大地电磁测深法基本原理及应用
大地电磁测深法在地热资源勘查中的应用
大地电磁测深法在地热资源勘查中的应用罗富恒，杨 森（重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队，重庆 400023）摘要：我国地热资源以中低温地热为主，成因类型多为传导型，其中以沉积盆地隆起型地热田分布最多。
目前地热勘查以电磁法为主，利用电阻率参数解译深部地层分布及断裂构造展布，预测热储构造位置，进而指导钻孔布置。
本文以大地电磁测深法的应用为例进行探究，首先阐述了探测技术概念，其次分析了其在地热资源勘查中的应用优势，然后结合实例对具体的勘查方法与成果解释进行论述，旨在促进地热资源勘查技术理论研究及技术发展，以提高地热资源开发效益。
关键词：地热田；电磁法勘查；资料解译；可控源作为一种清洁可再生的新兴能源，地热能具有低碳、可开发周期长、开采得当可实现取之不尽用之不竭的突出优点，越来越受到人们的重视。
地球是一个热库，其内部蕴含巨量的热能，在温度差的作用下，深部热能不断向浅部辐射传导[1]。
为维护国家能源安全，实现社会经济的可持续发展，研究地热资源形成机制及其赋存特征具有极其重要的理论意义和现实意义。
1 大地电磁测深法概述 大地电磁测深方法是将探查地下电阻率差异为基础，寻找地下热储。
随着深度加大，地表观测到由地下热水引起的电阻率差异越来越小，以至难以分辨由地热变化引起的电阻率异常[2]。
根据实测电阻率结果推断确定热储层位及地质构造空间分布情况。
通常野外数据采集仪器为美国Zong 公司开发的GDP－32Ⅱ型多功能电法仪，数据处理和解释使用Scs2D 软件。
可控源音频大地电磁测深法测线NE 向布置3条，收发距7-8Km，AB 距1.3-1.5Km，测点mn 间距40m，测量频率0.125-8192hZ。
2 大地电磁测深法在地热资源勘查中的应用优势 所谓地热是指来自地球内部的热能量，多以热水或者是水汽的形式埋藏在地下，或出露地表，被广泛应用于电力、医用治疗和采暖供热等多个领域，是具有较高开发价值与发展前景的天然环保清洁能源[3]。
CSAMT和EH-4原理、工作方法简介
一、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT ）（1）方法特点及应用范围可控源源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 法)最早是由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway 教授和他的学生Myaron Goldtein 于1971年提出。
针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。
从而从理论和实验两方面奠定了CSAMT 法的基础。
自70年代中期起CSAMT 法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和解释应用软件。
特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿床、水文、环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法，目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。
我们可以用图2-1来说明最常用的一种标量CSAMT 法的测量过程：场源：用发送机通过接地电极A 、B 向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。
电流的频率可在一定范围内变化，通常从2-3～213Hz 按2进制递变，在接地十分困难的地方可用不接地回线作垂直磁偶极子来发送电磁场。
测量：在距离AB 相当远的地方进行测量。
所谓“相当远”指的是在这些地方的电磁场已接近平面波，从而可使用卡尼亚电阻率计算公式并方便解释。
若选用直角坐标系，X 轴平行AB ，Z 轴垂直向下，那么标量测量是在测点测量每一频率的电场分量E X 和正交的磁场分量H Y ，并按：E E y x f 251=ρ计算卡尼亚电阻率。
式中f 为频率。
当从高到低逐个改变频率。
便可得到卡尼亚电阻率测深曲线。
根据需要，可以分别以相互垂直的两组场源供电，对每个场源都测量5个电磁场分量，从而形成张量CSAMT 测量。
大地电磁测深简介
固体不极化电极主要有氯化银、氯化镉、氯化汞等电极，均为外国科学家发明。在长期的使用工程中，也发现其中有很多弊端，寿命短，极差大。直到1970年前后发过科学家研制出Pb-Pbcl2固体不极化电极，电极的研究才到达巅峰，此后再无优于该类型的电极出现，显著的极差小、稳定好、寿命长、稳定好的各类优点，使得国内外物探工作基本均选用该类型电极。
