电法勘探-3_2(频率域电磁测深)讲解
频率域电磁法勘探详解(供时频电磁法勘探参考)
波阻抗相位（FDEM）MT/AMT/CSAMT频率域电磁法勘探反演所用的波阻抗反演方法，测量点必须位于波区（又叫做平面波区或远区）同时测量相互正交的电场分量和磁场分量，电场与磁场的比值具有阻抗的量纲，称为波阻抗，用符号Z来标示，x方向的电场与y方向的磁场比值记为Z xy。
注意：Zxy：是复数K：波数，是复数ω：角频率μ：磁化率σ：电导率ρ：电阻率均匀介质中电场相位角落后于磁场，这个角度就是MT/AMT/CSAMT勘探数据处理过程中所给出的振幅和相位曲线中的相位曲线。
视电阻率计算公式如下：当平面电磁场垂直入射均匀大地时，即使不知道场源强度，只要测量出大地表面相互正交的一对电场和磁场，便可以确定大地的电阻率，而选用不同的频率可达到不同的勘探深度，这就是天然场源MT/AMT 或人工场源CSAMT的波阻抗反演的理论基础。
大地电磁测深一般要测量相互正交的两个水平电场Ex，Ey和相互正交的两个水平磁场Hx，Hy（MT测量过程中还要测量垂直磁场Hz）。
测量两个水平电场是用两对不极化电极，电极距一般为100～200米。
因为AMT和MT的天然电磁场信号较弱，应该采取措施避免测量电线晃动切割地球磁场产生的噪声。
测量磁场则是用两个相互正交的匝数很多的高导磁芯线圈。
MT/AMT/CSAMT波阻抗反演数据处理流程电磁场的测量是在时间域进行的，再用傅里叶变换将测量信号转换为频率域信号。
测量电磁场信号的采样时间间隔应使截止频率高于所需的最高频率，采样时窗宽度应大于所需的最低频率对应的周期。
为了避免数据量太大，当需要测量的频带范围较宽时，一般分为几个频段采样，并分段作傅里叶变换。
测量电磁场的频率范围应使最高频率对应的穿透深度为所需探测的第一层厚度的几分之一，最低频率对应的穿透深度为最大勘探深度的数倍。
为了去除局部电磁场的影响，现在实际测量中采用所谓的“远参考系统”，除测点外，还在距离测点数十公里以外的地方设立一个参考点，同时进行测量。
电法勘探
3
• 电法勘探 一 引言
物理性质
地球物理方法
速度 密度 磁性(磁导率/磁化强度)
地震√ 重力√ 磁法√
地壳
大地水准面上
p
海洋
H
真实的地球
电阻率/介电性/磁化率 电法
极化率
激发极化
?
?
• 电法勘探
设 想
人工或天然地震方法
ρ(x,y,z)
v(z) T
4
一 引言
类似于地震的方法--用电流激发地球
• 电法勘探
5
一 引言
设 类似于地震的方法---用电流激发地球 想
v n*102 ~ n*103 m / s
x(t)
ve shift
j ne
n *10 1mm / s
I M
A(+)
s(r)
N
B(-)
1
v1
1
2
v2
2
3
v3
3
• 电法勘探
设 地壳
想
大地水准面上
p
6
一 引言
海洋
真实的地球
H
天然场激励的方法? 重力:重力场为地球固有的; 磁法:地磁场为地球固有的; 地震:天然地震为地球所固有; 电法:地球有固有的电磁辐射吗?没有。 但有来自太空的电磁辐射。
• 激发极化法（IP,Induced Polarization）
Current I(amp)
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
0
4
8
12
16
20
Time (s)
3、交流电磁法（频率域电磁场）
1.0 0.5
Current I(amp)
频率域电磁测深
Ex z0
——— Ex衰减到地面的 36%
所以取：
h有效 2
503.3
/ f
(米） 时
另取： Ex衰减到地面的 50%
h有效 356 / f (米）
说明：h有效 与电阻率和 f 有关，在某测点下电阻率一定，通过改变 f,
可探测地下不同深度。
3）电磁场表达式
90o
时
M点的EX 、Ey 、EZ 、及HX 、Hy 、Hz 与 r f 有 关。实际工作中常用 赤道电偶极源，
过渡区：介于波区与S区之间的场区。
r （6～8）H H 目标层的最大深度
一般 f (0.1～n1000）Hz
注：高频时为波区情况，低频时进入S区→→→与MT的不同之处
2）有效穿透深度
在波区，均匀半空间：设电偶极子AB向地下供入的谐变场为 eit
Ex
I
AB r 3
e2
z
当z 时 2
Ex
1 e
频率测深的几个特点：
①分辨力高 ②穿透能力强 ③各向异性影响小 ④地表不均匀影响大 ⑤勘探深度大
直流电测深曲线与频率测深曲线的分辨力比较 （a）直流电测深 （b）（c）频率测深
无论电磁波入射角多大，入射后总是近似垂直地面传播的平面波。
