大地电磁学_成都理工大学
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1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁（MT）和可控源音频大地电磁（AMT）测深的实 质测量由于太阳风或太阳黑子活动及赤道区的闪电雷击在 地球表面产生的各种频率的水平电场和水平磁场，然后通 过阻抗与电阻率的关系计算视电阻率从而了解地下电性结 构。该采用天然场源，不受高阻屏蔽的影响，设备轻便， 勘探深度能达到数百公里；其缺点是场源不可控制并且信 号微弱，易受自然环境的影响，尤其是在矿山、城区附近 很难开展工作，因此主要用于深大构造研究。 • 可控源音频大地电磁（CSAMT）测深，通过人工发射电 磁波解决了场源微弱和多变性问题，增强了信噪比，但同 时也引入了场源的影响，电磁场不满足无源区齐次方程， 且带有发射机，增加了野外工作的难度。
1.2 大地电磁法的发展
• 法国学者卡尼尔（L Cagniard）论证了场源为垂直入射的 平面波在水平均匀层状介质条件下的大地电磁场的解，并 把阻抗响应变换成习惯的视电阻率形式 2
Байду номын сангаас
其中 Hy H为波阻抗（标量阻抗），Ex、Ey、Hx、 x Hy为地面上相互正交的电磁场分量的振幅谱。地面阻抗Z 是地下介质电阻率分布和信号周期T的函数。 • 以上两篇论文奠定了早期大地电磁法的理论基础，所论述 的模型成为吉洪诺夫－卡尼尔模型，此后，MT法引起广 大地球物理工作者的重视，成为研究地球内部构造的一种 重要方法。
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1.2 大地电磁法的发展
• 理论研究开始对围绕场源模型和介质模型两方面 问题。平面波源模型引起激烈的争论，许多人提 出异议。在地壳和上地幔这一深度范围内的探测， 其观测信号周期小于1000～10000秒，场源平面波 模型是适用的。而对更长周期的信号，平面波的 场源模型的计算就必须引入校正项，或采用球面 地球模型来计算。 • 尽管目前三维正演的研究已经成熟，并有实际资 料处理的例子出现，但层状介质模型的假设下的 解释仍是实际资料处理解释的首选，而且是最具 成效的。
第一章：绪论
• 我国正在研究和应用的地球电磁技术有：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 大地电磁测深（MT）、音频大地电磁法（AEM） 电磁阵列剖面法/连续电磁剖面法（ CEMAP/CEMP） 瞬变电磁法（地面、井中和航空）（TEM） 激发极化/频谱激电法（IP/SIP）、复电阻率法（CR） 探地雷达法（GPR） 井间、井地电磁法（LOGGING） 可控源音频大地电磁法（CSAMT，时间域和频率域） 甚低频法（VLF） 人工和天然混合场源电磁法（EH4设备） 其它各种人工源电磁测深（频率域、时间域）
1.2 大地电磁法的发展
• 苏联学者吉洪诺夫设想
1. 平面波垂直入射大地。大地电磁场本身结构 非常复杂，但场源可近似地看成平面波垂直 入射大地。 2. 波阻抗概念。引入波阻抗概念（Z＝E/H）， 它可表征地球电性分布对大地电磁场的响应。 3. 单点观测方法。利用单点大地电磁场观测研 究地球电性分布是可能的。
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第一章：绪论
• 1.2 大地电磁法的发展
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、高密度大地电磁法分支：CEMAP、CEMP技术
大地电磁学 Geo-electromagnetism Magnetotellurics（MT）
地球物理专业用
成都理工大学
Mao Lifeng 2009年9月1日
课程性质
• 专业任选课 • 学 分 数 ：2.5分 • 总学时数 ：40学时＝30学时（理论课）＋10学时 （实验课） • 适用专业 ：地球物理学 • 先修课程 ：《场论》 、《数学物理方法原理》、 《电法勘探》等 • 主要教学参考书 ：《大地电磁测深法教程》石应 骏、刘国栋等编 • 考核方式 ：卷面成绩（80％）＋平时成绩（20％）
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1.4 MT资料处理解释方法简介
