EH-4野外工作方法

4 EH-4高频大地电磁测深技术

4.1 EH-4高频大地电磁测深原理

EH-4高频大地电磁测深系统由美国EMI 公司和Geo-metrics 公司联合研制出的电导率张量测量仪。EH-4利用大地电磁的测量原理，通过配置的人工电磁波发射源，可以弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波；EH-4依靠先进的电磁数据自动采集和处理技术，将大地电磁法（MT ）和可控源音频大地电磁法（CSAMT ）结合起来，实现了天然信号源与人工信号源的采集和处理，成为国际先进的双源大地电磁测深系统。该系统能观测从地表数米至一千多米的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。该系统适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境。其方法原理与传统的MT 法一样，它是利用宇宙中的太阳风、雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源，又称一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论可知，大地介质中将会产生感应电磁场，此感应电磁场与一次场是同频率的，引入波阻抗Z 。在均匀大地和水平层状大地情况下，波阻抗是电场E 和磁场H 的水平分量的比值。

()H E i e H E

ϕϕ-=Z （1）

2

25151y x xy xy H E f Z f

==ρ （2） 225151

x y yx yx H E f Z f ==ρ （3）

式中f 是频率，单位是Hz ，ρ是电阻率（M ⋅Ω），E 是电场强度（mv/km ），H 是磁场强度（nT ）,E ϕ是电场相位，H ϕ是磁场相位，单位是mrad 。必须提出的

是，此时的E 与H ，应理解为一次场和感应场的空间张量叠加后的综合场，简

称总场。在电磁理论中，把电磁场（E 、H ）在大地中传播时，其振幅衰减到初始值e /1时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度（δ）

f ρ

δ503= （4）

由（4）式可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）和频率（f ）变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深的地层特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出视电阻率和相位，可确定出大地的地电特征和地下构造，这就是EH-4观测系统的简单方法原理。

一般情况下，大地是非均匀的，波阻抗是空间坐标的函数，此时必须用张量阻抗来描述。此外，大地电性分布的不均匀性，会引起电场的梯度变化，由此又产生磁场的垂直分量。进一步的讨论将会涉及较深的电磁场理论和张量分析等内容，其知识已超出本课题的研究内容。在解决一般性的工程地质调查中，作标量或张量观测即可。

EH-4高频大地电磁测深系统野外工作有两种工作方式：一种是单点测深，另一种是连续剖面测深，选用何种方式由研究任务确定。该系统通常采用天然场源，只有在天然场信号很弱或者根本没有信号的频点上，才使用人工场源，用以改进数据质量，提高数据信噪比。EH-4电磁测深系统可以在10Hz 至92KHz 的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工作实效，上述频带又分成三个频组：

一频组：10Hz ～1KHz ；

二频组：500Hz ～3KHz ；

三频组：750Hz ～92KHz 。

具体观测中使用哪几个频率组，可视情况灵活掌握。在野外能实时获得Hy 、Ex 、Hx 、Ey 振幅，ΦHy 、ΦEx 、ΦHx 、ΦEy 相位，一维反演和二维电阻率成像结果。在室内数据处理后，可获得二维反演结果。

4.2 EH-4系统野外工作方法及技术

4.2.1 观测点的布置

由手持式GPS进行中心点的定位，罗盘进行测量电极和磁棒角度和水平的控制，用皮尺进行电极距的测量和布设。

4.2.2 平行试验

在开展工作的前一天做平行试验，检测仪器是否工作正常，两个磁棒相隔5米远，平行放在地面，两个电偶极子也平行，观测电场、磁场通道的时间序列信号。如图4-1所示，分别为低频和高频段磁场、电场信号波形图，从图中可以看出，两个方向通道的波形形态和强度均基本一致，说明仪器工作正常。

（a）低频段（b）高频段

做X-Dipole ；与测线方向垂直的电偶极子叫做Y -Dipole 。为了保证Y -Dipole 电偶极子的方向与X-Dipole 的相互垂直，用罗盘仪确定方向，误差

5.0±<；电偶极子的长度用测绳测量，误差在5.0±<米。

4.2.4 磁棒的布置技术

磁棒离前置放大器大于5米，为了消除人文干扰两个磁棒埋在地下至少5厘米，用罗盘定方向使其相互垂直，误差控制在 2±<，且水平。所有的工作人员离开磁棒至少10米，尽量选择远离房屋、电缆、大树的地方布置磁棒。

4.2.5 AFE(前置放大器)布置技术

电、磁道前置放大器放在测量点上，即两个电偶极子的中心，为了保护电、磁道前置放大器应首先接地，远离磁棒至少5米。

4.2.6主机布置技术

主机要放置在远离AFE(前置放大器)至少5米的一个平台上，而且操作员最好能看到AFE和磁棒的布置。

4.2.7资料数据处理方法

野外采集的时间序列的数据进行预处理后，在现场进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据。并且，进行现场一维BOSTICK反演；在一维反演的基础上，利用EH-4系统自带的二维成像软件进行快速自动二维电磁成像。

4.3 地球物理特征

该测区本次没有进行特别的物性参数测定，但根据类似测区EH-4的应用效果表明及本次EH-4测量表明，本区深部岩体表现为相对高阻，上覆第四纪土层及岩体表现为低阻特性。

根据该区EH-4测量结果表明，该测区高阻凸起区电阻率为600~1500m

⋅

Ω，低阻一般小于400m

Ω，只有极少数测点的某些频点（或深度）电阻率超过

⋅

1500m⋅

Ω。这些电阻率特征表明，EH-4在该测区具有区别深部高阻岩体与上覆及高阻岩体外围低阻岩体的能力。

4.4 技术标准及质量评价

4.4.1 技术标准

本次物探工作将执行以下标准：

《岩金矿地质勘查规范》；

《大地电磁测深法技术规程》；

《中国地质调查局地质调查技术标准》。

4.4.2 质量控制

本次测量工作严格按照频率域可控源电磁测深法（EH4）测量施工规范进行施工。施工过程中，要求所有技术人员严格执行标准操作规程。

为了保证仪器设备的完好，避免因仪器原因造成数据的不稳定，每天早晚对仪器及配件进行检修；为了能更优的保证数据质量，数据采集过程中采用多次叠加增强有效信号，压制干扰；在重点区域，对数据进行抽样检查，并由不同的人