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[摘要]CSAMT是在音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的一种人工场源频率测深法，它用接地供电的电性源或线圈供电的磁性源作为人工信号源产生可控的电磁信号，通过接收不同频率的电磁信号达到测深的目的方法。具有抗干扰能力强、工作效率高、探测深度大的优点。本文基于CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统对CSAMT野外工作方法、数据采集进行了介绍；对数据质量进行了分析，针对CSAMT数据预处理提出了根据数据误差及曲线的连续性自动剔除跳点数据方法，在保证光滑连续的同时兼顾了原始数据信息，提高了效率的同时避免了人为因素；最后对金属矿区CSAMT实测资料基于Cole-Cole使用二维AMT反演技术提取了地下的电阻率和极化率信息，经钻孔资料验证反演资料可靠，效果较为明显。
[关键词]CLEM-V CSAMT 大地电磁
[中图分类号] P318 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-251-2
1工作方法原理
观测装置工作示意图如图1所示。观测区域布置在与发射偶极成60°角的一个梯形面积内，测线不得超过超过此区域，同时AB发射偶极与测线保持平行，收发距R大于三倍的趋肤深度。根据电磁波场的特点，把测线布置在垂直于AB中垂线的两侧，以提高场源强度，保证观测的精度。
标量观测是CSAMT常用的方法之一，在野外观测过程中，需要注意几点：
1.1发射部分
（1）AB极距一般为1—3km，根据实际需求而定；
（2）AB极铺设与设计偏差不得大于3°；
（3）埋设AB极时入地50—70cm，加用裸铜线、锡箔纸、铝板、铜板、铁丝网等，保证接地良好；
（4）发射机供电电流在高频时不得小于2.5A，低频段时不得小于15A，以保证足够的场强，以便更好的压制干扰。
1.2接收部分
（1）收发距在5—10km，根据实际需求而定；
（2）不极化电极在使用前用饱和盐水浸泡5分钟，检查极差，选用极差小于2mv的电极；
（3）电极布置时保持与地接触良好，接地电阻小于2K欧姆；
（4）磁传感器埋设时应与测线垂直，挖土20—30cm埋设；
（5）电极、磁传感器连接线沿地表铺设，观测时磁传感器附近禁止人员走动，避免人文干扰；
（6）布设好之后择时同步发收观测。
在野外标量所测得的视电阻率和相位可以由所观测得到的场值根据卡尼亚视电阻率公式计算得到，图2为所电磁场同步观测得到的结果，从图中可以看出多道观测的同步性非常好，且信号质量也较好。
2数据预处理及研究
在室内CLEM-V数据预处理主要分为3大步：时频转换、数据圆滑编辑、数据集成及格式转换。
首先需要将时间域的数据转换为频率域的数据，使用ACSEM.exe（或者AMT.exe）程序将数据转换为频率域的视电阻率、相位及计算数据相对误差。
将视电阻率相位进行圆滑编辑处理，为了避免手工圆滑所带来的人为误差，在此提出一种根据数据误差大小来判断数据圆滑修正量的方法，经过处理后对不合理的数据再进行调整。笔者认为一个测点每个频点的数据可以由背景值、局部异常值，误差值三者组成，即可以用一个公式来进行圆滑：
其中：α+β+γ=1.0；α=0.88er/2.0；β=0.45ber/2.0；γ=1.0-α-β；er为观测数据的误差，ber为总体数据误差，A为原始数据；G为圆滑背景值 ；E相邻频点对该频点的构建值，Rs为圆滑后的数据。
根据（1）式校正之后数据变得圆滑，并且较好的保持原始数据的信息。图3为所做的一个实例，从图中可以看出，观测值误差越大曲线波动越大，圆滑惩罚就越大，误差越小曲线越平滑，圆滑惩罚就越小。
CSAMT是基于天然场AMT而发展起来的人工源电磁測深方法，用以弥补AMT能量弱，抗干扰能力低的不足。然而CSAMT在实际应用中，由于受到收发距、地表地形及地质条件的影响，很难使测区满足平面波假设条件，所测得的信号常表现为过渡场及近场特征。直接利用CSAMT一维反演虽然可以克服过渡场及近场的影响，但没法消除地形的影响；直接利用带地形二维AMT反演又没法去除过渡场及近场的影响，为了提高CSAMT数据的利用率，加大深度，本文使用严良俊[6]使用全域视电阻率定义对过渡区场及近场进行了校正。其计算过程如下：
全域电阻率定义公式为：
当CSAMT测量不满足波区条件时， 和 还与收发距、方位角和电极距等因素有关，简单的当为均匀半空间时其表达式为[2]：
此时电阻率公式变为：
化简为：
