作者及其學科組成員於2010年承擔瞭深部探測技術與實驗研究專項（SinoProbe）中的深部探測關鍵儀器裝備研製與實驗項目第二課題“地麵電磁探測（SEP）係統研製”（SinoProbe-09-02）的研究。在中國科學院地質與地球物理研究所的組織下，學科組成員與中國科學院電子學研究所、中國科學院上海微係統與信息技術研究所，中國科學院空間科學與應用研究中心、中國科學院聲學研究所、北京工業大學、吉林大學等單位人員閤作完成瞭該課題的研究，本書基於相關研究成果總結而成，包括瞭發射機、接收機及傳感器的研製，數據處理軟件的研究和野外探測實例研究等多方麵內容。

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目錄
第1章緒言1
1.1 地麵電磁探測的主要曆史進展1
1.2 地麵電磁測深的實踐探索2
1.3 國內外儀器研製現狀3
1.3.1 國外儀器研製現狀及趨勢3
1.3.2 國內儀器研製現狀5
1.4 本書的宗旨7
參考文獻7
第2章大功率電磁信號發射機9
2.1 大功率電磁信號發射機基本原理9
2.2 大功率電磁信號發射機的研製現狀10
2.2.1 基於勵磁方式的大功率電磁信號發射機10
2.2.2 脈寬調製DC/DC全橋變換器的大功率電磁信號發射機17
2.3 發射橋的軟開關設計19
2.3.1 吸收電容的選擇19
2.3.2 移相軟開關驅動20
參考文獻20
第3章分布式電磁采集站22
3.1 采集站的構架22
3.2 微弱電磁模擬信號調理23
3.2.1 帶通正反饋高頻增益補償23
3.2.2 全差分運放電路24
3.3 信號采集與數據處理24
3.3.1 多接收機的同步25
3.3.2 數據抽取26
3.3.3 基於FPGA的DFT31
3.4 強乾擾下微弱地麵電磁信號處理34
3.4.1 環境隨機乾擾的同步疊加34
3.4.2 基於梳狀濾波的工頻乾擾抑製35
3.4.3 尖峰乾擾抑製38
3.4.4 低頻1/f噪聲抑製40
3.5 采集站性能測試與野外實驗 41
3.5.1 一緻性測試43
3.5.2 與國外儀器的對比測試45
參考文獻47
第4章電場傳感器49
4.1 勘探電場傳感器的發展曆程49
4.2 地麵電極的原理與結構50
4.3 地麵電極的信號調理51
參考文獻54
第5章磁場傳感器56
5.1 磁傳感器發展曆程56
5.1.1 感應式磁傳感器發展曆程56
5.1.2 磁通門傳感器發展曆程57
5.1.3 超導磁傳感器發展曆程58
5.1.4 地麵電磁測深係統中的磁傳感器58
5.2 感應式磁傳感器的研製59
5.2.1 感應式磁傳感器原理59
5.2.2 感應式磁傳感器設計61
5.3 磁通門傳感器的研製64
5.3.1 磁通門傳感器原理64
5.3.2 磁通門傳感器設計67
5.4 高溫超導磁傳感器的研製69
5.4.1 高溫超導磁傳感器原理69
5.4.2 高溫超導磁傳感器設計72
參考文獻74
第6章電磁數據預處理76
6.1 預處理流程76
6.2 去噪處理77
6.2.1 方法技術77
6.2.2 數值試驗79
6.3 地形校正81
6.3.1 基本理論82
6.3.2 數值試驗82
6.4 靜態校正86
6.4.1 靜校方法86
6.4.2 數值試驗87
6.5 近場校正91
6.5.1 基本方法91
6.5.2 數值試驗91
6.6 MT參數計算94
6.7 實測數據處理94
6.7.1 CSAMT勘探實測數據處理94
6.7.2 MT勘探實測數據處理96
參考文獻98
第7章地麵電磁數據正演模擬99
7.1 大地電磁二維正演99
7.1.1 大地電磁正演模擬理論99
7.1.2 大地電磁二維正演算例102
7.2 大地電磁三維正演104
7.2.1 交錯采樣有限差分法104
7.2.2 邊界條件108
7.2.3 解大型綫性代數方程組的共軛梯度法109
7.2.4 三維張量阻抗元素的計算109
7.2.5 大地電磁三維正演算例110
7.3 可控源音頻大地電磁二維正演112
7.3.1 2.5維有限元數值模擬112
7.3.2 一次場計算115
7.3.3 邊界條件115
7.3.4 稀疏矩陣的CSR存儲115
7.3.5 共軛梯度方程求解117
7.3.6 其他分量求取117
7.3.7 2.5維CSAMT正演算例118
7.4 可控源音頻大地電磁三維正演120
7.4.1 CSAMT正演的基本方程120
7.4.2 有限長電偶源全空間一維數值模擬121
7.4.3 二次場計算的交錯網格有限差分法123
7.4.4 三維CSAMT正演算例127
參考文獻135
第8章電磁數據反演成像137
8.1 大地電磁二維反演137
8.1.1 二維非綫性共軛梯度反演方法138
8.1.2 雅可比矩陣的計算139
8.1.3 二維反演示例142
8.2 大地電磁三維反演143
8.2.1 三維快速鬆弛反演算法的靈敏度函數錶達式144
8.2.2 求最小構造的目標函數147
8.2.3 求最小構造的快速鬆弛反演148
8.2.4 三維反演示例149
8.3 可控源音頻大地電磁二維反演153
8.3.1 數據空間反演153
8.3.2 雅可比矩陣154
8.3.3 二維反演示例154
8.4 可控源音頻大地電磁三維反演156
8.4.1 目標函數156
8.4.2 反演流程156
8.4.3 三維反演示例157
參考文獻160
第9章係統集成實驗與典型礦區野外測試161
9.1 係統總體設計161
9.1.1 發射機接口162
9.1.2 采集站接口162
9.1.3 磁傳感器接口162
9.1.4 收發同步協議162
9.2 係統集成與室內測試163
9.2.1 係統參數測試163
9.2.2 係統功能測試164
9.3 SEP係統野外探測試驗166
9.3.1 概況166
9.3.2 係統野外比對試驗169
參考文獻201
第10章結論和討論202
10.1 結論202
10.2 討論204
參考文獻207

