大地电磁测深法阻抗相位的特性与应用
大地电磁测深 电阻率和相位的关系
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大地电磁测深应用范围面临问题及解决方法-北京欧华联科技有限
1．大地电磁测深应用范围、面临问题及解决方法大地电磁测深（MT ）已成功的应用于油气田勘探、矿产资源勘查、地热资源调查、工程勘察、地壳和上地幔深部地质构造的研究中，取得了明显的地质效果，已成为这些领域的主要应用手段之一。
但由于天然电磁场某些频段振幅弱（图1）、某些地区工频信号及谐波干扰又很强（图2），导致信噪比低，使某些频点的视电阻率和相位值失真。
另一方面，在传统的MT 方法中都是在频带的每个量级中取8-12个目标频率计算视电阻率和相位值，然后将其连成曲线。
由于频点稀可能使某些薄层被圆滑掉了，降低了MT 法的分辨能力。
德国Metronix 公司研发的GMS-07e 综合大地电磁仪所携带的Mapros 数据处理软件成功的解决了上述的两个难题，显著提高了MT 法的应用效果。
`图2测点频谱叠加图50Hz 工频信号 工频谐波干扰 图1 测点频谱叠加图振幅较弱，数据易受干扰2．抑制工频信号及谐波干扰德国metronix 公司研发的综合大地电磁仪GMS-07e 是目前最先进的频率域电磁法勘探仪器，它采集的是天然电磁场时间域信号，而反映地下电性结构的视电阻率和相位值是在频率域中求得的，因此需通过傅里叶变换将时间域信号转换成频率域信号。
若数据采集时存在工频干扰，它也会记录到采集的数据中。
由于工频信号不满足平面电磁波垂直入射的条件，导致视电阻率和相位值失真。
为了抑制工频干扰，在Mapros 预处理软件中可调节目标频率的窗口宽度，避开工频信号及其谐波对数据的干扰，可极大程度的提高数据信噪比，从而提高观测精度。
Mapros 不仅可以通过筛选时间序列、改变目标频率窗口宽度避开噪声频率，而且也可以自定义输出频点个数提高大地电磁法的分辨率。
现举例如下：为了比较目标频率窗口宽度的选择对数据质量的影响，在其他处理参数相同的前提下，对同一频谱数据采用不同窗口宽度计算视电阻率和相位值，其中窗口宽度公式为2f t C r /π，f t 为目标频率，C r 为parzen 半径。
研究生院-大地电磁测深原理及应用
2
在一般情况下，以上两式并不能获得真正的电阻率，这时 求得的量称为视电阻率，并把阻抗的幅角称为阻抗相位
TE / TM
ZTE / TM
2
, TE / TM arg(ZTE / TM )
一维正演：层状介质模型
阻抗的递推公式
Z 1 (h N 1 )
kN
源 信 号
k N 1 coth ik N 1t N 1 coth 1 Z 1 ( h N 1 )
源 信 号
Ex i dE x Hy , Z TE dz Hy
z 0
一维正演：连续介质模型
100 0 0
1 00 0
源 信 号
1 00
/ m
10
1000
1
0 .1
1
z / km
10
1 00
1 00 0
1 00
/ m
10
1
1 00
10
1
0 .1
0 .0 1
0 .0 01
0 .00 01
吉洪诺夫（苏联，1950），卡尼尔（法国人，1953） 从仪器采集系统和资料处理和管理方式，可将MT分为三个发展阶段：
手工量板阶段：五六十年代，起步阶段。模拟信号、标量阻抗 、手工对量 板法 ；
数字化阶段：70～今天。数字信号，张量阻抗，计算机自动正反演技术； 新的观测方式：远参考道、EMAP等；新的资料处理方式：Robust方法、张
为什么能够测深？—感性认识
100 1000
0.1
1
10
Resistivity / m 100
1000
10000
第3节 大地电磁测深法
三、水平层状理论曲线及特点
1、水平二层曲线
2、水平三层曲线
3、大地电磁测深曲线的等值性
