地球物理勘探-电磁法.ppt

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第六节地磁感应类电法：

电磁剖面法、电磁测深法第六节地磁感应类电法：

电磁剖面法、电磁测深法1、电磁法理论基础、电磁法理论基础交变电磁场中岩矿石电磁学性质：

交变电磁场中岩矿石电磁学性质：

传导电流：

与电阻率传导电流：

与电阻率有关。

有关。

位移电流：

与介电常数位移电流：

与介电常数有关。

有关。

磁导率磁导率:

真空中真空中410-7H/m介电常数介电常数：

真空中：

真空中8.8510-12F/m均匀交变电磁场在导电介质中的传播均匀交变电磁场在导电介质中的传播:

麦克斯韦方程组：

式中：

H为磁场强度，为磁场强度，E为电场强度，为电场强度，D为电位移，为电位移，B为磁为磁感应强度，感应强度，j为传导电流密度，为传导电流密度，q为自由电荷，为自由电荷，dD/dt为位移电流密度。

为位移电流密度。

在电法勘探中，导电介质内：

可得电极方程：

高高频频场场、高高阻阻介介质质，上上式式右右端端第第一一项项可可忽忽略略。

这这时时方方程程变变为纯波动型的。

为纯波动型的。

低低频频场场、良良导导介介质质，上上式式右右端端第第二二项项可可忽忽略略，方方程程变变为为热热传导型的（或扩散性的）传导型的（或扩散性的）。

由此可见，在导电的强吸收介质中，电磁扰动的传播是不由此可见，在导电的强吸收介质中，电磁扰动的传播是不按波动规律的，而是按着扩散规律传播的。

按波动规律的，而是按着扩散规律传播的。

2、地下交变电磁场的结构特点、地下交变电磁场的结构特点a、谐变场的传播：

、谐变场的传播：

谐谐变变场场的的结结构构特特点点：

谐谐变变场场是是频频率率域域法法中中常常用用的的波波场场。

其其中中场场强强、电电流流密密度度以以及及其其它它量量均按余弦或正弦规律变化。

均按余弦或正弦规律变化。

谐变场的传播：

其微分方程其微分方程亥姆霍兹齐次方程亥姆霍兹齐次方程式中式中k称为波数（或传播系数）。

称为波数（或传播系数）。

在导电介质中忽略位移电流时：

在在不不同同介介质质的的分分界界面面上上，即即在在或或出出现现不不连连续续处，满足边界条件：

处，满足边界条件：

脚标脚标t表示切向分量，表示切向分量，n表示法分量。

表示法分量。

谐谐变变场场的的激激发发：

借借肋肋于于交交流流电电的的发发射射装装置置，如如振振荡荡器器、发发电电机机等等，在在地地中中及及空空气气中中建建立立谐谐变变场场。

激激发发方方式式一一般为接地式的和感应式。

般为接地式的和感应式。

接地式：

与直流电法一样利用接地式：

与直流电法一样利用A、B供电电极将交流电源供电电极将交流电源直接接到大地，激发出交变电磁场。

直接接到大地，激发出交变电磁场。

感应式：

在地表敷设通有交变电流的不接地回线或者多匝感应式：

在地表敷设通有交变电流的不接地回线或者多匝的小型发射线圈的小型发射线圈磁偶极子，激发出交变电磁偶极子，激发出交变电磁场。

磁场。

谐变场激激发方式方式均均匀匀大大地地表表面面上上谐谐变变偶偶极极子子场场源源的的电电磁磁场场：

x、y轴轴位于水平面内，位于水平面内，z轴向下，在电阻率为轴向下，在电阻率为的均匀大地表面上：

的均匀大地表面上：

式中式中I0、K0、I1、K1为贝塞尔函数，为贝塞尔函数，r为收为收-发距，发距，k为传播系数，为传播系数，PE为电偶极距，为电偶极距，为为r方向与方向与x轴的夹角。

轴的夹角。

b、平面电磁波的传播：

、平面电磁波的传播：

平面电磁波的结构特点：

在无限均匀介质中，在无限均匀介质中，同一相位面为平面的电磁波称为平面电磁波。

若同一相位面为平面的电磁波称为平面电磁波。

若在这一平面上场振幅为常数，则称为均匀平面电在这一平面上场振幅为常数，则称为均匀平面电磁波，否则为非均匀平面电磁波。

磁波，否则为非均匀平面电磁波。

平面电磁波的传播：

在电阻率为在电阻率为的均匀介质中选的均匀介质中选择择X和和Y轴位于波的极化平面上，轴位于波的极化平面上，Z轴位于波的传播方向轴位于波的传播方向上，则电磁场的分量为：

