EH4双源大地电磁测深系统培训讲义(2012年)

1、EH4双源大地电磁测深系统培训讲义(2012年)第一页，共68页。一、方法简介及发展现状二、EH4的工作原理三、EH4仪器简介及野外操作四、EH4数据处理五、EH4的应用实例第二页，共68页。众所周知，地下一千米至几百米上下的范围内，正是人类经济、文明活动在地壳上层最活跃的深度。而适用于该深度范围的电法仪器相对较少，也正是这种现状激发了国内外众多的科学家和仪器制造商要研制开发出一种既轻便又可以勘探浅、中深度的电法仪器。第三页，共68页。EH4双源大地电磁测深系统上世纪90年代中期，由美国EMI公司和以制造高分辨率地震仪著名的Geometrics公司联合研制出EH4。这是全新概念的电导率张量测量

2、仪。该仪器利用大地电磁的测量原理，同时配置了磁偶极子发射源。这种发射源的天线是一对十字交叉的天线，组成两个正交方向的磁偶极子，采用汽车电瓶供电，发射频率从500Hz到100KHz，以弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文造成的电磁干扰谐波。第四页，共68页。第五页，共68页。大地电磁测深的工作频率范围第六页，共68页。EH4方法的重要意义EH4遵循大地电磁测深（MT）的基本原理，支持音频大地电磁测深（AMT）和可控源音频大地电磁测深（CSAMT）, 属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。 。EH4出现为1000米左右范围的电法勘探提供了一种具有现实价值的新手段，很快成为解决

3、这一深度范围内的各种地质问题的有效工具。第七页，共68页。一、方法简介及发展现状二、EH4的工作原理三、EH4仪器简介及野外操作四、EH4数据处理五、EH4的应用实例第八页，共68页。电法的主要分类：常规电法 直流电法 激发极化法（时域） 自然电场法 充电法电磁法 时间域电磁法：时域瞬变电磁法（TEM） 频率域电磁法：MT及其衍生方法AMT、CSAMT 基于MT法的双源型音频大地电磁仪：EH4第九页，共68页。大地电磁测深三点假设1950年，吉洪诺夫提出大地电磁三点假设： 1、大地电磁场比较复杂，但可以近似的看作来源于高空的平面电磁波垂直入射地球。 2、可以在地电学中引入阻抗的概念，阻抗反映了

4、地球电性分布对大地电磁场的影响。 3、有可能利用单点的大地电磁观测资料探测地球。第十页，共68页。基本原理EH4属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。其观测的基本参数为：正交的电场分量（Ex,Ey）和磁场分量（Hx,Hy）的时间序列。然后通过傅立叶变化将时间域的电磁信号变成频谱信号，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后计算卡尼亚电阻率： 第十一页，共68页。 因为大地电磁的频谱成份属于低频的范畴，通常可以忽略位移电 流，这时K进一步简化为E：电场强度矢量；D：电感应强度矢量；：介质的介电常数；H：磁场强度矢量；B：磁感应强度矢量；：介质的导磁率q:电荷密度：电阻率：电导率电磁场的理

5、论基础：麦克斯韦方程波动方程亥母霍兹方程电磁波的传播理论第十二页，共68页。13均匀半空间中的大地电磁场E极化H极化在均匀大地介质中，以场沿Y方向的偏振，可得如下两组方程：第十三页，共68页。14均匀半空间中的大地电磁场 以E偏振为例，根据边界条件求解方程 地面场值公式表示任一点的场随时间是谐变的，场的振幅是沿传播方向谐变并且呈指数规律衰减的。可得地面场值为：第十四页，共68页。如何达到测深的目的？-*趋肤深度*电磁波在大地介质中的穿透深度（或趋肤深度）与频率有关。穿透深度可由下式表示：高频的资料主要反映浅部介质的电性特征，而低频资料则主要反映深部介质的电性变化特征。在一个宽频带上测量E和H，

6、并由此计算出不同频率下的卡尼亚视电阻率和相位，可以确定地下岩层的电性结构和地质构造。第十五页，共68页。直流电法仪测深大地电磁测深第十六页，共68页。*勘探深度*把电磁波能量衰减到原来的50%时的传播深度定义为勘探深度，它可以近似的由下式计算： 第十七页，共68页。*波阻抗* 定义表面阻抗为： 在一维情形下 此时的阻抗称为标量阻抗，无TE与TM模式之分 在二维情形下 TE与TM模式阻抗的定义由其电磁场分量的偏振方向与构造的空间位置关系决定，电场与构造走向平行的称为TE模式阻抗，磁场分量与构造走向平行的称为TM模式阻抗，二维以及三维电性结构上的阻抗称为张量阻抗第十八页，共68页。*视电阻率* 根