在我国有近30-40年的发展历史，在探测地壳和上地幔的物质结构，普查石油天然气、煤田、地热以及寻找地下水和金属矿产等方面不可缺少的地球物理勘探方法之一。
目前国内使用的电磁法仪器主要有：加拿大凤凰公司的V5-2000型仪器、V8型仪器据说也可以用；德国Metronix公司生产的GMS-07e、08e综合电磁法仪；桔灯的ather电磁仪；美国Zonge公司的公司的GDP32Ⅱ电法工作站。
我们国内不极化电极的基本均为Pb-Pbcl2固体不极化电极，使用前需要将其在饱和氯化钠溶液中浸泡2-3cm高约30分钟，用万用表测量极差，小于规范2mv的配对使用。
若需要使用固体不极化电极（俗称电极、极罐）请尽管联系。。谢谢，满意请采纳！
不极化电极是地球物理勘探各类电法中不可缺少的设备。国内外常用的主要分为液体和固体两大类，从事物探工作的人员都应该不陌生。不极化电极通常实用金属盐-金属作为电化学反应的原理来抵消极化效应，两个电极之间极差越小代表电极质量越好，测量的数据所携带的误差也就越小。
液体不极化电极主要使用硫酸铜-铜电极，此为1937年苏联科学家谢苗诺夫发明的装置，也是最早的不极化电极。需要10小时以内更换硫酸铜溶液以保证溶液的浓度始终保持在一定水平。它使用过程中溶液浓度不断的下降，带来的影响是极差不断的增加，当然实际工作中不会再次测量极差，所以在野外实际测量中使用也特别广泛，但由此带入的电阻率、极化率等参数误差有多少很难去追究。
大地电磁法
第一节大地电磁测深法大地电磁测深法（MagnetotelluricSounding）,简称MT，是苏联学者Tikhonov(1950)和法国学者Cagniard(1953)50年代初提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。
由于它不用人工供电，成本低，工作方便，不受高阻层的屏蔽，对低阻层分辨率高，而且勘探深度随电磁场的频率而异，浅可以几十米，深可达数百公里，因此，近年来在许多领域都得到了成功的应用，引起了地球物理学家的广泛兴趣和极大的重视。
据报道，MT在苏联、美国、加拿大、澳大利亚、东欧、日本、冰岛等国的地球物理勘探工作中都占有重要地位。
近十年来，在我国也取得了突飞猛进的发展。
特别是在引进一批先进的仪器设备后，其勘探效果已逐渐被地球物理学家所公认。
现在已成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的手段；在石油和天然气的普查与勘探中，该方法是其它地球物理方法，特别是地震法的一种重要的补充；此外，在地热田的调查、天然地震的预测预报等方面，MT都发挥了或者正在发挥着重要的作用。
和任何新生事物一样，大地电磁的发展也不是一帆风顺的。
质自由50年代初问世以来，由于仪器测量精度不够，加之理论也不完善，它曾一度被打入冷宫，只是在此60年代引入模拟记录，在数字处理和解释中采用张量分析后，大地电磁才开始进入实际应用阶段。
随着数字技术的发展和数字化仪的推广，大地电磁法的地质效果才最终被地球物理学家所乘认。
在我国，虽然60年代初就引进了大地电磁法并开始了仪器的研制和方法的实验，然而，由于同样的原因，直至80年代初，在实际应用方面还没有取得任何突破性的进展。
大地电磁法（即大地电磁测深法）不仅给石油和天然气的普查与勘探增添了一种新的手段和方法，而且也给那些地震勘探难以进行（如火成岩和碳酸盐岩覆盖地区）和难以到达地区的石油勘探展示了新的前景。
大地电磁法也有它的不足。
首先，野外施工期限和每个测点上数据采集时间都受大地电磁场变异的强弱制约，记录的质量也取决于场源的性质和尺寸，这种“靠天吃饭”的被动源工作方式，无疑会大大影响工作效率，增加工作成本；其次，体积勘探的性质决定了MT的分辨率不高而且电阻率越高、频率越低，分辨能力越低；第三，观测误差，特别是低频的观测误差较大，而且观测误差的大小不仅受场源性质，构造的复杂程度和干扰的大小所制约，而且也有赖于观测时间的长短和叠加次数的多少；第四，在复杂地质条件下的资料处理和解释方法还很不成熟，有待进一步研究和发展。
大地电磁测深(地球物理)
环境监测
用于监测地下水、地热等 资源，评估地质灾害风险 和环境变化。
02 大地电磁测深技术
采集系统
电磁信号源
使用人工或天然的电磁场 作为信号源，通过发射和 接收装置进行测量。
接收装置
包括磁场和电场测量仪器， 用于采集不同频率的电磁 响应数据。
测量方式
根据不同的地质目标和工 作需求，可采用不同的测 量方式，如单分量、双分 量、三分量等。
大地电磁测深技术将与地质学、 地球化学、地球物理学等领域进 行更紧密的合作与融合，推动多
学科交叉研究。
深地探测需求增长
随着人类对地球深部资源的不断开 发利用，深地探测需求将不断增加， 大地电磁测深技术将发挥重要作用。
国际化发展
大地电磁测深技术将逐渐走向国际 化，加强国际合作与交流，共同推 动地球科学研究的发展。
数据处理方法
1 2
数据预处理