上，则电磁场的分量为：

上式为复数式，且沿上式为复数式，且沿z轴的正方向按指数规律衰减轴的正方向按指数规律衰减.Ex分量振幅和相位分别为：

分量振幅和相位分别为：

b为振幅衰减系数，为振幅衰减系数，a为相位系数。

为相位系数。

电场沿电场沿Z轴方向前进轴方向前进1/b距离时，振幅衰减为距离时，振幅衰减为1/e倍。

倍。

习惯上将距离习惯上将距离1/b称为电磁波的趋肤深度。

称为电磁波的趋肤深度。

趋肤深度亦可写为：

电电磁磁波波的的趋趋肤肤深深度度随随电电阻阻率率的的增增加加和和频频率率的的降降低低而而增增大大。

所所以以，为为了了进进行行深深部部地地质质调调查查应应采采用用较较低低的的工作频率。

工作频率。

平面电磁波传播中的波阻抗平面电磁波传播中的波阻抗Z：

在均匀介质中电场在相位上落后于磁场在均匀介质中电场在相位上落后于磁场/4。

这是通。

这是通过测量相互正交的电场和磁场分量确定介质电阻率的计算过测量相互正交的电场和磁场分量确定介质电阻率的计算公式。

如果介质为非均匀的，则计算的电阻率为视电阻率公式。

如果介质为非均匀的，则计算的电阻率为视电阻率。

如果介质电阻率为已知，则可确定介质的磁导率。

c、瞬变场的传播：

、瞬变场的传播：

瞬变场的结构特点：

瞬变场是指那些在阶跃电流瞬变场是指那些在阶跃电流源作用下，地中产生的过渡源作用下，地中产生的过渡过程感应电磁场。

因为这一过程感应电磁场。

因为这一过渡过程的场具有瞬时变化过渡过程的场具有瞬时变化的特点，故取名为瞬变场。

的特点，故取名为瞬变场。

瞬变场的激发：

与谐变场情况一样，其激发方向也有与谐变场情况一样，其激发方向也有接地式和感应式两种。

在阶跃电流接地式和感应式两种。

在阶跃电流（通电或断电）的强大变化磁场作（通电或断电）的强大变化磁场作用下，良导介质内产生涡旋的交变用下，良导介质内产生涡旋的交变电磁电磁场，其结构和频谱在时间与空场，其结构和频谱在时间与空间上均连续地变化。

间上均连续地变化。

谐变场和瞬和瞬变场涡旋旋电流流结构构瞬变场的参数：

瞬变场的参数：

瞬变电磁场状态的基本参数是时间。

这一时间依赖于岩石的导电性和收这一时间依赖于岩石的导电性和收发距。

研究瞬变电磁场随时间的发距。

研究瞬变电磁场随时间的变化规律，可探测具有不同导电性变化规律，可探测具有不同导电性的地层分布纵向电导。

也可以发现的地层分布纵向电导。

也可以发现地下赋存的较大的良导矿体。

地下赋存的较大的良导矿体。

在频率域中电场强度按指数规律衰减。

均匀大地表面上阶跃偶极子场源的电磁场均匀大地表面上阶跃偶极子场源的电磁场（瞬变电磁法的理论基础）（瞬变电磁法的理论基础）远远区区（早早期期）的的瞬瞬变变电电场场规规律律：

波波区区范范围围内内电电场场强强度度与与介介质电阻率成正比质电阻率成正比近区（晚期）的瞬变电场规律：

近区（晚期）的瞬变电场规律：

3、电磁剖面电磁剖面法法电磁剖面法电磁剖面法：

主要应用于矿床普查、地质填图、工程地主要应用于矿床普查、地质填图、工程地质、水文地质调查。

可分为人工主动源质、水文地质调查。

可分为人工主动源电磁剖面法和被动源方法两类：

电磁剖面法和被动源方法两类：

a、人工主动源电磁剖面法人工主动源电磁剖面法：

研究深度为几十米到一、二百米。

包括包括不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法等。

等。

这些方法这些方法既可在频率域中采用，也可在时间域中采用。

既可在频率域中采用，也可在时间域中采用。

航航空空电电磁磁法法：

在在实实际际工工作作中中，航航空空电电磁磁法法不不局局限限于于直直找找矿矿，应用范围较广。

应用范围较广。

b、被动源电磁剖面法：

主要有、被动源电磁剖面法：

主要有甚低频法甚低频法和和大地电磁法大地电磁法。

甚甚低低频频法法：

世世界界上上许许多多国国家家为为了了潜潜艇艇通通讯讯及及导导航航目目的的，设设立立了了强强功功率率的的长长波波电电台台。

其其发发射射频频率率在在1525kHz范范围围内内，甚甚低低频频电电台台发发射射的的电电磁磁波波，在在远远离离电电台台地地区区可可视视为为典典型型的的平平面面波波。