③ 波场区的划分
波区：r
2
时，地层波S衰减殆尽，地下只有S0波入射形成的S*波存在。
在波区S*相当于从高空垂直入射的平面电磁波。对地层分辨率最高，各向 异性影响小。
S区：r
2
时，地层波S占主导地位。其观测值与地层关系很弱，或只
与总纵向电导有关。
波区：
I AB
Ex r3
Ey EZ 0
Hx 0
电法勘探原理与方法
电法勘探原理与方法教案刘国兴2003．5总学时64，讲授54学时，实验10绪论：（1学时）绪论中讲5个方面的问题1.对电法勘探所属学科及具体定义。
2.电法勘探所利用的电学性质及参数。
3.电法勘探找矿的基本原理。
在此主要解释如何利用地球物理（电场）的变化，来表达找矿及解决其它地质问题的原理。
4.电法勘探的应用。
1)应用条件2)应用领域3)解决地质问题的特点4)电法勘探在勘探地球物理中所处的位置第一章电阻率法本章为电法勘探的常用成熟的方法，在地质勘察工作中发挥着重要作用，是学习电法勘探的重点之一。
本章计划用27学时，其中理论教学21学时，实验教学6学时。
§1.1 电阻率法基础本节计划用7学时，其中讲授5学时，实验2学时。
本节主要讲述如下五个问题一、矿石的导电性（1学时）讲以下3个问题：1)岩，矿石导电性参数电阻率的定义及特性。
2)天然岩，矿石的电阻率矿物的电阻率及变化范围，岩石电阻率的变化范围。
3)影响岩，矿石电阻率的因素。
I.与组成的矿物成分及结构有关。
II.与所含水分有关。
III.与温度有关。
二稳定电流场的基本性质。
主要回顾场论中有关稳定电流场的一些知识，给出稳定电流场的微分欧姆定律公式电流的连续性（克希霍夫定律）；稳定电流场是势场三个基本性质。
三均匀介质中的点源电场及视电阻率的测定主要讲述三个内容：1)导出位场微分方程（拉氏方程）及的位函数的解析解法。
2)点电流源电场空间分布规律。
3)均匀大地电阻率的测定方法。
电法勘探中测量介质电阻率的方法由此问题引出，开始建立电法勘探中“装量”这一词的概念，本节重点：稳定电流场的求法及空间分布；均匀大地电阻率的公式的导出及测定方法。
以上内容两学时四非均匀介质中的电场及视电阻率（1学时）阐述4个问题1)什么是非均匀介质中的电场？特点，交代出低阻体吸引电流，高阻体排斥电流的概念2)非均匀电场的实质：积累电荷的过程。
3)什么是视电阻率？如何定义？4)视电阻率微分公式。
关于频率电磁测深几个问题的探讨(三)——频率电磁测深相位问题分析
第41卷 第5期 煤田地质与勘探Vol. 41 No.5 2013年10月COAL GEOLOGY & EXPLORA TIONOct. 2013收稿日期: 2012-10-10作者简介:陈明生(1940—)，男，山东单县人，研究员，博士生导师，从事电磁法勘探研究.文章编号: 1001-1986(2013)05-0062-04关于频率电磁测深几个问题的探讨(三)——频率电磁测深相位问题分析陈明生(中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710077)摘要: 频率电磁测深复电阻率含有振幅视电阻率和相位，相位既可由复电阻率的虚部和实部表示，也可通过振幅视电阻率转换得出。
阐述了振幅视电阻率转换为相位的原理和计算公式。
根据典型地电模型计算的振幅视电阻率曲线和相位曲线，分析了相位曲线与振幅视电阻率曲线的关系及特点。
分析结果表明，相位曲线变化幅度更大，相应频率更高，可提高对地层的分辨率，加大探测地层深度。
将振幅视电阻率和相位资料结合解释，可提高解释的地质效果。
关 键 词：振幅视电阻率；相位转换；地电模型；地层分辨率；探测地层深度；地质效果 中图分类号：P631 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.05.013Analysis of frequency electromagnetic souding phase problemCHEN Mingsheng(Xi ′an Research Institute , China Coal Technology & Engineering Group Crop , Xi ′an 710077, China )Abstract: The complex resistivity of frequency electromagnetic sounding contains apparent resistivity of ampli-tude and phase, the phase can be expressed by the imaginary