电法勘探第二篇第一章PPT课件下载推荐.ppt

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本章仅讨论大地电场。

论大地电场。

信息工程学院信息工程学院表2.1.1几个国家的地电观测极距国家台名南北极距（公里）东西极距（公里）德国Barlin120262美国Tueson56.893.9美国College1.31.2英国Greenrich25.015.6澳大利亚Watheroo3.4及2.09.9及5.6西班牙Ebro1.31.4加拿大Chesterfield1.30.9图图2.1.3大地电场的矢端曲线大地电场的矢端曲线（a）非线性极化；

（）非线性极化；

（b）似线性极化）似线性极化大地电场的变化可分为两大类型，一类是地电场的平静变化，另一类是地电场的干扰变化。

平静变化是连续出现的，具有确定的周期性。

其中最重要的一种图2.1.4大地电场的对比性（1952.2.24观测）变化是静日地电日变化，周期为一天。

干扰变化是偶然发生的，持续一段时间以后就消失了。

地电场干扰变化又可分为各种类型：

高频地电变化，周期约为1041秒；

地电脉动，周期一般为0.21000秒；

地电湾扰，形如海湾而没有周期性，变化的持续时间约为13小时；

扰日地电日变化，周期为1天；

地电暴，具有独特的形态，变化的持续时间约为13天。

图图2.1.4大地电场的对比性大地电场的对比性（1952.2.24观测）观测）静日地电日变化和扰日地电日变化具有相同的周期，两者叠加在一起构成的地电变化称为地电日变化。

高频地电变化和地电脉动，不仅周期短，而且变化幅度一般也较小，常称为地电微变化，必须用高灵敏快速记录仪才能记录下来。

三、三、大地电场的场源大地电场的场源图图2.1.5地球磁层结构地球磁层结构1-地球偶极磁场磁力线；

地球偶极磁场磁力线；

2-地磁场磁力线；

地磁场磁力线；

3-磁层界磁层界限；

限；

4-过渡带；

过渡带；

5-太阳风带太阳风带大地电场的起源问题目前研究得还不够充分，但多数人认为它是一种宇宙现象。

根据现代空间探测的研究发现，在星际空间存在着来自太阳的等离子流，又称太阳风。

太阳风是一种超声速的粒子流（它在地球附近的速度为300500km/s），且具有很强的导电能力，地磁场不能穿过它，因而其磁力线发生畸变，远离地球区域的等离子体对地磁场起着屏蔽作用，使地磁场被局限在一个有限的范围内，这个区域称为磁层。

等离子体在磁层内部与电离层相接，磁层向着太阳一面的边界离地心约810个地球半径远，而背着太阳的另一端则延伸很远，如图2.1.5所示。

图2.1.5地球磁层结构1-地球偶极磁场磁力线；

3-磁层界限；

5-太阳风带在离地球较近的区域，太阳风的等离子体将和地球一起转动，一方面绕着地磁场的磁力线运动，另一方面又沿着磁力线方向在靠近两极的70纬度带附近往返振荡，电荷的这种运动所产生的电磁效应就是电磁脉动的一种场源。

太阳风粒子流在地磁场作用下，在高度约300km的极区电离层中形成一个电流系，并在距离地心约5至7个地球半径的远处形成一个赤道电流环，它们分别是地电湾扰和地电暴的场源地电日变化的场源是分布在电离层中的电流系，其中，静日地电日变化的电流系主要分布在中、低纬度地区的上空，高度约100km。

而扰日地电日变化的电流系主要分布在高纬度地区的上空。

高频地电变化的场源是在对流层中产生的雷电，主要分布在赤道上空8km附近。

太阳等离子体与磁层中离子的波动产生的以微脉动形式出现的低频（1Hz）电磁波，都在电离层和地球表面来回反射。

它们在穿透地层的过程中，可在导电地层中感应出强度不大，而分布范围很广的涡旋电流场，这种弱电流脉冲称为磁大地电流。

其传播深度主要依赖于振动频率或一次电磁场的变化周期。

高频（短周期）波的电流集中于上部地层，反映地壳浅部的地质信息，而低频（长周期）波则可传播到很深处，反映地壳深部的地质信息。

大地电场在地面上的分布，不仅取决于外部场源，而且还取决于地壳和地幔的电性结构。

因此，应用大地电场资料可以研究地壳和地幔的电性结构，也可以探测矿产和地热等资源。

应当指出，大地电场和地球变化磁场是密切联系，不可分割的。

它们的场源都是各种天电，因此两者具有相同类型的变化。

地球的变化磁场属于地磁学的重要内容，本书不做介绍。

2.1.2地电日变化地电日变化由静日地电日变化和扰日地电日变化叠加而成。

图2.1.6地电日变化一、一、地电日变化的形态地电日变化的形态地电日变化的形态如图2.1.6所示，实线和虚线分别为地电和地磁的日变化。

由图可见，地电北向分量日变化与地磁东向分量日变化的形态比较一致，而地电东向分量日变化与地磁北向分量日变化的形态比较一致，不过地电日变化与地磁变化之间有一定的相位差。

