多道瞬变电磁法（MTEM）技术分析
薛国强等
摘 要： 多道瞬变电磁法（MTEM）具有深度大且探测精度高的特点，是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发，对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先，对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结，其特点包括：采用大功率接地源形式；编码发射；多道观测；类地震资料处理。然后，指出多道瞬变电磁法的地球物理实质：多道瞬变电磁法属于近源测深，即通过改变偏移距达到测深目的；接收信号包括系统响应和大地脉冲响应（即含有一次场与二次场的混合场）信号，采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后，针对中国复杂环境下的深部探测，对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路：①把二维观测系统改进成三维观测系统，即三维数据采集系统，使其应用性更强且更方便，探测深度大，精度高；②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释；③从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。
关键词： 瞬变电磁法；地球物理学；接地源；近源；短偏移；探测深度；三维
中图分类号： P631.3+25 文献标志码： A
Abstract： Multi-transient electromagnetic method （MTEM） has the merit of detecting deeper target with higher resolution， and becomes one of hot topics. In order to develop MTEM instrument system， Technical characteristics and geophysical mechanics of MTEM were discussed. Firstly， the key technology of MTEM includes that superpower grounded-wire is the source of MTEM； transmitter signal is generated by pseudo random binary sequence （PRBS） form； multi-channel receivers are employed for signal collection； seismic method is adopted in data processing. Secondly， the geophysical mechanics of MTEM include that because of the array layout， MTEM belongs to near-source sounding or geometric sounding， which means that changing the offset distance can finish the deep target； the receiver signals include system and impulse responses， which is an information mixed with primary field and secondary field， and the impulse response can be collected by deconvolution method. Finally， for the deeper buried target detection with complexity condition in China， the new modified MTEM is proposed that two-dimensional data collection system is modified into three-dimensional， so as to make the method more applicable and convenient for exploration and obtain a greater detection depth with higher detection accuracy； traditional one-dimensional pseudo-seismic interpretation is improved into three-dimensional data imaging system； the application scope is enlarge from petroleum exploration to ore deposit investigation.
Key words： transient electromagnetic method； geophysics； grounded wire； near-source； short-offset； detection depth； three-dimensional
0 引 言
