电法勘探-感应类-应用地球物理概论--课件.ppt

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1、电法勘探感应类电法勘探感应类应用地球物理概论应用地球物理概论电法勘探感应类电法勘探感应类第一节第一节 电磁感应法理论基础电磁感应法理论基础第二第二节 频率域率域电磁剖面法磁剖面法第三第三节 频率域电磁测深法频率域电磁测深法第四节第四节 瞬变电磁法瞬变电磁法第五节第五节 航空电磁法航空电磁法定义定义：电磁法电磁法也叫电磁感应法，是以地壳中岩、矿石的导电性也叫电磁感应法，是以地壳中岩、矿石的导电性与导磁性与导磁性差差异为物理基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场在空间与时间上的分布异为物理基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场在空间与时间上的分布规律，从而寻找地下良导电矿体或解决其他地质问题的一组

2、电法勘探方法。规律，从而寻找地下良导电矿体或解决其他地质问题的一组电法勘探方法。分类：分类：（理论基础和野外方法基本相同，地质效果各有特点。）（理论基础和野外方法基本相同，地质效果各有特点。）1）频率域电磁法频率域电磁法：利用多种频率的连续谐变电磁场；：利用多种频率的连续谐变电磁场；2）时间域电磁法时间域电磁法：利用不同形式的周期性脉冲电磁场；：利用不同形式的周期性脉冲电磁场；频率范围：频率范围：1Hz-100kHz 第一节第一节 电磁感应法理论基础电磁感应法理论基础第一节第一节 电磁感应法理论基础电磁感应法理论基础一、频率域和时间域电磁场的基本特点一、频率域和时间域电磁场的基本特点频率域电磁

3、场的基本特点频率域电磁场的基本特点利用交流发射装置，在地下和空气中建立谐变电磁场，激发方式有利用交流发射装置，在地下和空气中建立谐变电磁场，激发方式有接地式接地式和和非接地式非接地式（感（感应式）两种。应式）两种。在频率域中在频率域中，常用的谐变场场强、电流密度以及其他量均按余弦或正弦规律变化，常用的谐变场场强、电流密度以及其他量均按余弦或正弦规律变化，如如其中其中H，和，和E为初始相位。初始相位。接地方式接地方式是用，两个电极将交流电送入地下，是用，两个电极将交流电送入地下，地下分散的电流地下分散的电流和和，导线中的电流，导线中的电流共同在其周围产生一次电场和磁场，由于供电导线和大地具有电阻

4、和电感，供入地下的一次电共同在其周围产生一次电场和磁场，由于供电导线和大地具有电阻和电感，供入地下的一次电流场在相位上与电源相位发生位移。流场在相位上与电源相位发生位移。如果地下介质不均匀，在良导体中会如果地下介质不均匀，在良导体中会产生涡旋电场产生涡旋电场；流入地下的电流线穿过电阻率界面时；流入地下的电流线穿过电阻率界面时会会产生积累电荷产生积累电荷，这两种异常源都为开展物理探测提供了物理基础。，这两种异常源都为开展物理探测提供了物理基础。(严格讲，还有超低频率时产生激发极化场和超高频率时产生的位移电流场，太小忽略。严格讲，还有超低频率时产生激发极化场和超高频率时产生的位移电流场，太小忽略。

5、).时间域电磁场的基本特点时间域电磁场的基本特点 时间域电磁场时间域电磁场，是指那些在阶跃变化电流作用下，地下产生的过渡过程的感应电磁场，也叫，是指那些在阶跃变化电流作用下，地下产生的过渡过程的感应电磁场，也叫瞬瞬变场变场。因为这一过渡过程的电磁场具有瞬时变化的特点，故取名为瞬变场。与谐变场情况一样，其。因为这一过渡过程的电磁场具有瞬时变化的特点，故取名为瞬变场。与谐变场情况一样，其激发方式也有激发方式也有接地式接地式和和感应式感应式两种。在阶跃电流（通电或断电）的强大变化电磁场作用下，良导介两种。在阶跃电流（通电或断电）的强大变化电磁场作用下，良导介质内产生涡流场，其结构和频谱在时间与空间上