这这种种电电磁磁波波适适合合做做电电导导率率填填图图，还还可可用用于于探探测测大大的的断断层层、破破碎碎带带、石石墨墨化化地地层层和和矿矿化化带带，在在有有利利条条件件下下还还可可探探测测浸浸染染和和块块状状硫硫化化矿。

矿。

大大地地电电磁磁剖剖面面法法：

研研究究深深度度可可达达到到结结晶晶基基底底，可可提提供供研研究究区区域域的的基础资料。

基础资料。

4、电磁测深法电磁测深法：

根据电磁感应原理研究天然或人工根据电磁感应原理研究天然或人工（可控）场源在大地中激励的电磁（可控）场源在大地中激励的电磁场场分布，由观测到的电磁场值来研究地分布，由观测到的电磁场值来研究地电参数沿深度的变化。

电参数沿深度的变化。

目前常用方法包括：

天然大地电磁测深方法、人工源天然大地电磁测深方法、人工源频率电磁测深方法（简称频率测频率电磁测深方法（简称频率测深法）、人工源瞬变电磁测深方深法）、人工源瞬变电磁测深方法（简称瞬变测深法）法（简称瞬变测深法）。

天然大地电磁测深方法、人工源频率电磁测深方法天然大地电磁测深方法、人工源频率电磁测深方法（简称频（简称频率测深法）、率测深法）、可控源音频大地电磁测深法可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）属于频率属于频率域方法，通过改变频率来控制探测深度。

域方法，通过改变频率来控制探测深度。

人工源瞬变电磁测深方法人工源瞬变电磁测深方法（简称瞬变测深法）（简称瞬变测深法）为时间域方法。

为时间域方法。

应用方向：

在我国，在我国，电磁测深方法主要用于观测地壳和上地幔物电磁测深方法主要用于观测地壳和上地幔物质结构、普查石油天然气、煤田、地热田、寻找地质结构、普查石油天然气、煤田、地热田、寻找地下水和金属矿产过程。

下水和金属矿产过程。

大大地地电电磁磁测测深深法法：

设设平平面面电电磁磁波波垂垂直直射射入入地地面面，n层层水水平平层层状状介介质质的的层层厚厚度度为为hn，电电阻阻率率n，界界面面深深度度dn，每每层波数层波数kn。

对于任意层，场变量的基本方程为：

根据均匀场的特点，由亥姆霍兹方程得电磁场的解为：

对于任意层，阻抗为：

设第推函数设第推函数Rn为：

为：

则第一水平层阻抗则第一水平层阻抗Z1、电阻率、电阻率1和地表阻抗和地表阻抗Z10关系可写为：

关系可写为：

由上式，得出大地电磁法所测得的视电阻率的模或振由上式，得出大地电磁法所测得的视电阻率的模或振幅具有以下形式：

幅具有以下形式：

按这种方法确定的视电阻率称为按这种方法确定的视电阻率称为卡尼亚视电阻率卡尼亚视电阻率。

大大地地电电磁磁测测深深两两层层曲曲线线大大地地电电磁磁测测深深三三层层曲曲线线频频率率电电磁磁测测深深法法：

采采用用电电或或磁磁偶偶极极场场源源，用用改改变变频频率率的的方方法法来来控控制制探探测测深深度度，而而不不用用增增加加供供电电电电极极距距AB。

对对地地层层的的分分辩辩力力强强；勘勘探探深深度度较较大大等等。

近近年年来来，频频率率深深法法已成为国内外应用较广的一种测深方法。

已成为国内外应用较广的一种测深方法。

频率测深视电阻率：

s为接收线框面积，为接收线框面积，n为匝数。

为匝数。

K型断面频率测深曲线型断面频率测深曲线A型断面频率测深曲线型断面频率测深曲线H型断面频率测深曲线型断面频率测深曲线瞬变电磁测深法瞬变电磁测深法即即时时间间域域瞬瞬变变电电磁磁测测深深法法，是是近近年年来来发发展展很很快快的的电法勘探的分支方法电法勘探的分支方法。

应用方法：

在阶跃脉冲作用下，良导地层中产生的瞬变涡在阶跃脉

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