應(yīng)用地電學(xué)B課件：EM10-頻率域電磁法

人工電磁場應(yīng)用地電學(xué)B人工電磁場應(yīng)用地電學(xué)B復(fù)習(xí)甚低頻法（VLF）

場源：15-25kHz長波臺(tái)

一次場/異常場特點(diǎn)

測量參數(shù)：

磁場測量：By，Bz，D

電場測量：Ex

視電阻率測量：ρa(bǔ)

數(shù)據(jù)處理：地形改正、日變校正、Fraser濾波

2復(fù)習(xí)甚低頻法（VLF）2復(fù)習(xí)人工電磁場

頻率域電磁場

場源：電性源&磁性源

3復(fù)習(xí)人工電磁場3復(fù)習(xí)頻率域電磁場實(shí)、虛分量的概念

實(shí)分量：一次場+二次場；虛分量：純二次場。4復(fù)習(xí)頻率域電磁場4復(fù)習(xí)頻率域電磁場波的極化：線極化、圓極化、橢圓極化

遠(yuǎn)區(qū)/近區(qū)5復(fù)習(xí)頻率域電磁場5時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域電磁場是指在階躍變化的電流源作用下，地中產(chǎn)生的過渡過程的感應(yīng)電磁場。因?yàn)檫@一過渡過程的場具有瞬時(shí)變化的特點(diǎn)，故又名為瞬變場。和頻率域電磁場類似的，時(shí)間域電磁場的激發(fā)方式也可分為電性源和磁性源。在階躍電流（通電或斷電）的強(qiáng)大變化電磁場作用下，良導(dǎo)介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生渦旋的交變電磁場，其結(jié)構(gòu)和頻譜在時(shí)間與空間上均連續(xù)地發(fā)生變化。6時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域電磁場是指在階躍變化的電流源作用7在過程的早期，頻譜中高頻成分占優(yōu)勢，因此渦旋電流主要分布在地表附近，且阻礙電磁場的深入傳播。在這一時(shí)間內(nèi)，電磁場主要反映淺層地質(zhì)信息。7在過程的早期，頻譜中高頻成分占優(yōu)勢，因此渦旋電流主要分布在8隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部分的作用相對(duì)明顯起來，增加了穿透深度。在往下傳播過程中遇到良導(dǎo)地層時(shí)，其中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦旋電流，且其持續(xù)時(shí)間也較長。。8隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部9隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部分的作用相對(duì)明顯起來，增加了穿透深度。在往下傳播過程中遇到良導(dǎo)地層時(shí)，其中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦旋電流，且其持續(xù)時(shí)間也較長。9隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部10在過程的晚期，局部的渦流實(shí)際上衰減殆盡，而各層產(chǎn)生的渦流磁場之間的連續(xù)相互作用使場平均化。這時(shí)瞬變電磁場的大小主要依賴于地電斷面總的縱向電導(dǎo)。10在過程的晚期，局部的渦流實(shí)際上衰減殆盡，而各層產(chǎn)生的渦流時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間。這一時(shí)間依賴于巖石的導(dǎo)電性和收發(fā)距。在近區(qū)的高阻巖石中，瞬變場的建立和消失很快（幾十到幾百毫秒）；而在良導(dǎo)地層中，這一過程變得緩慢。在遠(yuǎn)區(qū)這一過程可持續(xù)到幾秒到幾十秒，而在較厚的導(dǎo)電地質(zhì)體中可延續(xù)到一分鐘或更長。由此可見，研究瞬變電磁場隨時(shí)間的變化規(guī)律，可探測具有不同導(dǎo)電性的地層分布（各層的縱向電導(dǎo)或地層總的縱向電導(dǎo)）。也可能發(fā)現(xiàn)地下賦存的較大的良導(dǎo)礦體。

11時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間。這一時(shí)時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場的激發(fā)是通過兩種途徑傳播到觀測點(diǎn)的。第一種激發(fā)方式是電磁能量直接經(jīng)過空氣瞬時(shí)傳播到觀測點(diǎn)處（空氣波/天波）。地表的每個(gè)波前點(diǎn)都會(huì)成為場源（根據(jù)惠更斯原理），于離發(fā)射裝置足夠遠(yuǎn)處，在地表面上則會(huì)形成垂直向下傳播的不均勻平面波。12時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場的激發(fā)是通過兩種途徑傳播到觀時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)激發(fā)的第二種方式是，由發(fā)射裝置直接將電磁能量傳入地中（地波）。這時(shí)，由于大地的趨膚效應(yīng)不可能立即在深部激發(fā)出瞬變場，過一段時(shí)間之后才能形成。在過程早期上述兩種激發(fā)在時(shí)間上是分開的。第二種方法建立的比較遲緩。隨著時(shí)間的推移，這兩種場疊加在一起，即形成瞬變場的極大。在晚期第一類場實(shí)際上衰減殆盡，而在地中形成第二種場的優(yōu)勢。

13時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)激發(fā)的第二種方式是，由發(fā)射裝置直接將時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域下磁場的電報(bào)方程：

似穩(wěn)態(tài)條件下，忽略位移電流項(xiàng)，解得：14時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域下磁場的電報(bào)方程：14比較瞬變場與諧變場：在結(jié)構(gòu)上差別較大。諧變場的結(jié)構(gòu)是由某一種發(fā)射頻率的渦旋電磁場之間的相互作用來決定。而瞬變場的結(jié)構(gòu)是發(fā)射一個(gè)電磁脈沖，從過程的一開始就由多種頻率的渦旋電流磁場的相互作用決定，電磁場各分量，如Ex(t)、Bz(t)和?Bz(t)/?t的瞬時(shí)值依賴于所有諧波頻率的總和，其中包括超高頻和超低頻。15比較瞬變場與諧變場：在結(jié)構(gòu)上差別較大。15比較16

式中函數(shù)F可代表E、B、B/t，而F(ω)/-iω代表階躍電流電磁場的頻譜密度。由此可見，如果在很寬頻帶內(nèi)已知頻率域電磁響應(yīng)，則可利用上述傅里葉反變換確定瞬變電磁場響應(yīng)。

