EH4双源大地电磁测深系统培训讲义(2012)

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。
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。
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。
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。
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
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
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
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
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
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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
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：
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
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
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。
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
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：
*视电阻率*
根据卡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
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
2-D Analysis—反演、成图
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
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。
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。
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