大地电磁场课件：EM6-频率域电磁法

大地电磁测深法
音频大地电磁法 频率测深法
地面，海洋
可控源音频大地电磁法
地面 航空 井中
地面
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变种方法 被动源法
频率域电磁法
频率域电磁
剖面法
主动源法
频率域电磁 测深法
被动源法 主动源法
时间域电磁法 瞬变电磁剖面法 瞬变电磁测深法
工作场合
音频天然电场法 甚低频法
地面 航空
不接地（大 定源）回线 法
电磁偶极剖 面法
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在数学上借助于傅里叶反变换描述这一过程，即
F (t ) 1 F ( ) eit d
2
i
式中函数F可代表E、B、 B/ t，而F(ω)/-iω代表阶跃电 流电磁场的频谱密度。由此可见，如果在很宽频带内已知频率 域电磁响应，则可利用上述傅里叶反变换确定瞬变电磁场响应。
这一道理的物理基础是，它们都研究基于电磁感应定律的 涡旋电磁场，具有相同的物理原理。
回线通以谐变电
在阶跃电流（通电或断电）的强大变化电磁场作用 下，良导介质内产生涡旋的交变电磁场，其结构和 频谱在时间与空间上均连续地发生变化。
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瞬变电磁场状态的基本参数是时间。这一时间依 赖于岩石的导电性和收发距。在近区的高阻岩石 中，瞬变场的建立和消失很快（几十到几百毫 秒）；而在良导地层中，这一过程变得缓慢。在 远区这一过程可持续到几秒到几十秒，而在较厚 的导电地质体中可延续到一分钟或更长。
当地下介质为无磁，且使用国际单位时
2 2t / 2t 107 m
与谐变场情况一样，在研究瞬变场过程中也引入 无量纲的归一距离
r 2 r 2
u
z
107 t r
1 u2
( 2 r )2
107 t 2 r 2
由此可见，归一参数u的平方倒数正比于介质电阻率。在近区 2r/<<1 ，即收发距r很小或（t）很大的范围（晚期时间 段）。在远区2r/>>1 ，即收发距很大或（或t）很小的范 围（早期时间段）。 我们从频率域和时间域电磁场的讨论中不难看出：p和u， 和
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时间域下磁场的电报方程： 似稳态条件下，忽略位移电流项，解得：
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瞬变场与谐变场：在结构上差别较大。
谐变场的结构是由某一种发射频率的涡旋电磁场 之间的相互作用来决定。
而瞬变场的结构是发射一个电磁脉冲，从过程的 一开始就由多种频率的涡旋电流磁场的相互作用 决定，电磁场各分量，如Ex(t)、Bz(t) 和 ∂Bz(t)/∂t 的瞬时值依赖于所有谐波频率的总和，其中包括 超高频和超低频。
由此可见，研究瞬变电磁场随时间的变化规律， 可探测具有不同导电性的地层分布（各层的纵向 电导或地层总的纵向电导）。也可能发现地下赋 存的较大的良导矿体。
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瞬变电磁场的激发是通过两种途径传播到观测点 的。
第一种激发方式是电磁能量直接经过空气瞬时传 播到观测点处（空气波/天波）。地表的每个波前 点都会成为场源（根据惠更斯原理），于离发射 装置足够远处，在地表面上则会形成垂直向下传 播的不均匀平面波。
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谐变场和瞬变场 的涡旋电流场的 结构： 由于瞬变电磁场 服从扩散方程的 规律，故随时间 的增加该场向深 处传播过程中逐 渐向外扩散，即 可借用“烟圈” 效应这一名词来 描述。
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瞬变场扩散参数
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比较
电流密度随深度的变化 曲线具有拐点z=/2。 形式上认为这一深度是 对瞬变场测量结果产生 有效影响的极限深度。
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频率域电磁剖面法的研究范围 研究深度为几十米到几百米，主要应用于矿
床的普查、地质填图、及工程地质、水文地 质调查中。 普查对象主要是矿体、接触带、裂隙破碎带、 陡倾斜地层、岩溶带、古河床等。
常用的方法有不接地回线法和电磁偶极剖面 法两种。
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一、不接地回线法（大定源回线法）
对不接地的矩形
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频率域电磁场
实、虚分量的概念
实分量：一次场+二次场；虚分量：纯二次场。
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频率域电磁场
波的极化：线极化、圆极化、椭圆极化
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时间域电磁场是指在阶跃变化的电流源作用下，地 中产生的过渡过程的感应电磁场。因为这一过渡过 程的场具有瞬时变化的特点，故又名为瞬变场。
和频率域电磁场类似的，时间域电磁场的激发方式 也可分为电性源和磁性源。
实、虚分量 法
振幅比-相位 差法
虚分量-振幅 比法
地面 航空 井中
水平线圈法
倾角法
大地电磁测深法
音频大地电磁法 频率测深法源自地面，海洋可控源音频大地电磁法
地面 航空 井中
地面
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什么是频率域电磁剖面法？
通常而言，电磁剖面法指采用回线源装置， 将交变电场通入发射线圈产生谐变电磁场， 接收线圈沿测线剖面进行移动观测，接收感 应磁场变化，进而研究某一深度范围内地下 电性的横向变化的地球物理方法。 （Loop-Loop Method）
，之间存在看形式上的类比现象。 p kr 2 2 r
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时间域
频率域
2 r 2 远区/近区： u 107 t r
p kr 2 2 r
20t (km)
10T (km)
勘探深度：
z 503 2t (m) 503 (m)
2
f
1262 t (m)
非常重要！！！
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变种方法 被动源法
频率域电磁法
频率域电磁
剖面法
主动源法
频率域电磁 测深法
被动源法 主动源法
时间域电磁法 瞬变电磁剖面法 瞬变电磁测深法
工作场合
音频天然电场法 甚低频法
地面 航空
不接地（大 定源）回线 法
电磁偶极剖 面法
实、虚分量 法
振幅比-相位 差法
虚分量-振幅 比法
地面 航空 井中
水平线圈法
倾角法
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激发的第二种方式是，由发射装置直接将电磁能 量传入地中（地波）。这时，由于大地的趋肤效 应不可能立即在深部激发出瞬变场，过一段时间 之后才能形成。
在过程早期上述两种激发在时间上是分开的。第 二种方法建立的比较迟缓。随着时间的推移，这 两种场叠加在一起，即形成瞬变场的极大。在晚 期第一类场实际上衰减殆尽，而在地中形成第二 种场的优势。
电法勘探
水槽实验报告要求：
一、实验目的 二、实验方法（装置图） 三、实验过程（数据表格） 四、实验结果（中梯：视电阻率/视激电电阻率/视极化率剖面曲线图；
测深：测深曲线/拟断面图； 就实验结果进行必要的讨论）
下周五（6.22）最后一次上课时交
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人工电磁场
频率域电磁场 场源：电性源 & 磁性源