這一道理的物理基礎(chǔ)是，它們都研究基于電磁感應(yīng)定律的渦旋電磁場，具有相同的物理原理。在數(shù)學(xué)上借助于傅里葉反變換描述這一過程，即

比較16式中函數(shù)F可代表E、B、B/t，而F比較17諧變場和瞬變場的渦旋電流場的結(jié)構(gòu)：由于瞬變電磁場服從擴(kuò)散方程的規(guī)律，故隨時(shí)間的增加該場向深處傳播過程中逐漸向外擴(kuò)散，即可借用“煙圈”效應(yīng)這一名詞來描述。比較17諧變場和瞬變場的渦旋電流場的結(jié)構(gòu)：比較

18

瞬變場擴(kuò)散參數(shù)比較

18

瞬變場擴(kuò)散參數(shù)比較

19比較

19電流密度隨深度的變化曲線具有拐點(diǎn)z=/2。形式上認(rèn)為這一深度是對(duì)瞬變場測量結(jié)果產(chǎn)生有效影響的極限深度。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)為無磁，且使用國際單位時(shí)比較電流密度隨深度的變化曲線具有拐點(diǎn)z=/2。形式上認(rèn)為這一21由此可見，歸一參數(shù)u的平方倒數(shù)正比于介質(zhì)電阻率。在近區(qū)2r/<<1

，即收發(fā)距r很小或（t）很大的范圍（晚期時(shí)間段）。在遠(yuǎn)區(qū)2r/>>1

，即收發(fā)距很大或（或t）很小的范圍（早期時(shí)間段）。我們從頻率域和時(shí)間域電磁場的討論中不難看出：p和u，和，之間存在看形式上的類比現(xiàn)象。

與諧變場情況一樣，在研究瞬變場過程中也引入無量綱的歸一距離21由此可見，歸一參數(shù)u的平方倒數(shù)正比于介質(zhì)電阻率。在近區(qū)2比較時(shí)間域

頻率域

遠(yuǎn)區(qū)/近區(qū)：

勘探深度：

22比較時(shí)間域(主動(dòng)源)頻率域電磁法應(yīng)用地電學(xué)B授課教師：張樂天(主動(dòng)源)頻率域電磁法應(yīng)用地電學(xué)B授課教師：張樂天24變種方法工作場合頻率域電磁法頻率域電磁剖面法被動(dòng)源法音頻天然電場法地面航空甚低頻法主動(dòng)源法不接地（大定源）回線法實(shí)、虛分量法地面航空井中振幅比-相位差法電磁偶極剖面法虛分量-振幅比法水平線圈法傾角法頻率域電磁測深法被動(dòng)源法大地電磁測深法地面，海洋音頻大地電磁法主動(dòng)源法頻率測深法可控源音頻大地電磁法時(shí)間域電磁法瞬變電磁剖面法地面航空井中瞬變電磁測深法地面24頻率域電磁剖面法什么是頻率域電磁剖面法？通常而言，電磁剖面法指采用回線源裝置，將交變電場通入發(fā)射線圈產(chǎn)生諧變電磁場，接收線圈沿測線剖面進(jìn)行移動(dòng)觀測，接收感應(yīng)磁場變化，進(jìn)而研究某一深度范圍內(nèi)地下電性的橫向變化的地球物理方法。