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法[1]。传统瞬变电磁法是利用回线或者接地导线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质感应产生的随时间变化的二次场，从而达到寻找地质目标体目的的一种地球物理勘探方法[2]。该方法发射波信号频带宽，频谱信息丰富，一次激发便可覆盖探测所需的频段，有助于提高工作效率。但是，传统瞬变电磁法信号弱，易受干扰，探测深度一般只有500 m左右，资料处理也主要限于单道处理，不能很好地适应开展第二空间探矿的需求。
发展深部探测和偏移成像精细解释成为目前的研究热点[3-16]。英国爱丁堡大学的Wright等提出了多道瞬变电磁法（Multi-channel Transient Electromagnetic Method， MTEM）的概念和探测油气目标体的相关技术[17]。该方法借鉴油气勘探中的地震技术，采用电性源多次发射，阵列式多道接收多次覆盖的全波场信息，可以对数据进行类地震处理，在同等发射强度的条件下大幅度提高探测精度和深度，使探测深度超过2 000 m。这种方法与传统瞬变电磁法不同，主要表现为：①采用接地源形式；②编码发射；③多道观测，在测量感应电压的同时，测量发送电流；④通过对接收电压与发送电流进行反卷积，得到大地脉冲响应，进行类地震资料处理。
2002年，Wright等使用多道瞬变电磁法对法国巴黎附近的一个地下储气层进行了调查[18]。其目的是发现地下500 m处油气层所对应的高阻层。通过反卷积和微分处理得到大地脉冲响应的时间导数，并将结果以共偏距和偏移剖面显示。这种方式得到的高电阻层很好地反映了已知储气层的正确水平位置。2003年，Wright 完成了该方面的博士论文研究[19]，成立了MTEM公司， 进行该技术的商业化应用，并于2005年获得美国专利[20]。随后，Ziolkowski等 完成了巴黎附近一个地下储气层的二次调查工作[21]。
然而，目前对于多道瞬变电磁法的关键技术细节认识还处于初级阶段，现有的多道瞬变电磁法技术还不适合地面金属矿精细勘探，在研发多道瞬变电磁法深部探矿系统前，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。
1 关键技术分析
多道瞬变电磁法工作原理如图1所示。多道瞬变电磁法通过发射电极对向大地注入伪随机电流信号，并通过多个接收电极对采集不同偏移距下的响应数据。接收电极对同轴布置，仅采集电场的轴向分量。其主要工作特点为：发射电极对与接收电极对位于同一条测线上，采取一发多收的观测系统。这种装置模式与地震勘探数据观测方式比较相近，数据处理方法也与地震勘探基本相似，即通过共偏移剖面图推测地下某一深度目标体的地电信息[18]。
1.1 伪随机码发射信号源
多道瞬变电磁法采用伪随机码作为发射信号源 （图1）。 伪随机码在一个码长范围内随机分布，但这种随机分布可以预先确定，且对于下一个码长可重复实现。伪随机码包括2个重要特征参数： fc为时钟频率；n为随机码序列长度。每发射2n-1个信号码后，系统重复发射。与传统瞬变电磁法阶跃波相比，伪随机码发射信号源 （Pseudo-random Binary Sequence，PRBS）频谱较为平坦且频带范围较大，对伪随机码进行反卷积处理增加了时间域信号的信噪比[18]。
1.2 多道数据采集方式
在对多道瞬变电磁法进行试验的初期，接收装置记录电场水平分量、垂直分量以及垂直磁场随时间变化的导数等参数。随后的建模研究和数据处理结果表明，除了电场水平分量，其他分量没有反映出地下目标体的更多信息[18]。因此，后期采取了如图1所示的轴向式工作装置。
多道瞬变电磁法采用电偶极源进行信号发射，采用电偶极子阵列来记录大地电磁响应，发射源位置和接收电偶极子之间的偏移距一般为2～4倍目标体深度。整个系统沿测线移动，直至完成整条测线的数据采集工作。各测点大地电压响应的峰值与大地电阻率及收发距离存在如下近似表达式
由式（1）可以看出，随着偏移距的增加，接收得到的电压信号急剧衰减，在偏移距较大时难以获得质量较好的信号。为了探测埋深为d的目标体，最大偏移距应达到4倍目标体深度，因此，在不同偏移距进行数据采集时，偏移距较大时需要对采集信号强度进行补偿。当获得多个偏移距下的数据后，取收发距离的中点作为记录点，每个记录点的响应与源点和记录点之间地下目标体的整体电性结构有关。与反射法地震勘探相似，可绘制共中心点剖面，实现多道瞬变电磁法观测数据时间域的多次迭加及空间域的多次覆盖。
1.3 数据处理
大地可以看作是一个线性时不变系统，把由接地电极发射的源信号看作系统输入信号， 把所接收的信号看作系统输出信号（图2）。根据线性时不变系统的特性，系统输出信号可表示为[17]
为了较好地记录与地质体有关的大地脉冲响应，在数据采集和处理时，采用了3个关键性技术：①在测量感应电压时，同时测量发送电流，以便得到测量系统响应；②通过对系统输出信号与系统响应的反卷积，获得大地脉冲响应；③通过多次迭加，增加信噪比。
1.4 资料解释
由于多道瞬变电磁法的数据采集方式、数据处理与地震勘探十分相似，所以其数据处理方式与地震解释的某些技术相类似。虽然电流在地层中的传播方式与地震波在相同地层中的传播方式不同，且所得到的响应也完全不同，但是多道瞬变电磁法仍然可以借鉴地震勘探成熟的数据处理技术。
对大地脉冲响应进一步处理，可以得到3种不同形式的剖面：①脉冲响应共偏移距离剖面，大地脉冲响应的峰值及峰值时刻与地下介质的电阻率相关，将同一偏移距下的大地脉冲响应整理成共偏移距剖面，可以反映地下同一深度的地电信息；②共中心点视电阻率剖面，根据式（3）定义的视电阻率， 得到共中心点的视电阻率-偏移距剖面，该剖面反映不同测点电阻率随深度的变化关系；③共中心点集一维反演剖面，通过对不同偏移距下脉冲响应曲线的反演拟合，获得共中心点的视电阻率-深度二维剖面。
