射波形的码型发生器（包括逆变桥的驱动器）。MTEM分布式电磁数据采集与主控单元子系统分主控单元和分布式电磁数据采集站两个部分.主控单元是系统控制的核心，由嵌入式微处理器和其他控制与处理单元构成。主控单元通过嵌入式微处理器系统实现多节点、分布式控制与质量监控，可配置多样化数据通信接口、高速数据存储接口和人机控制接口。分布式多通道电磁数据采集站采用低噪声场效应管放大电路提高接收通道的灵敏度，通过差分放大抑制采集站与大地之间耦合产生的共模干扰；采用采样率可调的24 bit Delta Sigma A/D转换器，自适应程序增益控制，实现了高精度、宽频带、大动态范围的数据采集；采用高性能FPGA控制系统的时序逻辑、数据帧生成及数据传输；设计可编程控制开关阵列电路，实现灵活的通道切换和通道扩展；配置无线和有线网络等多种数据传输方式，以适应不同施工环境的需求；采集站采用智能电源管理系统降低系统功耗，适应野外作业需要。

图2  多通道大功率电法勘探仪总设计框图（引自文献[1]）

3 MTEM资料处理方法技术

2013年以来，在国家重大科研装备研制项目的支持下，中科院地质与地球物理研究所开始对MTEM方法与系统开展研究。现已完成MTEM探测系统及其数据处理、解释与可视化软件研发。为了实现基于m序列发射波形MTEM法的拟地震数据处理，即完整地实现MTEM的全部处理与解释算法，课题组开发出了一套MTEM数据处理软件，其主要功能模块包括噪声去除、地表一致性校正、大地脉冲响应计算、峰值时刻电阻率计算等，正演计算包括：一维、二维和三维正演计算；反演计算包括：一维OCCAM反演、二维和三维偏移成像等（图3）。

图3  多通道瞬变电磁法资料处理软件（引自文献[2]）

4  MTEM应用案例

内蒙古某铅锌银矿由于埋藏较深，且顺层赋存于中高阻的火山岩中，运用传统的电磁方法无法完全满足探测目的，多通道瞬变电磁方法为解决这一问题提供了新的思路。底青云团队根据内蒙古某铅锌银矿地层条件设计地质模型，计算了沿测线方向大地脉冲响应，发现沿测线方向电场的大地脉冲响应能有效反映大埋深异常体的信息，然后，通过在该铅锌银矿的探测实例，研究多通道瞬变电磁技术在探测陆地深部低阻矿体的潜力，对实际数据进行了奥克姆反演，其结果与钻孔资料对比，说明了多通道瞬变电磁法能够有效识别深部低阻异常体以及提高探测深度，进一步表明多通道瞬变电磁法在探测埋深较大的低阻矿体方面具有较好的应用前景。

测区位于内蒙古兴安盟乌兰浩特市（图4），主要地层为侏罗系上统白音高老组（J3b）、玛尼吐组（J3mn）、满克头鄂博组（J3mk）及第四系（Q4），发现的银铅锌矿体赋存于侏罗系火山岩地层之中，呈层状。

图4  (a)测区位置；(b)测区地形地貌（引自文献[3]）

此次探测测线依据己有1006号钻孔位置设计，测线为东西方向，如图5所示。发射使用接地线源，同时使用接地电极观测电场响应，发射电极与接收电极均沿测线布设。多通道瞬变电磁法在实际测量中需要同时测量发射端电流以及接收端的电压响应，通过对观测信号与系统响应的反卷积，获得大地脉冲响应。以发射位置120m处，接收位置在4170m处为例，观测到的发射电流与接收电压如图6所示，通过观测信号与系统响应的反卷积提取得到大地脉冲响应（图7）。

图5  测线布置图（引自文献[3]）

图6  发射电流与接收电压（引自文献[3]）

图7  大地脉冲响应（引自文献[3]）

为了得到更加准确的地下电性结构特征，必须对MTEM数据进行反演，采用OCCAM反演方法获得的电阻率断面如图8a所示，图8b表示在钻孔处的MTEM数据单点一维反演曲线。从图8可以发现，在测线方向3500m~6500m，深度在300m~700m的范围内存在明显的低阻异常，此范围是矿藏的富集区域，与根据地质及钻孔资料圈定的矿体位置基本一致。

图8  (a)MTEM电阻率断面图；(b)4260处反演曲线（引自文献[3]）

5 结束语

目前对于多道瞬变电磁法的研究还处于起步阶段，其原因在于以下两点：

（1）MTEM是近年来发展的新方法，国内外的针对该方法的研究小组较少。

（2）MTEM单个测点获得多次覆盖数据，庞大的数据量和时间域电磁计算的复杂性直接制约了该方法的解释技术的发展。

所以，现有的多道瞬变电磁法技术还有待进一步提升，在研发多道瞬变电磁法深部探矿装备系统的同时，很有必要对多道瞬变电磁法技术特点及地球物理机制进行分析和研究。

参考文献

[1] 底青云, 雷达, 王中兴等. 多通道大功率电法勘探仪集成试验[J]. 地球物理学报, 2016, 59(12): 4399-4407.

[2] 薛国强, 底青云, 王若等. 多通道瞬变电磁法资料处理方法技术综述[J]. 地球物理学进展，2020, 35(1) : 0211-0215.

[3] 欧阳涛，底青云，薛国强等. 利用多通道瞬变电磁法识别深部矿体——以内蒙兴安盟铅锌银矿为例[J]. 地球物理学报, 2019, 62(5): 1981-1990.

[4] 齐彦福, 殷长春, 王若等. 多通道瞬变电磁m序列全时正演模拟与反演[J]. 地球物理学报, 2015, 58(7): 2566-2577.