大地电磁场课件：EM8-VLF+CSAMT

实验报告水槽实验报告要求：一、实验目的二、实验方法（装置图）三、实验过程（数据表格）四、实验结果（中梯：自然电位/视电阻率/视极化率剖面曲线图；测深：测深曲线/拟断面图；

就实验结果进行必要的讨论）6.27（周三）下午5:30之前交至教五楼2层院办门前信箱

1期末考试总成绩=平时成绩40%+期末考试60%平时成绩=考勤10

+课堂答题/作业10+实验报告20期末考试=选择20

+填空20

+简答20

+计算40考试时间：6.28（周四）上午8:00-10:00，综合楼304答疑时间：考前每天下午（周末除外），教五楼2142大地电磁测深法*电法勘探授课教师：张乐天历史1953/1955年，前苏联地球物理学家AndreyN.Tikhonov，以及法国地球物理学家LouisCagniard分别独立提出了利用天然电磁场进行勘探的大地电磁法原理频率域被动源测深法5不同维度下的阻抗张量不同维度下的阻抗张量形式：

其中，R为旋转矩阵61-D（标量）3-D（张量）2-D（张量）不同维度下的阻抗张量不同维度下的阻抗张量形式：其中，R为旋转矩阵71-D（标量）3-D（张量）2-D（张量）x-y方向选取任意Zxy=-Zyx仅在x//构造走向时为反对角阵此时xy=TE，yx=TM，Zxy≠Zyx一般情况下四个元素均不为零任何情况下四个元素均不为零xy≠TE，yx≠TM方法细分8根据不同的任务性质，可将MT方法进一步细分为以下四个频段：RMT（RadioMT）：10kHz–300kHz

探测范围地下几十米

采集时间几分钟AMT（AudioMT）：1Hz–10kHz

探测范围上地壳几公里

采集时间几分钟-几小时BBMT（BroadBandMT）：1000Hz–2000s

探测地壳范围几十公里

采集时间1-2天LMT（LongperiodMT）：1–10000s

探测岩石圈范围上百公里

采集时间一周以上音频大地电磁（AMT）大地电磁（MT）应用大地电磁测深工作流程：工作设计数据采集数据处理数据分析反演解释910变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面甚低频法电法勘探授课教师：张乐天甚低频法（VLF）甚低频法(VeryLowFrequency)是20世纪60年代中期发展起来的一种被动源电磁法。它利用分散在全球各地数十个频率为15～25kHz的长波电台作为场源,进行地质矿产及水资源勘查。这些长波电台是为远方的潜艇导航及通信而建立的,功率强大(500～1000kW),信号稳定。由于VLF法无需发射设备,因此装备非常轻便,工作效率高,成本低，在寻找良导电的金属矿床、找水以及进行地质填图等方面取得了很好的地质效果。勘探深度？1213变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面甚低频法的场源14甚低频法的场源15甚低频法的场源16甚低频法的一次场甚低频法的一次场甚低频电磁法是利用频率为15～25kHz的潜艇通讯用甚低频电台作为它的场源。这种电台的功率相当强大,通常为几百到1000kW。其辐射天线为几百英尺高的垂直电偶极子。17甚低频法的一次场18YX甚低频法的一次场E可分解为x、z分量；H只有y分量；地面上方空气中，Ez>>Ex；地下Ex>>Ez；均匀大地中可近似视为平面波，只有水平分量Ex、Hy。19甚低频法的异常场地质体走向//收发距方向

→TE模式（Hy-Ex）VLF适用于与场源方向平行

的脉状异常体的探测。20甚低频法的异常场Hz→倾子21HyHyHy甚低频法的异常场22一次场异常场总场甚低频法的异常场23测量参数磁场测量：By、Bz

极化椭圆倾角D（Bz/By）电场测量：Ex视电阻率测量：24资料处理地形改正：正演模拟-校正日变校正：By/BzFraser滤波：25仪器设备仪器设备：GeonicsEM16

(磁场测量)