什么是等值性？ 当地电断面参数不同时，对应的视电阻率曲线形状基 本不变，这种特性成为等值性。
为什么会出现等值现象？ 理论上将，一个地电断面只能对应一条视电阻率曲线， 但由于一些地电断面与所对应的理论曲线差别甚微， 而实际观测、计算和图示都无法反映这种微小的差别， 所以会出现等值现象。断面中存在薄岩层是出现等值 现象的重要条件。
Dmekmz )
Z xy
Ex Hy
i
km
Cmekmz Dmekmz Cmekmz Dmekmz
记
i
km
Zom
为第m层的特征阻抗。
Z(z)
Zom
Cm e km z Cm e km z
Dm e km z Dm e km z
Z
om
1 1
( (
Dm Dm
/ Cm )e2kmz / Cm )e2kmz
为了说明等值现象的规律，必须导出不同地电断 面具有相同波阻抗的条件，根据波阻抗的递推公式：
取薄岩 层
Zm
Zom
Zom (1 e2kmhm ) Zm1(1 e2kmhm ) Zom (1 e2kmhm ) Zm1(1 e2kmhm )
hm 0 并根据近似公式 lim ex 1 x
Zm
Zom
kmhmZom Zm1 Zom kmhmZm1
2、MT野外工作方法和技术
（1）测线、测点布置
➢测线与测点应按设计书规定进行布置。根据实际情 况允许少量在一定范围内调整，面积测量测线的移动， 在相应比例尺的图上不超过0.5cm；路线测量测点挪 动不超过二分之一点距。 ➢面积测量时，测区范围内发现有意义的异常应及时 加密测线，至少应有3个测点(不同测线)在异常部位。 ➢如因大地电磁测深曲线异常或失去连续性，必须加 密测点。 ➢测点不能选在山顶或狭窄的深沟底，应选周围开阔， 至少是两对电极范围内地面比较平坦相对高差与极距 之比小于10%的地方布点。
大地电磁测深相位数据的研究和应用
The research and application for the phase data of
MT
作者： 王大为;张罗磊
作者机构： 同济大学海洋与地球科学学院,上海200092
出版物刊名： 上海地质
页码： 58-61页
主题词： 大地电磁测深;反演;视电阻率;相位微分
摘要：MT资料处理方法近年来得到了较快发展，各种二维反演、偏移成像技术也有了新的进步。
在大地电磁测深资料处理中，长期以来使用视电阻率和相位作为解释参数，但是视电阻率和相位均存在一定的局限性。
该文从理论上研究了相位微分的性质，通过模型说明了相位微分的算法：先将获得的相位数据求导，得到相位微分曲线，用比较法得到曲线的极值点，通过极值点对应的周期确定主要导电层的深度和电阻率。
利用相位微分能在较小的周期内得到较大的勘探深度。
使用该方法对一维和二维模型进行的实验是可行的，对实际资料进行的处理结果也是令人满意的，从而说明该方法是有效的。
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用摘要：我国的经济发展与工业发展水平有很大的关系，而矿产资源作为工业发展的主要原料，受到国家和社会的高度重视。
因此，近年来由于相关技术和设备的不断优化，地质勘测水平逐年提高。
其中，在矿山地质构造探测中，通过应用大地电磁测深法可以取得较好的效果。
关键词：地质构造；大地电磁测深法；应用分析引言物探技术的发展与技术和设备的应用有直接关系，由于机械制造技术以及电磁波等技术的发展，相关的技术得到较快发展，设备也正在更新换代。
尤其是，大地电磁测深法已经相对成熟，该方法由于包含较多的信息量，并且装置相对简单，携带非常方便，在地质结构勘测的过程中，具有非常好的应用前景。
1、矿山地质概况1.1矿层分析某某矿区位于华北地区的边缘地带，北部为燕山山脉的东段，南部为华北平原北端的冲击平原，东临渤海。
