第3节-大地电磁测深法PPT课件

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一、地球天然电磁场特点
1、大地电磁场的形成
在很大地区范围内观测到的地球天然交变电磁场称 为大地电磁场。电场部分与称为大地电流的地球区 域电流的存在有关，而磁场部分与地磁变化或大地 电流的变化特点有关。 一次场源是由太阳微粒辐射作用下形成的地球磁层 和电离层的变化形成的．这种平面电磁波在铅直方 向上穿透地层过程中，在导电地层内激发出旋涡电 流，其传播深度主要依赖于振动频率或者场的变化 周期．
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3、可比性
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、频率均保持一定，且能够 同时相互对比。
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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：
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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
• 我国的大地电磁测深工作始于20世纪60年代初期. 至今，经历了60 年代的引进、探索期，70 —80 年 代的研究、试验时期和90年代的迅速发展、推广应 用时期。
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3、MT优点
• 仪器比较轻便（省去供电设备）； • 有丰富的频谱； • 勘探深度大； • 能穿透高阻层； • 等值作用范围小； • 场源为平面波，理论相对简单。
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地磁层结构示意图
除与宇宙现象有关的低频场外，在地球上还有相对
高频（3-1000）的电磁场．其源可能是由工业漏电、超
长波无线电电台、大气电现象及地磁场的变化形成的。
高频主要分布在500-1000Hz，6000-8000Hz，低频为8-
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300Hz。
2、 随机性与谐变性
(a)频谱特征：频率为１Ｈｚ的变化具有最小的 振幅，向高、低频段振幅均明显增加。
Ｐｃ－３和Ｐｉ－２亚振动类型的振幅最大，且
出现的概率也最大。此外，该类型波的振幅还与季
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节、地理位置和太阳活动有. 关。
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(c) 电磁矢量随时间的变化：大地电磁场的矢量 Ｅ和Ｈ不仅振幅随时间变化，而且方向也随时间 变化，故在有限时间里（与变化周期比较）矢量 端点描述出复杂的图形（矢端曲线），矢端曲线 的伸长线称为极化轴。
由于层状一维介质中的电性在水平方向上是均 匀的，因而垂直入射平面波的场强在水平方向上也应 该是均匀的，引入z轴向下的笛卡尔坐标系，将有
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层状一维介质模型
图中Z1，Zm，…，Zn.表示各层顶面的波阻抗
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以H偏振波为例：
EEx
Ex Cmekmz Dmekmz
Hy
1
i
Ex z
km
i
(Cmekmz
• 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。
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• 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。
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。
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2、水平层状介质中的大地电磁场
设大地由n层水平层状介质所组成(图1—2-9)。 各层的电阻率为ρ1，ρ2，ρm，…，ρn，厚度为h1， h2，hm，…hn→∞。
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(b)Ｐ波特征 ：在电法勘探中利用称之为地磁脉动 的短周期脉动，称为Ｐ波。它具有周期为零点几秒 到几百秒的似周期振动特性。其中：
Ｐc波—在白天以波群形式几小时内连续出现， 故称该波为连续脉动波，且主要是在早晨和下午期 间出现。
Ｐｉ波—出现在晚间，脉动具有衰减的正弦波性 质，其周期为几十到几百秒，称这种振动为不规则 脉动波．
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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。
Dmekmz )
Zxy
Ex Hy
i
km
Cmekmz C e.kmz
m
Dmekmz Dmekmz
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i
记
km
Z om
为第m层的特征阻抗。
Z(z)ZomC Cm mee kkm mzz
Dmekmz Dmekmz
Zom11 ((D Dm m//C Cm m))ee22kkm mzz
Dm/CmZ Z((zz)) Z Zoom me2kmz
根据波阻抗在分界面的连续性，m层底界面波阻抗
等于m+1层顶界面的波阻抗，即 Zm(zm1)Zm1
Dm
/ Cm
Z m1 Z m1
Z om Z om
e 2 km zm1
1 Z m 1 Z om e 2 km hm
Zm
Z om
1
Z m1 Z m1 Z m1
Z om
Z om
Z
. om
e 2 km hm
ρyx
=1 ωμ
Zyx
2
=1 ωμ
Ey Hx
2
2
= .
ρxy
=1 ωμ
Zxy
2
=1 ωμ
Ex Hy
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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
第三节 大地电磁测深法(MT)
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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。
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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。
E y i z
Hx
E x i z
Hy
H z 0
H y z
1
Ex
H x z
1
Ey
E z .0
(1－2－19a) (1－2－20a) (2－2－21a) (1－2－22a) (1－2－23a) (1—2—24a)
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E偏振(Ey-Hx) （TM模式）
H偏振（Hy-Ex） （TE模式）