2 基础理论分析
2.1 电偶极源基础理论
在近区情况下，只有电场水平方向与垂直方向的2个分量与大地电阻率有关，但这2个分量又与频率无关，其他几个分量已经不反映地层电性结构。经过时-频转换后的数据仍然保留了接地源电磁场响应的基本特征，并且在数据采集时，无法将感应场与辐射场分开，因此，接地线源近区场不能进行频率测深，只可以进行几何测深，即可以通过改变收发距离的办法达到测深的目的。
2.2 多道瞬变电磁法场的扩散特性分析
对于一个地面上的电偶极源，其发射电磁波的传播形式有3种（图3）：①在空气中传播的电磁波，即空气波，由于空气波的长度比地下传播的波的长度大很多，所以空气波可以忽略；②沿大地表层传播的表层波，对于远场，表层波是最重要的组成部分；③传入地下的地层波，在近源探测时，地层波是主要组成部分，不仅可以反映接收点下方的地质信息，还能反映场源和测量点之间所有地层波扩散路径范围内的地质信息。
近源条件下，直流场占主导地位，发射源关闭后，场即消失。然而对于远场来说，涡流场占主导地位，发射源关闭后，场依然存在。对于时间域电磁法，时间和距离具有可交换性，因此，可以通过调整发射频率和改变收发距离控制探测深度。多道瞬变电磁法是近场探测，且数据采集过程中一次场和二次场无法分离，因此，通过改变偏移距或调整探测系统的排列方式来达到最佳探测效果。通过给出不同点的共偏移距剖面和同一点的共中心点剖面，就可以完成对不同测点、不同深度地质信息的采集。
2.3 多道瞬变电磁法探测深度分析
多道瞬变电磁法采集不同偏移距下电偶极源轴向电场响应，从而获得地下不同深度的电介质电阻率信息。与传统的中心回线式瞬变电磁法不同，多道瞬变电磁法的探测深度不仅与时间有关，而且与偏移距和整个地电剖面的电阻率有关。传统瞬变电磁法测深与直流电测深中直接给出探测深度的计算公式，但是多道瞬变电磁法测深是参数测深与几何测深的一种结合，需要通过拟合反演方式获得地下不同深度地质目标体的探测深度。通过峰值及峰值时刻整理成共偏移距道集可以反映固定深度的电阻率信息，此时多道瞬变电磁法的探测深度约为偏移距的一半，因此，在大地脉冲响应峰值集的峰值时刻分析时，偏移距可以定性作为探测深度的一个反映。
3 技术改进方案
3.1 由二维向三维数据采集系统的改进
常规多道瞬变电磁法的数据观测方式采取了二维轴向式系统[图4（a）]。这种装置在构造简单情况下用于油气探测和监测，取得一定的应用效果[21]。但是对于复杂地质构造、地形起伏等情况，采用二维观测系统不利于精细探测。图4（b）为改进的多道瞬变电磁法三维数据采集系统方案。最大发射电流50 A，最高发射电压1 000 V，可编码位数范围为1～4 095，伪随机码发射信号源基准频率低于10 kHz；动态范围160 dB，时间同步精度5 μs，采样率64 kHz，最多可同时测量1 000道。这种方案可实现从地表浅部（500 m）向地下深部（2 000 m）的探测，实现从二维断面向三维立体的勘查。
3.2 由一般处理解释技术向三维偏移成像的改进
在资料处理和解释中，通过对共偏移距离剖面和共中心点剖面电阻率的数据处理和简单成像，可推测目标体基本地质与地球物理信息；通过对一系列的单独共中心点集进行对照一维全波反演，可得到对应油气藏高阻体的顶部及底部位置。由于常规三维反演的复杂性，需要预先设定目标体的电性参数和几何参数，所以这种技术目前尚未在现有的多道瞬变电磁法得到应用。发展多道瞬变电磁法系统三维拟地震偏移成像技术是一种较好的发展方向。但是，瞬变电磁场服从扩散方程使得成像技术成为一个挑战。Lee等建立了波场变换公式[22]，通过积分公式可将瞬变电磁场数据转换为波场数据。这种方法可以完成复杂情况下的瞬变电磁成像，但由于波场变换公式的不适定性，所以该方法的发展速度相对缓慢。
李貅等提出了从瞬变电磁场到波场的转换计算方法[23-25]。通过反转换可以将瞬变电磁数据变为拟地震波场数据，进而可用地震类软件进行处理，处理结果表明瞬变电磁法数据的分辨率提升很大[26-27]。这表明高分辨率三维瞬变电磁成像是可行的，为瞬变电磁法三维反演提供了一种新的方法。上述研究对多道瞬变电磁法将是很好的借鉴。
3.3 由油气勘探领域向深部矿产资源领域拓展
中国正在向深部隐伏矿体精细探测方向发展，“攻深找盲”成为中国新一轮矿产资源勘探的主流。人工源音频电磁法 （Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，CSAMT）受发射频率或发射功率的制约， 找矿深度通常在800 m左右；天然电磁场测深法（Magnetotellurics，MT）虽然具有大深度探测的能力，但场源信号较弱，单一依靠天然电磁场信息的探测方法只能用于油气普查和金属矿成矿带评估，而详查找矿效果并不理想。因此，为了满足中国新一轮矿产资源勘探需要，打破国外装备的垄断局面，从技术装备上研制出既能满足探矿深度（2 000 m）， 又能满足详查要求，适合中国地质情况的电磁法装备势在必行。
瞬变电磁法以外的其他电磁法勘探方法目前还不能很好地满足中国“攻深找盲”精细探测的技术要求。目前，中国的电磁法仪器大多数从国外进口，而国外的装备在设计过程中并未考虑中国矿产资源勘探的实际情况，存在野外施工不方便，成像软件不适用等问题。在现有的瞬变电磁法技术基础上，开发新装备和新技术是解决这一问题且满足深部找矿的重要途径之一。
4 结 语
