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内容简介

作者及其学科组成员于2010年承担了深部探测技术与实验研究专项（SinoProbe）中的深部探测关键仪器装备研制与实验项目第二课题“地面电磁探测（SEP）系统研制”（SinoProbe-09-02）的研究。在中国科学院地质与地球物理研究所的组织下，学科组成员与中国科学院电子学研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所，中国科学院空间科学与应用研究中心、中国科学院声学研究所、北京工业大学、吉林大学等单位人员合作完成了该课题的研究，本书基于相关研究成果总结而成，包括了发射机、接收机及传感器的研制，数据处理软件的研究和野外探测实例研究等多方面内容。

内页插图

目录

目 录
第1章 绪言1
1.1 地面电磁探测的主要历史进展1
1.2 地面电磁测深的实践探索2
1.3 国内外仪器研制现状3
1.3.1 国外仪器研制现状及趋势3
1.3.2 国内仪器研制现状5
1.4 本书的宗旨7
参考文献7
第2章 大功率电磁信号发射机9
2.1 大功率电磁信号发射机基本原理9
2.2 大功率电磁信号发射机的研制现状10
2.2.1 基于励磁方式的大功率电磁信号发射机10
2.2.2 脉宽调制DC/DC全桥变换器的大功率电磁信号发射机17
2.3 发射桥的软开关设计19
2.3.1 吸收电容的选择19
2.3.2 移相软开关驱动20
参考文献20
第3章 分布式电磁采集站22
3.1 采集站的构架22
3.2 微弱电磁模拟信号调理23
3.2.1 带通正反馈高频增益补偿23
3.2.2 全差分运放电路24
3.3 信号采集与数据处理24
3.3.1 多接收机的同步25
3.3.2 数据抽取26
3.3.3 基于FPGA的DFT31
3.4 强干扰下微弱地面电磁信号处理34
3.4.1 环境随机干扰的同步叠加34
3.4.2 基于梳状滤波的工频干扰抑制35
3.4.3 尖峰干扰抑制38
3.4.4 低频1/f噪声抑制40
3.5 采集站性能测试与野外实验 41
3.5.1 一致性测试43
3.5.2 与国外仪器的对比测试45
参考文献47
第4章 电场传感器49
4.1 勘探电场传感器的发展历程49
4.2 地面电极的原理与结构50
4.3 地面电极的信号调理51
参考文献54
第5章 磁场传感器56
5.1 磁传感器发展历程56
5.1.1 感应式磁传感器发展历程56
5.1.2 磁通门传感器发展历程57
5.1.3 超导磁传感器发展历程58
5.1.4 地面电磁测深系统中的磁传感器58
5.2 感应式磁传感器的研制59
5.2.1 感应式磁传感器原理59
5.2.2 感应式磁传感器设计61
5.3 磁通门传感器的研制64
5.3.1 磁通门传感器原理64
5.3.2 磁通门传感器设计67
5.4 高温超导磁传感器的研制69
5.4.1 高温超导磁传感器原理69
5.4.2 高温超导磁传感器设计72
参考文献74
第6章 电磁数据预处理76
6.1 预处理流程76
6.2 去噪处理77
6.2.1 方法技术77
6.2.2 数值试验79
6.3 地形校正81
6.3.1 基本理论82
6.3.2 数值试验82
6.4 静态校正86
6.4.1 静校方法86
6.4.2 数值试验87
6.5 近场校正91
6.5.1 基本方法91
6.5.2 数值试验91
6.6 MT参数计算94
6.7 实测数据处理94
6.7.1 CSAMT勘探实测数据处理94
6.7.2 MT勘探实测数据处理96
参考文献98
第7章 地面电磁数据正演模拟99
7.1 大地电磁二维正演99
7.1.1 大地电磁正演模拟理论99
7.1.2 大地电磁二维正演算例102
7.2 大地电磁三维正演104
7.2.1 交错采样有限差分法104
7.2.2 边界条件108
7.2.3 解大型线性代数方程组的共轭梯度法109
7.2.4 三维张量阻抗元素的计算109
7.2.5 大地电磁三维正演算例110
7.3 可控源音频大地电磁二维正演112
7.3.1 2.5维有限元数值模拟112
7.3.2 一次场计算115
7.3.3 边界条件115
7.3.4 稀疏矩阵的CSR存储115
7.3.5 共轭梯度方程求解117
7.3.6 其他分量求取117
7.3.7 2.5维CSAMT正演算例118
7.4 可控源音频大地电磁三维正演120
7.4.1 CSAMT正演的基本方程120
7.4.2 有限长电偶源全空间一维数值模拟121
7.4.3 二次场计算的交错网格有限差分法123
7.4.4 三维CSAMT正演算例127
参考文献135
第8章 电磁数据反演成像137
8.1 大地电磁二维反演137
8.1.1 二维非线性共轭梯度反演方法138
8.1.2 雅可比矩阵的计算139
8.1.3 二维反演示例142
8.2 大地电磁三维反演143
8.2.1 三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式144
8.2.2 求最小构造的目标函数147
8.2.3 求最小构造的快速松弛反演148
8.2.4 三维反演示例149
8.3 可控源音频大地电磁二维反演153
8.3.1 数据空间反演153
8.3.2 雅可比矩阵154
8.3.3 二维反演示例154
8.4 可控源音频大地电磁三维反演156
8.4.1 目标函数156
8.4.2 反演流程156
8.4.3 三维反演示例157
参考文献160
第9章 系统集成实验与典型矿区野外测试161
9.1 系统总体设计161
9.1.1 发射机接口162
9.1.2 采集站接口162
9.1.3 磁传感器接口162
9.1.4 收发同步协议162
9.2 系统集成与室内测试163
9.2.1 系统参数测试163
9.2.2 系统功能测试164
9.3 SEP系统野外探测试验166
9.3.1 概况166
9.3.2 系统野外比对试验169
参考文献201
第10章 结论和讨论202
10.1 结论202
10.2 讨论204
参考文献207