part and the real part of the complex resistivity can also be obtained through conversion of apparent resistivity of amplitude. This paper focuses on principle and for-mula which transform the apparent resistivity of amplitude into phase . According to the typical geoelectric model the apparent resistivity of amplitude and phase have been calculated, curve characteristics and the relationship be-tween each other have been analyzed. The results display phase curves with greater amplitude and higher fre-quency. Therefore, it can improve the stratum resolution and increase the detecting depth. Through explanation combining with the data of apparent resistivity of amplitude and phase, the geological effect of the interpretation can be improved.Key words: amplitude apparent resistivity; phase transformation; geoelectric model; stratum resolution; detecting depth;geological effect1 频率电磁测深相位表示频率电磁测深所探测的大地可理解为是一个具有电阻、电容和电感的交流电路，观测的各场强分量()F ω具有复数性质，通过一定的计算可将其转换为复视电阻率s ()ωρ，其表示式可写为：s ()()(12)n F ωK n Iωρ=,= (1)式中 I 为供电电流；K 为和装置等有关的系数。
地球物理勘探(电法)附答案及部分解析
，R=UI ,则为同步变化，不受电流大小影响7.在可控源电磁测深中，反映物性的电磁参数主要是哪个？（B）A. 直立的低阻矿体B. 直立的高阻矿体C. 处于山谷的低阻矿体D. 水平的高阻矿体19. MT中浅部电性不均体主要影响哪个量的测量：(A)A.电场振幅B.电场相位C.磁场振幅D.磁场相位20. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度21.下列哪些情况可视为远区工作的有（D）A.观测场为平面波B.发收距大于趋肤深度C.CSAMT工作法D.MT工作法22. 下列地球物理勘探方法中，属于电磁法勘探的是（D）A.充电法B.频率测深法C.激发激化法D.对称四极测深法23. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度三、填空题1.在电法勘探中已被利用的岩（矿）石的电学性质有岩（矿）石的电阻率，极化率，介电性以及介电常数。
2. 目前用于煤田的勘探方法主要包括MT、 AMT、CSAMT以及TEM等3.电法勘探按观测的场所分海洋电法、地面电法、航空电法、以及井下电法。
4.大地电磁测深曲线中，高视电阻率对应低相位。
5.中间梯度法理论上在寻找直立的高阻体和水平的低阻体能产生明显的异常。
6.作为边界条件，在两种岩石分界面上，连续的参数有电流密度的法向分量及电场的法向分量。
7. 自然电场法的测量方式有电位梯度测量、电位观测法以及追索等位线。
四、简答题1、瞬变电磁勘探存在一个最小勘探深度，即盲区，为什么？因为无论是发送线圈还是接收线圈，自身有一个过渡过程，在激励关断瞬间，接收线圈接收到的信号既有地下电磁感应信号，又有线圈本身的自感及发送线圈的自感信号，在早期，自感信号大于感应信号。
第 4 页共6 页这个点采集时间需要1/0.0001，也就是10000s，但是半分钟不可能得到如此低频的数据；2.“通过软件直接反演电道磁道数据而无需阻抗数据”不合理，对于人工源，我们是可以知道频谱的，但是对于天然源，我们是无法知晓的，因此天然源只能反应阻抗差，不能直接反演电道磁道数据。