地电和地磁的日变化都是以日为周期的变化，但是形态并不是简单的正弦型。

这说明它们含有多种谐波成份。

用傅氏级数进行波谱分析表明，它们含有周期为24，12，8，6小时的各次谐波，而主要的谐波成份是周期为24小时的全日波和周期为12小时的半日波。

一般说来，地电日变化的半日波比全日波强，而地磁日变化的半日波比全日波弱。

图2.1.6地电日变化图2.1.7地电地磁日变幅度的长期变化1大地电场强度；

2.磁场强度；

3.太阳黑子数二、二、地电日变化随时间的变化地电日变化随时间的变化图图2.1.7地电地磁日变幅度的长期变化地电地磁日变幅度的长期变化1大地电场强度；

大地电场强度；

磁场强度；

3.太阳黑子数太阳黑子数一个台站所记录到的地电日变化是逐日而异的，其幅度和相位都会有变化，不过幅度的变化要比相位的变化更明显。

这种逐日变化没有明显的规律性，必须利用多年的资料进行统计分析才能看出变化的规律来。

地电日变化的幅度具有1年和大约11年的周期变化。

前者称为年变化或季节变化，一般夏季幅度大，冬季幅度小。

后者称为11年变化或太阳周变化，它和太阳活动密切相关。

太阳活动的强弱一般用太阳黑子数来表示，黑子数越高太阳活动越强。

图2.1.7给出了大地电场、地磁场和太阳黑子数的逐年变化，三者之间的相关性是非常明显的，变化的平均周期约为11年。

三、三、地电日变化的地面分布地电日变化的地面分布图图2.1.8地电场的分布图地电场的分布图地电日变化形态和幅度是因地而异的，主要随着纬度的改变而改变。

在不同纬度处，不仅幅度不同，而且形态还可能相反。

利用世界各个地电台站同一时刻的大地电场观测值，可以绘出大地电场或大地电流在地面上的分布，称为大地电流的世界分布图。

图2.1.8是吉什（O.Gish）利用1936年世界时18点的全球资料编制的大地电流分布图，这是全年地电资料的平均结果。

由于全球地电台站的数目太少，且南半球主要是海洋，所以此图只能给出大地电流地面分布的一个梗概。

由图可见，电流是呈涡旋形分布的，并且全球应有16个涡旋形电流，南北半球各8个，不过南半球只能画出4个。

涡旋电流的中心随纬度的分布具有一定的规律性：

在中低纬度区，中心位置在30附近；

在高纬度区，中心位置接近于70涡旋电流的方向（顺时针或反时针），随着经纬度而交替改变。

赤道两侧的8个涡旋电流与静日地电变化相对应，白天的电流强，夜间的电流弱。

高纬度处的涡旋电流与扰日地电日变化相对应，电流强度昼夜相差不多。

这种电流系相对于太阳的位置是固定的，地球自转一周，各地的大地电场就出现了以日为周期的变化，并且整个过程应经历两次起伏。

地电日变化的幅度平均为10mv/km。

图2.1.8地电场的分布图2.1.3大地电场的干扰变化一、一、地电微变化地电微变化图2.1.9短周期电磁脉动频谱图由于高频地电变化和地电脉动的幅度比较小，所以常称为地电微变化，其频谱如图2.1.9所示。

E和H分别表示电场和磁场，二者频谱是一一对应的。

从图中可以清楚地看出变化幅度与变化频率的关系：

在1Hz附近，幅度最小；

高于或低于这个频率，变化幅度增大，并且在一些频段上幅度具有极值。

由雷电引起的高频地电变化的频率为1104Hz。

按无线电波划分，这是低频段（ELF）。

地电脉动P的频率为1031Hz，其中又可分为许多小频段。

频率104103Hz的变化已经是地电湾扰了。

图2.1.9短周期电磁脉动频谱图