包括数据筛选、去噪、滤波等，以提高数据质量。
频率域和时间域分析
对采集的数据进行频谱分析和时域波形分析，提 取有用信息。
3
数据反演
将实测数据转换为地层电导率等地球物理参数。
反演解释技术
反演方法
成果表达
采用数值反演方法，将实测数据转换 为地层电导率分布。
将解释结果以图件、表格等形式表达， 为地质勘探、资源评价等领域提供依 据。
解释技术
根据反演结果，结合地质、地球化学 等信息，对地下地质结构进行解释和 分析。
03 大地电磁测深案例分析
案例一：某地区矿产资源调查
总结词
利用大地电磁测深技术，对某地区进行矿产资源调查，发现并圈定了多个具有开采价值 的矿体。
详细描述
通过大地电磁测深技术，对某地区进行全面的地球物理勘探，获取了该地区地下介质的 电性参数，包括电阻率、电导率等。通过对这些参数的分析，发现了多个具有高电阻率 的异常区域，这些区域可能蕴藏着有价值的矿产资源。经过进一步的钻探验证，证实了
第3节 大地电磁测深法
三、水平层状理论曲线及特点
1、水平二层曲线
2、水平三层曲线
3、大地电磁测深曲线的等值性
什么是等值性？ 当地电断面参数不同时，对应的视电阻率曲线形状基 本不变，这种特性成为等值性。
为什么会出现等值现象？ 理论上将，一个地电断面只能对应一条视电阻率曲线， 但由于一些地电断面与所对应的理论曲线差别甚微， 而实际观测、计算和图示都无法反映这种微小的差别， 所以会出现等值现象。断面中存在薄岩层是出现等值 现象的重要条件。
Dmekmz )
Z xy
Ex Hy
i
km
Cmekmz Dmekmz Cmekmz Dmekmz
记
i
km
Zom
为第m层的特征阻抗。
Z(z)
Zom
Cm e km z Cm e km z
Dm e km z Dm e km z
Z
om
1 1
( (
Dm Dm
/ Cm )e2kmz / Cm )e2kmz
为了说明等值现象的规律，必须导出不同地电断 面具有相同波阻抗的条件，根据波阻抗的递推公式：
取薄岩 层
Zm
Zom
Zom (1 e2kmhm ) Zm1(1 e2kmhm ) Zom (1 e2kmhm ) Zm1(1 e2kmhm )
hm 0 并根据近似公式 lim ex 1 x
Zm
Zom
kmhmZom Zm1 Zom kmhmZm1
2、MT野外工作方法和技术
（1）测线、测点布置
➢测线与测点应按设计书规定进行布置。根据实际情 况允许少量在一定范围内调整，面积测量测线的移动， 在相应比例尺的图上不超过0.5cm；路线测量测点挪 动不超过二分之一点距。 ➢面积测量时，测区范围内发现有意义的异常应及时 加密测线，至少应有3个测点(不同测线)在异常部位。 ➢如因大地电磁测深曲线异常或失去连续性，必须加 密测点。 ➢测点不能选在山顶或狭窄的深沟底，应选周围开阔， 至少是两对电极范围内地面比较平坦相对高差与极距 之比小于10%的地方布点。
大地电磁测深实习报告
一、实习目的通过本次大地电磁测深实习，进一步巩固和深化课堂所学的大地电磁测深理论，提高实际操作能力。
了解大地电磁测深的基本原理、仪器设备、数据处理方法以及应用领域，为今后从事相关研究工作打下基础。
二、实习时间与地点实习时间：20xx年x月x日至20xx年x月x日实习地点：我国某地质调查局大地电磁测深实验室三、实习内容1. 大地电磁测深基本原理大地电磁测深法是一种非地震地球物理勘探方法，主要用于探测地壳深部结构和构造。
该方法是利用天然电磁场在地球表面产生的二次场，通过测量地面上的电磁场强度和相位，推断地下电性结构的一种方法。
2. 仪器设备本次实习主要使用以下仪器设备：（1）大地电磁测深仪：用于测量地面上的电磁场强度和相位；（2）GPS定位系统：用于确定测点的地理位置；（3）数据采集器：用于存储和传输数据；（4）计算机：用于数据处理和分析。
3. 实验步骤（1）准备工作：安装大地电磁测深仪，调试设备，确定测点位置；（2）测量数据：按照仪器操作规程，依次测量各个测点的电磁场强度和相位；（3）数据采集：将测量数据传输至计算机，进行初步处理和分析；（4）数据处理：对采集到的数据进行滤波、去噪、计算等处理，得到地下电性结构信息；（5）成果分析：结合地质背景和地球物理理论，对地下电性结构进行解释。
4. 实验结果与分析本次实习采集到的数据经过处理和分析，得到了地下电性结构信息。
以下为部分分析结果：（1）地下电性分层：根据大地电磁测深结果，地下电性结构可分为四层，分别为地壳、地幔、软流圈和地核；（2）地壳厚度：根据大地电磁测深结果，地壳厚度约为30-40km；（3）地壳结构：地壳可分为上地壳和下地壳，上地壳主要由花岗岩组成，下地壳主要由玄武岩组成；（4）地幔结构：地幔可分为上地幔和下地幔，上地幔主要由橄榄岩组成，下地幔主要由榴辉岩组成。