中心回线源瞬变电磁法受到其激发电磁场性质和发射磁矩的限制，探测深度只有数十米到数百米，但使用接地电性源后将使探测深度大大增加。为解决大深度、高精度探测深部矿产的实际难题，多道瞬变电磁法已成为目前的研究热点。 本文对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析和研究。为了解决中国复杂环境下的深部探测问题，对现有的多道瞬变电磁法提出改进：①把二维观测系统改进成三维观测系统，即三维数据采集系统，使其实用性更强且更方便，探测深度大，精度高；②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释；③由油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。
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摘 要： 多道瞬变电磁法（MTEM）具有深度大且探测精度高的特点，是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发，对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先，对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结，其特点包括：采用大功率接地源形式；编码发射；多道观测；类地震资料处理。然后，指出多道瞬变电磁法的地球物理实质：多道瞬变电磁法属于近源测深，即通过改变偏移距达到测深目的；接收信号包括系统响应和大地脉冲响应（即含有一次场与二次场的混合场）信号，采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后，针对中国复杂环境下的深部探测，对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路：①把二维观测系统改进成三维观测系统，即三维数据采集系统，使其应用性更强且更方便，探测深度大，精度高；②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释；③从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。
关键词： 瞬变电磁法；地球物理学；接地源；近源；短偏移；探测深度；三维
中图分类号： P631.3+25 文献标志码： A
Abstract： Multi-transient electromagnetic method （MTEM） has the merit of detecting deeper target with higher resolution， and becomes one of hot topics. In order to develop MTEM instrument system， Technical characteristics and geophysical mechanics of MTEM were discussed. Firstly， the key technology of MTEM includes that superpower grounded-wire is the source of MTEM； transmitter signal is generated by pseudo random binary sequence （PRBS） form； multi-channel receivers are employed for signal collection； seismic method is adopted in data processing. Secondly， the geophysical mechanics of MTEM include that because of the array layout， MTEM belongs to near-source sounding or geometric sounding， which means that changing the offset distance can finish the deep target； the receiver signals include system and impulse responses， which is an information mixed with primary field and secondary field， and the impulse response can be collected by deconvolution method. Finally， for the deeper buried target detection with complexity condition in China， the new modified MTEM is proposed that two-dimensional data collection system is modified into three-dimensional， so as to make the method more applicable and convenient for exploration and obtain a greater detection depth with higher detection accuracy； traditional one-dimensional pseudo-seismic interpretation is improved into three-dimensional data imaging system； the application scope is enlarge from petroleum exploration to ore deposit investigation.
