大地电磁学
大地电磁设计方案王
大地电磁设计方案王大地电磁设计方案是一种综合应用电磁场理论和方法，以地磁场和电磁场测量数据为基础，通过数学建模和计算机模拟等手段，对大地电磁场的分布、演化和相互作用进行研究，为工程项目的设计和规划提供科学依据和技术支持的一种设计方案。
大地电磁设计方案的基本原理是利用电磁感应原理，通过电磁场测量技术获取大地电磁场的数据，并通过数学建模和计算机模拟等手段对数据进行处理和分析，得到大地电磁场的分布规律和特征参数。
根据获取的电磁场数据，可以了解地下介质的电导率、磁导率等物理特征，进而推断地下结构和水文地质条件，为工程项目的设计和规划提供基础数据和科学依据。
1.场地勘测与数据采集：根据具体项目的需求，对选定的场地进行勘测，并采集电磁数据。
采集电磁数据的方法包括地磁场测量、电磁场测量等。
通过合理的方案设计和数据采集，获得准确可靠的电磁场数据，为后续的数据处理和分析提供基础。
2.数据处理与模型建立：根据采集到的电磁场数据，进行数据处理和分析，得到电磁场的分布规律和特征参数。
通过数学建模和计算机模拟等手段，建立大地电磁场的数值模型，为进一步的研究和应用提供科学依据。
3.地下结构推断与分析：利用建立的数值模型，对地下结构进行推断和分析。
通过分析电磁场的传播特性和反演算法，可以推断地下介质的电导率、磁导率等物理特征，进而了解地下结构和水文地质条件，为工程项目的设计和规划提供依据。
4.方案应用与优化：根据地下结构推断和分析的结果，结合具体项目的需求，提出相应的设计方案。
通过对设计方案的应用和优化，对项目进行合理规划和设计，确保工程项目的可行性和安全性。
大地电磁设计方案的应用范围广泛，可以应用于地质勘探、地下水资源开发、地震预测等领域。
在地质勘探中，可以通过大地电磁设计方案获取地下结构信息，用于地质资源勘探和矿产资源评估。
在地下水资源开发中，可以通过大地电磁设计方案评估地下水资源的分布和储量，为地下水资源的合理开发提供依据。
大地电磁学_chp3一维正演
3.1 电磁场基本方程式
• 物质方程：
D E 1 H B j E (3 5) (3 6) (3 7)
• 为介质的介电常数（电容率）， 为导磁率，这些 参数较多地以相对介电常数 r 和相对导磁率 r形式 给出，它们是介质参数 或 和真空中相应的参数 0或 0的比值。
3.3 层状一维介质的正演问题
• （一）、水平层状一维介质中的电磁波 与均匀各向同性介质的大地电磁波相同之处：
1. 水平方向电磁波均匀，均可分成两组线性偏振波（TE 波、TM波） 2. E和H正交，无垂直分量（Ez、Hz＝0） 3. 波阻抗与测量轴方向无关。
不同之处：
1. 由于电性分界面的存在，电磁波发生反射和透射 2. 界面阻抗概念
E i H H E H 0 E 0
• 第四个方程是因为导电介质内部电荷密度实际上 为0，公式时间因子隐含在场E和H中，上式是大 地电磁测深理论研究的出发点。
3.1 电磁场基本方程式
(三)、电磁场波动方程与边界条件 将大地电磁场满足的谐变场麦克斯韦方程组的第 一个方程两边取旋度，并将第二个方程代入，可 得 E i ( H) i E 2 2 由于 E ( E) E E 2 2 2 从而得到 E i E ，或写成 E k E 0 其中，k 2 i k i
H y H0 ye
it
e
2
z (1i )
10 T
• 它表示随时间谐变的电磁场在均匀各向同性的大 地介质中传播时，沿传播方向是谐变的，并且按 指数规律衰减。 • 集肤深度（穿透深度）：场幅衰减到地面值的1/e 时电磁波所传播的距离，用p来表示： 2 p 1
大地电磁法用于矿区岩溶塌陷区的探测与预知
大地电磁法用于矿区岩溶塌陷区的探测与预知一.大地电磁法基本原理大地电磁法—基于电磁感应原理，用于研究地球电性的一种地球物理方法。
它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，称为一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，大地介质中将会感应出变化的电场即大地电流场，并产生二次电磁场，在地球内部，这种电磁场的分布取决于岩石的电性结构。
