EH-4培训讲义
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
EH-4培训讲义
一 EH-4仪器简述及发展历程
1. 仪器概述
EH-4这套仪器是一种用来测量地下电阻率的一种电法仪器。这套仪器是一
种特殊的大地电磁测深（MT）仪器。它既可以接收天然场源的大地电磁信号， 又可以接收人工场源的电磁信号，并且它所接收的频率高于MT仪器所采集的频 率。
2.EH4仪器在电法勘探分类中所处的位置
TE Y TM X
其中
E X Z H Z H EY Z H Z H
XX X XY YX X YY
Y
Y
Z TE Z TM sin ） （2 Z XX 2 2 （ Z Z cos（） Z TM sin 2 ）
XY TE
2 2 ) Z YX ( Z TE sin（） Z TM cos （） Z TE Z TM sin ） （2 Z YY 2 上式说明，当测量轴为任意取向时，电场分量与磁分量间的关系必须通过Z
ZXY、ZYX、ZYY四个量来描述，而且与测量轴的取向有关，所以我们将
XX
、
ZXX、ZXY、ZYX、ZYY四个量所确定的阻抗称为张量阻抗。
当 =0时即电性主轴方位与测量方位正好重合时 Z XY = Z TE ，Z YX =- Z TM 。
Z YY= Z XX =0 ，
5 勘探深度
根据卡尼亚电阻率公式
EH-4是通过观测记录电磁场信号，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，最后计算地下电 阻率。
2.电磁波传播理论
大地电磁场来源于高空，可以看成是在地球表面垂直入射的平面波， 如果假设大多数地下岩土为无磁性物质，并且宏观上均匀导电，不存 在电荷积累，那么Maxwell方程就可简化为：
E H
E H
X Y
在均匀大地的情况下，此阻抗与测量轴方位无关，它是一个标量即， XY Z
1
2
e
i
4
， E Z H
YX
Y X
e
i
4
因此大地电阻率为：
Z
1 或 5f
Z
2
我们把由上述公式得到的电阻率称为卡尼亚电阻率，在均匀各向同性介质中
2 2
1
Z ，我们知道电阻率随频率变化而变化，而
2
电磁波的穿透深度或趋肤深度也与频率有关。因此不同的频率反应不同深度的 电阻率。
趋肤深度 电磁波的能量随传播深度的增加而逐渐被吸收，我们把波的振幅衰减到原来的1/e 的传播深度定义为趋肤深度，其公式为:
503
f (m)
勘探深度 我们把电磁波能量衰减到原来的50%时的传播深度定义为勘探深度 ，公式为：
356
f (m)
从上述公式我们可以看出趋肤深度和勘探深度都与电磁波的频率，地下物质的电 阻率有关 系。在地下电阻率一定的情况下，频率越高趋肤深度和勘探深度越浅。在
率一定的情况下地下电阻率越小趋肤深度和勘探深度越浅，这就说明了频率测深的原
理。 下图是远场频率与勘探深度的关系
直流电法仪测深
4. 如果时间，工区等条件允许的话我们一般采用EMAP测量方式，所谓 EMAP测量是指电极距等于点距，即首尾相连的测量方式。这样可以消 除部分静态效应所造成的畸变。
3. EH-4仪器推出的历史背景
我们都知道常规的电探仪，直流电阻率剖面仪。需要向地下直接 供电，并且随着测量深度加大，电极布线和供电量都不断增加，野外 劳动强度大，效率低。而大地电磁法它采集的频率较低，通常观测时 间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。 大家知道，1000米以内，几百米上下，正是人类经济、文明活 动在地壳上层最活跃的深度。而浅、中深度范围的电法探则仪器相对 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。
4. EH-4制造公司及贡献
96年中下旬，由美国以制造高分辨率地震仪而著名Geometrics 公司和以研制大地电磁仪器而闻名的EMI公司联合研制出了EH-4， 在中国EH-4经历了十几年的使用与发展，已成为一种稳定成熟的
电磁测深仪器，在中国已得到广泛的应用，为中国地下水的调查、环
境的地下特征调查、矿产与地热勘探及工程研究做出了不少的贡献。
4 布站所要遵循的原则
布站时一些环节它可以直接影响我们所采集原始数据的质量。所以我们布 站时注意以下事项：
1，如有条件的话，测点尽量离高压线、民用电线、高速公路、铁路远一
点。 2，磁探头要平放在地上，用水平尺使其水平，两个磁棒要相互垂直，相
互夹角误差不能超过+/-2度，两个探头相互至少两米远。
3 ，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。
1 xy 5f
Ex Hy