由此可以看出，一旦卡尼亚电阻率ρ，ω，θ，γ确定，ρ是唯一的，可以很方便的求得。在本文中校正结果如图4所示，经过校正之后低于20Hz的数据明显变得平缓。
将所有数据都用以上方法处理后整理好，然后将其集成转换为二维AMT反演所需要的数据格式文件，为后期带地形二维反演做好准备。
3数据反演方法
为了充分利用野外采集的数据，振幅和与相位值同时参加反演，控制反演的稳定，数据反演采用光滑最小二乘反演。反演模型采用Cole-Cole复电阻率模型。
采用赵广茂、李学民[3、4]文章中所使用的互换方法计算偏导数矩阵，反演时数据空间采用最小偏差准则，模型空间采用最小二乘准则[2]，即求解式（9）的最小二乘问题。
利用CUDA Fortran编写并行计算程序，实现了较为快速的复电阻率反演，提取出地电断面的激电信息，对比电阻率、极化率异常信息，对地下地质体进行推测。
4矿产勘查实例
笔者将所编写的程序应用到实测剖面数据进行反演计算，然后利用surfer8.0绘制出电阻率、极化率反演断面图。如图5为广东省某铅锌矿CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统CSAMT实测反演断面图。对比地质资料其中114号测点位置为古采点斑岩露头，116和174号测点为斑岩露头，154号测点附近布置钻孔，于-160米标高见矿，与CSAMT反演结果对应较好。
从以上实例可以看出文中所提方法对CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统CSAMT数据应用是可行的，在该铅锌矿区中应用效果较好，其解释的反演断面图与地质体的特征反应明显。
5结论
CSAMT测量数据通常都会因为干扰而使数据出现跳点，但如果剔除或者对数进行编辑都将带入不客观的因素，效率也较低。通过实际数据测试表明根据数据误差大小来判断数据圆滑修正量的方法是可行，它尽可能的保留了原始数据信息，同时也可以提高效率，避免带入人为因素。
通过全域电阻率进行近场校正，使用带地形二维大地电磁反演，可很好的反应地质体所引起的异常信息。使用Cole-Cole复电阻率模型还可以提取出极化率信息，通过实例表明该方法是可行的，尤其是在文中所举实例较为明显，可以较为准确的反应异常信息。
参考文献
[1]柳建新等，大地电磁测深法勘探-资料处理、反演与解释[M].科学出版社.
[2]严良俊，CSAMT近场校正方法研究与应用[J].第八届中国国际地球电磁学讨论会论文集：2007
[3]赵广茂，带地形的复电阻率2.5维电磁场正反演研究[D].吉林：吉林大学.
[4]李学民，由大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数的方法研究[D].成都：成都理工大学.
[5]刘海飞，直流激电反演中的线性与非线性方法研究[D].长沙：中南大学.
[6]陈晓斌，大地电磁自适应正则化反演算法[J].地球物理学报，2005，48（4）：937-946.
[关键词]CLEM-V CSAMT 大地电磁
[中图分类号] P318 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-251-2
1工作方法原理
观测装置工作示意图如图1所示。观测区域布置在与发射偶极成60°角的一个梯形面积内，测线不得超过超过此区域，同时AB发射偶极与测线保持平行，收发距R大于三倍的趋肤深度。根据电磁波场的特点，把测线布置在垂直于AB中垂线的两侧，以提高场源强度，保证观测的精度。
标量观测是CSAMT常用的方法之一，在野外观测过程中，需要注意几点：
1.1发射部分
（1）AB极距一般为1—3km，根据实际需求而定；
（2）AB极铺设与设计偏差不得大于3°；
（3）埋设AB极时入地50—70cm，加用裸铜线、锡箔纸、铝板、铜板、铁丝网等，保证接地良好；
（4）发射机供电电流在高频时不得小于2.5A，低频段时不得小于15A，以保证足够的场强，以便更好的压制干扰。
1.2接收部分
（1）收发距在5—10km，根据实际需求而定；
（2）不极化电极在使用前用饱和盐水浸泡5分钟，检查极差，选用极差小于2mv的电极；
（3）电极布置时保持与地接触良好，接地电阻小于2K欧姆；
（4）磁传感器埋设时应与测线垂直，挖土20—30cm埋设；
（5）电极、磁传感器连接线沿地表铺设，观测时磁传感器附近禁止人员走动，避免人文干扰；
（6）布设好之后择时同步发收观测。
在野外标量所测得的视电阻率和相位可以由所观测得到的场值根据卡尼亚视电阻率公式计算得到，图2为所电磁场同步观测得到的结果，从图中可以看出多道观测的同步性非常好，且信号质量也较好。
2数据预处理及研究
在室内CLEM-V数据预处理主要分为3大步：时频转换、数据圆滑编辑、数据集成及格式转换。