在地面上单点观测天然交变电磁场互相垂直的E x、E y、H x、H y四个分量，分析研究地面波阻抗随频率的变化，可以探测出地球内部岩石电性随深度的分布规律。
大地电磁法以其设备小巧轻便，工作方法简单，获取信息量大，资料直观易解释，在水文地质方面获得了广泛的应用。
大地电磁法的野外勘查工作中通常采用带磁偶源电磁系统和无磁偶源电磁系统模式。
二．矿区岩溶塌陷区地质环境分析2.1水文地质条件较多种类矿区范围内地下水类型分为上层滞水和潜水。
区间下穿大营坡批发市场段地下稳定水位埋深约3.7~6.2m，位于矿洞拱顶以上9.6~11.7m。
矿区水文地质条件较为复杂，地层赋水性差异较大，岩溶地区地下水受构造节理裂隙、岩溶洞（隙）及管道控制，分布不均匀，规律性差的特点，对矿区安全生产影响较大。
2.2其他不良地质状况根据先期矿区地质环境详勘报告分析，矿区内部主要存在的不良地质结构主要有岩溶和穿越断层。
区间范围地层褶皱强烈，断裂复杂，岩溶地貌面起伏平缓，岩溶地质条件甚为复杂，矿井内部白云岩、灰岩广泛分布，现状地表为植被及既有路面及建（构）筑物，地表岩溶形态主要表现为岩层表面发育溶孔、溶隙、溶洞。
地下岩溶形态主要以溶洞、溶沟（槽）、溶蚀裂隙为主，岩体内主要为溶孔、垂直溶洞（隙）、溶蚀破碎带，发育形态呈单个状或岩溶管道。
溶洞被粘土或角砾充填，呈全或半充填状态，局部为空洞。
区间穿越两条断层，断层两侧岩体表现一般呈现破碎状，岩溶较发育，均具富水性。
三．大地电磁法（A M T）瞬变电磁工作原理高密度电阻率法是以电剖面法和电测深法为基础的一种阵列勘探方法，是通过检测地下介质传导直流电流的能力的差异来反演地下介质的物探新方法。
大地电磁学期末考试题答案
判断题：1.MT测深法的测深原理是通过改变频率来改变趋肤深度，趋肤深度越大，勘探深度越深。
2.电磁波的集肤深度（穿透深度）是电磁波场的振幅衰减为地面的1/e时，电磁波所传播的距离。
3.大地电磁场传播满足的边界条件：电流密度是沿介质分界面法向连续的，电场和磁场是沿切向连续的。
4.MT频谱成分丰富，在低频段（f<0.1Hz）和高频段（f>10.1Hz）能量强，而在1Hz附近的中频段（0.1Hz<f<10Hz）能量弱，为低能量窗口。
（正确）5.视电阻率曲线的等值性是对反演解释唯一性的否定。
（错误）出线等值现象的原因：数据误差，噪声，薄层。
6.倾子是介质电阻率水平方向上不均匀性的反映。
（正确）对理想的二维介质模型，可利用倾子张量旋转法判断它的构造走向选择填空：1.MT测深法是一种以天然交变电磁场为场源，它依据（电磁感应）原理，由地面观测的电磁场值来研究（地壳）和（上地幔）构造的一种地球物理探测方法。
2.大地电磁的静态位移现象：由于地形或近地表电性局部不均匀体引起的静态影响使视电阻率曲线发生平移，这种现象称之为“静态位移” 。
3.二维地形模型对大地电磁的2个模式下的响应中，哪个影响大？二维介质的静态位移对（TM ）模式视电阻率曲线的影响大于对（TE ）模式视电阻率曲线的影响。
大地电磁的2个模式：平面电磁波（横电磁波）称为TEM波，E偏振波称为TE波，H偏振波称为TM波。
二维介质的MT场的垂直磁场只能存在于（TE ）偏振模式中。
TM模式和TE模式下的视电阻率值是相同的。
4.浅层岩石的电阻率主要取决于岩石的（孔隙度）和（含水度），而岩石的矿物组分和温度变化只是次要的影响因素。
深部岩石受高温高压环境的影响。
岩石的电阻率与岩石的层理构造，成份有关。
集肤深度又叫穿透深度：表示场的振幅衰减为地面值的1/e时，电磁波所传播距离P。
P=λ2π=12π√10ρT(km)穿透深度与波长成正比，或者说导电性越好，信号频率越高，场衰减得越快，这时场将只集中在介质的浅部的现象称为集肤效应。
大地电磁法及其应用
