大地电磁介绍07.06.01
大地电磁测深简介
固体不极化电极主要有氯化银、氯化镉、氯化汞等电极，均为外国科学家发明。在长期的使用工程中，也发现其中有很多弊端，寿命短，极差大。直到1970年前后发过科学家研制出Pb-Pbcl2固体不极化电极，电极的研究才到达巅峰，此后再无优于该类型的电极出现，显著的极差小、稳定好、寿命长、稳定好的各类优点，使得国内外物探工作基本均选用该类型电极。
在我国有近30-40年的发展历史，在探测地壳和上地幔的物质结构，普查石油天然气、煤田、地热以及寻找地下水和金属矿产等方面不可缺少的地球物理勘探方法之一。
目前国内使用的电磁法仪器主要有：加拿大凤凰公司的V5-2000型仪器、V8型仪器据说也可以用；德国Metronix公司生产的GMS-07e、08e综合电磁法仪；桔灯的ather电磁仪；美国Zonge公司的公司的GDP32Ⅱ电法工作站。
我们国内不极化电极的基本均为Pb-Pbcl2固体不极化电极，使用前需要将其在饱和氯化钠溶液中浸泡2-3cm高约30分钟，用万用表测量极差，小于规范2mv的配对使用。
若需要使用固体不极化电极（俗称电极、极罐）请尽管联系。。谢谢，满意请采纳！
不极化电极是地球物理勘探各类电法中不可缺少的设备。国内外常用的主要分为液体和固体两大类，从事物探工作的人员都应该不陌生。不极化电极通常实用金属盐-金属作为电化学反应的原理来抵消极化效应，两个电极之间极差越小代表电极质量越好，测量的数据所携带的误差也就越小。
液体不极化电极主要使用硫酸铜-铜电极，此为1937年苏联科学家谢苗诺夫发明的装置，也是最早的不极化电极。需要10小时以内更换硫酸铜溶液以保证溶液的浓度始终保持在一定水平。它使用过程中溶液浓度不断的下降，带来的影响是极差不断的增加，当然实际工作中不会再次测量极差，所以在野外实际测量中使用也特别广泛，但由此带入的电阻率、极化率等参数误差有多少很难去追究。
大地电磁学_chp3一维正演
3.2 平面电磁波在均匀大地介质中传播
由于平面波垂直入射导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 E H H 0, 0 x y x y
代入电磁场旋度方程展开式中，有： H y 1 E y Ex i H x z z E x H x 1 i H y Ey z z Hz 0 Ez 0
3.2 平面电磁波在均匀大地介质中传播
Z xy Z yx Z Z
2
当取磁导率取为真空磁导率 0 4 10－7 H / m， 2 , 按实用单位制，电场E的单位取为mV / k m， T 磁场单位为伽马时，电阻率与波阻抗的关系写成：
＝0.2T Z
E i H E z E y i H x y z E x E z i H y z x E y E x i H z x y 1 H E H z H y 1 Ex y z H x H z 1 Ey z x H y H x 1 Ez x y
标量阻抗
任意正交测量轴上测得的波阻抗都相等
3.2 平面电磁波在均匀大地介质中传播
• 波阻抗与介质电阻率的关系
1. TM波
H y Ae kz Be kz z 时，H y 0. B 0 H y Ae , 又 Ex H y z A(k )e kz Ake kz k H y
1 2 1伽马＝ 10 安 / 米 4 6 1毫秒 / 公里＝ 10 伏 / 米
3.1 电磁场基本方程式
（二）、谐变场的麦克斯韦方程组 • 假定时谐因子为 e it ，利用傅立叶变换可将任 意随时间变化的电磁场分解为一系列谐变场的组 合，变换后，电磁场A可写成含有幅度和相位的 复数：
大地电磁法
第一节大地电磁测深法大地电磁测深法（MagnetotelluricSounding）,简称MT，是苏联学者Tikhonov(1950)和法国学者Cagniard(1953)50年代初提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。
由于它不用人工供电，成本低，工作方便，不受高阻层的屏蔽，对低阻层分辨率高，而且勘探深度随电磁场的频率而异，浅可以几十米，深可达数百公里，因此，近年来在许多领域都得到了成功的应用，引起了地球物理学家的广泛兴趣和极大的重视。
据报道，MT在苏联、美国、加拿大、澳大利亚、东欧、日本、冰岛等国的地球物理勘探工作中都占有重要地位。
近十年来，在我国也取得了突飞猛进的发展。
特别是在引进一批先进的仪器设备后，其勘探效果已逐渐被地球物理学家所公认。
现在已成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的手段；在石油和天然气的普查与勘探中，该方法是其它地球物理方法，特别是地震法的一种重要的补充；此外，在地热田的调查、天然地震的预测预报等方面，MT都发挥了或者正在发挥着重要的作用。
和任何新生事物一样，大地电磁的发展也不是一帆风顺的。
质自由50年代初问世以来，由于仪器测量精度不够，加之理论也不完善，它曾一度被打入冷宫，只是在此60年代引入模拟记录，在数字处理和解释中采用张量分析后，大地电磁才开始进入实际应用阶段。
随着数字技术的发展和数字化仪的推广，大地电磁法的地质效果才最终被地球物理学家所乘认。
在我国，虽然60年代初就引进了大地电磁法并开始了仪器的研制和方法的实验，然而，由于同样的原因，直至80年代初，在实际应用方面还没有取得任何突破性的进展。