EM16R

(视电阻率测量)26仪器设备仪器设备：重庆地质仪器厂

DDS—3甚低频电磁仪27应用举例萤石矿勘查萤石Fluorite氟化钙(CaF2)蓝紫色至无色，玻璃光泽；

主要为热液型；

极少为沉积型；

冶金熔剂或抽取氟化物，

无色透明者可作光学材料。28萤石矿勘查29萤石矿勘查本区萤石矿绝大多数为裂隙充填型，构造破碎带含水，电阻率低于围岩，这种电性差异提供了电磁法寻找含矿断裂的前提；电磁法探测的主要是控矿构造，而非矿物本身。30313233变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面其他电磁法电法勘探授课教师：张乐天提纲可控源音频大地电磁法航空电磁法（了解）海洋电磁法（了解）探地雷达（不要求）震电法（不要求）3536变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面可控源音频大地电磁法什么是“可控源音频大地电磁法”？C.S.A.M.T.ControlledSourceAudioMagnetoTellurics一种使用音频大地电磁法观测方式的人工源频率域电磁测深法（一般仅限于陆地）C.S.E.M.ControlledSourceElectroMagnetics一般使用电偶极源进行剖面测量，注意这一概念一般仅限于海洋（石油天然气工业）37可控源音频大地电磁法38在音频（1～nx103Hz）范围内，天然大地电磁场的场源一般是赤道附近的雷电作用，信号相对较弱（被称为“死频带”），同时，人文干扰较大。使用天然场进行测深较为困难。死频带可控源音频大地电磁法为了克服上述困难，1970年代初，DWStrangway教授和他的学生MAGoldstein提出沿用AMT的测量方式，观测人工供电产生的音频电磁场，由于所观测的电磁场频率、场强和方向由人工控制，而观测的方式与AMT相同，所以称其为可控源音频大地电磁测深。可控源：控制电磁场的频率，强度，方向音频：采用音频电磁场的频率范围大地电磁：采用大地电磁法的接收方式39可控源音频大地电磁法作为一种频率测深法，CSAMT法也是通过磁性源（不接地回线）或电性源（电偶极）向地下供入音频范围的谐变电流以产生相应频率的电磁场。并在发射源的一侧或两侧，沿测线（X）方向观测相应频率的电场分量Ex和与之正交的磁场分量Hy，进而计算卡尼亚视电阻率：和阻抗相位：40CSAMT法原理可控源音频大地电磁法在音频段内（n×10-1~n×103Hz)逐次改变供电和测量频率便可测出ρs和φz随频率的变化，完成频率测深观测。

由于磁性源发出的磁场相对电场在地下介质中耗散较快，其探测深度一般较小，多用于工程、环境地质工作中。

矿产勘探工作多采用水平偶极电性源发射。41可控源音频大地电磁法装置布置（以电偶极源为例）测线与发射源的夹角一般不超过60度角，否则将不是平面波42TXU-30AB30°5-10km2~3km电道距离(=一个点位)磁道标量CSAMT野外布置示意图标量CSAMT1个发射源1个电道方向每次调整点位测量1个方向磁场和另一方向电场ScalarCSAMT矢量CSAMT1个发射源2个电道方向每次调整点位测量2个方向磁场和电场张量CSAMT2个发射源2个电道方向每次调整点位测量2个水平方向磁场和电场（有可能测量Z方向磁场）TE(TransientElectric)（Ex，Hy，Hz）TM(TransientMagnetic)（Hx，Ey，Ez）极化模式划分(与大地电磁法相同)作为一种频率测深方法，可控源音频大地电磁法的场也分为近区、过渡区和远区，在A区（近区），接近发射机，由于近区的阻抗是与频率无关的，所以不能起到测深的目的。在过渡区（B）阻抗与频率的关系比较复杂，需要进行校正才能用于测深。在远区（C）视电阻率表达式与大地电磁法完全一样，为卡尼亚电阻率波场分区可控源音频大地电磁法电性源装置远区：★标量测量：★矢量测量：49

可控源音频大地电磁法磁偶源装置远区：过渡区：K为校正系数（在均匀半空间介质的条件下推导出来的，与地下各层之间的电阻率比值、信号的频段有关）。不同的研究者有不同的校正方法，如过渡三角形法，全频域视电阻率法等等。一些学者甚至直接放弃使用了卡尼亚电阻率，定义了一种新的“全区视电阻率”进行计算。50可控源音频大地电磁法

51CSAMT发射有效区

标量Ex/Hy标量Ey/Hx矢量CSAMT有效的矢量CSAMT数据是被限制在可见的四个区域内可控源音频大地电磁法54近区，视电阻率呈四十五度角上升过渡区低谷远区正常视电阻率典型的实际测量曲线(不完全满足|Kr|>>1时)曲线的高频符合波区假设，低频的不符合符合波区假设，处于近区，出现近场效应。Zonge公司CSAMT仪器配套的视电阻率曲线编辑器可控源音频大地电磁法近场效应校正：使用全区视电阻率计算公式

