电(磁)法地球物理观察仪器的现况与发展趋势（V1.0,草稿）编写：陈德鹏DEPENGCHEN@中南大学信息物理工程学院地球物理2009年9月2日星期三目录一、总述 (3)二、高密度电法仪 (4)2.1起源、历史、发展现况 (4)2.2主流商用高密度电法仪 (8)2.3高密度电法仪的技术发展 (10)三、激电仪器 (11)3.1时间域激电仪 (13)3.2频率域激电仪 (14)四、瞬变电磁仪 (16)４.1西方地面瞬变电磁仪器 (17)４.2西方航空瞬变电磁仪器 (19)４.3国产地面瞬变电磁仪 (21)４.4国产航空瞬变电磁仪 (22)４.5瞬变电磁仪的技术发展方向 (22)五、大地电磁仪 (23)5.1大地电磁法简介 (23)5.2国内外大地电磁仪早期情况 (24)5.3国外大地电磁仪器列表 (25)5.4国内大地电磁仪器现况 (28)5.5大地电磁仪的发展展望 (29)六、探地雷达 (29)６.1探地雷达的定义和分类 (29)６.2探地雷达的起源、早期应用和发展（1904年~1980年） (30)６.3国外研究机构探地雷达研究情况 (31)６.4国外商业探地雷达发展情况 (32)６.5国内外商业雷达列表 (34)６.6国内探地雷达发展现况 (35)６.7探地雷达仪器发展趋势 (35)七、中国电（磁）法仪器发展展望 (37)一、总述地球物理学在本质上是一门观测科学,它必须采集大量的信息。

因此,不可靠信息和信息量的缺乏或不足是任何数学技巧和图像显示所无法弥补的。

高精度、高分辨率的观测和实验仪器、设备是地球物理学发展进程中的“前哨”。

新中国成立以来，中国地球物理科学事业的发展曲折, 地球物理仪器的研制经历了兴衰,但在地球物理科学与国民经济的整体发展中, 在社会进步和保障人民生命财产、祖国建设、国防事业等方面, 中国的地球物理仪器发挥了巨大的作用。

但是，改革开放30多年来,国民经济飞速发展,地球物理仪器的需求量急剧增长，我国地球物理勘探仪器通过引进、仿制，逐渐有了一些自主知识产权的产品，发展迅速。

但是，我国在地球物理勘探科学仪器和装备的研究和制造方面与发达国家相比差距十分明显,对外依赖度过高, 应对遏制的能力脆弱。

我国一些技术密集型的高新地球物理勘探设备的绝大部分市场已被美国、加拿大、英国、德国、日本、法国、瑞士、澳大利亚等国家的跨国公司占领。

我国要在地球物理仪器和设备上成为一个创新型国家还有很长一段艰难的路要走，大搞技术引进、以市场换技术、不自主创新，只能成为一个依附性的国家，受制于人。

对外合作是提高我国地球物理仪器和设备水平的重要手段，但是在核心技术上，外国人是不会和我们合作的（“大飞机项目”就是血淋淋的例子），还是要走自主创新之路。

因此，必须把自主创新作为我国地球物理仪器和设备的产业结构调整和提供地球物理仪器和设备国家竞争力的中心环节来抓。

只有走自主创新之路，才能提高我国地球物理仪器和设备的自主研发能力，培养高尖技术人才，形成研究队伍和研究平台，在经济全球化和科技全球化的大潮中，实现跨越式发展，逐步形成地球物理仪器和设备的国产化产业，从而走向世界。