首先需要将时间域的数据转换为频率域的数据，使用ACSEM.exe（或者AMT.exe）程序将数据转换为频率域的视电阻率、相位及计算数据相对误差。
将视电阻率相位进行圆滑编辑处理，为了避免手工圆滑所带来的人为误差，在此提出一种根据数据误差大小来判断数据圆滑修正量的方法，经过处理后对不合理的数据再进行调整。笔者认为一个测点每个频点的数据可以由背景值、局部异常值，误差值三者组成，即可以用一个公式来进行圆滑：
其中：α+β+γ=1.0；α=0.88er/2.0；β=0.45ber/2.0；γ=1.0-α-β；er为观测数据的误差，ber为总体数据误差，A为原始数据；G为圆滑背景值 ；E相邻频点对该频点的构建值，Rs为圆滑后的数据。
根据（1）式校正之后数据变得圆滑，并且较好的保持原始数据的信息。图3为所做的一个实例，从图中可以看出，观测值误差越大曲线波动越大，圆滑惩罚就越大，误差越小曲线越平滑，圆滑惩罚就越小。
CSAMT是基于天然场AMT而发展起来的人工源电磁測深方法，用以弥补AMT能量弱，抗干扰能力低的不足。然而CSAMT在实际应用中，由于受到收发距、地表地形及地质条件的影响，很难使测区满足平面波假设条件，所测得的信号常表现为过渡场及近场特征。直接利用CSAMT一维反演虽然可以克服过渡场及近场的影响，但没法消除地形的影响；直接利用带地形二维AMT反演又没法去除过渡场及近场的影响，为了提高CSAMT数据的利用率，加大深度，本文使用严良俊[6]使用全域视电阻率定义对过渡区场及近场进行了校正。其计算过程如下：
全域电阻率定义公式为：
当CSAMT测量不满足波区条件时， 和 还与收发距、方位角和电极距等因素有关，简单的当为均匀半空间时其表达式为[2]：
此时电阻率公式变为：
化简为：
由此可以看出，一旦卡尼亚电阻率ρ，ω，θ，γ确定，ρ是唯一的，可以很方便的求得。在本文中校正结果如图4所示，经过校正之后低于20Hz的数据明显变得平缓。
将所有数据都用以上方法处理后整理好，然后将其集成转换为二维AMT反演所需要的数据格式文件，为后期带地形二维反演做好准备。
3数据反演方法
为了充分利用野外采集的数据，振幅和与相位值同时参加反演，控制反演的稳定，数据反演采用光滑最小二乘反演。反演模型采用Cole-Cole复电阻率模型。
采用赵广茂、李学民[3、4]文章中所使用的互换方法计算偏导数矩阵，反演时数据空间采用最小偏差准则，模型空间采用最小二乘准则[2]，即求解式（9）的最小二乘问题。
利用CUDA Fortran编写并行计算程序，实现了较为快速的复电阻率反演，提取出地电断面的激电信息，对比电阻率、极化率异常信息，对地下地质体进行推测。
4矿产勘查实例
笔者将所编写的程序应用到实测剖面数据进行反演计算，然后利用surfer8.0绘制出电阻率、极化率反演断面图。如图5为广东省某铅锌矿CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统CSAMT实测反演断面图。对比地质资料其中114号测点位置为古采点斑岩露头，116和174号测点为斑岩露头，154号测点附近布置钻孔，于-160米标高见矿，与CSAMT反演结果对应较好。
从以上实例可以看出文中所提方法对CLEM-V大功率多功能阵列电磁法系统CSAMT数据应用是可行的，在该铅锌矿区中应用效果较好，其解释的反演断面图与地质体的特征反应明显。
5结论
CSAMT测量数据通常都会因为干扰而使数据出现跳点，但如果剔除或者对数进行编辑都将带入不客观的因素，效率也较低。通过实际数据测试表明根据数据误差大小来判断数据圆滑修正量的方法是可行，它尽可能的保留了原始数据信息，同时也可以提高效率，避免带入人为因素。
通过全域电阻率进行近场校正，使用带地形二维大地电磁反演，可很好的反应地质体所引起的异常信息。使用Cole-Cole复电阻率模型还可以提取出极化率信息，通过实例表明该方法是可行的，尤其是在文中所举实例较为明显，可以较为准确的反应异常信息。
参考文献
[1]柳建新等，大地电磁测深法勘探-资料处理、反演与解释[M].科学出版社.
[2]严良俊，CSAMT近场校正方法研究与应用[J].第八届中国国际地球电磁学讨论会论文集：2007
[3]赵广茂，带地形的复电阻率2.5维电磁场正反演研究[D].吉林：吉林大学.
[4]李学民，由大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数的方法研究[D].成都：成都理工大学.
[5]刘海飞，直流激电反演中的线性与非线性方法研究[D].长沙：中南大学.
[6]陈晓斌，大地电磁自适应正则化反演算法[J].地球物理学报，2005，48（4）：937-946.