大地电磁法野外观测装置 2、理论背景 理论基础：麦克斯韦方程 3 大地电磁的理论基础：正演问题 需要一个信号激发源 需要地表响应的观测数据 还需要掌握模型在源作用下地表响应产生的物理过程：这就是正演 正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源的作用下，根据一定的物理原理
2
大地电磁法及其应用
求其响应的过程Leabharlann 大地电磁正演过程两大假设： 1）激励场源：垂直入射到地表的均匀平面电磁波 2）地球模型：水平层状导电介质 视电阻率和阻抗相位的定义
3
大地电磁法及其应用
反演的非唯一性。由于实测数据的不充足或者正演本身的等值性，一套观测数据 可能有多个模型都能拟合得很好，这就是反演的非唯一性。 正则化反演就是在原有的反演基本条件上再附加一个条件：先验的模型约束条 件，以此来减少反演结果的非唯一性。 构建先验的模型约束条件有多种方式， 最常采用的是模型的某种光滑程度。 这时， 如果一套观测数据有多个模型都能拟合得很好， 那么其中最光滑的那个模型作为 反演的最后结果模型。 正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。 目前 MT 中绝大多数应用广泛的反演方法都属于正则化反演方法，尤其是高维反 演。
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大地电磁法及其应用
大地电磁法及其应用
狭义电磁法： 前身：磁法、大地电流法（Telluric)（目标：探测地球构造） 。 主体：大地电磁法（MT)及有关技术（MT，Magneto-telluric） 。 广义电磁法：磁法、电法、电磁法。 大地电磁测深法是以天然电磁场为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。 测深方法：重磁电震。 非地震方法：重磁电（重力+广义的电磁类） 。 大地电磁是重要的非地震测深方法 研究对象：地球内部的电性结构（电导率结构） 。 物理原理：宏观电磁理论（有耗媒质中的低频电磁波理论） 。
地质学知识：地球物理学中的地球电磁学与勘探技术
地质学知识：地球物理学中的地球电磁学与勘探技术地球电磁学是地球物理学的一个分支学科，它研究地球的电磁现象及其物理过程，在矿产勘探、地质灾害预报、环境监测等领域有广泛应用。
地球电磁学理论基础地球电磁学的理论基础是麦克斯韦方程组，描述了电场和磁场之间的相互作用和电磁波的传播。
由于地球表面的电离层、磁场、地壳介质等因素的影响，地球电磁现象与大气、地磁、地学等学科有着密切的联系。
地球电磁勘探技术地球电磁勘探技术是指利用地球电磁现象对地下地质结构和物质分布进行勘探的技术。
地球电磁勘探技术主要包括电法、磁法、电磁法、频谱分析法、地震电磁法、城区电磁法等多种方法。
其中，电法勘探是以地壳中的电滞性、电导率等特性的差异，利用人工电场激发地壳中的电流，通过测量地面上的电位差等相应的电磁场参数，对地下物质分布进行特定的逆推计算的勘探技术。
磁法勘探则是通过探测地壳中的磁性物质产生的磁场分布特征，以此推断地下物质情况的一种勘探技术。
电磁法勘探是通过电磁波在地下介质中传播产生的电磁场分布信息来推断地下物质结构的一个勘探技术。
而城区电磁法则是利用电磁波在室内空气介质中传播，以此对城市地下管线等信息进行勘探的一种特定电磁勘探技术。
地球电磁勘探技术应用地球电磁勘探技术广泛应用于矿产勘探、找水、石油勘探、灾害预测等领域。
其中以矿产勘探应用最广泛。
在矿产勘探中，根据不同的矿床类型，选择不同的电磁方法进行勘探。
例如，地震电磁法主要应用于矿床、热液气藏等矿床勘探，城区电磁法可用于特定管线勘探。
除此以外，地球电磁勘探技术还被广泛应用于地质灾害预测和环境监测中。
例如，利用地震电磁法可对地震发生预兆进行监测，减少地震带来的无法预料的灾害损失。
同时，利用城区电磁法可实现对城市地下.pipe等建筑物信息进行监测与管理，减少漏水和地下管线爆炸等意外事件的发生。
总结地球电磁学是地球物理学的一个重要分支，研究地球电磁现象及其物理过程。