7、据卡尼亚的定义，视电阻率可以表示为： 在不均匀层状介质情况下我们用上述公式得出的“电阻率值”称为视电阻率。一般说来，视电阻率不是某层介质的真正电阻率，而是地下层状介质电性参数分布的综合反映。视电阻率与地电断面参数及观测电场信号的频率有关。一定频段的大地电磁场有一定的穿透深度和影响范围，而视电阻率就表示这一范围内地点断面的平均效应。第十九页，共68页。一、方法简介及发展现状二、EH4的工作原理三、EH4仪器简介及野外操作四、EH4数据处理五、EH4的应用实例第二十页，共68页。EH4的主要部件EH4接收系统主机前置放大器30米连接线带缓冲电路的电极线不锈钢电极磁棒及磁棒线EH4发射系统发射机发射

8、天线第二十一页，共68页。 低频探头：300Hz-0.1Hz第二十二页，共68页。选点 选点是一件非常重要的事情，它直接影响原始数据的好坏，所以我们选择的测点应注意以下事项： 1、测点离高压线至少要500米以上，离民用220伏照明电线至少100米以上，离高速公路至少500米以上，离铁路至少1000米以上。 2、尽量远离村庄，发电场，工厂等电磁波干扰比较强的地方。 3、测点地势尽可能平坦，开阔。 4、测站的位置应当尽量远离如水塘，小河等水体。野外布站应当遵循的原则第二十三页，共68页。电极布置 1、电极相互之间的高程不要相差太大。 2、电极尽量远离小溪、河流、水塘等水体，还应避免将电极布在陡坎边

9、缘等地形突变处。 3、接地电阻的高低也对原始数据质量有着直接的影响，接地电阻越小信号越好，所以在布置电极时确保电极与大地接触良好。一般接地电阻至少要小于10K欧姆每米。野外布站应当遵循的原则第二十四页，共68页。磁棒布置 1、磁棒要平放在地上，用水平尺使其水平，同时用罗盘确定测量轴方位角，两个磁棒要相互垂直，相互误差不能超过+/-2度。 2、如果在野外测量时，风比较大时，我们应该在地上挖一个小槽将磁棒放入用土掩埋，另外将传输线也用土掩埋以防因风吹而摆动造成信号干扰，同时杜绝磁信号传输线绕成闭合圈。野外布站应当遵循的原则第二十五页，共68页。 仪器测试 在工区进行仪器自检，或想确定新仪器是否正常

10、，我们可以进行平行测试。所谓平行测试是指将两个电极相互平行摆放（如X方向），两个磁棒也朝同一方向摆放（如Y方向）。 如果仪器正常的话，我们所得的谱线图Ex与Ey ， Hy与Hx应该是一致的，同样所计算的视电阻率曲线也是一致的。 第二十六页，共68页。发射机的布置 发射机与接收机的距离至少要为3倍的趋肤深度，EH400AM2的发射线圈要求小于6倍趋肤深度。第二十七页，共68页。EH4技术发展现状目前，AMT采集技术研究朝两个相反的方向发展：一个是重设备、大功率可控源音频大地电磁法。其代表是GDP系列和V系列电法仪。这一类仪器采用大功率的电偶源场。另一个发展方向则是轻设备，小功率，其代表是EH-4

11、系统。EH4研究了天然场的特点，认为500Hz以上的波段受当前人文活动干扰较大。因此，设计用500Hz以上的高频人工场作为补充。EH4采用一组垂直布置的水平磁偶极子作为场源。第二十八页，共68页。29目前我国使用的大地电磁仪器: 1）小功率、轻型设备 美国EMI公司和Geometrics公司的EH-4 2）大功率重设备 加拿大Phoenix公司的V8 美国Zonge公司的GDP32 德国Metronix公司的GMS-06第二十九页，共68页。EH4具有的优势 EH4可以使用人工电磁场和天然电磁场两种场源。因此其所具有的优势就包括：人工场源用在信号较弱或没有信号的地区，保证全频段观测到可靠信号；

12、它支持张量人工场源的测量，反演X-Y电导率张量成像剖面，对判断二维构造特别有利，而一般人工场源电磁测深仅能进行标量测量，不能正确判断二维构造； 整套仪器设备轻便，观测时间短，完成一个1000米深度的电磁测深，大约只需15分钟左右，具有较高的工作效率，为进行EMAP连续观测提供技术保证；实时数据处理与成像，资料解释简捷，图像直观。第三十页，共68页。一、方法简介及发展现状二、EH4的工作原理三、EH4仪器简介及野外操作四、EH4数据处理五、EH4的应用实例第三十一页，共68页。Ex、EyHx、Hy信息采集前置放大滤波主机数据存储处理文件时间序列Y互功率谱X阻抗文件ZEH4电导率成象系统由接收、发