通过对矿区的分析，发现基岩部分裸露，通过进一步的研究分析，发现露出的矿层是太古界、下元古界、燕山期矿体及元古界矿体，整个矿区处于中朝准地台（Ⅰ级）、燕山台褶带（Ⅱ级）、山海关台拱（Ⅲ）构造单内，该地域处于燕山构造带的东端，属于华北地带的北部边缘。
1.2物理特征分析通过探测发现，第四系冲洪积属于低阻矿层，具体的参数在400Ω·m以下，对于太古界的电阻率而言,电阻率在500Ω·m~2000Ω·m之间。
矿区内矿体的类型相对复杂，包括基性、中性、酸性、碱性等，电阻率的数值在3000以上。
太古界与第四系电性在研究过程中发现为低阻。
而燕山期的矿体主要表现为高电阻的电性特征，在本次探测中主要是通过对矿体的电性特征进行研究，从而进行相应的区别和分辨。
2、探测中使用到的设备在正式使用电磁测深法施工之前，需要对 MTU-5 主机、磁棒进行标定，标定通过之后，需要及时投入使用并做好野外试验。
野外仪器试验的设备包括发射机、MTU-5 主机和磁棒的稳定性检测；并做好三个磁棒的一致性检测。
陈小斌-大地电磁测深原理及应用
一维正演：均匀半空间问题 一维正演：均匀半空间问题
假设场源的是沿着x方向极化的电性源（ 模式），由于地 模式）， 假设场源的是沿着x方向极化的电性源（TE模式），由于地 质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在Hy 质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在 分量， 和Ex分量，即总的电磁场可表示为： 分量 即总的电磁场可表示为：
缺点 体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方 体积效应，反演的非唯一性较强（ 法相比） 法相比） 纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱
大地电磁测深的理论基础
1、正演问题 2、反演问题 3、实际资料的采集和处理
大地电磁测深法（MT）是以天然电磁场为 天然电磁场为 大地电磁测深法（MT）是以天然电磁场 电性结构的一种重要的 场源来研究地球内部电性结构 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。其基本原理是：依据不同频 地球物理手段。 基本原理是：依据不同频 率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原 的电磁波在导体中具有不同趋肤深度 趋肤深度的原 理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响 在地表测量由高频至低频 高频至低频的地球电磁响 应序列，经过相关的数据处理和分析来获得 应序列， 大地由浅至深的电性结构。 大地由浅至深的电性结构。 由浅至深的电性结构
从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：一维，五十年 从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：一维， 代～八十年代；二维，九十年代～今天；三维，正在兴起 八十年代；二维，九十年代～今天；三维，
大地电磁测深的优缺点
优点
不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强； 不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强； 横向分辨能力较强； 横向分辨能力较强； 资料处理与解释技术成熟； 资料处理与解释技术成熟； 勘探深度大、勘探费用低、施工方便； 勘探深度大、勘探费用低、施工方便；
电磁法勘探--可控源音频大地电磁测深法..