复杂模型反演效果－2D(最终结果)
MT噪声分析与去噪
静态校正方法研究
常用反演方法 一维反演 模拟退火法 Occam反演 共轭梯度法 二维反演 Occam方法 应用与成 像分析
RRI快速反演
成像反演 二维、三维概率 成像
1.4 MT资料处理解释方法简介
大地电磁测深处理与解释软件
1.4 MT资料处理解释方法简介
复杂模型反演效果－2D
1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁仪器方面
1957年苏联研制出第一台MT测深的地磁仪，60年代美国、 苏联、加拿大等进一步着手仪器的研制工作，记录数据由 模拟方法变成数字磁带记录，大大提高了资料的整理速度 和精度。并可在野外现场完成数据的初步处理和解释工作。 国际市场上的电磁测深仪器主要有以下几类：
第一章：绪论
• 电磁法的分类：
1. 按其勘探方式可分为电磁测深法和电磁剖面 法； 2. 按接收信号的类型分为时间域方法和频率域 方法； 3. 按信号的来源课分为主动源（人工源）和被 动源（自然源）； 4. 按接收信号的频率高低分为高频电磁法和低 频电磁法
第一章：绪论
• 电磁法的总的特点
1. 电磁法种类繁多、分支较多 2. 电磁法理论复杂 3. 电磁法可应用的频带宽，高频方法分辩率高、 探测深度小，低频探测深度大、分辩率低。 4. 与地震勘探相比，电磁法的成本低、工作方 法简单、工作效率高，可在地震无法完成任 务的地方施工。
1.2 大地电磁法的发展
• 此外，MT测深作为一种综合地球物理方法 之一，成功应用在石油与天然气勘探方面； 有人认为在研究结晶基底起伏方面，它的 精度不亚于人工地震勘探。
1.2 大地电磁法的发展
• MT的缺点：
1. 存在静态效应问题，造成资料解释的困难， 目前无理想的静校正方法。 2. 以天然场为场源，能量弱，特别是中低频段 信号，且随季节变化，“靠天吃饭” 3. 分辩率较低，只能找大的构造。
1.3 MT资料采集方法简介
1.3 MT资料采集方法简介
十 字 布 极 法
思考：哪种测网不科学？
(二) 可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法
1.4 MT资料处理解释方法简介
MT资料处理和反演成像方法研究框图
MT二维地形影响分析 与地形校正 资 料 处 理 技 术 大地电磁 测深资料 处理和反 演成像方 法与应用 研究 反 演 成 像 方 法
1.2 大地电磁法的发展
• 我国的MT测深工作始于20世纪60年代， 60年代 曾研制成功基于静磁原理的磁变仪。1970年国家 地震局研制了模拟MT测深仪，随后又研制了LH-1， 1976年，地震局等单位联合研究了SD-1型数字式 MT测深仪。又改进为SD-2型，达到世界同类仪 器水平，70年代中期以来，早期的量板法逐渐被 淘汰，代之以计算机联合反演，常用的反演方法 有：Bostick反演、高斯牛顿法、梯度法、广义逆 反演、连续介质反演、MT拟地震反演等，这项都 是一维的；当前占统治地位的仍是国外的二维反 演方法，如RRI、OCCAM、NLCG、REBOOC等。
第一章：绪论
• 目前，我国电磁勘探技术，无论在仪器还 是软件方面都得到了长足的发展。
–硬件方面，仪器灵敏度高，且小型轻便； –软件方面，三维反演技术逐渐成熟，并在实际 资料处理中取得了很好的效果。
• 此外，航遥中心、中国地质地球物理研究 所引进了国外先进的频率域航空电磁系统， 并正在研制时间域航空电磁系统；中国地 质大学自行研制成功海洋大地电磁系统， 真正实现了电磁方法的上天、下海！
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1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁理论方面的发展 大地电磁的基本原理：MT是研究地壳和上地幔构 造的一种地球物理探测方法，它以天然交变电磁 场为场源。当电磁波在地下介质中传播时，由于 电磁感应的作用，地面电磁场的观测值将包含有 地下介质电阻率分布的信息，而且由于电磁场的 集肤效应，不同周期电磁信号具有不同的穿透深 度，故研究大地对天然电磁场的频率响应，可获 得地下不同深度介质电阻率分布信息。
教学内容
• • • • • • • 第一章 绪论（2节） 第二章 岩石的电磁学性质（2节） 第三章 均匀层状介质大地电磁测深理论（12节） 第四章 水平非均匀介质大地电磁测深理论（8节） 第五章 野外工作方法与技术（4节） 复习课（2节） 编程实验课（10节）