Key words： transient electromagnetic method； geophysics； grounded wire； near-source； short-offset； detection depth； three-dimensional
0 引 言
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法[1]。传统瞬变电磁法是利用回线或者接地导线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质感应产生的随时间变化的二次场，从而达到寻找地质目标体目的的一种地球物理勘探方法[2]。该方法发射波信号频带宽，频谱信息丰富，一次激发便可覆盖探测所需的频段，有助于提高工作效率。但是，传统瞬变电磁法信号弱，易受干扰，探测深度一般只有500 m左右，资料处理也主要限于单道处理，不能很好地适应开展第二空间探矿的需求。
发展深部探测和偏移成像精细解释成为目前的研究热点[3-16]。英国爱丁堡大学的Wright等提出了多道瞬变电磁法（Multi-channel Transient Electromagnetic Method， MTEM）的概念和探测油气目标体的相关技术[17]。该方法借鉴油气勘探中的地震技术，采用电性源多次发射，阵列式多道接收多次覆盖的全波场信息，可以对数据进行类地震处理，在同等发射强度的条件下大幅度提高探测精度和深度，使探测深度超过2 000 m。这种方法与传统瞬变电磁法不同，主要表现为：①采用接地源形式；②编码发射；③多道观测，在测量感应电压的同时，测量发送电流；④通过对接收电压与发送电流进行反卷积，得到大地脉冲响应，进行类地震资料处理。
2002年，Wright等使用多道瞬变电磁法对法国巴黎附近的一个地下储气层进行了调查[18]。其目的是发现地下500 m处油气层所对应的高阻层。通过反卷积和微分处理得到大地脉冲响应的时间导数，并将结果以共偏距和偏移剖面显示。这种方式得到的高电阻层很好地反映了已知储气层的正确水平位置。2003年，Wright 完成了该方面的博士论文研究[19]，成立了MTEM公司， 进行该技术的商业化应用，并于2005年获得美国专利[20]。随后，Ziolkowski等 完成了巴黎附近一个地下储气层的二次调查工作[21]。
然而，目前对于多道瞬变电磁法的关键技术细节认识还处于初级阶段，现有的多道瞬变电磁法技术还不适合地面金属矿精细勘探，在研发多道瞬变电磁法深部探矿系统前，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。
1 关键技术分析
多道瞬变电磁法工作原理如图1所示。多道瞬变电磁法通过发射电极对向大地注入伪随机电流信号，并通过多个接收电极对采集不同偏移距下的响应数据。接收电极对同轴布置，仅采集电场的轴向分量。其主要工作特点为：发射电极对与接收电极对位于同一条测线上，采取一发多收的观测系统。这种装置模式与地震勘探数据观测方式比较相近，数据处理方法也与地震勘探基本相似，即通过共偏移剖面图推测地下某一深度目标体的地电信息[18]。
1.1 伪随机码发射信号源
多道瞬变电磁法采用伪随机码作为发射信号源 （图1）。 伪随机码在一个码长范围内随机分布，但这种随机分布可以预先确定，且对于下一个码长可重复实现。伪随机码包括2个重要特征参数： fc为时钟频率；n为随机码序列长度。每发射2n-1个信号码后，系统重复发射。与传统瞬变电磁法阶跃波相比，伪随机码发射信号源 （Pseudo-random Binary Sequence，PRBS）频谱较为平坦且频带范围较大，对伪随机码进行反卷积处理增加了时间域信号的信噪比[18]。
1.2 多道数据采集方式
在对多道瞬变电磁法进行试验的初期，接收装置记录电场水平分量、垂直分量以及垂直磁场随时间变化的导数等参数。随后的建模研究和数据处理结果表明，除了电场水平分量，其他分量没有反映出地下目标体的更多信息[18]。因此，后期采取了如图1所示的轴向式工作装置。