四、实习体会与收获1. 通过本次实习，我对大地电磁测深的基本原理、仪器设备、数据处理方法有了更加深入的了解，提高了实际操作能力；2. 实习过程中，我学会了如何使用大地电磁测深仪，掌握了数据采集、处理和分析的基本技能；3. 通过对实习数据的分析，我对地下电性结构有了更直观的认识，为今后从事相关研究工作打下了基础；4. 实习过程中，我结识了来自不同院校的同学，相互交流学习，拓宽了视野。
大地电磁测深(地球物理)
b) H等值性——高阻薄层
3.2.5 大地电磁测深野外工作方法技术
现代大地电磁系统．一般由接收系统，采集系统，记录系统、电源系统 等组成。
大地电磁测野外 工作方法示意图
大地电磁仪是用来在野外测点上记录电场水平分量Ex, Ey 和磁场水平分量Hx, Hy及垂直分量Hz等五个分量。
3.2.6 大地电磁测深的资料解释
m H y ( z)
km [ Am ( )e k m z Bm ( )e k m z ] i 0
—— 第m层之复波数。
式中：m代表层序
km i m
Am， Bm
—— 第m层积分常数。
在水平均匀层状介质的第m层中波阻抗
m Ex ( z ) i Am e km z Bm e km z Z m ( z) m H y ( z) k m Am e km z Bm e km z
④雷电产生的地磁变异
⑤大地电磁场的频谱
图1 大地电磁场的频谱
2）天然电磁场的特点 在某一瞬间，大地电磁场在几百平方公 里或更大的范围内，振幅与频率保持一 定。
3.2.2 均匀大地介质中平面电磁波的传播
1）、平面电磁波的波阻抗
E Z H
地表X、Y轴上：
V /m A/ m
Z xy
Ex E cos E H y H cos H
1 2 2 Z 0.2T Z 5f
—— 卡尼亚电阻率
3.2.3 水平均匀层状介质中的大地电磁场
1）波阻抗递推公式
水平均匀层状介质情况下，设：n层，电阻率只与z有关
k n i n — —第n层复波数
图3-2-5 水平层状介质
赫姆霍茨方程的通解为
E xm ( z ) Am ( )e k m z Bm ( )e k m z
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用摘要：我国的经济发展与工业发展水平有很大的关系，而矿产资源作为工业发展的主要原料，受到国家和社会的高度重视。
因此，近年来由于相关技术和设备的不断优化，地质勘测水平逐年提高。
其中，在矿山地质构造探测中，通过应用大地电磁测深法可以取得较好的效果。
关键词：地质构造；大地电磁测深法；应用分析引言物探技术的发展与技术和设备的应用有直接关系，由于机械制造技术以及电磁波等技术的发展，相关的技术得到较快发展，设备也正在更新换代。
尤其是，大地电磁测深法已经相对成熟，该方法由于包含较多的信息量，并且装置相对简单，携带非常方便，在地质结构勘测的过程中，具有非常好的应用前景。
1、矿山地质概况1.1矿层分析某某矿区位于华北地区的边缘地带，北部为燕山山脉的东段，南部为华北平原北端的冲击平原，东临渤海。
通过对矿区的分析，发现基岩部分裸露，通过进一步的研究分析，发现露出的矿层是太古界、下元古界、燕山期矿体及元古界矿体，整个矿区处于中朝准地台（Ⅰ级）、燕山台褶带（Ⅱ级）、山海关台拱（Ⅲ）构造单内，该地域处于燕山构造带的东端，属于华北地带的北部边缘。
1.2物理特征分析通过探测发现，第四系冲洪积属于低阻矿层，具体的参数在400Ω·m以下，对于太古界的电阻率而言,电阻率在500Ω·m~2000Ω·m之间。
矿区内矿体的类型相对复杂，包括基性、中性、酸性、碱性等，电阻率的数值在3000以上。
太古界与第四系电性在研究过程中发现为低阻。
而燕山期的矿体主要表现为高电阻的电性特征，在本次探测中主要是通过对矿体的电性特征进行研究，从而进行相应的区别和分辨。
2、探测中使用到的设备在正式使用电磁测深法施工之前，需要对 MTU-5 主机、磁棒进行标定，标定通过之后，需要及时投入使用并做好野外试验。
野外仪器试验的设备包括发射机、MTU-5 主机和磁棒的稳定性检测；并做好三个磁棒的一致性检测。
大地电磁法测深的基本原理
大地电磁法测深的基本原理一、引言大地电磁法测深是一种非常重要的地球物理勘探方法，它可以用来探测地下的岩石、土壤、水和矿藏等物质的分布情况。
本文将详细介绍大地电磁法测深的基本原理。
二、大地电磁法测深的基本概念1. 电磁场电磁场是由变化的电场和磁场共同组成的，它在空间中传播并携带能量。
在大地电磁法中，我们主要关注的是频率范围在数千赫兹到数十千赫兹之间的高频电磁场。
2. 电阻率电阻率是描述物质导电性能大小的参数，它表示单位体积内该物质对于通过其内部流动的电流所产生阻力大小。
通常情况下，不同类型的岩石和土壤具有不同的电阻率值。
3. 大地电磁法测深大地电磁法测深是一种利用高频交变电场和交变磁场相互作用产生感应现象来探测地下结构及其性质（如岩性、含水性等）的方法。
三、大地电磁法测深的基本原理1. 电磁感应定律根据电磁感应定律，当一个线圈内部有交变磁场时，会在其内部产生交变电场。