第一章：绪论
• 1.1 地球电磁法简介（Introduction of Geo-EM method) 电磁法作为一种重要的勘探地球物理方法，已有 一个多世纪的发展历史。我国在上世纪50年代在 矿山核盆地地区开始了电磁法的勘探，60～70年 代我国的电磁法开始了较大的发展，特别是MT的 发展尤为明显。目前，电磁法应用领域广泛，分 支众多。金属矿产勘探是电磁法的传统应用领域。 随着我国经济的发展，电磁法的应用领域已经拓 展到地下水勘探、工程勘探、海洋资源勘探等众 多领域，特别是近几年地球深部构造和地球动力 学研究的兴起，为我国电磁法发展提供了良好的 契机。 直流电法（电阻率法）－>交流电法（电磁法）
（1）加拿大凤凰公司（phoenix）的V-5，V5-2000，V-6、V8电磁系统， 这三套系统能做天然场和人工源，目前，国内主要用来采集天然场 信号，用于深部研究； （2）美国EMI公司的MT-24，EH4系统，其中MT-24仅做天然场观测，主 要研究深部构造，EH-4能做天然场和人工源，其勘探深度有限，用 于浅部研究（小于1km）； （3）美国的LIMS仪器系统，用于深部构造研究，据称周期可达2、3万 秒。 （4）德国Metronix公司，MMS-04大地电磁系统。在我国廊坊物化探所 自行研究生产的CLEMP分布式被动源电磁系统。目前国内引进的测深 仪器主要有：MT-24，V-5，V5-2000，EH-4等。
1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁法的优点：
1. 2. 3. 4. 探测深度大，很容易达到100～200Km 不受高阻屏蔽影响 对低阻层反应敏感 成本低、施工灵活
正因如此，上世纪60年代后，MT方法开始受到 重视，70年代以来，由于张量阻抗分析方法的 提出，方法理论的研究出现突破性进展，并随 着电子、计算机、信号分析等技术的突飞猛进 的发展，MT测深无论在仪器研制、数据采集、 处理技术与反演、解释等方面的研究，都融合 了当代先进的科学理论和高新技术，使得MT测 深法有了长足的进步，成为电法勘探众多方法 技术中最为成熟的方法。
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1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁（MT）和可控源音频大地电磁（AMT）测深的实 质测量由于太阳风或太阳黑子活动及赤道区的闪电雷击在 地球表面产生的各种频率的水平电场和水平磁场，然后通 过阻抗与电阻率的关系计算视电阻率从而了解地下电性结 构。该采用天然场源，不受高阻屏蔽的影响，设备轻便， 勘探深度能达到数百公里；其缺点是场源不可控制并且信 号微弱，易受自然环境的影响，尤其是在矿山、城区附近 很难开展工作，因此主要用于深大构造研究。 • 可控源音频大地电磁（CSAMT）测深，通过人工发射电 磁波解决了场源微弱和多变性问题，增强了信噪比，但同 时也引入了场源的影响，电磁场不满足无源区齐次方程， 且带有发射机，增加了野外工作的难度。
1.2 大地电磁法的发展
• 法国学者卡尼尔（L Cagniard）论证了场源为垂直入射的 平面波在水平均匀层状介质条件下的大地电磁场的解，并 把阻抗响应变换成习惯的视电阻率形式 2
Байду номын сангаас
其中 Hy H为波阻抗（标量阻抗），Ex、Ey、Hx、 x Hy为地面上相互正交的电磁场分量的振幅谱。地面阻抗Z 是地下介质电阻率分布和信号周期T的函数。 • 以上两篇论文奠定了早期大地电磁法的理论基础，所论述 的模型成为吉洪诺夫－卡尼尔模型，此后，MT法引起广 大地球物理工作者的重视，成为研究地球内部构造的一种 重要方法。
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1.2 大地电磁法的发展
• 理论研究开始对围绕场源模型和介质模型两方面 问题。平面波源模型引起激烈的争论，许多人提 出异议。在地壳和上地幔这一深度范围内的探测， 其观测信号周期小于1000～10000秒，场源平面波 模型是适用的。而对更长周期的信号，平面波的 场源模型的计算就必须引入校正项，或采用球面 地球模型来计算。 • 尽管目前三维正演的研究已经成熟，并有实际资 料处理的例子出现，但层状介质模型的假设下的 解释仍是实际资料处理解释的首选，而且是最具 成效的。