1 yx 5f
Ey Hx
视电阻率的概念
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。
其中上面前两式称为亥姆霍兹方程，K称作复波数或传播系数
因为EH-4测量的频率范围为0.1Hz—100KHz，通常可以忽略位移电 流，这 时K进一步简化为
K i
3.均匀半无限空间的大地电磁波阻抗
我们通过亥姆霍兹方程可得出电磁有如下关系
H i n E，
我们把地表电场和磁场水平分量的比值定义为表面阻抗， Z
1 E 5f H
2
二 EH-4仪器的工作原理
1 原理概述：
EH-4它既然是电法勘探仪器，那么它最终所要涉及的物理量离不 开电阻率等物质的电性参数、EH-4与直流电法仪不同之处就是它不是
直接利用欧姆定理R=U/I，而是计算地表Ex、Ey、Hx、Hy，通过计算
卡尼亚电阻率（
1 E 5f H
2
）来计算反映地下物质的电性结构。
1、 几何电阻率法（常规的直流电法） 2、 激发极化法 3、 自然电场法 4、 充电法 时间域电磁法——瞬变电磁法 5、 电磁法
频率域电磁法——CSAMT法、AMT法、MT、EH-4
电法
大地电磁测深（MT） EH-4
0.001——340Hz 10Hz——100KHz
音频大地电磁（CSAMT） 0.25——10KHz
4，水平非均匀介质的张量阻抗
在非均匀介质的情况向下，阻抗与测量方向有关，在一定的观测坐标下，在地面沿两 个正交方向所测量的视电阻率是不相等的即， （ Z TE Z TM ） xy yx
如果观测方向与电性主轴方向重合的话，电磁场有如下关系：
E X Z H EY Z H 但是在实际观测中我们并不知道电性主轴的方向，我们的观测方位与电 性主轴有一定的夹角。此时电磁场有如下关系
B t D rotH J t divD q rotE divB 0 D E B H J E
E E 2 E
Ek E 0 H k H 0 k i
2 2 2 2 2 2
大地电磁测深
四
1 接收机野外布置示意图
EH-4野外工作
2 发射机野外布置示意图
3 仪器平行测试
当我们拿到一台新仪器第一次去野外进行数据采集时，或想知道仪 器现在是否正常，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，我们所测得的时间序列图Ex与Ey ，Hy与Hx的 信号应该是一致的，同样所计算的视电阻率曲线也是一致的。
一 EH-4仪器简述及发展历程
1. 仪器概述
EH-4这套仪器是一种用来测量地下电阻率的一种电法仪器。这套仪器是一
种特殊的大地电磁测深（MT）仪器。它既可以接收天然场源的大地电磁信号， 又可以接收人工场源的电磁信号，并且它所接收的频率高于MT仪器所采集的频 率。
2.EH4仪器在电法勘探分类中所处的位置
TE Y TM X
其中
E X Z H Z H EY Z H Z H
XX X XY YX X YY
Y
Y
Z TE Z TM sin ） （2 Z XX 2 2 （ Z Z cos（） Z TM sin 2 ）
XY TE
2 2 ) Z YX ( Z TE sin（） Z TM cos （） Z TE Z TM sin ） （2 Z YY 2 上式说明，当测量轴为任意取向时，电场分量与磁分量间的关系必须通过Z
ZXY、ZYX、ZYY四个量来描述，而且与测量轴的取向有关，所以我们将
XX
、
ZXX、ZXY、ZYX、ZYY四个量所确定的阻抗称为张量阻抗。
当 =0时即电性主轴方位与测量方位正好重合时 Z XY = Z TE ，Z YX =- Z TM 。
Z YY= Z XX =0 ，
5 勘探深度
根据卡尼亚电阻率公式
EH-4是通过观测记录电磁场信号，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，最后计算地下电 阻率。
2.电磁波传播理论
大地电磁场来源于高空，可以看成是在地球表面垂直入射的平面波， 如果假设大多数地下岩土为无磁性物质，并且宏观上均匀导电，不存 在电荷积累，那么Maxwell方程就可简化为：
E H
E H
X Y
在均匀大地的情况下，此阻抗与测量轴方位无关，它是一个标量即， XY Z
1
2
e
i
4
， E Z H
YX
Y X
e
i
4
因此大地电阻率为：
Z
1 或 5f
Z
2
我们把由上述公式得到的电阻率称为卡尼亚电阻率，在均匀各向同性介质中
2 2
1
Z ，我们知道电阻率随频率变化而变化，而
2
电磁波的穿透深度或趋肤深度也与频率有关。因此不同的频率反应不同深度的 电阻率。
趋肤深度 电磁波的能量随传播深度的增加而逐渐被吸收，我们把波的振幅衰减到原来的1/e 的传播深度定义为趋肤深度，其公式为:
503
f (m)
勘探深度 我们把电磁波能量衰减到原来的50%时的传播深度定义为勘探深度 ，公式为：
356
f (m)
从上述公式我们可以看出趋肤深度和勘探深度都与电磁波的频率，地下物质的电 阻率有关 系。在地下电阻率一定的情况下，频率越高趋肤深度和勘探深度越浅。在
率一定的情况下地下电阻率越小趋肤深度和勘探深度越浅，这就说明了频率测深的原
理。 下图是远场频率与勘探深度的关系
直流电法仪测深
4. 如果时间，工区等条件允许的话我们一般采用EMAP测量方式，所谓 EMAP测量是指电极距等于点距，即首尾相连的测量方式。这样可以消 除部分静态效应所造成的畸变。
3. EH-4仪器推出的历史背景
我们都知道常规的电探仪，直流电阻率剖面仪。需要向地下直接 供电，并且随着测量深度加大，电极布线和供电量都不断增加，野外 劳动强度大，效率低。而大地电磁法它采集的频率较低，通常观测时 间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。 大家知道，1000米以内，几百米上下，正是人类经济、文明活 动在地壳上层最活跃的深度。而浅、中深度范围的电法探则仪器相对 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。
4. EH-4制造公司及贡献
96年中下旬，由美国以制造高分辨率地震仪而著名Geometrics 公司和以研制大地电磁仪器而闻名的EMI公司联合研制出了EH-4， 在中国EH-4经历了十几年的使用与发展，已成为一种稳定成熟的
电磁测深仪器，在中国已得到广泛的应用，为中国地下水的调查、环
境的地下特征调查、矿产与地热勘探及工程研究做出了不少的贡献。
4 布站所要遵循的原则
布站时一些环节它可以直接影响我们所采集原始数据的质量。所以我们布 站时注意以下事项：
1，如有条件的话，测点尽量离高压线、民用电线、高速公路、铁路远一
点。 2，磁探头要平放在地上，用水平尺使其水平，两个磁棒要相互垂直，相
互夹角误差不能超过+/-2度，两个探头相互至少两米远。
3 ，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。
1 xy 5f
Ex Hy
1 yx 5f
Ey Hx
视电阻率的概念
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。
其中上面前两式称为亥姆霍兹方程，K称作复波数或传播系数
因为EH-4测量的频率范围为0.1Hz—100KHz，通常可以忽略位移电 流，这 时K进一步简化为
K i
3.均匀半无限空间的大地电磁波阻抗
我们通过亥姆霍兹方程可得出电磁有如下关系
H i n E，
我们把地表电场和磁场水平分量的比值定义为表面阻抗， Z
1 E 5f H
2
二 EH-4仪器的工作原理
1 原理概述：
EH-4它既然是电法勘探仪器，那么它最终所要涉及的物理量离不 开电阻率等物质的电性参数、EH-4与直流电法仪不同之处就是它不是
直接利用欧姆定理R=U/I，而是计算地表Ex、Ey、Hx、Hy，通过计算
卡尼亚电阻率（
1 E 5f H
2
）来计算反映地下物质的电性结构。
1、 几何电阻率法（常规的直流电法） 2、 激发极化法 3、 自然电场法 4、 充电法 时间域电磁法——瞬变电磁法 5、 电磁法
频率域电磁法——CSAMT法、AMT法、MT、EH-4
电法
大地电磁测深（MT） EH-4
0.001——340Hz 10Hz——100KHz
音频大地电磁（CSAMT） 0.25——10KHz
4，水平非均匀介质的张量阻抗
在非均匀介质的情况向下，阻抗与测量方向有关，在一定的观测坐标下，在地面沿两 个正交方向所测量的视电阻率是不相等的即， （ Z TE Z TM ） xy yx
如果观测方向与电性主轴方向重合的话，电磁场有如下关系：
E X Z H EY Z H 但是在实际观测中我们并不知道电性主轴的方向，我们的观测方位与电 性主轴有一定的夹角。此时电磁场有如下关系
B t D rotH J t divD q rotE divB 0 D E B H J E
E E 2 E
Ek E 0 H k H 0 k i
2 2 2 2 2 2
大地电磁测深
四
1 接收机野外布置示意图
EH-4野外工作
2 发射机野外布置示意图
3 仪器平行测试
当我们拿到一台新仪器第一次去野外进行数据采集时，或想知道仪 器现在是否正常，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，我们所测得的时间序列图Ex与Ey ，Hy与Hx的 信号应该是一致的，同样所计算的视电阻率曲线也是一致的。