大学电法课件第三章电测深法
当对工区内各条剖面的电测深曲线进行定 量解释后，便可绘出相应的地电断面图，如果 对地电断面图中各电性层能够赋予相应的地质 内容，那么，便可进而获得推断的地质剖面 图。对比分析各条剖面图的变化，便可得到整 个工区地层的分布及构造的特征。
1.二层量板及二层曲线的解释
（1）水平二层断面测深曲线方程式 点源场水平层状介质的电位计算通常
辽河15线电测 深等ρs断面图
左图是辽河安山岩地 区的电测深等 s 断面图。 区内除在河谷中分布有较 厚的松散沉积物外，燕山 期花岗岩及侏罗纪安山岩 广布全区。在安山岩内有 一条北东东向断层通过， 从电测深等s断面图上可 见，在 90~115 号点间出 现向南倾斜的低阻异常 带，其电阻率较低，反映 了向南倾斜的断裂带的存
及 h2。三层曲线较二层曲线复杂，但决定三层
曲线基本形态的是 1、2 和 3三者之大小关系。
它们可能有如下四种关系
三层电测深曲线——四种类型
s
H
s
K
s
AB/2 s
A
1
AB/2
1 2
3
h1
h2
AB/2 Q
AB/2
H型三层曲线：
1 2 3
A型三层曲线：
1 2 3
K型三层曲线：
1 2 3
Q型三层曲线：
根据第一层的厚度来选择ＡＢ的最小极距，
应使：
( AB)min h1
第三个条件（右支应可靠地表现出标准层的 渐近线） 根据待测标准层顶板的埋深来选择ＡＢ的最
大极距，使尾支出现渐近线至少有三个极距的读 数。
三、电测深法
1、电测深法的概念 2、电测深曲线类型及特点 3、电测深的定性解释 4、电测深的定量解释 5、电测深法的应用
地磁与地电-频率测深
k iu
式中
I 0 , K 0 , I1 , K1
为零阶和一阶的第一类和第二类修正的贝塞尔函数
(1)远区的电磁场
当
kr 1
e
kr
0
即在远区时，上式变为：
Idl Ex [3 cos2 2] 2r 3
3Idl sin Hz 2 4 2 k r
当，
§3.2.1 在均匀大地表面接地水平电偶源的电磁场
接地电极A,B间长度小于AB中心到观测点距离的 3—5倍时,在观测点处的场就可以近似认为是偶极
子场.长导线场源的电磁场求解问题,实质上是偶极
场源的积分问题,因为这样的场源可以视为无数个 偶极场源的组合.
设在地表AB连线的为X轴,Z轴朝下. 这时候,在电阻率为R的 均匀大地表面上解
存的的电现象。从麦克斯韦方程组可以知道，这一导电介质
的总电流密度为： (i )E j 式中 项为位移电流密度， i E 石的并联等效电路。引入复电导率
E
项为传导电流密度。这两种电流密度相加的性质正好提供岩
* i
1 * i
*
1
或者引入复介电常数
2
即在供电偶极的磁场之赤道上测量时，以上二式变为：
Idl Ex 3 2r
3Idl Hz 2 k 2 r 4
当，
0
Hz 0
即在供电偶极磁场之轴向上测量时，上式变为
Idl Ex 3 2r
小结:
对于所有远区场的水平分量均与r3成反比,而垂直分量与 r4 成反比.另外,磁场水平分量与 成比例,所以它对电阻 率的分辨能力较差.
i i
*
磁导率: 在介质中，磁感应强度B与磁场强 度H的比值称为磁导率，即
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AB r MN r
AB （1/ 3～1/ 5)r AB （1/10)r
L r
L （1/10)r
3) 野外观测方法
供电偶极子：f由高→低变化，f是离散的，某个频率→频点
f : n1000Hz 0.0nHz 在测点产生的电位差 VEx 或 VHz后，就可根据相关公式计算相应频率 之视电阻率和相位，并绘出该点的视电阻率和相位曲线。
§3.3 频率电磁测深法
3.3.1 频率测深法的基本原理
频率测深法的场源既可采用接地的水平电 偶极子，也可采用不接地的磁极子（水平线圈 构成的垂立磁偶源）向地下输入不同频率的电 磁场。测量时，
既可用水平电偶极子测量电场分量 Ex , E y
也可用垂直和水平线圈测量磁场
Hx,Hy Hz
频率电磁测深装置示意图
直流电测深曲线的幅度只差5～7％，相反
频率测深曲线的振幅和相位曲线的幅度相
差较大，前者最大达40％，后者最大达15
％。由此可见，频率测深曲线比直流电测
深法的分辨力高。
直流电测深曲线与频率测深曲线的分辨力比较 （a）直流电测深 （b）（c）频率测深
②穿透能力强
• 穿透能力强（能穿透高阻屏蔽层） • 由于直流电场和似稳电场均不能穿过电阻
双对数坐标：纵轴 lg 横轴 lg T
3.3.3 频率测深的资料解释及应用
1）定性解释