同样地，当一个线圈内部有交变电场时，会在其周围产生交变磁场。
这种现象称为互感现象。
2. 大地电磁法测深的测量原理大地电磁法测深中使用了一对相互垂直的线圈（即发射线圈和接收线圈），发射线圈中通过高频交变电流产生高频交变磁场，接收线圈则用来检测由发射线圈产生的交变电场。
当发射线圈中的高频交变磁场穿过地下物质时，会在其周围产生感应电流，并进一步形成感应电场。
这个感应电场可以被接收线圈所检测到。
3. 信号处理和数据分析通过对接收到的信号进行处理和分析，可以得到不同深度处物质所具有的不同电阻率值。
通常情况下，岩石、土壤等具有较高的电阻率值，而水和矿藏等则具有较低的电阻率值。
因此，通过对大地电磁法测深数据的分析，可以推断出地下物质的分布情况。
四、大地电磁法测深的应用1. 矿产勘探大地电磁法测深可以用来探测地下矿藏的分布情况，从而帮助勘探人员确定最佳开采方案。
2. 水文地质调查大地电磁法测深可以用来探测地下水资源的分布情况，从而帮助水利部门制定最佳的水资源利用方案。
音频大地电磁测深原理简介
ATM物探仪（音频大地电磁测深）原理一、电磁波:地球物理勘探，简称物探。
分为电法、磁法和电磁法三种。
本质上都是电法，因为磁场也是电场感应而来。
物探电磁法分为两种：一）连续电磁波电磁波不间断（频率域即有很多不同频率的电磁波可作为工作频率进行选择，比如我们可以选择长波（音频范围的电磁波），另外还有微波、红外线等短波等）连续电磁波按产生方式还分为:1、人工场源电磁波又叫可控源音频大地电磁CSAMT,需人工产生发射电磁场。
优点：信号强，精度高，测量时间短。
缺点：近场效应，近处不准，设备大，转场不便，施工电极敷设需要挖较大的坑深埋，设备造价高。
2、天然音频大地电磁波ATM，天然音频大地的英文简称，是此次介绍的重点内容，它主要利用天然产生的电磁波(简称天电)进行地下介质电阻率异常的测量，省掉人工发射电磁波环节。
优点：测量简单，施工效率高。
无需发电设备，转场方便，适合矿区扫面，靶区筛查。
随着数据分析的发展，现在ATM在中国有较好的应用发展趋势。
该法最早由法国、俄罗斯提出。
2000年中南大学何继善院士在此基础上进一步探索，提出广域电磁法，电磁测深由原来的简化的平面波模型回归现在的曲面波模型，并因此获国家科技进步一等奖。
目前大地电磁测深技术无论理论与应用，我国已经有所领先。
缺点：精度较低，单次数据采集时间长。
天然场源电磁波又分长波、中波及短波，其中音频大地电磁波属于长波，是ATM法的工作波段，下节详细介绍。
二）瞬变电磁（时间域，时间为变量）瞬变电磁的电磁波属于间断脉冲型，利用接通、间断电流产生交变电磁波，进行地下介质电阻率异常的测量，与连续电磁波比，属于另一大类，与ATM无关，不多介绍。
见图二、ATM天然音频大地电磁波的波形电场波与磁场波（简称电波与磁波）互相垂直正交，且都垂直于传播方向，其中磁场波由电场波感应产生。
这样，电磁波测量电波与磁波两组信息，与单独的电法与磁法来说，信息量是翻倍提高的。
天然场源电磁波，也叫天电，主要由太阳风、地球磁暴及地球雷电区经几千或几万公里传播而来。
陈小斌-大地电磁测深原理及应用
一维正演：均匀半空间问题 一维正演：均匀半空间问题
假设场源的是沿着x方向极化的电性源（ 模式），由于地 模式）， 假设场源的是沿着x方向极化的电性源（TE模式），由于地 质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在Hy 质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在 分量， 和Ex分量，即总的电磁场可表示为： 分量 即总的电磁场可表示为：
缺点 体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方 体积效应，反演的非唯一性较强（ 法相比） 法相比） 纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱
大地电磁测深的理论基础
1、正演问题 2、反演问题 3、实际资料的采集和处理
大地电磁测深法（MT）是以天然电磁场为 天然电磁场为 大地电磁测深法（MT）是以天然电磁场 电性结构的一种重要的 场源来研究地球内部电性结构 场源来研究地球内部电性结构的一种重要的 地球物理手段。其基本原理是：依据不同频 地球物理手段。 基本原理是：依据不同频 率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原 的电磁波在导体中具有不同趋肤深度 趋肤深度的原 理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响 在地表测量由高频至低频 高频至低频的地球电磁响 应序列，经过相关的数据处理和分析来获得 应序列， 大地由浅至深的电性结构。 大地由浅至深的电性结构。 由浅至深的电性结构