地球电磁勘探技术是一种利用地球电磁现象对地下地质结构和物质分布进行勘探的技术，广泛应用于矿产勘探、地质灾害预测、环境监测等领域。
大地电磁介绍07.06.01
MT survey（大地电磁探测）简介1、大地电磁（MT）测量大地电磁法（Magnetotelluric mehtod, MT) 是利用天然电磁场作场源，是在地面布设仪器测量5个分量的电磁场（3各相互垂直的磁场分量Hx, Hy and Hz 和2个相互垂直的水平分量Ex, Ey）（图1）.图1 野外观测装置示意图（包括3个磁场分量，2个电场分量）2、大地电磁数据处理对观测记录的5个分量的原始时间序列（time series)数据，通过频谱(spectre)分析，获得各个场分量的频谱，然后计算它们各自的和相互之间的自功率谱和互功率谱(auto, cross- spectrum )，进而计算反映地下构造的张量阻抗(tensor impedance)，以及视电阻率(apparent resistivity)、阻抗相位(impedance phase)等其他参数（图2）。
图2 数据处理流程示意图电磁场的谱和张量阻抗之间的关系为Ex = Zxx Hx + Zxy HyEy = Zyx Hx + Zyy HyHz = A Hx + B Hy其中，Hx, Hy Hz Ex, Ey 分别代表各个场分量的频谱。
Zxx Zxy Zyx Zyy 是张量阻抗的4个元素，A 和 B 是反映构造横向不均匀性的量，称为倾子（Tipper).利用张量阻抗的元素，例如Zxy Zyx 可以计算视电阻率和阻抗相位。
例如：视电阻率ρ(xy) ≈ 0.2 |Zxy|2 / f,相位φ(xy) = arctag (Im Zxy/ Re Zxy)其中，f 是频率。
图3 是得到的视电阻率和阻抗相位图图3视电阻率（上图）和阻抗相位（下图）， 横坐标是数据的周期3、大地电磁数据反演对视电阻率和阻抗相位等参数进行反演(inversion)解释得到地下的构造认识。
对于资料的反演，目前较成熟的是二维反演方法(2-D inversion)。
现世界上可用的先进的二维反演方法有几种，每种方法都有自己的优势，可以选择或对比使用。
大地电磁学_chp5野外工作方法及资料处理
5.1.2 野外资料采集
测点的选择地方的环境对观测质量的关系很大，为 了获得高质量的野外观测资料，测点选择的原则是：
1. 根据地质任务及施工设计书，布臵测线、测点，在施工 中允许根据实际情况在一定范围内调整，但必须满足规 范要求。若测区内有有利异常，应及时申请加密测线测 点，以保证至少应有三个测点位于异常部位。 2. 测点附近地形应当平坦，尽量不要选在狭窄的山顶或深 沟底部，应选在开阔的平地布极，至少两对电极的范围 内地面相对高差与电极之比小于10％，以避免地形的起 伏影响大地电流场的分布。
大地电磁学 Geo-electromagnetism Magnetotellurics（MT）
地球物理专业用
成都理工大学
Mao Lifeng 2011年3月20日
第五章 野外工作方法与资料处理解释
• 5.1 野外工作方法
–5.1.1 –5.1.2 –5.1.3 –5.1.4 施工设计 野外资料采集 常见的干扰信号 提高资料观测质量的措施
* * * E y , H x H x , H x Z yx H y , H x Z yy
E y , H * H x , H * Z yx H y , H * Z yy y y y
大地电磁学_chp4水平非均匀介质
0 0），（0、H x、H z）， TM（0、Ex、Ez），（Hy、、 0 0）， TE（E y、、 横磁、磁场平行（ //）极化模式、 横电、电场平行（ //）极化模式、 H E H偏振模式： H y E x z H y E z x E x E z iH y z x 2H y 2H y k 2H y z 2 x 2 其中，波数k i。 E偏振模式： E y iH x z E y iH z x H x H z E y z x 2Ey 2Ey k 2Ey x 2 z 2
4.1.2 有限元法正演