（Loop-LoopMethod）25頻率域電磁剖面法什么是頻率域電磁剖面法？25頻率域電磁剖面法頻率域電磁剖面法的研究范圍研究深度為幾十米到幾百米，主要應(yīng)用于礦床的普查、地質(zhì)填圖、及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查中。普查對(duì)象主要是礦體、接觸帶、裂隙破碎帶、陡傾斜地層、巖溶帶、古河床等。常用的方法有不接地回線法和電磁偶極剖面法兩種。26頻率域電磁剖面法頻率域電磁剖面法的研究范圍26不接地回線法一、不接地回線法（大定源回線法）27對(duì)不接地的矩形回線通以諧變電流形成發(fā)射源，回線固定不動(dòng)的情況下，在回線內(nèi)外布置的測線上逐點(diǎn)利用接收線圈進(jìn)行磁場觀測的一種電磁剖面法。發(fā)射線圈(Transmmiter)簡稱Tx；接收線圈(Receiver)簡稱Rx不接地回線法一、不接地回線法（大定源回線法）27對(duì)不接地的矩不接地回線法假定回線寬度為a，回線中部0.6a的范圍內(nèi)可近似看成垂直的均勻磁場。28不接地回線法假定回線寬度為a，回線中部0.6a的范圍內(nèi)可近似不接地回線法29一次場與導(dǎo)體的耦合如果一次場方向與板狀導(dǎo)體平面或走向垂直則耦合最好，該導(dǎo)體產(chǎn)生的二次場最強(qiáng)；如果一次場方向與板狀導(dǎo)體平面或走向平行，該導(dǎo)體產(chǎn)生的二次場為零，無法發(fā)現(xiàn)它。要使一次場與探測目標(biāo)體有最佳耦合，需要考慮一次場方向和探測目標(biāo)體的傾向。不接地回線法29一次場與導(dǎo)體的耦合不接地回線法根據(jù)耦合關(guān)系的不同，回線源內(nèi)部適用于緩傾斜良導(dǎo)體的勘查；回線源外側(cè)適用于陡傾斜良導(dǎo)體的勘查。30不接地回線法根據(jù)耦合關(guān)系的不同，回線源內(nèi)部適用于緩傾斜良導(dǎo)體不接地回線法不接地回線法的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：地面各點(diǎn)的磁場方向均垂直地面，回線中部磁場較均勻，在異常中不包含傳導(dǎo)電流場，較便于利用頻率特性研究異常性質(zhì)；缺點(diǎn)：布置回線麻煩，工作量較大，有效工作面積小，故一般用于地形較好地區(qū)的詳查工作。31不接地回線法不接地回線法的特點(diǎn)：31不接地回線法實(shí)際野外生產(chǎn)中，一般取線框?yàn)閿?shù)百米至1-2千米尺度（如0.5km×0.2km或2km×1km）在不接地回線法中根據(jù)觀測參數(shù)的不同，又有實(shí)、虛分量法、振幅比-相位差法等多種方法。不接地回線法中，發(fā)射機(jī)是由固定頻率的交流發(fā)電機(jī)或信號(hào)發(fā)生器向回線饋送諧波電流。接收機(jī)則因視觀測參數(shù)的不同而有很大差別。當(dāng)只觀測振幅時(shí)，由接收線圈、選頻放大和指示器組成；當(dāng)觀測實(shí)、虛分量時(shí)，尚需增加移相器和參考線。32不接地回線法實(shí)際野外生產(chǎn)中，一般取線框?yàn)閿?shù)百米至1-2千米尺不接地回線法1）實(shí)、虛分量法實(shí)、虛分量法指的是通過沿測線測量交變磁場的垂直分量（或水平分量）的實(shí)部和虛部隨距離的變化，研究地下某一深度導(dǎo)電性橫向變化的方法。實(shí)、虛分量如何測量？33不接地回線法1）實(shí)、虛分量法3334測量的總場中一次場與二次場實(shí)分量為零，只有虛分量。測量的總場是一次場與二次場實(shí)分量之和，虛分量為零。34測量的總場中一次場與二次場實(shí)分量為零，只有虛分量。測量的不接地回線法因此，可以人為的將一次場場值最大時(shí)測量的垂直磁場強(qiáng)度定義為“實(shí)部”，而將一次場場值為零時(shí)測量到的垂直磁場強(qiáng)度定義為“虛部”。結(jié)論：所謂“虛實(shí)分量法”其實(shí)測量的僅僅是不同時(shí)間（相位）時(shí)一次與二次磁場的總強(qiáng)度而已。實(shí)部：一次場+二次場；虛部：純二次場。35不接地回線法因此，可以人為的將一次場場值最大時(shí)測量的垂直磁場水平和傾斜板在低頻時(shí)曲線前段的形狀一致，可以重合，但曲線的尾段分離，而且實(shí)分量曲線恰通過虛分量曲線的極大點(diǎn)。異常場頻率特性曲線的形狀與礦體產(chǎn)狀之關(guān)系不大，確定礦體傾斜角度是困難的。水平和傾斜板在低頻時(shí)曲線前段的形狀一致，可以重合，但曲線的尾傾斜薄板上方，采用不同發(fā)射頻率時(shí)，磁場垂直分量實(shí)虛分量的觀測值曲線：對(duì)實(shí)分量曲線而言，隨著頻率的降低，曲線異常值變小，實(shí)部的異常值大小相對(duì)虛部變化較大；對(duì)虛分量曲線而言，隨著頻率的降低，曲線異常值變大，且曲線在穿過異常體時(shí)有更為明顯的變化（從正到負(fù)）。1-f＝1600Hz，2-f＝800Hz，3-f＝425Hz，4-f＝225Hz，5-f＝125Hz，6-f＝75Hz，7-f＝40Hz傾斜薄板上方，采用不同發(fā)射頻率時(shí)，磁場垂直分量實(shí)虛分量的觀測不接地回線法按照上述方法觀測磁場的實(shí)部/虛部時(shí)，由于需要知道一次場的相位位置，因此需要從發(fā)射源或回線引入一相位參考信號(hào)，因而需要拖帶很長的參考線，施工較為復(fù)雜。實(shí)際上，現(xiàn)代地球物理儀器已經(jīng)不需要參考線，可以采用無線電信號(hào)自動(dòng)同步，以及使用GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘同步，因此，虛實(shí)分量法實(shí)際已經(jīng)不存在上述劣勢。38不接地回線法按照上述方法觀測磁場的實(shí)部/虛部時(shí)，由于需要知道實(shí)例：廣東某磁鐵礦區(qū)回線法觀測結(jié)果工作時(shí)選用500m×200m的矩形回線。右圖為回線內(nèi)中心測線上的垂直分量振幅和水平虛分量觀測結(jié)果。在礦體頂部有明顯的垂直磁分量振幅異常以及水平磁場虛分量異常。水平虛分量異常隨頻率增高衰減較為明顯，這表明礦體導(dǎo)電性很好。實(shí)例：廣東某磁鐵礦區(qū)回線法工作時(shí)選用500m×20不接地回線法實(shí)、虛分量法存在的問題？一次場發(fā)射的不穩(wěn)定可能造成接收的不穩(wěn)定，形成虛假異常。由于激發(fā)的二次場的大小取決于一次場大小，因此，即使是受發(fā)射源影響較小的虛分量也可能在發(fā)射不穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)假異常。解決方案：按一次場進(jìn)行歸一化？40不接地回線法實(shí)、虛分量法存在的問題？40不接地回線法2）振幅比－相位差法振幅比-相位差法指利用兩個(gè)接收線圈，觀測相鄰兩點(diǎn)磁場的振幅比及相位差的一種電磁剖面法，亦稱雙框法或圖拉姆(Turam)法，由于相鄰兩點(diǎn)的振幅比或相位差相當(dāng)于場的梯度，又稱為梯度法。41不接地回線法2）振幅比－相位差法41不接地回線法實(shí)際野外工作中，通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁場垂直分量的振幅比和相位差。一般按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，線框距大小為二倍的目標(biāo)體埋深42不接地回線法實(shí)際野外工作中，通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁如果將第n個(gè)測點(diǎn)在某一時(shí)刻的磁場垂直分量記為：式中~號(hào)表示磁場為復(fù)量，不帶~號(hào)的H為振幅，φ為相位則第n+1個(gè)測點(diǎn)的磁場垂直分量可記為：則相鄰兩點(diǎn)磁場垂直分量的比值可以由：來表示，即由兩點(diǎn)垂直分量幅值的比和相位的差來表示，這也是這一方法名字的由來。如果將第n個(gè)測點(diǎn)在某一時(shí)刻的磁場垂直分量記為：式中~號(hào)表示磁44由于這兩者的幅值與相位都是同時(shí)測量的，因此，測量的比值與發(fā)射源發(fā)射的一次場的大小無關(guān)，但幅值的比仍與兩個(gè)線框距離發(fā)射源的距離有關(guān)。因此，可以利用一次場的振幅比對(duì)其比值進(jìn)行進(jìn)一步的歸一化。得到：一般當(dāng)?shù)叵聼o異常體存在時(shí)，各測點(diǎn)的振幅比值為1，相位差為0，曲線無異常。當(dāng)?shù)叵掠辛紝?dǎo)體存在時(shí)，可觀察到振幅從小于一到大于一。相位從正到負(fù)（或相反）的變化。44由于這兩者的幅值與相位都是同時(shí)測量的，因此，測量的比值與振幅比－相位差法電磁剖面儀器原理圖振幅比－相位差1當(dāng)工作頻率較低時(shí)(220Hz及660Hz)異常主要反映導(dǎo)電性較好的黃鐵鉛鋅礦體，干擾背景較低。2當(dāng)工作頻率為1125Hz時(shí)，在導(dǎo)電性較差的鉛鋅礦上開始出現(xiàn)異常。3隨著工作頻率的增高，淺部覆蓋層干擾異常疊加到有用異常上形成了復(fù)合異常其幅度隨頻率增高而增大。實(shí)例：廣西某鉛鋅礦振幅比－相位差法野外測量結(jié)果1當(dāng)工作頻率較低時(shí)(220Hz及660Hz)異常主要反映導(dǎo)電磁偶極剖面法二、電磁偶極剖面法