前言/序言

　　地球电磁法（Electromagnetic method，简称EM）在资源探测，尤其是金属矿探测中发挥着重要的作用，但长期以来我国电磁探测高端装备大多从国外进口。为了推进地面电磁装备的国产化进程，以便加快深部资源的开发利用，作者和课题组成员从2010年至2015年承担了深部探测技术与实验研究专项（Sinoprobe）中的深部探测关键仪器装备研制与实验项目（Sinoprobe-09）中的第二课题“地面电磁探测（SEP）系统研制”（Sinoprobe-09-02），开展了装备研发、数据处理、资料解释等方面的系统研究。为了使本书更加完整，作者在整理“地面电磁探测（SEP）系统研制”课题成果的基础上，也编人了作者及研究团队以往的相关部分成果内容，形成频率域天然源和人工源电磁法仪器研制、探测方法和探测实例的一体化内容。
　　本书首先介绍了包括大功率发射机、分布式采集站、磁传感器（感应式、高温超导和磁通门传感器）等方面的研制技术；然后介绍了电磁探测方法和软件研究成果，具体包括：大地电磁法（MT）和可控源音频大地电磁法（CSAMT）探测方法以及电磁数据正、反演处理软件的研制；最后介绍了SEP系统在河北张北县、河北康保县、内蒙古兴和县曹四夭钼矿、内蒙古阿拉善地区、黑龙江省三江地区等矿产测区的矿产资源探测结果，以及SEP系统与我国市场上普遍使用的高端商用仪器系统的生产性比对试验结果。
　　全书共分十章。第1章、第10章由底青云、王妙月编写；第2章由刘汉北、真齐辉、底青云编写：第3章由王中兴、张文秀、底青云编写；第4章由王中兴、底青云编写；第5章由吴树军、底青云编写；第6章、第7章和第8章由王若、底青云、王妙月编写；第9章由底青云、付长民编写。全书由底青云统稿，底青云、王妙月、真齐辉、王亚璐、薛国强校稿。
　　由于本书编写时间仓促，难免有疏漏之处，请读者不吝指正！

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