• 国内外大地电磁有限元法正演的情况 • 1971 年Coggon首先将有限单元法应用在电磁法正演模拟中， 他从电磁场能量最小原理出发，实现了二维地电断面有限 单元法正演计算；1976 年William 等发展了矩形网格剖分， 以解决二维大地电磁测深正演问题，使有限单元法向前发 展了一步；1987 年Wannamaker 等采用矩形单元中的三角 形剖分，形成了二维大地电磁测深正演模拟的经典程序— PW2D。1977 年Reddy首先探讨了有限单元法的三维大地电 磁正演问题； Pridmore D F等人（1981）研究了利用二次 场进行三维模拟时代散度校正；Zyserman 等和Mitsuhata 等 用不同形式的有限单元法在三维大地电磁的正演模拟中取 得了成功。Badea E A等（2001）研究了库仑规范下的可控 源音频大地电磁法的有限元模拟。Yuji Mitsuhata和 Toshihiro Uchida（2004）研究了基于T-的三维大地电磁有 限元正演模拟；Kerry Key和Chester Weiss（2006）研究了 二维大地电磁的非结构化网格的自适应有限单元法并对两 种后验误差进行了比较；韩国学者Myung、Jin Nam, Hee Joon kim（2007）等人实现了矢量有限元模拟三维大地电 磁文章。
磁大地学基本公式
磁大地学基本公式磁大地学公式B=F/(IL)磁大地学是由什么决定的?磁大地学的大小并不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果是一块磁铁，那么B的大小之和这块磁铁的大小和磁性强弱有关。
如果是电磁铁，那么B与I、匝数及有无铁芯有关。
R的计算公式是R=U/I；可一个导体的电阻R大小并不是由U或者I来决定的。
而是由其导体自身属性决定的，包括电阻率、长度、横截面积。
同样，磁大地学B也不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果同学们有时间，可以把静电场中电容的两个公式来对比着复习、巩固下。
B为矢量，方向与磁场方向相同，并不是在该处电流的受力方向，运算时遵循矢量运算法则(左手定则)。
磁大地学B的所有计算式磁大地学B=F/IL磁大地学B=F/qv磁大地学B=ξ/Lv磁大地学B=Φ/S磁大地学B=E/v其中，F：洛伦兹力或者安培力q：电荷量v：速度ξ：感应电动势E：电场强度Φ：磁通量S：正对面积磁通量磁通量是闭合线圈中磁大地学B的累积。
⒈定义一：φ=BS，S是与磁场方向垂直的面积，如果平面与磁场方向不垂直，应把面积投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积；⒉定义二：表示穿过某一面积磁感线条数；此时，我们认为B代表的意义是单位面积内的磁感线密度。
磁通量是标量，但有正、负，正、负号不代表方向，仅代表磁感线穿入或穿出。
同学们能不能想到其他类似的物理量呢?比如，电流，也是有“运动方向”的标量。
当一个面有两个方向的磁感线穿过时，磁通量的计算应算“纯收入”，即ф=ф-ф(ф为正向磁感线条数，ф为反向磁感线条数。
)。
大地电磁场课件：EM3-激电场
视电阻率及其定性分析方法
K UMN
I 当地面水平、地下充满均匀各项同性的导 电岩石时，用上述公式的计算结果为均匀大 地电阻率。若进行测量的地段地下岩石电性 分布不均匀时，计算结果称之为视电阻率， 并用ρs表示。
s
K
U MN I
这是电阻率法中最基本的计算公式。在电阻
率法的实际工作中，一般测得的都是视电阻率，
电法勘探
授课教师：张乐天
1 等效电阻率法及均匀大地极化率的测定 2 激电场的边界条件 3 简单地电结构中的激电场
地下激电场的传播规律
在上一节中，我们讨论了稳定电流场在地下的传播规律， 在这一节中，我们将通过主要讨论几种规则几何形体在直流长 脉冲激发下通过理论计算方法取得的激电场，研究地下激电场 的传播规律 满足条件：1、极化电场达到稳定（T->∞）
由于背景场U0为均匀电流场，在球 坐标下，容易求得：