電磁偶極剖面法一般指發(fā)射和接收裝置采用兩個(gè)相近尺度的小型多匝線框，沿剖面發(fā)射和觀測磁場分量，獲取地下介質(zhì)的橫向電阻率分布信息，以達(dá)到勘查目的的一系列地球物理方法。47電磁偶極剖面法二、電磁偶極剖面法47電磁偶極剖面法電磁偶極剖面法的裝置形式

收/發(fā)線框間的空間位置關(guān)系一般稱為工作裝置或觀測系統(tǒng)，從場源上，可以分為動(dòng)源和定源方法當(dāng)發(fā)射和接收線框保持一定距離(收發(fā)距)同時(shí)移動(dòng)逐點(diǎn)觀測時(shí)，稱為動(dòng)源式工作同線裝置

發(fā)、收線框在同一條測線上，稱為同線裝置旁線裝置

發(fā)、收線框分別在兩條測線同號(hào)點(diǎn)上，稱為旁線裝置。48電磁偶極剖面法電磁偶極剖面法的裝置形式

收/發(fā)線框間的空間位電磁偶極剖面法發(fā)射線框在測線外某一點(diǎn)上固定不動(dòng)，而接收線框在測線上逐點(diǎn)移動(dòng)的裝置稱為定源式工作裝置。其中用直立線框作場源的，稱為垂直線框裝置；而用水平線框作場源的，稱為水平線框裝置。49電磁偶極剖面法發(fā)射線框在測線外某一點(diǎn)上固定不動(dòng)，而接收線框在電磁偶極剖面法為了明確收發(fā)線圈的方向，現(xiàn)做如下規(guī)定：

X指測線方向，

Y指垂直于測線的水平方向，

Z指鉛垂方向。如旁線(XZ)裝置，前一個(gè)字母表示發(fā)射線框法線指向X方向，后一個(gè)字母Z表示接收線框的法線指向Z方向，即接收磁場的垂直分量。觀測值的記錄點(diǎn)定為發(fā)射和接收的中心處。50電磁偶極剖面法為了明確收發(fā)線圈的方向，現(xiàn)做如下規(guī)定：

X電磁偶極剖面法51發(fā)射線圈(Transmmiter)簡稱T；接收線圈(Receiver)簡稱R電磁偶極剖面法51發(fā)射線圈(Transmmiter)簡稱T；電磁偶極剖面法52在實(shí)際工作中，發(fā)射磁距可指向X、Y、Z三個(gè)方向，接收線框也可接收X、Y、Z三個(gè)分量。故同線和旁線裝置分別有九種組合方式。如同線XZ與同線ZX裝置。然而，根據(jù)互換原理，有些裝置是等效的，如同線XZ與同線ZX裝置兩者在相同兩點(diǎn)上互換收、發(fā)線框時(shí)其觀測值相同。故在收、發(fā)兩線框面呈正交的六種裝置中因雙雙互換，實(shí)為三種裝置。旁線和同線裝置共有六種。同線裝置還有正向與反向裝置之分。電磁偶極剖面法52在實(shí)際工作中，發(fā)射磁距可指向X、Y、Z三個(gè)53野外常用的裝置主要有同線ZZ(水平共面)、旁線XZ及定源垂直、水平線框裝置。在航空電磁法中常用旁線XX(直立共面)、同線XX(直立共軸)和同線ZX(正交)系統(tǒng)。GeonicsEM34GEONICSEM3153野外常用的裝置主要有同線ZZ(水平共面)、旁線XZ及定源電磁偶極剖面法測量方法：虛分量，相位法

和不接地回線法中類似，電磁偶極剖面法可采用虛分量相位法，即通過沿測線測量交變磁場的某一個(gè)分量的虛分量隨距離的變化，達(dá)到研究地下某深度電阻率橫向變化的目的。

這一方法同樣需要知道一次場的相位位置，按其在接收儀獲取一次磁場信號(hào)的方式，可分為有參考線測量方式和無參考線測量方式。54電磁偶極剖面法測量方法：虛分量，相位法

