EH4双源大地电磁测深系统培训讲义(2012)

大 地 电 磁 测 深 的 工 作 频 率 范 围
HMT
Methods
10
100000
AMT
10
10000
MT 0.001
0.001 0.01 0.1
340
1
10 100 1000 Frequency/Hz
10000 100000 1000000
EH4方法的重要意义
EH4遵循大地电磁测深（MT）的基本原理，支持音 频大地电磁测深（AMT）和可控源音频大地电磁测 深（CSAMT）, 属于部分可控源与天然场源相结合 的一种大地电磁测深系统。 。
一、方法简介及发展现状 二、EH4的工作原理 三、EH4仪器简介及野外操作 四、EH4数据处理 五、EH4的应用实例
EH4电导率成象系统由接收、发射、资料处理构成
@文件 Ex、Ey 前置放大 滤波 主机数据 存储处理 互功率谱X 时间序列Y
Hx、Hy
信息采集
阻抗文件Z
IMAGEM程序主菜单
DATA ANALYSIS
仪器测试
在工区进行仪器自检，或想确定新仪器是否 正常，我们可以进行平行测试。所谓平行测试是 指将两个电极相互平行摆放（如X方向），两个磁 棒也朝同一方向摆放（如Y方向）。 如果仪器正常的话，我们所得的谱线图Ex与 Ey ， Hy与Hx应该是一致的，同样所计算的视电 阻率曲线也是一致的。
发射机的布置
电场信号的频率有关。一定频段的大地电磁场有一定的穿透深度和影
响范围，而视电阻率就表示这一范围内地点断面的‘平均’效应。
一、方法简介及发展现状 二、EH4的工作原理 三、EH4仪器简介及野外操作 四、EH4数据处理 五、EH4的应用实例
EH4的主要部件
EH4接收系统
主机 前置放大器 30米连接线 带缓冲电路的电极线 不锈钢电极 磁棒及磁棒线
k 2 Ey 0
H极化 2 Ex 2 k Ex 0 2 z 2H y 2 k Hy 0 2 z H y Ex z Ex i H y z
13
均匀半空间中的大地电磁场
以E偏振为例，根据边界条件求解方程
2 Ey z 2 k 2 Ey 0
异号命令—由时间序列读入，自动重新计算功率谱 ，并直接覆盖原功率谱文件。
2、1-D ANALYSIS—视电阻率分析
单号命令 同号命令 异号命令
单号命令—由阻抗文件读入，查看视电阻率
同号命令—由功率谱文件读入，并编辑由此文件直接计算 的视电阻率（阻抗），退出时提示是否覆盖原阻抗文件。
异号命令—由功率谱文件读入，依次查看由各个测点功率 谱数据直接推算出来的视电阻率（阻抗），并直接覆盖原 阻抗文件
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2-D Analysis—反演、成图
大地电磁测深三点假设
1950年，吉洪诺夫提出大地电磁三点假设：
1、大地电磁场比较复杂，但可以近似的看作 来源于高空的平面电磁波垂直入射地球。 2、可以在地电学中引入阻抗的概念，阻抗反 映了地球电性分布对大地电磁场的影响。 3、有可能利用单点的大地电磁观测资料探测 地球。
基本原理
EH4属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地 电磁测深系统。其观测的基本参数为：正交的电 场分量（Ex,Ey）和磁场分量（Hx,Hy）的时间序 列。然后通过傅立叶变化将时间域的电磁信号变 成频谱信号，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后计算卡尼 亚电阻率：
野外布站应当遵循的原则
磁棒布置
1、磁棒要平放在地上，用水平尺使其水平， 同时用罗盘确定测量轴方位角，两个磁棒要相互 垂直，相互误差不能超过+/-2度。 2、如果在野外测量时，风比较大时，我们应 该在地上挖一个小槽将磁棒放入用土掩埋，另外 将传输线也用土掩埋以防因风吹而摆动造成信号 干扰，同时杜绝磁信号传输线绕成闭合圈。