6、均连续地发生变化。质内产生涡流场，其结构和频谱在时间与空间上均连续地发生变化。描述瞬变电磁场的基本参数是描述瞬变电磁场的基本参数是时间，时间，这个时间依赖于岩石的导电性和收发距。在近区的高阻这个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）；而良导地层中，这一过程变得缓慢。岩石中，瞬变场的建立和消失很快（几十到几百毫秒）；而良导地层中，这一过程变得缓慢。由此可见，研究瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测具有不同导电性的地层分布。也可以由此可见，研究瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测具有不同导电性的地层分布。也可以发现地下赋存的较大良导体。发现地下

7、赋存的较大良导体。瞬变电磁场的激发源即一次磁场，是通过瞬变电磁场的激发源即一次磁场，是通过两种途径传播到观测点的两种途径传播到观测点的。第一种第一种途径是电磁能量经途径是电磁能量经过空气瞬时传播到观测点处。过空气瞬时传播到观测点处。第二种第二种途径是，由发射装置直接将电磁能量传入地中（从接地电极流途径是，由发射装置直接将电磁能量传入地中（从接地电极流进的或由电磁感应产生的）。随着时间的推移，这两种场叠加在一起，即形成瞬变电磁场。在进的或由电磁感应产生的）。随着时间的推移，这两种场叠加在一起，即形成瞬变电磁场。在晚期晚期第一种场实际上衰减殆尽，第二种场则占优势第一种场实际上衰减殆尽，第二种场则占

8、优势。第一节第一节 电磁感应法理论基础电磁感应法理论基础第二节第二节 频率电磁剖面法频率电磁剖面法 在频率域电磁剖面法中，常用的方法有不在频率域电磁剖面法中，常用的方法有不接地回线法接地回线法和和电磁偶极剖面法电磁偶极剖面法。1.不接地回线法不接地回线法 不接地回线法是用铺在地面上的一个矩形回线（不接地回线法是用铺在地面上的一个矩形回线（0.5km 0.3km或或1km0.5km）作为一次）作为一次谐变磁场的发射源，固定不动，然后在回线内、外布置的测线上逐点进行磁场观测的一种电磁谐变磁场的发射源，固定不动，然后在回线内、外布置的测线上逐点进行磁场观测的一种电磁剖面法。剖面法。一般一个频率沿测线

9、形成一条电磁剖面一般一个频率沿测线形成一条电磁剖面。在不接地回线法中根据观测参数的不同，又在不接地回线法中根据观测参数的不同，又有实、虚分量法、振幅相位法和振幅比相有实、虚分量法、振幅相位法和振幅比相位差法位差法等多种方法。等多种方法。回线场源回线场源 优点：优点：在异常中不包含在异常中不包含传导电流场传导电流场，较便于利用频率特性研究异常性质；，较便于利用频率特性研究异常性质；缺点：缺点：布置回线麻烦，有效工作面积小，故一般用于详查工作。布置回线麻烦，有效工作面积小，故一般用于详查工作。发射线圈，发射线圈，Transmiter，简称，简称T；接收线圈，；接收线圈，receiver，简称，简称

10、R实例：广东某磁铁矿区回线法观测实例：广东某磁铁矿区回线法观测结果结果 工作时选用工作时选用500m200m的矩形回线。的矩形回线。回线内中心测线上的垂直分量振幅和水回线内中心测线上的垂直分量振幅和水平虚分量观测结果平虚分量观测结果2）振幅比相位差法）振幅比相位差法 指观测相邻两点磁场振幅比及相位差的一种电磁剖面法，亦称指观测相邻两点磁场振幅比及相位差的一种电磁剖面法，亦称双框法或土拉姆法（或者叫双框法或土拉姆法（或者叫梯度观测法）梯度观测法）。工作中通常保持两接收线圈水平，即观测磁场垂直分量的振幅比和相位差。如果将第工作中通常保持两接收线圈水平，即观测磁场垂直分量的振幅比和相位差。如果将第n

