电法勘探-3_0.ppt

1、3 电磁法勘探,电磁法是利用电磁感应原理探测地下良导性矿体或构造形态的一种交变场电法勘探。 人工场源 频率域电磁法：利用多种频率谐变电磁场为基础。（连续波场法，低频） 时间域电磁法：以周期性脉冲电磁场为基础（过度过程法，低频，宽频带）。 辐射场法:研究频率大于105Hz的交变电磁场,利用岩石对电磁波的透射、反射、绕射和吸收特性的差异研究地质问题和找矿，如：井下无线电波透视、地质雷达和甚低频法（15-25khz，高频)。 天然场源：天然音频电磁法（由雷电引起的电磁场）和大地 电磁法.(10-4102低频）。,3.1 电磁法基础理论知识,1）参数 在交变电磁场中，介质具有两种电学性质：导电性以介质

2、电阻率 为研究对象。介电性是研究介质的介电常数和导磁率。 传导电流是电荷直接运动形成的，取决于介质的电阻率。 位移电流与介质的介电常数有关。 在交变场中，总电流密度应写成 (3.1.1) 式中： (3.1.2),3.1.1 交变电磁场中岩石、矿石的电学性质,式中： 电场E的振幅值；交变电磁场的圆周率(); ：时间；：虚数，或写成 说明： 传导电流的幅值与频率无直接关系，而位移电流 的幅值则与频率 有正比关系；传导电流的电导率对某 一介质而言是一固定值，而位移电流电导率是随频率不同而改变。 位移电流比传导电流相位超前。,2）岩矿石的介电常数和导磁率,介电常数： 表示岩石、矿石在电场中极化程度的一

3、个物理量。介质的绝对介电常数定义为 式中：真空介电常数， F/m； 介质的相对介电常数，无量纲。 岩石和矿石的导磁率： 磁感应强度B与磁场强度H的关系： 亨/米 除极少数铁磁性矿物外，一般矿物，认为它是不随频率而变化的值。,3）对比,式中：相对介电常数,1）麦克斯韦方程组 描述了电磁场的基本规律 安培定律，全电流定律 法拉第感应定律 （3.3 .1） 库仑定律 B无散场 式中：电场强度（伏/米） ； ：磁场强度（安培/米）； ：电位移矢量；电通量密度（库仑/米2） B ：磁感应强度；磁通量密度（韦伯/米2） ：自由电荷；：哈密顿算符。,3.1.2 交变电磁场的基本规律,状态方程： 在直角坐标系

4、中为： (3.3.2) 梯度： 和矢量的点积和叉积，分别表示矢量场的散度和旋度。 (3.3.3) (3.3.4),导电介质中： 边界条件：,（不能积累电荷）,(3.3.5),电场和磁场的切线分量连续,电感应强度和磁感应强度的法向分量连续,电流密度的法向分量连续,在无穷远处电磁场诸分量均为零。,3.1.3 均匀各向同性半无限介质中的大地电磁场,对3.3.5式两边求旋度,1）真空中：,以光速,传播,2）谐波形式时,或,称为赫姆霍茨方程。,在直角坐标系中,其中：,波数,真空中：,说明k单位长度内波长个数的,倍。, 忽略位移电流时,3.1.4 电磁波在导电介质中的衰减,假设平面电磁波垂直入射于均匀各向

5、同性的介质表面，由于电磁场沿 水平方向(x,y)上是均匀的，假定电场沿x方向极化。,E与H 垂直,则,在简谐波的情况下，z时， H=E=0 ，解上式得到,波数k为复数，设,，由,可得到：,所以,上式表明： 电磁波沿Z轴按指数衰减，b称为电磁波衰减系数； 当沿Z方向前进1/b时，振幅衰减为地表值的1/e倍,时（,），可忽略位移电流的影响：,趋肤深度,对于非磁性介质,介质电阻率减小或频率升高时，介质对电磁波的吸收增大。低阻衰减大、高频衰减大 当,时，相位改变,，故此距离为波长。,时，可忽略位移电流的影响：a=b,米,a相位系数,趋肤深度,即：穿透深度与波长成正比,3.1.5 交变电磁场的椭圆极化,

6、电场分量：,椭圆方程：,椭圆极化：当介质中有交变电磁场时，产生二次感应场，但二次场的相位 与一次场不同，总场矢量E（或H）端点随时间变化的轨迹为一椭圆。,分析： 当,时，线性极化，图a, 当,时，圆极化，图b,交变电场椭圆极化示意图 a 线性极化 b 圆极化 c d 椭圆极化, 交变场的椭圆极化给资料解释带来复杂性，另一方面说明有二次场存在， 也可利用。,3.1.6 平面电磁波传播和基本性质,1）电磁波的产生和传播产生电磁波的装置,机理：偶极子周围存在变化的电场和磁场，由于电磁场相互转换，电场与磁 场就不断地离开偶极源，并以波的形式向外辐射和传播。,2）平面电磁波的性质,横波性：电场E和磁场H垂直于传播方向，同时EH,绝缘介质中： 真空中：,光速,折射率,半导体介质中：,电场E和磁场H的相位差,理想介质中：,半导体介质中：磁场H落后