多道瞬变电磁法采用电偶极源进行信号发射，采用电偶极子阵列来记录大地电磁响应，发射源位置和接收电偶极子之间的偏移距一般为2～4倍目标体深度。整个系统沿测线移动，直至完成整条测线的数据采集工作。各测点大地电压响应的峰值与大地电阻率及收发距离存在如下近似表达式
由式（1）可以看出，随着偏移距的增加，接收得到的电压信号急剧衰减，在偏移距较大时难以获得质量较好的信号。为了探测埋深为d的目标体，最大偏移距应达到4倍目标体深度，因此，在不同偏移距进行数据采集时，偏移距较大时需要对采集信号强度进行补偿。当获得多个偏移距下的数据后，取收发距离的中点作为记录点，每个记录点的响应与源点和记录点之间地下目标体的整体电性结构有关。与反射法地震勘探相似，可绘制共中心点剖面，实现多道瞬变电磁法观测数据时间域的多次迭加及空间域的多次覆盖。
1.3 数据处理
大地可以看作是一个线性时不变系统，把由接地电极发射的源信号看作系统输入信号， 把所接收的信号看作系统输出信号（图2）。根据线性时不变系统的特性，系统输出信号可表示为[17]
为了较好地记录与地质体有关的大地脉冲响应，在数据采集和处理时，采用了3个关键性技术：①在测量感应电压时，同时测量发送电流，以便得到测量系统响应；②通过对系统输出信号与系统响应的反卷积，获得大地脉冲响应；③通过多次迭加，增加信噪比。
1.4 资料解释
由于多道瞬变电磁法的数据采集方式、数据处理与地震勘探十分相似，所以其数据处理方式与地震解释的某些技术相类似。虽然电流在地层中的传播方式与地震波在相同地层中的传播方式不同，且所得到的响应也完全不同，但是多道瞬变电磁法仍然可以借鉴地震勘探成熟的数据处理技术。
对大地脉冲响应进一步处理，可以得到3种不同形式的剖面：①脉冲响应共偏移距离剖面，大地脉冲响应的峰值及峰值时刻与地下介质的电阻率相关，将同一偏移距下的大地脉冲响应整理成共偏移距剖面，可以反映地下同一深度的地电信息；②共中心点视电阻率剖面，根据式（3）定义的视电阻率， 得到共中心点的视电阻率-偏移距剖面，该剖面反映不同测点电阻率随深度的变化关系；③共中心点集一维反演剖面，通过对不同偏移距下脉冲响应曲线的反演拟合，获得共中心点的视电阻率-深度二维剖面。
2 基础理论分析
2.1 电偶极源基础理论
在近区情况下，只有电场水平方向与垂直方向的2个分量与大地电阻率有关，但这2个分量又与频率无关，其他几个分量已经不反映地层电性结构。经过时-频转换后的数据仍然保留了接地源电磁场响应的基本特征，并且在数据采集时，无法将感应场与辐射场分开，因此，接地线源近区场不能进行频率测深，只可以进行几何测深，即可以通过改变收发距离的办法达到测深的目的。
2.2 多道瞬变电磁法场的扩散特性分析
对于一个地面上的电偶极源，其发射电磁波的传播形式有3种（图3）：①在空气中传播的电磁波，即空气波，由于空气波的长度比地下传播的波的长度大很多，所以空气波可以忽略；②沿大地表层传播的表层波，对于远场，表层波是最重要的组成部分；③传入地下的地层波，在近源探测时，地层波是主要组成部分，不仅可以反映接收点下方的地质信息，还能反映场源和测量点之间所有地层波扩散路径范围内的地质信息。
近源条件下，直流场占主导地位，发射源关闭后，场即消失。然而对于远场来说，涡流场占主导地位，发射源关闭后，场依然存在。对于时间域电磁法，时间和距离具有可交换性，因此，可以通过调整发射频率和改变收发距离控制探测深度。多道瞬变电磁法是近场探测，且数据采集过程中一次场和二次场无法分离，因此，通过改变偏移距或调整探测系统的排列方式来达到最佳探测效果。通过给出不同点的共偏移距剖面和同一点的共中心点剖面，就可以完成对不同测点、不同深度地质信息的采集。
2.3 多道瞬变电磁法探测深度分析
多道瞬变电磁法采集不同偏移距下电偶极源轴向电场响应，从而获得地下不同深度的电介质电阻率信息。与传统的中心回线式瞬变电磁法不同，多道瞬变电磁法的探测深度不仅与时间有关，而且与偏移距和整个地电剖面的电阻率有关。传统瞬变电磁法测深与直流电测深中直接给出探测深度的计算公式，但是多道瞬变电磁法测深是参数测深与几何测深的一种结合，需要通过拟合反演方式获得地下不同深度地质目标体的探测深度。通过峰值及峰值时刻整理成共偏移距道集可以反映固定深度的电阻率信息，此时多道瞬变电磁法的探测深度约为偏移距的一半，因此，在大地脉冲响应峰值集的峰值时刻分析时，偏移距可以定性作为探测深度的一个反映。