11、个个测点的磁场（谐变场）垂直分量记为：测点的磁场（谐变场）垂直分量记为：式中式中号表示磁号表示磁场为复量，不复量，不带号的号的H为振幅，为振幅，为为相位，相位，则则相相邻邻两点磁两点磁场场垂直分量的比垂直分量的比为为：在普查工作中或当矿体产状较陡时，常将测线延伸到回线以外进行观测。根据模型实在普查工作中或当矿体产状较陡时，常将测线延伸到回线以外进行观测。根据模型实验结果，振幅比相位差法的最佳线框距约为二倍目标体埋深。验结果，振幅比相位差法的最佳线框距约为二倍目标体埋深。2.电磁偶极剖面法电磁偶极剖面法 电磁偶极剖面法的供电和接收装置多半采用小型多匝线框。（有时也采用电磁偶极剖面法的供电和接收装

12、置多半采用小型多匝线框。（有时也采用A、B接地装置。）接地装置。）这些方法的基本特点是：这些方法的基本特点是：装置轻便，使用灵活，工作效率高；可选择与多种有较强耦合关系的发装置轻便，使用灵活，工作效率高；可选择与多种有较强耦合关系的发射方式，从而提高探测能力；射方式，从而提高探测能力；但勘探深度较浅但勘探深度较浅。几个概念：几个概念：1)工作装置或观测系统工作装置或观测系统指发、收线框间的空间相互位置关系。指发、收线框间的空间相互位置关系。2)动源式工作装置动源式工作装置指发射和接收线框保持一定距离（收发距）同时移动逐点观测的装置。指发射和接收线框保持一定距离（收发距）同时移动逐点观测的装置。

13、3)同线装置同线装置指发、收线框在同一条测线上工作的装置。指发、收线框在同一条测线上工作的装置。4)旁线装置旁线装置指收、发线框分别在两条测线同号点上工作的装置。指收、发线框分别在两条测线同号点上工作的装置。5)定源式工作装置定源式工作装置发射线框在测线外某一点上固定不动，而接收线框在测线上逐点移动的装置。发射线框在测线外某一点上固定不动，而接收线框在测线上逐点移动的装置。6)垂直线框装置垂直线框装置用直立线框作场源的装置。用直立线框作场源的装置。7)水平线框装置水平线框装置用水平框作场源的装置。用水平框作场源的装置。作作如如下下规规定定：X指指测测线线方方向向，Y指指垂垂直直于于测测线线的的

14、水水平平方方向向，Z指指铅铅垂垂方方向向。如如旁旁线线XZ装装置置，前前一一个个字字母母表表示示发发射射磁磁矩矩指指向向X方方向向，后后一一个个字字母母Z表表示示接接收收线线框框法法指指向向Z方方向向，即即接接收收磁磁场场的的垂垂直直分分量量。观测值的观测值的记录点定为发射和接收的中心处记录点定为发射和接收的中心处。第二节第二节 频率电磁剖面法频率电磁剖面法实例：湖北某矽卡岩黄铁矿床实例：湖北某矽卡岩黄铁矿床围岩电阻率：围岩电阻率：100 。m矿石电阻率：矿石电阻率：110 。m覆盖层电阻率：覆盖层电阻率：2040 。m工作装置：工作装置：垂直线框，水平线框，旁线垂直线框，水平线框，旁线XZ频

15、率：频率：400Hz 1200Hz 3600Hz第三节频率电磁测深法第三节频率电磁测深法概念：概念：l频率电磁测深法频率电磁测深法_通过改变频率达到了解地表以下介质空间分布的一类电磁方通过改变频率达到了解地表以下介质空间分布的一类电磁方法。可分为电偶源、磁偶源和天然场源三种方法。法。可分为电偶源、磁偶源和天然场源三种方法。l频率电磁测深法与直流电阻率测深法主要区别频率电磁测深法与直流电阻率测深法主要区别_）频率电磁测深是通过改变）频率电磁测深是通过改变频率的方法来控制探测深度，而直流电测深是通过增大供电电极距的方法控制频率的方法来控制探测深度，而直流电测深是通过增大供电电极距的方法控制探测深度