大地电磁法（即大地电磁测深法）不仅给石油和天然气的普查与勘探增添了一种新的手段和方法，而且也给那些地震勘探难以进行（如火成岩和碳酸盐岩覆盖地区）和难以到达地区的石油勘探展示了新的前景。
大地电磁法也有它的不足。
首先，野外施工期限和每个测点上数据采集时间都受大地电磁场变异的强弱制约，记录的质量也取决于场源的性质和尺寸，这种“靠天吃饭”的被动源工作方式，无疑会大大影响工作效率，增加工作成本；其次，体积勘探的性质决定了MT的分辨率不高而且电阻率越高、频率越低，分辨能力越低；第三，观测误差，特别是低频的观测误差较大，而且观测误差的大小不仅受场源性质，构造的复杂程度和干扰的大小所制约，而且也有赖于观测时间的长短和叠加次数的多少；第四，在复杂地质条件下的资料处理和解释方法还很不成熟，有待进一步研究和发展。
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。
大地电磁场探测技术简介
大地电磁场探测技术简介大地电场岩性探测技术是20世纪90年代发展起来的石油勘探与开发的新技术。
由中国石油天然气总公司立项的（85-101-05-08）重点攻关项目。
现已广泛的应用于陆地及海上油田的勘探及含油气构造评价。
由于该方法对地下薄层及条带狀砂层油气、水的流体有独到之鉴别能力。
而且垂直分辨率高，并且不受任何地面条件的影响。
很适合城市的民房密集区、野外复杂地形及海上的勘测。
1、原理浅谈地层为水平N层均匀介质，则介质分界面产生反辐射脉冲电磁场（Hn、En）的频率（f）与上覆地表面地层岩性的电阻率（ρ）和岩性分界面的埋深（及第一层的厚度）有关。
由于大地对电磁的传播同样具有低频“窗口”特性。
新产生的低频脉冲电磁波（Hn或En）在“窗口”范围内传播时几乎无衰减。
白瑞（Burrel）曾推出低频电磁波在均匀水平N层介质中传播时低频窗口截止频率fn的计算公式：fn =KP/h2式中：K=9.4X105电阻率ρ—单位（Ω.m）N层水平介质示意图深度h—单位（m）频率fn—单位（Hz）式中可知，截止频率fn与h2成反比，即随着h的增大fn将明显降低，也就是说深部地层岩性分界面脉冲电磁波的频率很低，而截止频率fn与电阻率（ρ）成正比。
也就是地下岩性表现为高阻层时，其截止频率（fn）将升高。
设地层深度为h=2000m，电阻率增量dρ=0.1Ω.m。
Dfn=Kdρ/h2。
可求得：dfn=0.0235Hz，由此可知，只要能分辨出微小的频率变化，就能识别出电阻率发生微量变化的深部地层。
诠释地层各层间的产生的层间电磁场经叠加后，按其频率特性，反射向地面形成一个具有不同深度对应的电磁场。
用CYT-V型大地电场岩性探测仪，实现了对地下岩层反射到地面的电磁场中的随深度微小频率变化的电磁场的综合能量值采集。
-KH）即：△CYT=（CYT测通过对该方法的研究，实现对地下储集层的流体性质进行解释与判别。
2、主要技术特点与用途主要技术特点：探测仪体积小、重量轻、操作方便。
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）。
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；横向分辨能力较强；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；缺点体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方法相比）纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱大地电磁法（MT）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。
基本原理：依据不同频率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由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大地由浅至深的电性结构。
大地电磁法原理示意图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求其响应的过程。
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横电波横磁波：场的极化模式横电波（TE ） ：垂直于传播方向的场分量只有电场；横磁波（TM ） ：垂直于传播方向的场分量只有磁场；大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况大地电磁测深中常说的极化模式是以场源的极化方式来区分的，并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。
大地电磁平面波
大地电磁平面波全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：大地电磁平面波是指在大地表面传播的电磁波。
它是电磁场沿着大地表面传播的重要形式之一，广泛应用于地质勘探、通信、导航等领域。
本文将重点介绍大地电磁平面波的形成机理、特性和应用。
一、大地电磁平面波的形成机理大地电磁平面波的形成主要受到大地导电层和磁场的影响。