第一章：绪论
• 我国正在研究和应用的地球电磁技术有：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 大地电磁测深（MT）、音频大地电磁法（AEM） 电磁阵列剖面法/连续电磁剖面法（ CEMAP/CEMP） 瞬变电磁法（地面、井中和航空）（TEM） 激发极化/频谱激电法（IP/SIP）、复电阻率法（CR） 探地雷达法（GPR） 井间、井地电磁法（LOGGING） 可控源音频大地电磁法（CSAMT，时间域和频率域） 甚低频法（VLF） 人工和天然混合场源电磁法（EH4设备） 其它各种人工源电磁测深（频率域、时间域）
1.2 大地电磁法的发展
• 苏联学者吉洪诺夫设想
1. 平面波垂直入射大地。大地电磁场本身结构 非常复杂，但场源可近似地看成平面波垂直 入射大地。 2. 波阻抗概念。引入波阻抗概念（Z＝E/H）， 它可表征地球电性分布对大地电磁场的响应。 3. 单点观测方法。利用单点大地电磁场观测研 究地球电性分布是可能的。
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第一章：绪论
• 1.2 大地电磁法的发展
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、高密度大地电磁法分支：CEMAP、CEMP技术
大地电磁学 Geo-electromagnetism Magnetotellurics（MT）
地球物理专业用
成都理工大学
Mao Lifeng 2009年9月1日
课程性质
• 专业任选课 • 学 分 数 ：2.5分 • 总学时数 ：40学时＝30学时（理论课）＋10学时 （实验课） • 适用专业 ：地球物理学 • 先修课程 ：《场论》 、《数学物理方法原理》、 《电法勘探》等 • 主要教学参考书 ：《大地电磁测深法教程》石应 骏、刘国栋等编 • 考核方式 ：卷面成绩（80％）＋平时成绩（20％）
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3.6
1.4 MT资料处理解释方法简介
复杂模型反演效果－2D(最终结果)
MT噪声分析与去噪
静态校正方法研究
常用反演方法 一维反演 模拟退火法 Occam反演 共轭梯度法 二维反演 Occam方法 应用与成 像分析
RRI快速反演
成像反演 二维、三维概率 成像
1.4 MT资料处理解释方法简介
大地电磁测深处理与解释软件
1.4 MT资料处理解释方法简介
复杂模型反演效果－2D
1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁仪器方面
1957年苏联研制出第一台MT测深的地磁仪，60年代美国、 苏联、加拿大等进一步着手仪器的研制工作，记录数据由 模拟方法变成数字磁带记录，大大提高了资料的整理速度 和精度。并可在野外现场完成数据的初步处理和解释工作。 国际市场上的电磁测深仪器主要有以下几类：
第一章：绪论
• 电磁法的分类：
1. 按其勘探方式可分为电磁测深法和电磁剖面 法； 2. 按接收信号的类型分为时间域方法和频率域 方法； 3. 按信号的来源课分为主动源（人工源）和被 动源（自然源）； 4. 按接收信号的频率高低分为高频电磁法和低 频电磁法
第一章：绪论
• 电磁法的总的特点
1. 电磁法种类繁多、分支较多 2. 电磁法理论复杂 3. 电磁法可应用的频带宽，高频方法分辩率高、 探测深度小，低频探测深度大、分辩率低。 4. 与地震勘探相比，电磁法的成本低、工作方 法简单、工作效率高，可在地震无法完成任 务的地方施工。
1.2 大地电磁法的发展
• 此外，MT测深作为一种综合地球物理方法 之一，成功应用在石油与天然气勘探方面； 有人认为在研究结晶基底起伏方面，它的 精度不亚于人工地震勘探。
1.2 大地电磁法的发展
• MT的缺点：
1. 存在静态效应问题，造成资料解释的困难， 目前无理想的静校正方法。 2. 以天然场为场源，能量弱，特别是中低频段 信号，且随季节变化，“靠天吃饭” 3. 分辩率较低，只能找大的构造。
1.3 MT资料采集方法简介
1.3 MT资料采集方法简介
十 字 布 极 法
思考：哪种测网不科学？
(二) 可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法