13、射、资料处理构成第三十二页，共68页。IMAGEM程序主菜单DATA ANALYSIS 场值分析1-D ANANLYSIS 视电阻率（阻抗）分析2-D ANANLYSIS Bostick反演、成图第三十三页，共68页。1、DATA ANALYSIS场值分析单号命令同号命令异号命令第三十四页，共68页。单号命令由功率谱文件读入，查看功率谱数据第三十五页，共68页。同号命令由时间序列读入，手动选择合适的时间序列，重新计算功率谱，退出时将提示是否覆盖原功率谱文件。第三十六页，共68页。异号命令由时间序列读入，自动重新计算功率谱，并直接覆盖原功率谱文件。第三十七页，共68页。2、1-D ANALYSI

14、S视电阻率分析单号命令同号命令异号命令第三十八页，共68页。单号命令由阻抗文件读入，查看视电阻率第三十九页，共68页。同号命令由功率谱文件读入，并编辑由此文件直接计算的视电阻率（阻抗），退出时提示是否覆盖原阻抗文件。第四十页，共68页。异号命令由功率谱文件读入，依次查看由各个测点功率谱数据直接推算出来的视电阻率（阻抗），并直接覆盖原阻抗文件第四十一页，共68页。2-D Analysis反演、成图第一个参数为平滑因子，点数较少的时后，平滑因子应该控制在0-1之间。第二个参数为测线方向。第四十二页，共68页。输入要反演成图的起止点号。第四十三页，共68页。 1、绘图 2、频率比例尺 3、电阻率比例

15、尺 4、水平方向（距离）比例尺 5、深度比例尺 6、视电阻率图 7、视相位图 8、存数据 9、读数据10、像素第四十四页，共68页。一、方法简介及发展现状二、EH4的工作原理三、EH4仪器简介及野外操作四、EH4数据处理五、EH4的应用实例第四十五页，共68页。EH4在矿产勘探中的应用第四十六页，共68页。实例1：某金矿区EH4勘探第四十七页，共68页。甘肃某金矿7勘探线EH4连续电导率剖面（上）及解译图（下） （）低阻（K ）电性体，分布广泛，并对称分布于高电阻率电性体两侧，构成本区电性体的主体，结合本区围岩产状特点综合分析加以判断，应为本区含矿主体岩石即隐爆凝灰角砾岩；（）中等电阻率（KK

16、）电性体呈不规则团块状、透镜状产出，可能是矿体产出部位；（）高阻（KK）电性体，呈柱状、不规则团块状和岩体状产于低电阻率电性体之中，浅部（）不规则团块状和透镜状应为隐爆岩浆角砾岩，深部（）应为花岗岩体。第四十八页，共68页。实例2：东北某铁矿EH4勘探第四十九页，共68页。东北某铁矿成矿机理第五十页，共68页。第五十一页，共68页。矿区内四条EH-4深部地球物理测线联合对比图第五十二页，共68页。实例3： EH4在几个危机矿山中的应用效果第五十三页，共68页。N某金矿床该矿床的地表氧化矿采尽后已废弃多年。钻探控制深度200米。 矿化蚀变带长约1500米，已控制了I、II号矿体，走向95 , 倾

17、向 185, 倾角 75。第五十四页，共68页。孔深850m为了验证成矿理论和成矿预测，又开展了深部地球物理工作，漏斗第五十五页，共68页。高电阻率（）电性体为次火山岩；广泛分布的中等电阻率（）电性体应为本区主体岩石即安山岩；低电阻（小于）电性体产出位置与浅部已知矿（化）体和钻孔资料对比分析发现，浅部低电阻异常区与地表矿（化）体出露位置和钻孔见矿位置吻合，因此，浅部低电阻率电性体与已知矿化蚀变体相对应，地下 以下的低电阻率异常与浅部已知矿体的低电阻率异常相同，其延深与浅部已知矿体向深部延伸的趋势一致；推断深部低电阻率异常亦可能反映的是矿化异常。第五十六页，共68页。实例4：在云南某金属矿的应用

18、第五十七页，共68页。实例5： E H4在韧性剪切带型金矿成矿带的应用第五十八页，共68页。西部东部中部富蕴第五十九页，共68页。左图反映了地下存在 种不同的电性体：低阻电性体（），呈脉状、不规则透镜状分布于中高电阻率电性体之中，最大延深可达 。中高阻电性体（）构成本区电性体的主体。矿化蚀变的展布受断裂构造的控制，在电阻率异常剖面上呈比较明显的带状。对比研究表明，浅部地球物理低阻异常位置与地表矿化蚀变带位置完全吻合，且该异常带向深部稳定延伸，并形成较大的低电阻率异常区。随后的钻探结果验证了该区的地球物理异常。第六十页，共68页。 EH4在地下水勘探中的应用EH-4 电导率成像法主要是通过观测地层电性参数在纵向及横向上的变化特征，来确定地层岩性结构、岩溶发育带或岩石破碎位置以及预测地下水水质的变化规律，是一种先进的频率域电磁法勘查技术，代表当今国际上电磁法勘查技术的发展趋势，其主要特点