和不接地回線電磁偶極剖面法虛分量測量的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.純異常（純二次場）測量2.地形異常較小，受到有效壓制3.多頻虛分量測量可有利評(píng)價(jià)異常缺點(diǎn)：1.失掉比虛分量強(qiáng)度大的多的實(shí)分量異常;2.對(duì)儀器測量穩(wěn)定性要求較高55電磁偶極剖面法虛分量測量的特點(diǎn)：55電磁偶極剖面法56當(dāng)測量裝置遠(yuǎn)離板體時(shí)，其影響可以忽略不計(jì)，二次場H2=0。當(dāng)測量裝置不斷接近板體時(shí)，在板內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生的H2與H1同向，為正異常，并存在異常極大值。電磁偶極剖面法56當(dāng)測量裝置遠(yuǎn)離板體時(shí)，其影響可以忽略不計(jì)，電磁偶極剖面法57當(dāng)發(fā)射或接收線圈其中一方位于板頂正上方時(shí)，分別為有二次場H2=0和接收不到H2出現(xiàn)異常零值點(diǎn)當(dāng)發(fā)射、或接收線圈對(duì)稱位于板頂兩側(cè)，電磁觀測系統(tǒng)處于最佳匹配偶合，對(duì)應(yīng)異常極小值點(diǎn)。電磁偶極剖面法57當(dāng)發(fā)射或接收線圈其中一方位于板頂正上方時(shí)，電磁偶極剖面法58不同同線電磁偶極裝置對(duì)豎直鋁板的異常響應(yīng)電磁偶極剖面法58不同同線電磁偶極裝置對(duì)豎直鋁板的異常響應(yīng)電磁偶極剖面法59實(shí)例：湖北某矽卡巖黃鐵礦床圍巖電阻率：＞100m礦石電阻率：1～10m覆蓋層電阻率：20～40m工作裝置：垂直線框，水平線框，旁線XZ頻率：400Hz1200Hz3600Hz電磁偶極剖面法59實(shí)例：湖北某矽卡巖黃鐵礦床60變種方法工作場合頻率域電磁法頻率域電磁剖面法被動(dòng)源法音頻天然電場法地面航空甚低頻法主動(dòng)源法大定源回線法實(shí)、虛份量法地面航空井中振幅比-相位差法電磁偶極剖面法虛分量-振幅比法水平線圈法傾角法頻率域電磁測深法被動(dòng)源法大地電磁測深法地面，海洋音頻大地電磁法主動(dòng)源法頻率測深法可控源音頻大地電磁法時(shí)間域電磁法瞬變電磁剖面法地面航空井中瞬變電磁測深法地面60人工電磁場應(yīng)用地電學(xué)B人工電磁場應(yīng)用地電學(xué)B復(fù)習(xí)甚低頻法（VLF）

場源：15-25kHz長波臺(tái)

一次場/異常場特點(diǎn)

測量參數(shù)：

磁場測量：By，Bz，D

電場測量：Ex

視電阻率測量：ρa(bǔ)

數(shù)據(jù)處理：地形改正、日變校正、Fraser濾波

62復(fù)習(xí)甚低頻法（VLF）2復(fù)習(xí)人工電磁場

頻率域電磁場

場源：電性源&磁性源

63復(fù)習(xí)人工電磁場3復(fù)習(xí)頻率域電磁場實(shí)、虛分量的概念

實(shí)分量：一次場+二次場；虛分量：純二次場。64復(fù)習(xí)頻率域電磁場4復(fù)習(xí)頻率域電磁場波的極化：線極化、圓極化、橢圓極化

遠(yuǎn)區(qū)/近區(qū)65復(fù)習(xí)頻率域電磁場5時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域電磁場是指在階躍變化的電流源作用下，地中產(chǎn)生的過渡過程的感應(yīng)電磁場。因?yàn)檫@一過渡過程的場具有瞬時(shí)變化的特點(diǎn)，故又名為瞬變場。和頻率域電磁場類似的，時(shí)間域電磁場的激發(fā)方式也可分為電性源和磁性源。在階躍電流（通電或斷電）的強(qiáng)大變化電磁場作用下，良導(dǎo)介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生渦旋的交變電磁場，其結(jié)構(gòu)和頻譜在時(shí)間與空間上均連續(xù)地發(fā)生變化。66時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域電磁場是指在階躍變化的電流源作用67在過程的早期，頻譜中高頻成分占優(yōu)勢，因此渦旋電流主要分布在地表附近，且阻礙電磁場的深入傳播。在這一時(shí)間內(nèi)，電磁場主要反映淺層地質(zhì)信息。7在過程的早期，頻譜中高頻成分占優(yōu)勢，因此渦旋電流主要分布在68隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部分的作用相對(duì)明顯起來，增加了穿透深度。在往下傳播過程中遇到良導(dǎo)地層時(shí)，其中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦旋電流，且其持續(xù)時(shí)間也較長。。8隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部69隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部分的作用相對(duì)明顯起來，增加了穿透深度。在往下傳播過程中遇到良導(dǎo)地層時(shí)，其中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦旋電流，且其持續(xù)時(shí)間也較長。9隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)中場的高頻部分衰減(熱損耗)，而低頻部70在過程的晚期，局部的渦流實(shí)際上衰減殆盡，而各層產(chǎn)生的渦流磁場之間的連續(xù)相互作用使場平均化。這時(shí)瞬變電磁場的大小主要依賴于地電斷面總的縱向電導(dǎo)。10在過程的晚期，局部的渦流實(shí)際上衰減殆盡，而各層產(chǎn)生的渦流時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間。這一時(shí)間依賴于巖石的導(dǎo)電性和收發(fā)距。在近區(qū)的高阻巖石中，瞬變場的建立和消失很快（幾十到幾百毫秒）；而在良導(dǎo)地層中，這一過程變得緩慢。在遠(yuǎn)區(qū)這一過程可持續(xù)到幾秒到幾十秒，而在較厚的導(dǎo)電地質(zhì)體中可延續(xù)到一分鐘或更長。由此可見，研究瞬變電磁場隨時(shí)間的變化規(guī)律，可探測具有不同導(dǎo)電性的地層分布（各層的縱向電導(dǎo)或地層總的縱向電導(dǎo)）。也可能發(fā)現(xiàn)地下賦存的較大的良導(dǎo)礦體。