当电磁波在大地表面传播时，会受到地球磁场的影响而产生感应电流，感应电流在大地内部导电层中流动产生感应磁场，这样电磁波就可以在大地表面传播形成电磁平面波。
大地电磁平面波的传播速度很快，一般在大气干扰的情况下可以达到光速，传播距离也比较远，可以在几百公里的范围内传播。
1. 频率范围广泛：大地电磁平面波的频率范围很广，可以覆盖从几千赫兹到几百千兆赫兹的频段。
这使得大地电磁平面波在不同领域的应用中具有很大的灵活性和适用性。
3. 透射性好：大地电磁平面波在传播过程中能够透过地表以下的部分，对地下结构进行探测和勘探。
4. 抗干扰性强：大地电磁平面波在传播过程中受许多干扰，例如大气干扰、地磁干扰等，但它们拥有很好的抗干扰性能，能够在复杂环境中正常工作。
5. 数据解释简单：大地电磁平面波的数据解释比较简单，可以通过一些数学方法对数据进行处理和解释，从而得到有用的信息。
1. 地质勘探：大地电磁平面波可以用于地下资源勘探，例如石油、煤炭等地下矿产资源的勘探，通过电磁波传播的反射、透射等特性来对地下结构进行探测和分析。
3. 导航：大地电磁平面波可以用于地面导航系统中，通过电磁信号在大地表面传播的方式来提供位置信息，帮助人们准确定位。
4. 环境监测：大地电磁平面波还可以用于环境监测，例如监测地下水位、地下岩层结构等环境参数，为环境保护和资源管理提供重要信息。
大地电磁平面波在现代科技中具有广泛的应用前景，其独特的特性使其在各个领域都有重要的应用价值。
未来随着科技的不断发展，大地电磁平面波的应用领域将会不断扩展和深化，为人类社会的发展做出更大的贡献。
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；
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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 Hy
Ey = Zyx Hx + Zyy Hy
Hz = 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。
图4是对观测资料（视电阻率、相位等）进行反演过程示意图
反演得到的是沿每个测量剖面的地下的二维电性结构（电阻率或电导率），基于电性结构，进行地质解释。
4、一些先进数据处理和解释技术的应用
当前，为了提高观测资料的质量，即克服其他干扰因素的影响，一般采用远参考道(remote reference MT)测量法，并结合先进的对数据进行处理的robust 技术，得到资料误差尽量小的视点阻率、阻抗相位以及其他资料，以保证反演解释结果的可靠性。
远参考道方法是，在观测目标区之外的其他地方（一般选择构造相对简单、干扰相对较小的地方），架设另一套完整大地电磁测量仪器（测量5个分量），把这个站称为远基准站（remote station).利用远基准站观测的资料和观测目标区的仪器测量的资料联合进行处理，得到目标观测区的张量阻抗、视电阻率和阻抗相位等参数，达到压制其他干扰影响的目的。
0.001
0.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000
0.11.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0100000.0
l o g 10(a p p .r e s i s t i v i t y /O h m m )
0.001
0.0100.100 1.00010.000100.0001000.00010000.000
log10(period/sec)
030
60
90
p h a s e (d e g
)
xy
yx
为了克服进地表往往存在的小的三维异常体对资料产生的畸变(distortion)影响，可以采用小点距的的测量方法，或者采用各个相邻测点的测量电场的电极相互连接（称为电磁阵列剖面 EMAP electromagnetic array profile)技术进行测量。
图4 对观测资料（视电阻率、相位等）进行反演过程示意图
5、MT在温泉、地下热水等勘探的应用实例
MT法是基于地下的电阻率（或电导率）的分布，探测研究地质构造。
而探测水和流体最重要的的参数之一是它的电阻率参数，而对电阻率参数反映最灵敏的方法是电磁法，特别是确定地下流体或水的几何分布，电磁法是当今最好的方法。
电磁法探测得到的地下物质的电阻率ρr可以由下式（Archie定律）表示：
ρr= ρƒ φ –m
其中，φ 代表地下物质的孔隙度，即裂隙、孔隙或破碎带等在岩层中的体积百分比含量，ρƒ 代表孔隙中所含水或流体的电阻率，m代表孔隙之间的连通程度。
一般水和流体中含矿物质越多，流体中的电阻率ρƒ 越低，探测的电阻率越低。
孔隙之间的连通性越好，探测的电阻率也越低。
我们利用大地电磁法在许多地热田或温泉地区进行了探测，下面是几个探测的剖面实例。
D/km
上第三系－第四系下第三系：齐家组
万昌组
奢岭新生代－中生代古生代中生代－古生代断裂
lg(ρ)/Ωm
H /k m
图5 在东北某地区地下水探测结果剖面图，纵坐标代表深度，自地表到10km, 图中蓝色代表低电阻率区，推测为含水带。
图6 在大连黄海小平岛的地下热水探测，深度为地表到4000m 。
蓝色低阻区为地下水富集区。
热水富集区，并已被钻孔证实。