U0 j01r cos
问题转化为如何求解异常场：
U (2) 1a
U (1) 1a
由于球内外电位具有轴对称性质， 位函数应与φ无关，因此；
j0 y
a x
电流线
等位面
从拉普拉斯方程出发，利用极限条件与边界条件求解
r
r
2
U r
1
sin
sin
(m 1,2,...,n 1)
（不要求记，但给出公式应当会用）
7
稳定电流场的微分方程的求解 复习
对于稳定电流场而言，有
J E
若考虑求解的范围内无电流源
J 0
则有： u 0，
2u 0
即为数理方程中的拉普拉斯方程，上式反映了稳定 电流场的内在规律。u为该方程的解。
复习
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。
大地电磁学_chp6反演解释概论
(k) [1(k) , 1(k) ,, 1(k) ]T ，（k 0,1,2,）
大地电磁学 Geo-electromagnetism Magnetotellurics（MT）
地球物理专业用
成都理工大学
Mao Lifeng 2012年3月14日
Chp6 大地电磁测深曲线的自动反演解 释
• 6.1 曲线自动反演解释的基本原理
– 6.1.1 曲线自动拟合反演解释算法概述 – 6.1.2 梯度法 – 6.1.3 高斯－牛顿法 – 6.1.4 马夸特法 – 6.1.5 曲线反演计算中的几个共同点
＝0，（j 1,2,, m)
(3)
j
写成矩阵形式：
（λ） [ , ,, ]T 0
(4)
1 2 m
等式右端为0向量，（λ）表示函数的梯度向量。梯度向量等于0的
点，称为函数的稳定点，它可以是极大点、极小点或鞍点。
6.1.1 曲线自动拟合反演解释算法概述
• 由上述讨论可知，视电阻率曲线的反演解释首先要求出目 标函数的稳定点，即解方程组（4），它是个非线性方程 组，直接求解比较困难。这种类型的最优化问题称为非线 性最小二乘问题。
的阻抗张量元素和视电阻率、相位等 ④ 资料的去噪、平滑处理 ⑤ 可能进行的静态位移校正 ⑥ 可能进行的地形校正 ⑦ 定性解释
AMT/MT数据处 理流程图
6.1 反演前处理
6.1 反演前处理
▪总之，反演前的大地电磁资料处理主要 有：观测数据的编号、信号的回放检查 、仪器系统的标定、由时间信号转换为 频率信号以及阻抗张量元素的求取等。 然后再对整理后的资料进行定性、定量 解释。
大地电磁分样计算公式
大地电磁分样计算公式
大地电磁分样计算公式是用于计算地球中的电磁场分布的数学公式。
它基于麦克斯韦方程组，描述了电磁场的传播和相互作用。
这个公式被广泛应用于地球物理勘探和矿产资源勘探领域。
简单来说，大地电磁分样计算公式可以分为两个部分：电磁感应公式和电磁场传播公式。
首先，电磁感应公式描述了当电磁场通过地球时，它们会感应出地下导电体的电流。
这个公式可以表示为：
E = - dφ/dt
其中，E表示感应电场的大小，φ表示磁通量，t表示时间。
这个公式告诉我们，当磁通量随时间变化时，会在地下产生一个感应电场。
接下来，电磁场传播公式描述了电磁波在地下传播的行为。
这个公式可以表示为：
H = σE + ρJ
其中，H表示磁场强度，σ表示地下的电导率，E表示电场强度，ρ表示电阻率，J表示电流密度。
这个公式告诉我们，电磁波的磁场强度与电场强度、电导率和电流密度之间存在一定的关系。
通过这两个公式，我们可以计算地下的电磁场分布。
通过测量地面上的电磁感应信号，我们可以推断出地下的电磁场分布，从而进一步了解地下的地质构造和资源分布。
需要注意的是，具体的大地电磁分样计算公式可能因应用领域和研究目的的不同而有所变化。
这里提供的公式是一个基本的表达方式，实际应用中可能会有更复杂的因素和修正项。
希望以上解释对您有帮助。
若有其他问题，请随时提问。
地球电磁学