*视电阻率*
根据卡尼亚的定义，视电阻率可以表示为：
a 0.2T Z
2 2
xy 0.2T Z xy yx 0.2T Z yx
2
在不均匀层状介质情况下我们用上述公式得出的“电阻率值”称为视 电阻率。一般说来，视电阻率不是某层介质的真正电阻率，而是地下 层状介质电性参数分布的综合反映。视电阻率与地电断面参数及观测
EH4发射系统
发射机 发射天线

低频探头：300Hz-0.1Hz
野外布站应当遵循的原则
选点
选点是一件非常重要的事情，它直接影响原始 数据的好坏，所以我们选择的测点应注意以下事 项： 1、测点离高压线至少要500米以上，离民用 220伏照明电线至少100米以上，离高速公路至少 500米以上，离铁路至少1000米以上。 2、尽量远离村庄，发电场，工厂等电磁波干 扰比较强的地方。 3、测点地势尽可能平坦，开阔。 4、测站的位置应当尽量远离如水塘，小河等 水体。
发射机与接收机的距离至少要为3倍的趋肤深度， EH400AM2的发射线圈要求小于6倍趋肤深度。
EH4技术发展现状
目前，AMT采集技术研究朝两个相反的方向发展：
一个是重设备、大功率可控源音频大地电磁法。 其代表是GDP系列和V系列电法仪。这一类仪器采
用大功率的电偶源场。 另一个发展方向则是轻设备，小功率，其代表是 EH-4系统。EH4研究了天然场的特点，认为500Hz 以上的波段受当前人文活动干扰较大。因此，设 计用500Hz以上的高频人工场作为补充。EH4采用 一组垂直布置的水平磁偶极子作为场源。
B t D rotH J t divD q rotE divB 0 D E B H J E
H 方 t t 程 µ：介质的导磁率 x y z
2 2 2 2
2
2
2
2
2 q: 电荷密度 E 2 E x i 2 E y j 2 Ezk E x Ex Ex 2 Ex ρ ：电阻率 x 2 y 2 z 2
503
f (m)
高频的资料主要反映浅部介质的电性特征，而低 频资料则主要反映深部介质的电性变化特征。 在一个宽频带上测量E和H，并由此计算出不同频 率下的卡尼亚视电阻率和相位，可以确定地下岩
层的电性结构和地质构造。
直流电法仪测深
大地电磁测深
*勘探深度*
把电磁波能量衰减到原来的50%时的传播深度定义为勘探
场值分析 1-D ANANLYSIS 视电阻率（阻抗）分析 2-D ANANLYSIS Bostick反演、成图
1、DATA ANALYSIS—场值分析
单号命令 同号命令 异号命令
单号命令—由功率谱文件读入，查看功率谱数据
同号命令—由时间序列读入，手动选择合适的时间序列， 重新计算功率谱，退出时将提示是否覆盖原功率谱文件。
一、方法简介及发展现状 二、EH4的工作原理 三、EH4仪器简介及野外操作 四、EH4数据处理 五、EH4的应用实例
众所周知，地下一千米至几百米上下的范围内， 正是人类经济、文明活动在地壳上层最活跃的深 度。而适用于该深度范围的电法仪器相对较少， 也正是这种现状激发了国内外众多的科学家和仪 器制造商要研制开发出一种既轻便又可以勘探浅、 中深度的电法仪器。
2 Ez 2 Ez 2 Ez Ez x 2 y 2 z 2
2
K i
均匀半空间中的大地电磁场
在均匀大地介质中，以场沿Y方向的偏振， 可得如下两组方程：
E极化
2 Ey
z 2 2H x 2 k Hx 0 2 z E y i H x z H x Hx z
Ey Ex 1 2 Z , Z xy , Z yx 5f Hy Hx
电磁波的传播理论
电 磁 场 的 理 论 基 础 ： 麦 克 斯 韦 方 程
i j k E ：电场强度矢量； x y z A x Ay Az D：电感应强度矢量； div A A x y z ε：介质的介电常数； i j k2 2 E E H ：磁场强度矢量； E rotA A 2 x y zt t 波 动 B：磁感应强度矢量； A Ay A z2 H H 2 x