1.4 MT资料处理解释方法简介
MT资料处理和反演成像方法研究框图
MT二维地形影响分析 与地形校正 资 料 处 理 技 术 大地电磁 测深资料 处理和反 演成像方 法与应用 研究 反 演 成 像 方 法
1.2 大地电磁法的发展
• 我国的MT测深工作始于20世纪60年代， 60年代 曾研制成功基于静磁原理的磁变仪。1970年国家 地震局研制了模拟MT测深仪，随后又研制了LH-1， 1976年，地震局等单位联合研究了SD-1型数字式 MT测深仪。又改进为SD-2型，达到世界同类仪 器水平，70年代中期以来，早期的量板法逐渐被 淘汰，代之以计算机联合反演，常用的反演方法 有：Bostick反演、高斯牛顿法、梯度法、广义逆 反演、连续介质反演、MT拟地震反演等，这项都 是一维的；当前占统治地位的仍是国外的二维反 演方法，如RRI、OCCAM、NLCG、REBOOC等。
第一章：绪论
• 目前，我国电磁勘探技术，无论在仪器还 是软件方面都得到了长足的发展。
–硬件方面，仪器灵敏度高，且小型轻便； –软件方面，三维反演技术逐渐成熟，并在实际 资料处理中取得了很好的效果。
• 此外，航遥中心、中国地质地球物理研究 所引进了国外先进的频率域航空电磁系统， 并正在研制时间域航空电磁系统；中国地 质大学自行研制成功海洋大地电磁系统， 真正实现了电磁方法的上天、下海！
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1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁理论方面的发展 大地电磁的基本原理：MT是研究地壳和上地幔构 造的一种地球物理探测方法，它以天然交变电磁 场为场源。当电磁波在地下介质中传播时，由于 电磁感应的作用，地面电磁场的观测值将包含有 地下介质电阻率分布的信息，而且由于电磁场的 集肤效应，不同周期电磁信号具有不同的穿透深 度，故研究大地对天然电磁场的频率响应，可获 得地下不同深度介质电阻率分布信息。
教学内容
• • • • • • • 第一章 绪论（2节） 第二章 岩石的电磁学性质（2节） 第三章 均匀层状介质大地电磁测深理论（12节） 第四章 水平非均匀介质大地电磁测深理论（8节） 第五章 野外工作方法与技术（4节） 复习课（2节） 编程实验课（10节）
第一章：绪论
• 1.1 地球电磁法简介（Introduction of Geo-EM method) 电磁法作为一种重要的勘探地球物理方法，已有 一个多世纪的发展历史。我国在上世纪50年代在 矿山核盆地地区开始了电磁法的勘探，60～70年 代我国的电磁法开始了较大的发展，特别是MT的 发展尤为明显。目前，电磁法应用领域广泛，分 支众多。金属矿产勘探是电磁法的传统应用领域。 随着我国经济的发展，电磁法的应用领域已经拓 展到地下水勘探、工程勘探、海洋资源勘探等众 多领域，特别是近几年地球深部构造和地球动力 学研究的兴起，为我国电磁法发展提供了良好的 契机。 直流电法（电阻率法）－>交流电法（电磁法）
（1）加拿大凤凰公司（phoenix）的V-5，V5-2000，V-6、V8电磁系统， 这三套系统能做天然场和人工源，目前，国内主要用来采集天然场 信号，用于深部研究； （2）美国EMI公司的MT-24，EH4系统，其中MT-24仅做天然场观测，主 要研究深部构造，EH-4能做天然场和人工源，其勘探深度有限，用 于浅部研究（小于1km）； （3）美国的LIMS仪器系统，用于深部构造研究，据称周期可达2、3万 秒。 （4）德国Metronix公司，MMS-04大地电磁系统。在我国廊坊物化探所 自行研究生产的CLEMP分布式被动源电磁系统。目前国内引进的测深 仪器主要有：MT-24，V-5，V5-2000，EH-4等。
1.2 大地电磁法的发展
• 大地电磁法的优点：
1. 2. 3. 4. 探测深度大，很容易达到100～200Km 不受高阻屏蔽影响 对低阻层反应敏感 成本低、施工灵活
正因如此，上世纪60年代后，MT方法开始受到 重视，70年代以来，由于张量阻抗分析方法的 提出，方法理论的研究出现突破性进展，并随 着电子、计算机、信号分析等技术的突飞猛进 的发展，MT测深无论在仪器研制、数据采集、 处理技术与反演、解释等方面的研究，都融合 了当代先进的科学理论和高新技术，使得MT测 深法有了长足的进步，成为电法勘探众多方法 技术中最为成熟的方法。