从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：一维，五十年 从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：一维， 代～八十年代；二维，九十年代～今天；三维，正在兴起 八十年代；二维，九十年代～今天；三维，
大地电磁测深的优缺点
优点
不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强； 不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强； 横向分辨能力较强； 横向分辨能力较强； 资料处理与解释技术成熟； 资料处理与解释技术成熟； 勘探深度大、勘探费用低、施工方便； 勘探深度大、勘探费用低、施工方便；
大地电磁测深法
Zom Zom
e 2 km hm
Zm1 Zom
从上式可看出，只要知道m+1层顶面波阻抗，就能 算出第m层的顶面波阻抗，以此类推，只要知道最 底层的顶面波阻抗，就能算出地球表面的波阻抗。
而对于底层的顶面波阻抗，由
于 z ,
Ex Cneknz Dneknz 0
所以 Dn 0,
Zn
Z on
i
kn
大地的视电阻率：
T
1 ωμ0
Z1 2
3、非各向同性（各向异性）介质中的大地电磁场 (1)非各向同性介质的张量电导率
同一点沿不同方向具有不同电导性的介质称为非各向
同介质，为了研究方便，假设介质中任一点都存在彼
此正交的两个电性主轴，两电性主轴上的电导率分别
为σ1和σ2，并且σ1 ≠ σ2。这种典型化的介质称为 对称非各向同性介质。
➢为适应大地电磁方法技术发展的需要，当今大 地电磁仪器发展的另一趋势是集成化、轻便化、多 道化和遥测遥控化。现在已经不是单纯的大地电磁 仪，而应该称为大地电磁系统； ➢70年代以来，我国也研制了几种型号的大地电磁 仪，为我国大地电磁的发展做出了重大贡献； ➢但目前用于生产的主要是国外MT仪器设备：加拿 大凤凰地球物理公司生产的V5-2000、V8多功能电 法仪；美国Zonge公司生产的GDP-32多功能电法仪； Metronix公司最新推出的GMS-07频率域综合电磁法 仪。
• 60年代以前，由于技术难度大，该方法的研究进展 缓慢。
• 但它具有探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对 低阻层反应灵敏等吸引人的优点，因而对该方法的 研究始终为人们所关注。
• 70年代以来，由于张量阻抗分析方法的提出，方法 理论研究出现突破性进展，并随着电子、计算机、 信号处理技术突飞猛进的发展,大地电磁测深无论在 仪器研制，或是数据采集、处理技术与反演、解释 方法等方面的研究，都融合了当代先进的科学理论 和高新技术，这使大地电磁测深有了长足的进步。
第3节 大地电磁测深法
二、MT正演基本理论
1、均匀介质中的大地电磁场 引入笛卡尔坐标系，令z轴垂直向下，X—Y轴位于 地表水平面上。把麦克斯韦旋度方程展成分量形式：
由于平面电磁波垂直入射于均匀各向同性大地介质中， 其电磁场沿水平方向上是均匀的，即
E y z E x i H y z Hz 0 H y z H x 1 Ey z Ez 0 1 i H x
考虑到在国际单位制中，实测的磁场是B而不是H，而 H=B/µ；又除了铁磁介质外，一般岩石 µr=1，取 µ=µ0=4π×10-7H／m，ω=2π/T，并将E(mV／km)和 B(nT)用实际测量的单位代入，经过单位换算，得便于 计算的数值方程
以上是在均匀各向同性大地介质的条件下，地面电磁 场的振幅测量值和介质电阻率之间的关系式，也是大 地电磁测深法中最基本的关系式，在以后讨论非均匀 介质时还将用到，但那时必须赋以新的概念。
k2 i 2
ZTE = Ex = -iωμρ1 Hy Ey Hx = - -iωμρ2
k1 i 1
ZTM = -
Ex 0 E y ZTM
ZTE H x 0 H y
当测量轴和电性主轴方向不一致时，设两者之间的 夹角为
第三节 大地电磁测深法(MT)
大地电磁测深法概述
1、什么是大地电磁测深法？ 利用高空垂直入射的的天然交变电磁波(10-3~ 103Hz) 为激励场源，通过在地表观测相互正交的电场和磁 场来研究地下介质电性结构的一种地球物理勘探方 法。
2、MT发展历史 • 大地电磁测深是20世纪50年代初由A.N. Tikhonov和 L. Cagnird分别提出的天然电磁场方法。 • 60年代以前，由于技术难度大，该方法的研究进展 缓慢。 • 但它具有探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对 低阻层反应灵敏等吸引人的优点，因而对该方法的 研究始终为人们所关注。
大地电磁法测深的基本原理