深度，它可以近似的由下式计算：
356

f
( m)
*波阻抗*
定义表面阻抗为：
E Z , H Z xy Ex , Hy Z yx Ey Hx
在一维情形下 Z xy Z yx , Z xx Z yy 0 此时的阻抗称为标量阻抗，无TE与TM模式之分
Z xy Z yx , Z xx Z yy 0 在二维情形下 TE与TM模式阻抗的定义由其电磁场分量的偏振方 向与构造的空间位置关系决定，电场与构造走向 平行的称为TE模式阻抗，磁场分量与构造走向平 行的称为TM模式阻抗，二维以及三维电性结构上 的阻抗称为张量阻抗
可得地面场值为：Ey E0eit ei z e z
2
地面场值公式表示任一点的场随时间 是谐变的，场的振幅是沿传播方向谐变并 且呈指数规律衰减的。
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如何达到测深的目的？----*趋肤深度*
电磁波在大地介质中的穿透深度（或趋肤深度） 与频率有关。穿透深度可由下式表示：
野外布站应当遵循的原则
电极布置
1、电极相互之间的高程不要相差太大。 2、电极尽量远离小溪、河流、水塘等水体， 还应避免将电极布在陡坎边缘等地形突变处。 3、接地电阻的高低也对原始数据质量有着直 接的影响，接地电阻越小信号越好，所以在布置 电极时确保电极与大地接触良好。一般接地电阻 至少要小于10K欧姆每米。
EH4双源大地电磁测深系统
上世纪90年代中期，由美国EMI公司和以制造高分 辨率地震仪著名的Geometrics公司联合研制出 EH4。这是全新概念的电导率张量测量仪。 该仪器利用大地电磁的测量原理，同时配置了磁 偶极子发射源。这种发射源的天线是一对十字交 叉的天线，组成两个正交方向的磁偶极子，采用 汽车电瓶供电，发射频率从500Hz到100KHz，以 弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文 造成的电磁干扰谐波。
目前我国使用的大地电磁仪器:
1）小功率、轻型设备 美国EMI公司和Geometrics公司的EH-4 2）大功率重设备 加拿大Phoenix公司的V8 美国Zonge公司的GDP32Ⅱ 德国Metronix公司的GMS-06
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EH4具有的优势



EH4可以使用人工电磁场和天然电磁场两种场源。因 此其所具有的优势就包括： 人工场源用在信号较弱或没有信号的地区，保证全频 段观测到可靠信号； 它支持张量人工场源的测量，反演X-Y电导率张量成 像剖面，对判断二维构造特别有利，而一般人工场源 电磁测深仅能进行标量测量，不能正确判断二维构造； 整套仪器设备轻便，观测时间短，完成一个1000米深 度的电磁测深，大约只需15分钟左右，具有较高的工 作效率，为进行EMAP连续观测提供技术保证； 实时数据处理与成像，资料解释简捷，图像直观。
2 2 2
亥 母 霍 兹 方 程
Ek E 0 H k H 0 k i
2 2 2 2 2 2
因为大地电磁的频谱
成份属于低频的范畴，
Ey Ey Ey σEy ：电导率
2 2 2 2
x 2
y 2
z 2
通常可以忽略位移电
流，这时K进一步简化 为
EH4出现为1000米左右范围的电法勘探提供了一种
具有现实价值的新手段，很快成为解决这一深度 范围内的各种地质问题的有效工具。
一、方法简介及发展现状 二、EH4的工作原理 三、EH4仪器简介及野外操作 四、EH4数据处理 五、EH4的应用实例
电法的主要分类： 常规电法 直流电法 激发极化法（时域） 自然电场法 充电法 电磁法 时间域电磁法：时域瞬变电磁法（TEM） 频率域电磁法：MT及其衍生方法AMT、CSAMT 基于MT法的双源型音频大地电磁仪：EH4