2.1 电磁法勘探--可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)由于天然场源的随机性和信号微弱，MT 法需要花费巨大努力来记录和分析野外数据。
为克服MT 法的这个缺点，加拿大多伦多大学教授 D.W.Strangway 和他的学生Myron Goldstein 提出了利用人工（可控）场源的音频大地电磁法（CSAMT ）。
这种方法使用接地导线或不接地回线为场源，在波区测量相互正交的电、 磁场切向分量， 并计算卡尼亚电阻率，以保留AMT 法的一些数据解释方法。
自20世纪70年代中期， CSAMT 法得到实际应用， 一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和应用解释软件。
进入80年代后，该方法的理论和仪器得到很大发展，应用领域也扩展到普查、 勘探石油、 天然气、 地热、 金属矿产、 水文、 工程、 环境保护等各个方面， 从而成为受人重视的一种地球物理方法。
虽然CSAMT 法属于一种人工源的频率电磁深测， 但和通常的频率域电磁测深不同。
这主要因为CSAMT 法测量两个相互垂直的电磁场切向分量计算卡尼亚电阻率， 因而具有较强的抗干扰能力， 且更容易获得对地电变化较灵敏的相位差信息； 又由于波区电磁场十分接近平面波， 因而其资料处理、 解释也较为简便， 可以保留AMT 法中的许多解释方法。
CSAMT 和AMT 或MT 亦有不同， 根本原因是CSAMT 法使用了人工场源，因而极化方向明显，信噪比高，易于观测。
但是，由于使用了人工场源， CSAMT 法必然受场源效应影响， 这主要包括非平面波效应、 场源附加效应、 阴影效应和测深通道的弯曲。
2.2.1 CSAMT 基本理论CSAMT 有2种常用的场源——水平电偶极子和垂直磁偶极子，此处注重讨论其场的特征和快速计算方法。
2.2.1.1水平层状半空间上水平如图2.2.1所示， N 层水平层状介质中第n 层的电阻率和层厚度分别记为ρn 和h n 。
水平电偶极子（接地导线）位于层状介质表面，偶极矩为P=IdL （I 为谐变电流）。
可控源音频大地电磁测深法在双尖山矿区勘探中的应用
可控源音频大地电磁测深法在双尖山矿区勘探中的应用可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）是一种通过地下电导率分布的变化来探测地下储层的地球物理勘探方法。
它常用于矿区勘探，特别是对深部矿体的探测有很好的效果。
本文将介绍CSAMT在双尖山矿区勘探中的应用。
CSAMT方法的原理是利用可控源产生的低频信号，通过测量地下不同深度处电场与磁场之间的相对相位差来计算地下储层的电导率。
由于不同储层的电导率差异较大，因此可以通过分析电导率的变化推测矿体的位置和形态。
在双尖山矿区的应用中，CSAMT方法可以用来确定矿体的深度、厚度和延伸程度。
通过在矿区不同地点布设接收器和激发器，可以获得一系列的电场和磁场观测数据。
利用这些数据，可以进行逆推计算，得到地下不同深度处的电导率剖面图。
根据电导率的变化特征，可以判断出矿体的空间分布。
CSAMT方法还可以用于探测矿区的水文地质环境。
矿区地下水的存在往往与矿体的形成密切相关，因此通过测量地下水电导率的变化，可以对矿体的位置和形态进行初步预测。
这对于矿区的开采规划和环境保护具有重要意义。
CSAMT方法还可以与其他地球物理勘探方法结合使用，例如地震勘探、电磁测深等。
通过综合利用多种方法的数据，可以获得更全面、更准确的地下储层信息。
CSAMT方法也存在着一些局限性。
由于地下电导率剖面的解释存在一定的主观性，因此需要结合地质学知识和其他勘探数据进行综合分析。
CSAMT方法对地下介质的电导率差异要求较高，对于电导率变化较小的矿体或岩石，其探测能力可能有限。
CSAMT方法在双尖山矿区的应用具有重要意义。
通过该方法可以获得地下储层的电导率剖面图，从而推测出矿体的位置和形态。
CSAMT方法还可以用于探测矿区的水文地质环境。
该方法也存在一定的局限性，需要结合其他勘探数据进行综合分析。
关于地下水勘查中大地电磁测深法的应用分析
关于地下水勘查中大地电磁测深法的应用分析作者：孔令达来源：《科技风》2019年第05期摘要：我国地大物博，幅员辽阔，在西北地区，还有很多居民因为没有丰富的水资源在生活上受到困扰。