16、，前者较后者轻松；）勘探深度很大，等值现象作用范围窄。探测深度，前者较后者轻松；）勘探深度很大，等值现象作用范围窄。“趋肤深度趋肤深度”_一般认为地下电磁场振幅衰减为地表强度的倍时的深度，也称一般认为地下电磁场振幅衰减为地表强度的倍时的深度，也称电磁波穿透深度，上式电磁波穿透深度，上式就称为趋肤深度就称为趋肤深度。“卡尼亚电阻率卡尼亚电阻率”_用互相垂直的电场水平分量和磁场水平分量计算的视电阻率。即用互相垂直的电场水平分量和磁场水平分量计算的视电阻率。即第四节第四节 瞬变电磁法瞬变电磁法0：基本原理：基本原理 瞬变电磁法测量装置由瞬变电磁法测量装置由发射回线发射回线和和接收接收回线回线两部分组

17、成。瞬变电磁法工作过程可以两部分组成。瞬变电磁法工作过程可以划分为划分为发射发射、电磁感应电磁感应和和接收接收三部分。三部分。根据电磁感应理论，发射回线中根据电磁感应理论，发射回线中稳定稳定电流电流突然变化必将在其周围产生磁场，该磁场称突然变化必将在其周围产生磁场，该磁场称为为一次磁场一次磁场。一次磁场在周围传播过程中，。一次磁场在周围传播过程中，如遇到地下良导电的地质体，将在其内部激如遇到地下良导电的地质体，将在其内部激发发感生电流或涡流感生电流或涡流（二次电流场）二次电流场），当发射，当发射回线中的回线中的稳定电流突然切断后稳定电流突然切断后，一次场消失一次场消失，但涡流不回立即消失，由于

18、涡流为时变电流，但涡流不回立即消失，由于涡流为时变电流，在其衰减的过程中，产生磁场并向地下传播，在其衰减的过程中，产生磁场并向地下传播，此磁场又在其周围产生电场此磁场又在其周围产生电场，于是随着，于是随着时间的延长，涡流逐渐向下扩展。时间的延长，涡流逐渐向下扩展。由于良导电矿体内感应电流的热损耗，二由于良导电矿体内感应电流的热损耗，二次磁场大致按次磁场大致按指数规律指数规律随时间衰减，形成的随时间衰减，形成的瞬变磁场。二次磁场主要来源于良导电矿体瞬变磁场。二次磁场主要来源于良导电矿体内的感应电流，因此它包含着与矿体有关的内的感应电流，因此它包含着与矿体有关的地质信息。地质信息。1、划分地层结构

19、与隐伏构造、划分地层结构与隐伏构造 应用实例l在在4 4号点钻探结果：号点钻探结果：l0 01.71.7米耕植土，米耕植土，l1.71.73.03.0米含碎石粘土，米含碎石粘土，l3.03.012.912.9米强风化白云岩，米强风化白云岩，l12.912.915.815.8米断层破碎带，米断层破碎带，l15.815.826.326.3米中风化白云岩。米中风化白云岩。2、界定地下水位、界定地下水位在点号在点号530、550、570处进行了钻孔验证处进行了钻孔验证地下水位线大约在地下水位线大约在125米深度处。米深度处。在在3#3#点处点处经某防化兵团经某防化兵团负责人证实，负责人证实，探测结果与

20、探测结果与实际情况相符。实际情况相符。4、探测战争年代遗留的炮弹、探测战争年代遗留的炮弹 第五节第五节 航空电磁法航空电磁法航空电磁法是在地面电磁法原理基础上发展起来的一种空中测量的电磁法航空电磁法是在地面电磁法原理基础上发展起来的一种空中测量的电磁法系统，系统，1950年在加拿大开始生产飞行，目前国外已经发展到几十种类型，年在加拿大开始生产飞行，目前国外已经发展到几十种类型，1980年年以后，我国研制的航电系统有两种：以后，我国研制的航电系统有两种：HDY-2,M-1。对飞机要求：能适于低空飞行的轻型固定翼飞机或直升机，前者优点速度对飞机要求：能适于低空飞行的轻型固定翼飞机或直升机，前者优点速度快、飞行时间长、成本低，缺点不易在山区工作；后者与前者正好相反。快、飞行时间长、成本低，缺点不易在山区工作；后者与前者正好相反。方法原理：方法原理：1.硬架系统介绍硬架系统介绍 2.频率域航电系统介绍；频率域航电系统介绍；3.时间域航电系统介绍；时间域航电系统介绍；应用范围：应用范围：大范围普查大范围普查找矿或地质填图。找矿或地质填图。频率范围：中低频频率范围：中低频nHzn1000Hz