分析对比→→划分曲线类型→→绘制各种图件 曲线类型图 等视电阻率平面图、断面图 其它参数的平面图、断面图
2）定量解释
①量板对比 ②其它方法 ③反演解释
3）应用效果
优点（相对于直流电测深）： 效率高 分辨能力高（主要对低阻层） 能穿透高阻屏蔽层 岩层各向异性影响小 勘探深度大
2）有效穿透深度
在波区，均匀半空间：设电偶极子AB向地下供入的谐变场为 eit
Ex
I
AB r 3
e2
z
当z 时 2
Ex
1 e
Ex z0
——— Ex衰减到地面的 36%
所以取：
h有效
பைடு நூலகம்
2
503.3
/ f
(米） 时
另取：
E
衰减到地面的
x
50%
h有效 356 / f (米）
在波区S*相当于从高空垂直入射的平面电磁波。对地层分辨率最高，各向 异性影响小。
S区：r
2
时，地层波S占主导地位。其观测值与地层关系很弱，或只
与总纵向电导有关。
过渡区：介于波区与S区之间的场区。
r （6～8）H H 目标层的最大深度
一般 f (0.1～n1000）Hz
注：高频时为波区情况，低频时进入S区→→→与MT的不同之处
①分辨力高
频率测深的几个特点：
• 图10-3-5是H型断面直流电测深曲线与频率 测深曲线的比较。曲线①的断面参数为；
• 曲线②的参数为: 两 2
1 4
,
3
, v2
1
2
119,
3
,
v2
1 5
种断面基底埋深相差 0.8h1，但S值却相差不
大(S①＝5，S②＝4.8)，形成S等值，所以
由电场、磁场公式可以计算地层电阻率公式：
Ex r3
I AB
Ex
Hz
2r 4 0
3I AB
Hz
在非均匀介质中，还用上式计算，即为综合影响，称为视电阻率
kH kE
Ex
r 3
AB MN
VE I
kE
VE I
Hz
2r 4 VH
3AB nA I
Hx 0
Hy
(1 i)
I AB 2r 3
2 0
Hz
i
3I AB 2 0r 4
S区：
Ex
I
AB 2r 3
Hx 0
Hy
I AB
2r 2
I AB
H z 4r 2
Ey EZ 0
说明：磁场分量与地层的电性无关。
4）视电阻率的概念
c) 对称性：A→Q K→H曲线特征呈相反关 系，但并不完全等值。
③等值原理：同MT S等值性：薄层低阻 H A H等值性：薄层高阻 K Q
3.3.2 频率测深的野外工作方法
1) 测线与装置的布置
一般认为频率测深之记录点是场源和接收点之中点“O”。
2）装置参数
尽可能波区，偶极子
r （6～8）H H 目标层的最大深度
①完全波区理论曲线：（即整条曲线都符合
r
2
）
②实际曲线（即整条曲线不能都符合 r
2
曲线特点:
a) 磁场分量视电阻率曲线
Hz
1 6
0
r
2
b) 电场分量视电阻率曲线
Ex
2( h1
h2
r ...
hn1 )
1 2
n 1
Ex
尾支只与总纵向电导S和r有关。为水平渐近线。
由反射定律：
sin V 10f
sin0 C 3105
f 1000 1000 时
sin 0.01sin0 即使0 90o 0.6o
无论电磁波入射角多大，入射后总是近似垂直地面传播的平面波。
③ 波场区的划分
波区：r
2
时，地层波S衰减殆尽，地下只有S0波入射形成的S*波存在。
率为无限大的屏蔽层，但磁场能穿过。
③各向异性影响小
• 由于频率测深法是在波区测量，在测点附 近，一次场以平面电磁波的形式垂直向下 入射，从而引起的电流线是水平的，因此， 对场的分布起作用的是岩层的纵向电导率， 而与横向电阻关系较小。可见，相对直流 电测深法来说，岩石水平方向的各向异性 对频率测深曲线解释结果影响不大。
1）电磁波传播途径及场区划分
① 传播途径
由场源发射的电磁波分为：天波、地面波、地层波
②电磁波的水平极化
设均匀半空间：波长 10
f
空气中 0
C f
f 1Hz 0 3 10 5公里
14.1公里
f 1000 Hz 0 300公里
0.447 公里
20 m 时：
kH
VH I
———布极常数
n A ——接收线圈匝数和面积
VE ——MN间的电位差
VH ——接收线圈所测电位差
由于频率测深中收发距r是固定不变的，随着频率的降低和断面参数的变化， 测点所处的位置会从波区逐渐向S区过渡。频率测深曲线就会呈现高频为波区， 低频为S区的全波曲线的特征。
5）理论曲线
说明：h有效 与电阻率和 f 有关，在某测点下电阻率一定，通过改变 f,
可探测地下不同深度。
3）电磁场表达式
90o
时
M点的EX 、Ey 、EZ 、及HX 、Hy 、Hz 与 r f 有 关。实际工作中常用 赤道电偶极源，
波区：
I AB
Ex r3
Ey EZ 0