对于内陆荒漠区而言，区内高寒干旱，降水稀少，植被覆盖面积少，生态环境脆弱，可以加大开采地下水资源的力度。
开采地下水资源需要选择最合适的探测方法，大地电测测深法很适用于荒漠地区的水资源开采，本文主要介绍了大地电测测深法，结合实际应用分析可控源音频大地测深法寻找地下水的优势，为其它类似找水工作提供了一定的借鉴，仅供相关人士参考。
关键词：电磁测深法;地下水勘察;找水我国西北地区蕴藏着丰富的煤、油、盐、铁等资源，但是荒漠化严重，为了给当地居民提供更好的生活保障，稳定生产生活，对该区开展地下水的勘查极为重要。
音频大地电磁测深法是一种有效、快速的地下水勘查技术模式，适用于地形条件限制小的工作环境，能很好的集合地质条件来推断该处的地下水蕴含情况，提高打井见水的成功率。
利用音频大地电磁测深法能够有效的找到地下水，从而解决荒漠地区附近厂矿企业及生态环境用水问题。
1 地下水勘察技术的介绍1.1 地下水的介绍地下水可分为孔隙水，裂缝结构水和来自储存介质的岩溶结构水。
无论地下水属于哪一种类型，地下水勘探的步骤一般有以下两个方面：第一，需要根据不同的地质结构来确定地下水储存的空间分布特征，其中对含水层的埋深，厚度和岩性要进行调查，对于地下的储水结构的构成，性质及其规模要进行勘探。
其次，有必要对该区域地下水储存的富水性进行判断，并确定钻井的井位。
1.2 地下水勘察技术的介绍目前，我国针对干旱、半干旱地区、荒漠地区等特殊区域的寻找地下水的方法主要包括GPS定位系统，遥感技术，地球物理勘探技术和钻井技术等等。
其中，音频大地电磁测深方法具有地形条件小的特点，易修正，适用性强，采用一个发射偶极进行供电，与常规的直流电测深相比，音频大地电磁测深方法是在一个很大的扇形区域內测量，所以能够探测到的范围更广，工作效率更高，而且探测深度大，勘探的深度范围在十几米到两公里，抗干扰能力强，结合地质推理的工作，能够有效避免地球物理数据的多解现象的产生，穿过高阻层的能力较强，从而大幅度提高钻井成功率。
第3节 大地电磁测深法
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：
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
E y z E x i H y z Hz 0 H y z H x 1 Ey z Ez 0 1 i H x
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 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。
k2 i 2
ZTE = Ex = -iωμρ1 Hy Ey Hx = - -iωμρ2
k1 i 1
ZTM = -
Ex 0 E y ZTM
ZTE H x 0 H y
当测量轴和电性主轴方向不一致时，设两者之间的 夹角为
第三节 大地电磁测深法(MT)
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。
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。 • 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。
大地电磁测深法阻抗相位的特性与应用
大地电磁测深法阻抗相位的特性与应用刘建利【摘要】作为大地电磁测深法的主要参数,阻抗相位和视电阻率相比,具有较强的抗干扰能力和较高的分辨率.笔者从分析阻抗相位与视电阻率的关系入手,导出了相位视电阻率的递推公式,分析了阻抗相位的重要特性.以银额盆地实测大地电磁测深剖面资料的处理和解释为例,利用相位递推视电阻率校正了低频段视电阻率曲线的形态畸变,使视电阻率的残余静态效应得到了较好的压制,利用相位曲线的极值点准确地确定了白垩系低阻电性层的界面,弥补了视电阻率在资料解释中的不足之处,说明了阻抗相位在大地电磁测深资料处理解释中的作用.