3 技术改进方案
3.1 由二维向三维数据采集系统的改进
常规多道瞬变电磁法的数据观测方式采取了二维轴向式系统[图4（a）]。这种装置在构造简单情况下用于油气探测和监测，取得一定的应用效果[21]。但是对于复杂地质构造、地形起伏等情况，采用二维观测系统不利于精细探测。图4（b）为改进的多道瞬变电磁法三维数据采集系统方案。最大发射电流50 A，最高发射电压1 000 V，可编码位数范围为1～4 095，伪随机码发射信号源基准频率低于10 kHz；动态范围160 dB，时间同步精度5 μs，采样率64 kHz，最多可同时测量1 000道。这种方案可实现从地表浅部（500 m）向地下深部（2 000 m）的探测，实现从二维断面向三维立体的勘查。
3.2 由一般处理解释技术向三维偏移成像的改进
在资料处理和解释中，通过对共偏移距离剖面和共中心点剖面电阻率的数据处理和简单成像，可推测目标体基本地质与地球物理信息；通过对一系列的单独共中心点集进行对照一维全波反演，可得到对应油气藏高阻体的顶部及底部位置。由于常规三维反演的复杂性，需要预先设定目标体的电性参数和几何参数，所以这种技术目前尚未在现有的多道瞬变电磁法得到应用。发展多道瞬变电磁法系统三维拟地震偏移成像技术是一种较好的发展方向。但是，瞬变电磁场服从扩散方程使得成像技术成为一个挑战。Lee等建立了波场变换公式[22]，通过积分公式可将瞬变电磁场数据转换为波场数据。这种方法可以完成复杂情况下的瞬变电磁成像，但由于波场变换公式的不适定性，所以该方法的发展速度相对缓慢。
李貅等提出了从瞬变电磁场到波场的转换计算方法[23-25]。通过反转换可以将瞬变电磁数据变为拟地震波场数据，进而可用地震类软件进行处理，处理结果表明瞬变电磁法数据的分辨率提升很大[26-27]。这表明高分辨率三维瞬变电磁成像是可行的，为瞬变电磁法三维反演提供了一种新的方法。上述研究对多道瞬变电磁法将是很好的借鉴。
3.3 由油气勘探领域向深部矿产资源领域拓展
中国正在向深部隐伏矿体精细探测方向发展，“攻深找盲”成为中国新一轮矿产资源勘探的主流。人工源音频电磁法 （Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，CSAMT）受发射频率或发射功率的制约， 找矿深度通常在800 m左右；天然电磁场测深法（Magnetotellurics，MT）虽然具有大深度探测的能力，但场源信号较弱，单一依靠天然电磁场信息的探测方法只能用于油气普查和金属矿成矿带评估，而详查找矿效果并不理想。因此，为了满足中国新一轮矿产资源勘探需要，打破国外装备的垄断局面，从技术装备上研制出既能满足探矿深度（2 000 m）， 又能满足详查要求，适合中国地质情况的电磁法装备势在必行。
瞬变电磁法以外的其他电磁法勘探方法目前还不能很好地满足中国“攻深找盲”精细探测的技术要求。目前，中国的电磁法仪器大多数从国外进口，而国外的装备在设计过程中并未考虑中国矿产资源勘探的实际情况，存在野外施工不方便，成像软件不适用等问题。在现有的瞬变电磁法技术基础上，开发新装备和新技术是解决这一问题且满足深部找矿的重要途径之一。
4 结 语
中心回线源瞬变电磁法受到其激发电磁场性质和发射磁矩的限制，探测深度只有数十米到数百米，但使用接地电性源后将使探测深度大大增加。为解决大深度、高精度探测深部矿产的实际难题，多道瞬变电磁法已成为目前的研究热点。 本文对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析和研究。为了解决中国复杂环境下的深部探测问题，对现有的多道瞬变电磁法提出改进：①把二维观测系统改进成三维观测系统，即三维数据采集系统，使其实用性更强且更方便，探测深度大，精度高；②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释；③由油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。
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