大地电磁信号测量关键技术研究与实现陈凯，邓明，黄江杰，成天（地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室（中国地质大学,北京））摘要大地电磁（Magnetotelluric,MT）方法是探测地下介质电性参数的有效手段之一,MT仪器装备的性能是实现这一方法的关键所在.长期以来MT仪器设备依赖于国外进口,为实现自主创新,通过解决众多关键技术,其中包括低噪声技术、高精度技术、低功耗技术、低时漂技术、大容量存储技术,实现了完全自主知识产权的新型大地电磁采集器.通过与国外同类仪器的野外对比试验表明,仪器指标满足标准MT测量要求.关键词大地电磁,数据采集,低噪声,高精度,低时漂中图分类号P631文献标识码A文章编号MagnetotelluricsignalmeasurementandimplementationofkeytechnologiesCHENKai,DENGMing,HUANGJiang-jie,CHENGTian（KeyLaboratoryofGeo-detection(ChinaUniversityofGeosciences,Beijing),MinistryofEducation）Abstract:Magnetotelluric(MT)methodistheeffectivemeanstodetectundergroundConductiveStructure,MTinstrumentationequipmentperformanceisthekeytoachievingthisapproach.ForalongtimeMTequipmentisdependentonforeignimports.Fortherealizationofindependentinnovation,byaddressinganumberofkeytechnologies,includinglow-noisetechnology,high-precisiontechnology,low-powertechnology,lowdrifttechnology,high-capacitystoragetechnology,newmagnetotelluriccollectorwithafullyself-IntellectualPropertywasachieved.Bycomparisonwithsimilarforeignfieldcomparisontests,theresultsshowedthattheinstrumentshavemetMTmeasurementrequirements.Keywords:MT，DataAcquisition,low-noise,high-precision,low-power,lowdrift0引言大地电磁法（Magnetotelluric,MT）是一种天然场源的频率域电磁法，原理在于以天然的平面电磁波为场源，通过在地表观测相互正交的电磁场分量来获取地下电性结构。大地电磁法能达到测深的目的是因为天然场源的电磁信号频带覆盖了高频到低频（约1000Hz——0.001Hz），而不同频率成分信号具有不同的穿透“趋肤深度”，所以MT已成为探测岩石层电性结构的主要方法[1-2]。岩石圈探测是地球科学的前缘问题之一，目前我国正进行的国家专项项目“大地电磁参数标准网实验研究”的目标是为获取地壳及上地幔电性构造信息进行技术准备；因而，研究内容包括超宽频带高精度大地电磁深探测技术。高精度、高分辨率的观测与实验仪器和设备乃是地球物理学发展进程中的“前哨”[3-5]。观测微弱的MT信号，仪器设备的性能至关重要。长期以来我国的MT研究主要依赖国外的仪器设备。为改变这现状，必须研发具有自主知识产权的MT采集系统。天然场源MT信号具有大动态范围、宽频带的特点[6]，同时MT方法还需要单点多通道同步测量、远参考测量（多测点同步）、为期数天的长时间连续观测，这些特殊需求就需要解决诸如低噪声、高精度、低功耗、低时漂、大容量存储等关键技术。1仪器软硬件设计图1WMT-1型大地电磁采集器结构图Fig1architectureofWMT-1typemagnetotelluricrecorder为实现对MT信号的高可靠、高精度、低功耗记录，设计的采集器结构图如图1所示，MT测量系统包括采集器及外围的磁传感器、GPS天线、U盘、铅酸蓄电池，采集器包括电道磁道前放板、AD与时钟板、MCU板。电道前放板实现对4路不极化电极输出的地电场信号调理，其中Ex方向在南北电极坑引出四根电极线分别接至E1+、E1-、E3+、E3-，同理E2、E4接Ey地电场信号；磁道前放板实现对4道BF4磁传感器输出信号的调理，其中Hx、Hy、Hz分别接至XYZ方向的磁传感器、Hr处于备用状态；AD与时钟板实现对4路电道和4路磁道共8道信号进行AD转换，并且集成了恒温晶振与CPLD实现GPS授时同步；MCU板控制AD转换、将AD转换的数据存储至U盘、集成GPS模块获取GPS同步时钟、LED状态指示、通过COM和NET与PC通讯。仪器采用ARM+LINUX平台，硬件主控单元以处理器AT91RM9200芯片为核心搭建，为硬件平台移植了Linux-2.6.13内核，制作了CRAMFS文件系统，并开发了采集驱动程序、采集应用程序以及上位机PC端控制软件。2关键技术研究2.1低...