%As a main parameter of magnetotelluric sounding, the impedance phase has strong capability of resisting disturbance and high resolution in comparison with apparent resistivity. In this paper, through analyzing the relationship between the apparent resistivity and the impedance phase,the authors derived the recursive formula of phase apparent resistivity and analyzed the important properties of the impedance phase. With the processing and interpretation of magnetotelluric sounding profiles data measured in Yine basin as an example , the authors used phase recursive apparent resistivity and corrected the distortion of the apparent resistivity curve in the low frequency. It is shown that the apparent resistivity residual static effects have been better suppressed. Using the extreme point of the phase curve, the authors accurately determined the low-impedance Cretaceous layer interface, made up the inadequacy of the apparent resistivity data ininterpretation, and described the application for impedance phase in the magnetotelluric sounding data processing and interpretation.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2013(037)001【总页数】5页(P73-77)【关键词】大地电磁测深法;阻抗相位;视电阻率;静态校正;电性界面;银额盆地【作者】刘建利【作者单位】中国地质大学地球科学与资源学院,北京 100083;陕西省地质矿产勘查开发局物化探队,陕西西安710043【正文语种】中文【中图分类】P631大地电磁测深法采集的资料含多种参数，主要以视电阻率和相位为主，而视电阻率由于观测噪声和静态效应等因素的影响存在一定的局限性，因此很有必要进行相位资料的研究和应用。
可控源音频大地电磁测深在地热勘查中的应用
可控源音频大地电磁测深在地热勘查中的应用在众多地热勘查物探方法中，可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）具有勘探深大、穿透较大厚度的低阻层能力强的特点，勘察目的层深度较大时，可较清晰地反映含水构造、含水层的空间分布。
因此，在地热勘察中得以广泛应用。
标签：CSAMT 地热断裂构造1引言地热是一种综合性矿产资源，其用途广，可用于发电、采暖等。
具有清洁、可持续利用的特点[1]。
近年来，我国能源行业、旅游业、房地产业等行业均大幅度增加了对地热资源这一清洁性能源的勘察利用。
物探方法作为深部地热地质勘查的重要手段，在地热区查明赋水构造、赋水水层的走向、倾向等空间展布规律的过程中发挥了重要作用。
我院自2007年引入加拿大凤凰地球物理有限公司生产的V8电法工作站以来，数年年在全国各地尤其是江西省实施了大量的以寻找地质构造为主的CSAMT勘查工作，涉及金属矿勘查、地下水资源及地热勘查等方面，取得里一定的经济效益和社会效益，在此仅就CSAMT法在地热勘查中的应用做些分析。
2 CSAMT法方法原理及特点2.1基本原理可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法是通过人工场源（电偶源）向地下发送不同频率（范围0.125～10kHz）的交变电流，在地面一定区域内测量正交的电磁场分量，计算卡尼亚电阻率及阻抗相位，达到探测不同埋深的地质目标体的一种频率域电磁测深方法。