今后的10-25年间,是我们亡羊补牢,在地球物理科学仪器自主研发与产业化征程中尽快扭转颓势的重大战略机遇期[1]。

在地球物理学领域，地球物理场主要分为重力场、地磁场（包括航磁）、电(磁)场、地热场、放射性发射场和地震波场。

在地球物理勘探中我们就是通过观测这些物理场来解决地质问题的。

随着地球物理学的发展，该学科的仪器设备在物理学、力学、电子学、信息学和计算技术带动下，地球物理观测的精度和分辨率也得到了很大的提高。

地球物理仪器和设备种类繁多,通常可以按应用领域来划分, 如航空物探仪器、地面物探仪器、测井物探仪器和海洋物探仪器等，按仪器原理划分主要有电（磁）法勘探仪器、磁法勘探仪器、重力勘探仪器、地震勘探仪器、放射性勘探仪器等[2]。

目前，电磁法、电法地球物理仪器种类繁多，但是用得最多的不外乎如下四种：高密度电法仪、激电仪、大地电磁仪、瞬变电磁仪、探地雷达。

在本文中，我们将仅就电磁法地球物理仪器中的这四大类电（磁）法地球物理仪器和设备的现况和发展展开论述。

二、高密度电法仪2.1起源、历史、发展现况电阻率法是以不同岩（矿）石之间导电性差异为基础，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，借以解决各类地质问题的一组勘探方法。

电阻率法是电法勘探的一个重要分支,也是发展最为成熟的一种地球物理勘探方法。

电阻率法在矿产地质、构造地质、水文地质、工程地质、能源地质等方面均取得了良好的地质效果，发挥着重要作用[3]。

电阻率法最早在法国、苏联、瑞典、加拿大以及美英等国的地质勘探中得到了广泛的应用，取得了良好的地质效果。

随着现代物理学、电子科学、计算机技术的迅速发展，电阻率法在理论方法、仪器设备、正反演解释技术上得到了良好的发展，特别是仪器仪器仪表向小型化、轻便化、数字化和自动化等方面发展，直流电阻率电法仪得到了飞速的发展。

该方法在生产实践中得到了较好的应用和推广[4]。

80年代末90年代初，英国伯明翰大学和日本OYO公司首先研制了阵列电探观测系统，使电法勘探象地震勘探一样使用覆盖式的观测方式，这样可以获得更多关于地下介质的地电信息。

这种电阻率阵列勘探方法——高密度电阻率法,野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。

在测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释结果。

显然，电阻率阵列勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。

随着现代物理学、电子学、计算机和信号处理技术的突飞猛进的发展,高密度电法勘探无论在仪器研制,或是数据采集、处理技术与反演、解释方法的研究,都融合了当代先进的科学理论和高新技术。

仪器向小型化、轻便化、自动化、智能化和高效化发展。

从国内外高密度电法仪的结构来看，高密度电法仪主要分为两种形式：传统式高密度电法仪和分布式智能化高密度电法仪。

在国外，生产高密度电法仪的主要有日本的OYO公司、瑞典的ABEM公司、法国的IRIS公司、美国的AGI公司和ZONGE公司、德国的DMT公司、意大利的PASI公司、捷克共和国GF公司等。

分布式高密度电法测量是未来发展的主流[4],功能最突出的应属德国DMT公司研制生产的RESECS高密度电法仪。

RESECS高密度电法仪是将开关单元分布在各个电极(解码器),其主机有一个电流测量通道和能够扩展为6个电位测量的通道。

在工作时,主机发送命令(编码)给各个解码器,由解码器根据编码命令把任何一对接地电极切换为供电电极,而把最高可达6对其他接地电极切换为电位测量通道,并实现实时采集。

在单道和多道工作情况下均可最高控制960个电极，可接入最高外部转换电源为440V，A/D转换精度为16位。

国外高密度仪器大多数是将电测仪和电极转换开关分开的，2002年12月份美国AGI公司推出的高密度仪将电测量主机和开关单元结合在一起，Zonge公司的GDP-32II也是这种一体化结构。