第三章地球电磁学概述地球电磁学（Erath Ealctromagnetics 或Geo-Electromagnetics, 简称EM；又可称谓―电磁地球物理学‖，EM Geophysics）（B.Tezkan,，1999）[1]是在地球表面测量天然的或（和）人工产生的电场或（和）磁场，利用电学原理或电磁感应原理对测量数据进行分析，研究地球内部的电性、电化学性质等，应用于地质构造研究、矿床资源和环境工程等浅层勘探、深部结构探测、地震灾害预测等众多领域，是最古老的地球物理学分支学科之一。
地球电磁学方法是由传统的电法、磁法和20世纪50年代兴起的电磁法发展起来的，它具有系统的理论基础、完备的数据观测和处理解释技术，是地球物理学中类别最多、应用范围最广、最具活力的学科，是罕有的既能探测地下目标体、又能观测空间环境独具特点的学科（赵国泽等，2009）[2 ]。
电法（傅良魁等，1961）[3]可以追溯到19世纪初P.Fox在硫化金属矿上发现的自然电场现象，30年代被试图用于寻找金属矿。
20世纪20年代，法国科学家什柳姆别尔热等创立和发展了电法勘探的理论。
1924年，在原苏联著名地球物理学家彼德罗夫斯基领导下，组成了世界上的第一支电法勘探队。
我国电法勘探始于20世纪30年代，由当时北平研究院物理研究所的顾功叙先生所开创。
在19世纪末、20世纪初被正规地投入生产找矿，至今已有众多的电法勘探方法。
磁法（谭承泽，1983[4]；北京大学等，1986[5]）是基于地磁现象和岩石磁性发展起来的方法。
19世纪末，利用地磁异常可定量探测地下构造。
20世纪30年代，A.A.洛加乔夫制造出感应式航空磁力仪,并用于研究大地构造及地质填图。
中国于1936年在攀枝花等地开始试验性磁法勘探，1950年后我国开始进行大规模的地面、航空、海洋和井中磁测。
磁法中随时间变化成分的研究和应用属于地球电磁学的范畴。
电磁法以20世纪50年代初提出的大地电磁法（Tikhonov, A. N，1950[6]：Cagniard，1953[7]）为标志，使电磁法进入新的历史发展阶段。
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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)
（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。
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！
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
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
• 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。
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％）
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
• 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。
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）
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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。
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：
Ex Z 其中 Ex、Ey、Hx、 Hy H为波阻抗（标量阻抗）， x
Ey
T 0 .2 Z
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。
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 2 把阻抗响应变换成习惯的视电阻率形式