勘探深度可达数十米至3公里。
野外数据采集系统在测线上扫频观测各道各频率f的电场Ex（f）和磁场Hy （f）分量，由V8仪器计算成卡尼亚电阻率Cagniard resistivity ρa（f）和阻抗相位φa（f）：以目标体与地层、构造、岩浆岩等地质体的导电性差异为基础，通过单独或联合反演ρa（f）、φa（f）给出地下介质的电性结构，分析其分布规律，进而解决相关地质问题。
根据其测量电磁场分量特点可分为张量、矢量和标量测量。
张量CSAMT使用两组正交场源，对每个场源测量五个场分量（Ex、Hy、Ey、Hx、Hz）；矢量CSAMT使用一个场源，测量五个场分量；标量CSAMT仅观测一个场源的两个正交的切向分量（见图1）。
大地电磁测深法在隧道勘察中的应用
40河北地质2020年第！期大地电磁测深法在隧道勘察中的应用张悦1苗景春"刘蓓蓓2(1.河北省地球物理勘查院廊坊085000).河北省区域地质调查院廊坊065000)摘要隧道勘察中应用的大地电磁法是一种高效、轻便的以探测地质体电性分布特征为依据的物探勘探方法。
大地电磁法勘探具有高效性、灵活性、相对较低的观测条件要求，在以山岭隧道为主的勘探中尤为突出。
通过 方法对比分析，根据隧道地形地貌特征选择适当频率的大地电磁方法，具有事半功倍的效果。
关键词大地电磁隧道勘察电性特征E H4高频大地电磁音频大地电磁1引言随着我国高速公路、高速铁路建设快速发展，复 杂地形地质条件及恶劣自然环境是对工程勘察阶段 相关技术的挑战。
大地电磁法解决了隧道勘察中构 造判识、不良地质体圈定等技术特点，尤其在山岭隧 道勘察中表现出其科学性、有效性和先进性的特点。
大地电磁测深法是通过观测交变电磁场随时间 变化的时序信号，通过分析计算时序信号得到不同 频率电磁波的波阻抗及视电阻率和相位值，经反演 处理得到地下不同深度介质的电阻率值，以此达到 对地下介质进行电性测深的目的。
大地电磁测深法在矿产勘查、地热资源勘查及 地质、水文勘查工程中已得到广泛应用。
大地电磁 测深法在隧道勘察应用中具有：装备简便、观测条件 要求低、数据采集高效、电磁干扰相对低等优越条 件。
通过测试地下介质的电性特征分布情况，达到 对地下岩土介质的划分和圈定以及对不良地质体的 存在及分布情况进行科学推断。
2常用物探方法隧道勘察中常用的物探方法主要有地震勘探和 电法勘探两大类。
其中，地震勘探主要有地震折射 波法和地震反射波法；电法勘探主要有高密度电法地 法。
地震折射波法是利用弹性波由低速介质向高速 介质人射产生折射波，通过观测折射波的初至时间 计算得出：低速层波速值、低速层厚度值、高速层波 速值以及界面起伏变化情况。
地震反射波法是利用弹性波在波阻抗界面产生反射波，通过观测反射波 信号分析计算，得到反射剖面，达到勘探的目的。
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第３ ７卷第 １ 期
２ ０ １ ３年 ２月
物
探
与
化
探
Ｖｏ １ ． ３ ７． Ｎｏ． １ Ｆｅ ｂ．． ２ ０１ ３
ＧＥ ＯＰ ＨＹＳ Ｉ ＣＡＬ ＆ ＧＥＯＣ ＨＥ ＭＩ Ｃ ＡＬ ＥＸ Ｐ ＬＯ ＲＡＴ １ ０ Ｎ
大 地 电磁 测 深 法 阻抗 相 位 的特 性 与应 用
刘 建
＝
寻 ［ ＋
］ ，
（ ２ ）
其中 为视电阻率， 丝
率 测深 曲线 的斜 率 。则有 ｄ ｌ
＝
为双对数坐标系中 频
ｇ 厂
４
、 Ｊ
＿１０
。
（ ３ ）
、
式（ ２ ） 和式（ ３ ） 给 出 了视 电阻率 和 阻抗相 位 的关 系 。 由此 可见 ， 大 地 电磁 响 应 函数 的振 幅 和 相 位并 不 是
４ ． １ 利用 阻抗相 位资 料进 行静态 校正
到的阻抗相位资料和视电阻率资料 ， 并不代表测点 下 面某 个 特定层 位介 质 的本 征 阻抗相 位 和本 征 电阻 率， 而是测点附近地下介质 中各层 电性介质的综合
反映， 并 与 电磁 波 场 源 的周期 有 关 。模 型 计 算 与观 测 结果 均显 示 ， 虽 然 位 场 的体 积 效 应影 响大 地 电磁 法 分辨 地下介 质 的 电性 结 构 ， 但 阻抗 相 位 与 视 电 阻 率 的一 阶导 数 相关 （ 见式（ ２ ） ） ， 对 地 下 介 质 的 电性