（了解，教材P429-432）

55可控源音频大地电磁法静位移（静态效应）校正：

什么是静位移（StaticShift）？

56可控源音频大地电磁法静位移（StaticShift）的产生机制：

57可控源音频大地电磁法静位移（StaticShift）：

与频率无关，视电阻率曲线发生整体平移（形态不变）；

理想二维情况下，只存在于TM模式；

实际情况下，TE、TM模式都存在静位移；

浅部电性不均匀体→对从高频至低频的所有数据产生影响→假异常，影响解释的准确性→静位移校正。

58可控源音频大地电磁法静位移校正：（1）通过电磁阵列剖面法（EMAP）沿剖面将电极首尾相接，从而实现利用空间域低通滤波来压制静位移效应（AMT、CSAMT适用）。59可控源音频大地电磁法60TE与TM模式视电阻率沿垂直电阻率间断面的视电阻率剖面曲线：TM模式有明显的间断面，而TE模式则是平缓变化的。可控源音频大地电磁法静位移校正：（2）由于静位移效应只影响视电阻率数据，对相位数据没有影响，因而在反演过程中可以只反演相位数据，或者由相位数据估算出视电阻率数据来实现静位移效应的去除。61可控源音频大地电磁法相位曲线相位反映了视电阻率随周期的变化率：视电阻率不变时，Φ=π/4;视电阻率随T增大时，0<Φ<π/4;视电阻率随T减小时，π/4<Φ<π/2;E偏振模式下，相位随视电阻率在（0，π/2）震荡变化；H偏振模式下，相位随视电阻率在（-π，-π/2）震荡变化。62可控源音频大地电磁法静位移校正：（2）由于静位移效应只影响视电阻率数据，对相位数据没有影响，因而在反演过程中可以只反演相位数据，或者由相位数据估算出视电阻率数据来实现静位移效应的去除。63可控源音频大地电磁法方法优点：工作效率高，以电偶极子为例，利用一个偶极发射，可以在4个很大的扇形区域内测量勘探深度范围大，数十米到2-3千米垂向及水平分辨率高地形影响小，易于校正，高阻层的屏蔽作用小64可控源音频大地电磁法方法不足：发射源布设工作较为复杂发射端附近存在的电性不均匀体可能会带来对发射源的干扰过渡区修正比较困难场源效应的影响，主要包括：非平面波效应、场源附加效应、阴影效应等65可控源音频大地电磁法66电法实习使用的EH-4音频大地电磁/可控源音频大地电磁系统装置轻便，操作简单主要用于浅部构造/工程勘探可控源音频大地电磁法67可控源音频大地电磁法68GDP32-II系统接收机主要组成部分可控源音频大地电磁法69GDP32-II系统GGT-10发射机部分GDP32-II系统ZMG-10发电机部分应用实例70地热勘探：电磁法是非常有效的不可替代手段71变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面航空电磁法

被动源：AFMAG、ZTEM、航空VLF

主动源：频率域航空电磁

时间域航空电磁（航空瞬变电磁）

航空电磁系统：硬架系统（Rigid-framesystems）

吊舱系统（Towed-birdsystems）

前沿方向：与无人机技术结合72航空电磁法硬架系统（Rigid-framesystems）

73航空电磁法吊舱系统（Towed-birdsystems）

74海洋电磁法天然场：海洋大地电磁法人工场：海洋可控源电磁法（CSEM）75海洋电磁法接收装置76海洋电磁法发送装置77海洋电磁法78电法勘探总结电法勘探授课教师：张乐天岩矿石电磁性质电法勘探所利用的主要电性参数岩矿石导电性及其主要影响因素固体矿物的主要导电机制岩矿石自然极化性分类及其产生机制岩矿石激发极化性分类及其主要影响因素不同分类标准下电法勘探方法的划分80大地电磁场天然大地电磁场的不同频率成分及其分类：

平静变化4种、干扰变化4种；

>1Hz主要来源于全球雷电活动；<1Hz主要来源于太阳风与地球磁层相互作用以及磁层/电离层内部相互作用；

“死频带”的概念。81大地电磁场麦克斯韦方程组及本构方程（各物理量含义、各方程的物理意义）电报方程在何种条件下分别得到波动方程和扩散方程边界条件（4个）由麦克斯韦方程组到亥姆霍兹方程的推导过程及各个简化步骤波长及其计算公式、趋肤深度及其计算公式线性偏振波的概念、波阻抗/特征波阻抗的概念层状介质波阻抗递推公式（不要求记，但给出公式应当会用）82电阻率法剖面法与测深法的概念电阻率法的测深原理视电阻率的概念不同装置装置系数及视电阻率的计算不同装置类型的视电阻率异常特征层状介质视电阻率曲线的分类与命名高密度电阻率法常用装置及其优缺点83激发极化法极化率与等效电