71時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間。這一時(shí)時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場的激發(fā)是通過兩種途徑傳播到觀測點(diǎn)的。第一種激發(fā)方式是電磁能量直接經(jīng)過空氣瞬時(shí)傳播到觀測點(diǎn)處（空氣波/天波）。地表的每個(gè)波前點(diǎn)都會(huì)成為場源（根據(jù)惠更斯原理），于離發(fā)射裝置足夠遠(yuǎn)處，在地表面上則會(huì)形成垂直向下傳播的不均勻平面波。72時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)瞬變電磁場的激發(fā)是通過兩種途徑傳播到觀時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)激發(fā)的第二種方式是，由發(fā)射裝置直接將電磁能量傳入地中（地波）。這時(shí)，由于大地的趨膚效應(yīng)不可能立即在深部激發(fā)出瞬變場，過一段時(shí)間之后才能形成。在過程早期上述兩種激發(fā)在時(shí)間上是分開的。第二種方法建立的比較遲緩。隨著時(shí)間的推移，這兩種場疊加在一起，即形成瞬變場的極大。在晚期第一類場實(shí)際上衰減殆盡，而在地中形成第二種場的優(yōu)勢。

73時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)激發(fā)的第二種方式是，由發(fā)射裝置直接將時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域下磁場的電報(bào)方程：

似穩(wěn)態(tài)條件下，忽略位移電流項(xiàng)，解得：74時(shí)間域電磁場的基本特點(diǎn)時(shí)間域下磁場的電報(bào)方程：14比較瞬變場與諧變場：在結(jié)構(gòu)上差別較大。諧變場的結(jié)構(gòu)是由某一種發(fā)射頻率的渦旋電磁場之間的相互作用來決定。而瞬變場的結(jié)構(gòu)是發(fā)射一個(gè)電磁脈沖，從過程的一開始就由多種頻率的渦旋電流磁場的相互作用決定，電磁場各分量，如Ex(t)、Bz(t)和?Bz(t)/?t的瞬時(shí)值依賴于所有諧波頻率的總和，其中包括超高頻和超低頻。75比較瞬變場與諧變場：在結(jié)構(gòu)上差別較大。15比較76

式中函數(shù)F可代表E、B、B/t，而F(ω)/-iω代表階躍電流電磁場的頻譜密度。由此可見，如果在很寬頻帶內(nèi)已知頻率域電磁響應(yīng)，則可利用上述傅里葉反變換確定瞬變電磁場響應(yīng)。

這一道理的物理基礎(chǔ)是，它們都研究基于電磁感應(yīng)定律的渦旋電磁場，具有相同的物理原理。在數(shù)學(xué)上借助于傅里葉反變換描述這一過程，即

比較16式中函數(shù)F可代表E、B、B/t，而F比較77諧變場和瞬變場的渦旋電流場的結(jié)構(gòu)：由于瞬變電磁場服從擴(kuò)散方程的規(guī)律，故隨時(shí)間的增加該場向深處傳播過程中逐漸向外擴(kuò)散，即可借用“煙圈”效應(yīng)這一名詞來描述。比較17諧變場和瞬變場的渦旋電流場的結(jié)構(gòu)：比較

78

瞬變場擴(kuò)散參數(shù)比較

18

瞬變場擴(kuò)散參數(shù)比較

79比較

19電流密度隨深度的變化曲線具有拐點(diǎn)z=/2。形式上認(rèn)為這一深度是對(duì)瞬變場測量結(jié)果產(chǎn)生有效影響的極限深度。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)為無磁，且使用國際單位時(shí)比較電流密度隨深度的變化曲線具有拐點(diǎn)z=/2。形式上認(rèn)為這一81由此可見，歸一參數(shù)u的平方倒數(shù)正比于介質(zhì)電阻率。在近區(qū)2r/<<1

，即收發(fā)距r很小或（t）很大的范圍（晚期時(shí)間段）。在遠(yuǎn)區(qū)2r/>>1

，即收發(fā)距很大或（或t）很小的范圍（早期時(shí)間段）。我們從頻率域和時(shí)間域電磁場的討論中不難看出：p和u，和，之間存在看形式上的類比現(xiàn)象。

與諧變場情況一樣，在研究瞬變場過程中也引入無量綱的歸一距離21由此可見，歸一參數(shù)u的平方倒數(shù)正比于介質(zhì)電阻率。在近區(qū)2比較時(shí)間域

頻率域

遠(yuǎn)區(qū)/近區(qū)：

勘探深度：

82比較時(shí)間域(主動(dòng)源)頻率域電磁法應(yīng)用地電學(xué)B授課教師：張樂天(主動(dòng)源)頻率域電磁法應(yīng)用地電學(xué)B授課教師：張樂天84變種方法工作場合頻率域電磁法頻率域電磁剖面法被動(dòng)源法音頻天然電場法地面航空甚低頻法主動(dòng)源法不接地（大定源）回線法實(shí)、虛分量法地面航空井中振幅比-相位差法電磁偶極剖面法虛分量-振幅比法水平線圈法傾角法頻率域電磁測深法被動(dòng)源法大地電磁測深法地面，海洋音頻大地電磁法主動(dòng)源法頻率測深法可控源音頻大地電磁法時(shí)間域電磁法瞬變電磁剖面法地面航空井中瞬變電磁測深法地面24頻率域電磁剖面法什么是頻率域電磁剖面法？通常而言，電磁剖面法指采用回線源裝置，將交變電場通入發(fā)射線圈產(chǎn)生諧變電磁場，接收線圈沿測線剖面進(jìn)行移動(dòng)觀測，接收感應(yīng)磁場變化，進(jìn)而研究某一深度范圍內(nèi)地下電性的橫向變化的地球物理方法。