国内自引进高密度电法以来,有不少单位投入了对该方法的理论、方法技术和仪器设备的研制。

国内重庆地质仪器厂DUK-2A和重庆奔腾数控研究所WDA-1、1A等厂家生产的高密度电法仪采用由单片机控制的电子开关进行自动转换，引入了PDA、蓝牙无线连接技术；中国地质大学（武汉）高科资源探测研究所推出的CUGBGM-高密度电法仪采用了8通道采集技术，工作中相当于一台发射机供电的同时有8台接收机同步采集信号，大大的提高了信息采集速度与工作效率。

针对国内高密度电法仪发射机普遍采用直流供电以及接受机采用单通道测量系统所具有的缺点。

CUGBGM-2型高密度电法仪改用5HZ低频交流方波供电，接收通道采用选频测量及多种微信号检测技术，从根本上克服因直流供电而无法克服的缺点，并极大提高了抗50HZ电网信号干扰的能力，使仪器的检测精度大大提高，同时也实现了电源轻便化。

西安澳立华公司推出的flashRes64高密度直流电法仪,该仪器可高达61通道同时采集数据,野外采集效率大大提高;全自动，全组合的超高密度数据采集方式,在同样电极数的情况下，采集的数据将超过常规方式的几十倍;该仪器能做地表电法勘探、井井透视、井地斜视的勘探;带有2.5维电法反演软件,使得数据输出结果直接是真电阻率分布图。

煤炭科学研究总院重庆研究院研究出了防爆型FDG-A高密度电法仪。

从结构分析,国内生成的高密度电法仪属于电测主机和多级转换开关集中组合式的集中式采集系统。

随着高密度电法仪的发展，多通道和大数据量的采集在三维高密度电法测量中也得到了应用和发展[4-5]。

2.2主流商用高密度电法仪2.3高密度电法仪的技术发展汲取当代其他学科的最新成果,借鉴其他先进仪器的设计思想。

高密度电法仪器仍具有广阔的发展空间。

瞻望未来,高密度电法可以从以下几个方面取得发展和改进:1.二维测量的数据采集中,将可以进行直流电阻率和时间域激发极化法测量。

该方法在传统的高密度电法仪中难以实现,其中难点是:传统的高密度采集对时间的精确测量和控制。

2.多通道、大数据量采集将会在野外数据采集中占主导地位。

传统的数据采集一般采用四级或三极数据采集(无论对称四级、偶- 偶极、单极- 偶极方式) ,新型的高密度电法仪将能够同时采集多种观测装置的数据。

国外GDP - 32 高密度电法仪器可16 通道同时采集, 西安澳立华公司推出了61 通道同时采集的高密度直流电法仪器。

3.多通道和大数据量的采集将在三维高密度电法测量中广泛应用。

由于其测量时间和反演运算时间长等原因,三维高密度电法目前仅限于研究和实验阶段（目前美国AGI公司有三位反演软件，西安澳立华公司公司提供了成熟的2.5维繁衍软件）。

随着仪器水平的提高,软件水平的进步,三维高密度电法将会得到广泛的应用。

4.地球物理方法中的地震采集取得了惊人进步,地震采集已经实现野外成千上万道数据采集,并能够对时间进行精确控制。

其发展融合了最新的其他学科的发展。

受地震野外数据上万道同时采集且能够实现对时间的精确控制的启发,结合电法勘探的特点设计的新型分布式高密度电法仪器将是未来发展的主要思路。

将电极转换和信号转换(A/ D 转换) 分布在各个电极,连接电缆将主要由通讯电缆和供电电源组成,由微机(PC 机)作为中央控制系统新型高密度电法仪正在研制之中。

5.GPS时钟同步、空间定位和导航功能的引入，电力电子技术的应用，高速cpu的采用，PLC的采用等等，将拓展高密度电法仪的性能和功能。

任何一个地球物理工作者没有理由不相信：以上几个技术方向的发展和应用,高密度电法仪将又迎来一次革新,这将为软件开发方面的发展特别是三维立体成像(包括电阻率和激发极化法等) 软件开发及其应用提供可靠的装备保证。