） （ ｆ ￣ － ｉ ） （
ｉ ： ２， ３， … ， ｎ ＋ ｌ＜
卜 ， （ ５ ）
， （ ６ ）
１ 阻抗相位 与视 电阻率 的关 系
阻抗 振 幅与相 位 之 间的关 系 可 由希 尔 伯特 转换
公 式 给 出…
或
（ ） ｐ ＋ ） 【 ）
４ 应用实例
为 了研究银 额 盆地基 底结 构构造 和地 层 的分布 特征， 西 北 中小 盆 地 群 油气 远 景 调 查项 目部 署 了 ７ 条 大地 电磁测 深 剖面 ， 点距 ５ ０ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ， 累计 剖 面长 度为 １ ３ ５ ５ ｋ ｍ。现 以该项 目完成 的盆 地西部 Ｍ Ｔ － ０ １剖 面 段 为例 ， 说 明阻抗 相位 在资料 处理 与解 释 中的应用 。
关键词 ： 大地电磁测深法 ； 阻抗相位 ； 视电阻率 ； 静 态校 正 ； 电性界 面； 银额盆地 中图分类号 ：Ｐ ６ ３ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ Ｏ ０— ８ ９ １ ８ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １— ０ ０ ７ ３— ０ ５
大地电磁测深法采集 的资料含多种参数 ， 主要
２ 由阻抗相位计算视 电阻率 的递推公式
以差分形式取代式 （ ３ ） 中的微分， 并推得
ｇ ＝ ｃ 一 ・ 】 ｇ 等，㈩
则 由相位计算视 电阻率的递推公式为
步校正残余静态效应 ， 准确确定电性界面， 弥补了视 电阻率资料处理和解释 中的不足之处 ， 提高 了大地
电磁 法 的解 释精 度 和客 观准 确性 。
队， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
利
（ １ ． 中国地质 大 学 地 球 科 学 与 资源 学 院 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ；２ ．陕 西省 地 质 矿 产 勘的主要参数 ， 阻抗 相位和视 电阻率相 比， 具有较 强的抗 干扰能力 和较 高的分辨率 。笔
ｉ ＝ ２， ３， … ， ｎ ＋ ｌ＜
式（ ５ ） 和（ ６ ） 分 别 给 出 了 由高 频 向低 频 和 由低 频 向
（ ： ‘ ｆ 一 ｇ ｄ ｇ ，
由此求 得 近似 公式
收 稿 日期 ： ２ ０ １ １—１ ２—０ ７
（ １ ）
高频递推的视电阻率计算公式 ， 为了与Ｅ ｈ 振幅计算 的视电阻率 （ ｐ ） 加 以区别 ， 称此电阻率为相位递推
视 电阻率 （ ｐ ） 。式 （ ５ ） 、 式（ ６ ） 的初始值 可 由实 测 视
申． 阳率 给 出 。
其 中， ∽ 为相位 ， ｚ （ ｇ ） 为阻抗振 幅， Ｉ 厂 、 ｇ为频率 。
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与
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３ ７卷
３ 阻抗相位 的重要特性
大地 电 磁法 是 一 种体 积 勘探 方 法 ， 在地 表 观 测
者从分析阻抗相位 与视电阻率 的关 系人手 ， 导 出了相 位视 电阻率 的递推公 式 ， 分析 了阻抗相 位的重要 特性 。以银
额盆地实测 大地 电磁测深剖面资料 的处 理和解释为例 ， 利用 相位递推视 电阻率校正 了低 频段视 电阻率 曲线 的形 态 畸变 ， 使视 电阻率 的残余静态 效应 得到 了较好 的压制 ， 利用 相位 曲线的极值 点准 确地确 定 了白垩系低 阻电性层 的 界面 ， 弥补 了视 电阻率在资料解释 中的不足之处 ， 说 明了阻抗相位在大地 电磁测深资料处理解释 中的作用 。
独立 的。
用， 使获取与视电阻率 同样精度的阻抗 相位资料成
为现实 ， 人 们对 相 位 资 料 的 研 究 和应 用 也 日趋 广 泛 和成熟 。笔者 通过 分析 阻抗相 位 的重要 特 性及其 和 视 电 阻率 的关 系 ， 以银 额 盆地 实测 大 地 电磁 测 深 剖 面 资料 的处 理 和解 释 为 例 ， 成 功应 用 相 位 资 料 进 一