（Loop-LoopMethod）85頻率域電磁剖面法什么是頻率域電磁剖面法？25頻率域電磁剖面法頻率域電磁剖面法的研究范圍研究深度為幾十米到幾百米，主要應(yīng)用于礦床的普查、地質(zhì)填圖、及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查中。普查對(duì)象主要是礦體、接觸帶、裂隙破碎帶、陡傾斜地層、巖溶帶、古河床等。常用的方法有不接地回線法和電磁偶極剖面法兩種。86頻率域電磁剖面法頻率域電磁剖面法的研究范圍26不接地回線法一、不接地回線法（大定源回線法）87對(duì)不接地的矩形回線通以諧變電流形成發(fā)射源，回線固定不動(dòng)的情況下，在回線內(nèi)外布置的測線上逐點(diǎn)利用接收線圈進(jìn)行磁場觀測的一種電磁剖面法。發(fā)射線圈(Transmmiter)簡稱Tx；接收線圈(Receiver)簡稱Rx不接地回線法一、不接地回線法（大定源回線法）27對(duì)不接地的矩不接地回線法假定回線寬度為a，回線中部0.6a的范圍內(nèi)可近似看成垂直的均勻磁場。88不接地回線法假定回線寬度為a，回線中部0.6a的范圍內(nèi)可近似不接地回線法89一次場與導(dǎo)體的耦合如果一次場方向與板狀導(dǎo)體平面或走向垂直則耦合最好，該導(dǎo)體產(chǎn)生的二次場最強(qiáng)；如果一次場方向與板狀導(dǎo)體平面或走向平行，該導(dǎo)體產(chǎn)生的二次場為零，無法發(fā)現(xiàn)它。要使一次場與探測目標(biāo)體有最佳耦合，需要考慮一次場方向和探測目標(biāo)體的傾向。不接地回線法29一次場與導(dǎo)體的耦合不接地回線法根據(jù)耦合關(guān)系的不同，回線源內(nèi)部適用于緩傾斜良導(dǎo)體的勘查；回線源外側(cè)適用于陡傾斜良導(dǎo)體的勘查。90不接地回線法根據(jù)耦合關(guān)系的不同，回線源內(nèi)部適用于緩傾斜良導(dǎo)體不接地回線法不接地回線法的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：地面各點(diǎn)的磁場方向均垂直地面，回線中部磁場較均勻，在異常中不包含傳導(dǎo)電流場，較便于利用頻率特性研究異常性質(zhì)；缺點(diǎn)：布置回線麻煩，工作量較大，有效工作面積小，故一般用于地形較好地區(qū)的詳查工作。91不接地回線法不接地回線法的特點(diǎn)：31不接地回線法實(shí)際野外生產(chǎn)中，一般取線框?yàn)閿?shù)百米至1-2千米尺度（如0.5km×0.2km或2km×1km）在不接地回線法中根據(jù)觀測參數(shù)的不同，又有實(shí)、虛分量法、振幅比-相位差法等多種方法。不接地回線法中，發(fā)射機(jī)是由固定頻率的交流發(fā)電機(jī)或信號(hào)發(fā)生器向回線饋送諧波電流。接收機(jī)則因視觀測參數(shù)的不同而有很大差別。當(dāng)只觀測振幅時(shí)，由接收線圈、選頻放大和指示器組成；當(dāng)觀測實(shí)、虛分量時(shí)，尚需增加移相器和參考線。92不接地回線法實(shí)際野外生產(chǎn)中，一般取線框?yàn)閿?shù)百米至1-2千米尺不接地回線法1）實(shí)、虛分量法實(shí)、虛分量法指的是通過沿測線測量交變磁場的垂直分量（或水平分量）的實(shí)部和虛部隨距離的變化，研究地下某一深度導(dǎo)電性橫向變化的方法。實(shí)、虛分量如何測量？93不接地回線法1）實(shí)、虛分量法3394測量的總場中一次場與二次場實(shí)分量為零，只有虛分量。測量的總場是一次場與二次場實(shí)分量之和，虛分量為零。34測量的總場中一次場與二次場實(shí)分量為零，只有虛分量。測量的不接地回線法因此，可以人為的將一次場場值最大時(shí)測量的垂直磁場強(qiáng)度定義為“實(shí)部”，而將一次場場值為零時(shí)測量到的垂直磁場強(qiáng)度定義為“虛部”。結(jié)論：所謂“虛實(shí)分量法”其實(shí)測量的僅僅是不同時(shí)間（相位）時(shí)一次與二次磁場的總強(qiáng)度而已。實(shí)部：一次場+二次場；虛部：純二次場。95不接地回線法因此，可以人為的將一次場場值最大時(shí)測量的垂直磁場水平和傾斜板在低頻時(shí)曲線前段的形狀一致，可以重合，但曲線的尾段分離，而且實(shí)分量曲線恰通過虛分量曲線的極大點(diǎn)。異常場頻率特性曲線的形狀與礦體產(chǎn)狀之關(guān)系不大，確定礦體傾斜角度是困難的。水平和傾斜板在低頻時(shí)曲線前段的形狀一致，可以重合，但曲線的尾傾斜薄板上方，采用不同發(fā)射頻率時(shí)，磁場垂直分量實(shí)虛分量的觀測值曲線：對(duì)實(shí)分量曲線而言，隨著頻率的降低，曲線異常值變小，實(shí)部的異常值大小相對(duì)虛部變化較大；對(duì)虛分量曲線而言，隨著頻率的降低，曲線異常值變大，且曲線在穿過異常體時(shí)有更為明顯的變化（從正到負(fù)）。1-f＝1600Hz，2-f＝800Hz，3-f＝425Hz，4-f＝225Hz，5-f＝125Hz，6-f＝75Hz，7-f＝40Hz傾斜薄板上方，采用不同發(fā)射頻率時(shí)，磁場垂直分量實(shí)虛分量的觀測不接地回線法按照上述方法觀測磁場的實(shí)部/虛部時(shí)，由于需要知道一次場的相位位置，因此需要從發(fā)射源或回線引入一相位參考信號(hào)，因而需要拖帶很長的參考線，施工較為復(fù)雜。實(shí)際上，現(xiàn)代地球物理儀器已經(jīng)不需要參考線，可以采用無線電信號(hào)自動(dòng)同步，以及使用GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘同步，因此，虛實(shí)分量法實(shí)際已經(jīng)不存在上述劣勢。98不接地回線法按照上述方法觀測磁場的實(shí)部/虛部時(shí)，由于需要知道實(shí)例：廣東某磁鐵礦區(qū)回線法觀測結(jié)果工作時(shí)選用500m×200m的矩形回線。右圖為回線內(nèi)中心測線上的垂直分量振幅和水平虛分量觀測結(jié)果。在礦體頂部有明顯的垂直磁分量振幅異常以及水平磁場虛分量異常。水平虛分量異常隨頻率增高衰減較為明顯，這表明礦體導(dǎo)電性很好。實(shí)例：廣東某磁鐵礦區(qū)回線法工作時(shí)選用500m×20不接地回線法實(shí)、虛分量法存在的問題？一次場發(fā)射的不穩(wěn)定可能造成接收的不穩(wěn)定，形成虛假異常。由于激發(fā)的二次場的大小取決于一次場大小，因此，即使是受發(fā)射源影響較小的虛分量也可能在發(fā)射不穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)假異常。解決方案：按一次場進(jìn)行歸一化？100不接地回線法實(shí)、虛分量法存在的問題？40不接地回線法2）振幅比－相位差法振幅比-相位差法指利用兩個(gè)接收線圈，觀測相鄰兩點(diǎn)磁場的振幅比及相位差的一種電磁剖面法，亦稱雙框法或圖拉姆(Turam)法，由于相鄰兩點(diǎn)的振幅比或相位差相當(dāng)于場的梯度，又稱為梯度法。101不接地回線法2）振幅比－相位差法41不接地回線法實(shí)際野外工作中，通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁場垂直分量的振幅比和相位差。一般按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，線框距大小為二倍的目標(biāo)體埋深102不接地回線法實(shí)際野外工作中，通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁如果將第n個(gè)測點(diǎn)在某一時(shí)刻的磁場垂直分量記為：式中~號(hào)表示磁場為復(fù)量，不帶~號(hào)的H為振幅，φ為相位則第n+1個(gè)測點(diǎn)的磁場垂直分量可記為：則相鄰兩點(diǎn)磁場垂直分量的比值可以由：來表示，即由兩點(diǎn)垂直分量幅值的比和相位的差來表示，這也是這一方法名字的由來。如果將第n個(gè)測點(diǎn)在某一時(shí)刻的磁場垂直分量記為：式中~號(hào)表示磁104由于這兩者的幅值與相位都是同時(shí)測量的，因此，測量的比值與發(fā)射源發(fā)射的一次場的大小無關(guān)，但幅值的比仍與兩個(gè)線框距離發(fā)射源的距離有關(guān)。因此，可以利用一次場的振幅比對(duì)其比值進(jìn)行進(jìn)一步的歸一化。得到：一般當(dāng)?shù)叵聼o異常體存在時(shí)，各測點(diǎn)的振幅比值為1，相位差為0，曲線無異常。當(dāng)?shù)叵掠辛紝?dǎo)體存在時(shí)，可觀察到振幅從小于一到大于一。相位從正到負(fù)（或相反）的變化。44由于這兩者的幅值與相位都是同時(shí)測量的，因此，測量的比值與振幅比－相位差法電磁剖面儀器原理圖振幅比－相位差1當(dāng)工作頻率較低時(shí)(220Hz及660Hz)異常主要反映導(dǎo)電性較好的黃鐵鉛鋅礦體，干擾背景較低。2當(dāng)工作頻率為1125Hz時(shí)，在導(dǎo)電性較差的鉛鋅礦上開始出現(xiàn)異常。3隨著工作頻率的增高，淺部覆蓋層干擾異常疊加到有用異常上形成了復(fù)合異常其幅度隨頻率增高而增大。實(shí)例：廣西某鉛鋅礦振幅比－相位差法野外測量結(jié)果1當(dāng)工作頻率較低時(shí)(220Hz及660Hz)異常主要反映導(dǎo)電磁偶極剖面法二、電磁偶極剖面法