大地电磁法测深的基本原理大地电磁法（EM）是一种非侵入性地质勘探方法，能够有效地探测地下的岩石、土壤和地层等物质的电导性和磁导率，从而反演出地下构造和矿产资源的分布。
该方法已被广泛应用于石油、天然气、煤炭、金属等领域。
基本原理：大地电磁法的基本原理是利用地球自然电磁场激发出的电磁波在地下物质中的传播和反射来反演目标区域的电性参数。
地球的电磁场主要由磁场感应电流和电离层电流等产生，这些电磁波在地球周围传播时会与地下物质发生相互作用，从而产生“被激发场”和“响应场”。
被激发场是指电磁波在源处产生的场，而响应场是指电磁波通过反射或透射，到达探测点时在地下物质中产生的场。
大地电磁法通常是在地面上设置发射线圈和接收线圈进行探测。
当发射线圈中通过一定频率的电流时，它会产生一个与频率相关的磁场，这个磁场将诱导电场在周围的空间中形成。
接收线圈用于接收由地下物质中传播的电磁波的信号。
将接收到的信号与激发电流进行比较，使用相应的计算方法以确定它们之间的相对振幅和相位差。
这些参数可以用于在地下介质中计算电导率和磁导率等物理参数。
实际上，大地电磁法通常用于测量矿物质类型和含量、地下水和石油等岩石孔隙结构、地下断层和岩石体的边界、地下矿床的储量等方面的信息。
应用：大地电磁法在矿产勘探和地质探测方面非常有用，尤其是在卫星图像不透亮或非常深入的地下区域进行探测。
由于它无需搜寻矿物标本，取样和公差等操作，因此更加节省时间和精力，同时还能减少对环境的影响。
此外，大地电磁法在水文地质研究、环境监测和工程勘探领域也得到了广泛应用。
它可以帮助地质学家和工程技术人员识别土壤类型、确定地下水位、了解岩土结构和岩石储量等方面的问题。
它还可以用于监测地盘和地下巷道的稳定性，以及环境污染和地下水流方向等问题。
总之，大地电磁法为我们提供了一种可靠的勘探手段，使我们能够更全面、深入地了解地下环境和资源分布的情况，为我们及时、准确地掌握地质和自然资源信息提供了有力的保障。
电磁测深法原理
电磁测深法原理电磁测深法原理电磁测深法是一种通过测量电磁场的变化来计算地下物质传导率和深度的方法。
它是一种非侵入性地球物理勘探方法，被广泛应用于矿产、水文、环境和地质调查等领域。
电磁测深法的原理是基于法拉第感应定律和安培定律。
当一个交流电场通过导体时，电场的变化会在导体内部感应出一个感应电流。
感应电流产生的磁场又会感应出一个涡流，其方向与电场方向相反，这个过程称为能量衰减。
电磁波在地面上较好地传播，但是地下的物质会减弱电压和电流，使电磁波能量逐渐减弱。
通过测量电磁信号的衰减程度和变化情况，可以了解地下物质的传导性质和深度。
电磁测深法有两种常用的方式，即垂直磁场测深法和水平磁场测深法。
垂直磁场测深法的实现原理是将一个垂直于地面的交变电磁场引入地下物质中，导体产生的感应电流又会在地面上产生一个垂直于导体的磁场，磁场的强度随着深度的增加而逐渐减小，测量这个磁场的变化就可以反推出地下电导率的变化。
测量设备通常包括一个发射线圈和一个接收线圈，分别放置在地面上。
通过改变频率，可以改变探测的深度。
水平磁场测深法的实现原理是将交变电磁场引入地下物质中，产生涡流的地下物质会在感应磁场中产生磁化效应，产生自身磁场，这个自身磁场又会在地面上产生一个垂直磁场，这个磁场的强度也是随着深度的增加逐渐减小的。
测量设备通常包括三个线圈，一个主线圈和两个辅助线圈。
主线圈通常放置在地面上，而辅助线圈则用于改变探测深度。
电磁测深法具有多种优点。
首先，它是非侵入性的方法，不会对地下物质造成破坏和污染。
其次，电磁测深法可以对地下物质进行大面积和深入的探测。
最后，电磁测深法可以应用于多种地质介质，如岩石、矿物、土壤和地下水等。
总而言之，电磁测深法是一种准确、高效且非侵入的地球物理勘探技术，它在矿产勘探、水利、环境监测和地质调查等领域具有广泛的应用前景。
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第二类 磁暴与磁亚暴。这种地磁扰动的特
征是磁场强度变化剧烈，尤其是水平分量 变化很大，呈现极不规则形状。
第三类 地磁脉动。这是一种具有似周期振
动的特殊的短周期振动，地磁脉动是大地 电磁测深最重要的场源。其周期范围一般 为0.2～1000秒，振幅一般为百分之几到几 十个纳特。
大地电磁场特征
大地电磁测深简介
1、20世纪50年代，法国的Cagniard和前苏联的 Tikhonov提出了大地电磁法（MT ）；
2、20世纪60年代的Berdichevski等（1969），提 出了音频大地电磁法（AMT） ；
3、1971年和1978年，Goldstein和Strangberg提出 了可控源音频大地电磁法（CSAMT）。
4、2000年何继善院士提出广域电磁法。
优点 1、 不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强； 2、 横向分辨能力较强； 3、 资料处理与解释技术成熟； 4、 勘探深度大、勘探费用低、施工方便； 5、 资料处理和解释技术成熟。