前言/序言

　　地球電磁法（Electromagnetic method，簡稱EM）在資源探測，尤其是金屬礦探測中發揮著重要的作用，但長期以來我國電磁探測高端裝備大多從國外進口。為瞭推進地麵電磁裝備的國産化進程，以便加快深部資源的開發利用，作者和課題組成員從2010年至2015年承擔瞭深部探測技術與實驗研究專項（Sinoprobe）中的深部探測關鍵儀器裝備研製與實驗項目（Sinoprobe-09）中的第二課題“地麵電磁探測（SEP）係統研製”（Sinoprobe-09-02），開展瞭裝備研發、數據處理、資料解釋等方麵的係統研究。為瞭使本書更加完整，作者在整理“地麵電磁探測（SEP）係統研製”課題成果的基礎上，也編人瞭作者及研究團隊以往的相關部分成果內容，形成頻率域天然源和人工源電磁法儀器研製、探測方法和探測實例的一體化內容。
　　本書首先介紹瞭包括大功率發射機、分布式采集站、磁傳感器（感應式、高溫超導和磁通門傳感器）等方麵的研製技術；然後介紹瞭電磁探測方法和軟件研究成果，具體包括：大地電磁法（MT）和可控源音頻大地電磁法（CSAMT）探測方法以及電磁數據正、反演處理軟件的研製；最後介紹瞭SEP係統在河北張北縣、河北康保縣、內濛古興和縣曹四夭鉬礦、內濛古阿拉善地區、黑龍江省三江地區等礦産測區的礦産資源探測結果，以及SEP係統與我國市場上普遍使用的高端商用儀器係統的生産性比對試驗結果。
　　全書共分十章。第1章、第10章由底青雲、王妙月編寫；第2章由劉漢北、真齊輝、底青雲編寫：第3章由王中興、張文秀、底青雲編寫；第4章由王中興、底青雲編寫；第5章由吳樹軍、底青雲編寫；第6章、第7章和第8章由王若、底青雲、王妙月編寫；第9章由底青雲、付長民編寫。全書由底青雲統稿，底青雲、王妙月、真齊輝、王亞璐、薛國強校稿。
　　由於本書編寫時間倉促，難免有疏漏之處，請讀者不吝指正！
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