電磁偶極剖面法一般指發(fā)射和接收裝置采用兩個(gè)相近尺度的小型多匝線框，沿剖面發(fā)射和觀測磁場分量，獲取地下介質(zhì)的橫向電阻率分布信息，以達(dá)到勘查目的的一系列地球物理方法。107電磁偶極剖面法二、電磁偶極剖面法47電磁偶極剖面法電磁偶極剖面法的裝置形式

收/發(fā)線框間的空間位置關(guān)系一般稱為工作裝置或觀測系統(tǒng)，從場源上，可以分為動(dòng)源和定源方法當(dāng)發(fā)射和接收線框保持一定距離(收發(fā)距)同時(shí)移動(dòng)逐點(diǎn)觀測時(shí)，稱為動(dòng)源式工作同線裝置

發(fā)、收線框在同一條測線上，稱為同線裝置旁線裝置

發(fā)、收線框分別在兩條測線同號(hào)點(diǎn)上，稱為旁線裝置。108電磁偶極剖面法電磁偶極剖面法的裝置形式

收/發(fā)線框間的空間位電磁偶極剖面法發(fā)射線框在測線外某一點(diǎn)上固定不動(dòng)，而接收線框在測線上逐點(diǎn)移動(dòng)的裝置稱為定源式工作裝置。其中用直立線框作場源的，稱為垂直線框裝置；而用水平線框作場源的，稱為水平線框裝置。109電磁偶極剖面法發(fā)射線框在測線外某一點(diǎn)上固定不動(dòng)，而接收線框在電磁偶極剖面法為了明確收發(fā)線圈的方向，現(xiàn)做如下規(guī)定：

X指測線方向，

Y指垂直于