缺点 1、体积效应，反演的非唯一性较强 2、纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱 3、信号不稳定 、不规则，容易受到工业噪声 干扰
5、 极化特征
不同周期的场和 不同时间的场的 极化方式具有明 显的差异。为了 在测深资料分析 处理时获得稳定 的阻抗张量元素， 需要场源具有多
大地电磁场源
地球强大的磁场是保护人类免于遭受外太空各种致命 辐射的生死屏障，然而日前，英美科学家发现，在过 去的200年内，地球的磁场正在急剧地衰弱。科学家们
理论基础：Maxwell方程组 麦克斯韦方程组描述了电
磁场最根本的规律，在时
间域中的表示式为：
LE dls B tdS lH dlIs D tdS
EB t
HjD t
sBdS0
sDdSq
B0
D
1、形态特征。形态各异 2、时间特征。 （1）随机性，不能精确确定天然电磁场出
现的时间。 （2）规律性，经长期观察，天然电磁场的
出现在时间上有一定的规律性。 3 、空间特征。与纬度有关，一般高纬度区
强于中低纬度区
4 、频谱特征 大地电磁场在1Hz附近 振幅较小，而在更低 和更高的频率上振幅 都增大
大地电磁场源
大地电磁测深是在地面上观测具有区域性 乃至全球性分布特征的天然交变电磁场来 研究地下岩层的电学性质及其分布特征的 一种勘探方法。地球磁场是不断变化的， 这种变化按周期长短分为两种类型，即长 周变化和瞬时变化。
1．长周变化，长周变化需在一个很长的时 间周期，几百年甚至更长的地质年代中显 示出来，其影响可能很大。一般认为这种 变化的原因在地球内部。大地电磁测深中
电磁场的边界条件
法向的B： Bn1 Bn2 法向的D： Dn1Dn2 切向的E： Et1 Et2
E 为电场强度（ V/m）； B 为磁感应强度（ T ），或磁通密度 （Wb/m2 ）；H 为磁场强度（ A / m ）；D 为电位移矢量（ C/m2 ）； j 为电流密度（ A/m2 ）； 自由电荷密度（ C/m3 ）。
James Clerk Maxwell， 1831.6－1879.11，英国理 论物理学家和数学家。经典 电动力学的创始人，统计物 理学的奠基人之一。被普遍 认为是对二十世纪最有影响 力的物理学家。他对基础自 然科学的贡献仅次于Isaac Newton 、Albert Einstein 。
示了电场与磁场相
（3）描述了变化的磁场
互转化中产生的对
激发电场的规律。 （4）描述了变化的电场
称性优美，这种优
激发磁场的规律。
美以现代数学形式
得到充分的表达。
本构方程与电磁参数 对于线性和各向同性介质，有以下三个本构方程， 即：
j E
BH
DE
其中是σ是表征介质物理的介电常数。 在不存在介质的自由空间中， ε0=8.854×10-12F/m， μ0=4π×10-7H/m。 需要指出的是，在通常情况下，以上三个参数都为
大地电磁法测深法基本原理及 应用
张继锋
Email: zjf0201@ Tel:
长安大学地质工程与测绘学院 地球物理系
基本内容
大地电磁测深简介 大地电磁场源 大地电磁理论基础 大地电磁一维正演 大地电磁二维正演 大地电磁静态效应及校正 大地电磁野外工作布置及资料处理 大地电磁的应用
理论基础：麦克斯韦方程
麦克斯韦的第一篇论文是关于椭圆 曲线的，发表于1845年，年仅14岁； 第一篇电磁学论文1855年（24岁）， 关于法拉第的磁力线问题； 1873年（42岁），完成电磁学巨著： 电磁通论； 建立起了光、电、磁的统一理论， 完成亘古大业； 1879年（48岁）逝世，英年早逝。
James Clerk Maxwell
Maxwell方程组及意义
以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论，是经典
物理学最引以自豪的成就之一。它所揭示出的
电磁相互作用的完美统一，为物理学家树立了
这样一种信念：物质的各种相互作用在更高层
次（上1）应描该述是了电统场一的的性。质
麦克斯韦方程组揭
（2）描述了磁场的性质
大地电磁场分类
第一类 雷电干扰，或称天电。主要指大气 圈中的放电现象所引起的电磁干扰。频率 大于1Hz。在赤道两侧南北回归线间有一个 雷雨活动区，就世界范围来说，中非、马 来西亚、巴西形成三个雷雨活动中心。在 这些地区每年雷雨日在100天以上，个别地 方超过200天。当然从总的来说，雷电夏季 比冬季强。一天的任何时刻都可能发生雷 电现象，但峰值多半出现在当地时间的下 午。
大地电磁法的发展阶段
吉洪诺夫（苏联，1950），卡尼亚（法国 人，1953）
从仪器采集系统和资料处理和管理方式， 可将MT分为三个发展阶段：
手工量板阶段：五六十年代，起步阶段。模 拟信号、标量阻抗 、手工对量板法 ；
数字化阶段：70～今天。数字信号，张量阻 抗，计算机自动正反演技术；新的观测方式：