1、电法勘探-感应类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节第二节 频率域电磁剖面法频率域电磁剖面法第三节第三节 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
2、解决其他地质问题的一组电法勘探方布规律，从而寻找地下良导电矿体或解决其他地质问题的一组电法勘探方法。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
3、磁场的基本特点频率域电磁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cos();cos()HEHHtEEt其中其中H，和，和E为初始相位。为初始相位。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
4、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
5、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。)非接地方式（感应方式非接地方式（感应方式）是在地表敷设不接地线圈磁偶极子，在线圈周围产生交变）是在地表敷设不接地线圈磁偶极子，在线圈周围产生交变一次电磁场，它能激发地下二次电磁场。地下二次电磁场的频率与激发场的频率相同，但相一次电磁场，它能激发地下二次电磁场。地下二次电磁场的频率与激发场的频率相同，但相位发生位移。由于一次场和二次场在观测点上的空间取向不同，所以这两种场的合成结果必位发生位移。由于一次场和二次场在观测点上的空间取向不同，所以这两种场的合成结果必然形成椭圆。总电场（或磁场）矢量端点随时间变化的轨迹为椭圆，因此叫然形
6、成椭圆。总电场（或磁场）矢量端点随时间变化的轨迹为椭圆，因此叫椭圆极化场椭圆极化场。.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，。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，其激发方式也有其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，良两种。在阶跃电流（通电或
7、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均连续地发生变化。导介质内产生涡流场，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。也可由此可见，研究瞬变电磁场随时间的变化
8、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。以发现地下赋存的较大良导体。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途径是电磁能量经过空气瞬时传播到观测点处。经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。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。在在晚
9、期第一种场实际上衰减殆尽，第二种场则占优势晚期第一种场实际上衰减殆尽，第二种场则占优势。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）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次谐变磁场的发射源，固定不动，然后在回线
10、内、外布置的测线上逐点进行磁场观测的一种电磁剖面法。电磁剖面法。一般一个频率沿测线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，Tr
11、ansmiter，简称，简称T；接收线圈，；接收线圈，receiver，简称，简称R1）实、虚分量法）实、虚分量法 实、虚分量法按接收线圈所处方位的不同，可沿测线逐点观测交变磁场的垂直分量或沿实、虚分量法按接收线圈所处方位的不同，可沿测线逐点观测交变磁场的垂直分量或沿剖面方向的水平分量。即可剖面方向的水平分量。即可观测观测这些分量的这些分量的实部和虚部实部和虚部，也可观测它们的，也可观测它们的振幅和相位振幅和相位。剖面法野外观测要点：剖面法野外观测要点：主要由发射机和接收机两部分组成。（主要由发射机和接收机两部分组成。（1）发射机是）发射机是由固定频率的交流发电机由固定频率的交流发电机或信号发
12、生或信号发生器以谐振形式向回线馈送电流。（器以谐振形式向回线馈送电流。（2）接收机则因视观测参数的不同而有很大差别。当只观测）接收机则因视观测参数的不同而有很大差别。当只观测振幅时，由接收线圈、选频放大和指示器组成；当观测实、虚分量时，尚需增加移相器和参考振幅时，由接收线圈、选频放大和指示器组成；当观测实、虚分量时，尚需增加移相器和参考线。线。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
13、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：ninnHH e式中式中号表示磁场为复量，不带号表示磁场为复量，不带号的号的H为振幅，为振幅，为相位，则相邻两点磁场垂直分量的比为：为相位，则相邻两点磁场垂直分量的比为：11()111
14、nnnniinnninnnHHeHeHH eH 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。异常特点：异常特点：（1）当工作频率较低时（）当工作频率较低时（220Hz及及660Hz），），异常主要异常主要反映导电性较好的黄铁铅锌矿体反映导电性较好的黄铁铅锌矿体（16号点附近的异常），干扰背景较低。号点附近的异常），干扰背景较低。（2）当工作频率为）当工作频率为1125Hz时，在时，在导
15、电性较差的导电性较差的铅锌矿铅锌矿上（上（13号点）开始出现异常。号点）开始出现异常。（3）随着工作频率的增高，浅部覆盖层干扰）随着工作频率的增高，浅部覆盖层干扰异常叠加到有用异常上，形成复合异常，其幅异常叠加到有用异常上，形成复合异常，其幅度随频率增高而增大。度随频率增高而增大。实例：广西某铅锌矿振幅比相位差法野外结果实例：广西某铅锌矿振幅比相位差法野外结果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
16、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。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
17、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。作如下规定：作如下规定：X指测线方向，指测线方向，Y指垂直于测线的水平方向，指垂直于测线的水平方向，Z指铅垂方向。如旁线指铅垂方向。如旁线XZ装置，前一个装置，前一个字母表示发射磁矩指向字
18、母表示发射磁矩指向X方向，后一个字母方向，后一个字母Z表示接收线框法指向表示接收线框法指向Z方向，即接收磁场的垂直分量。方向，即接收磁场的垂直分量。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 在实际工作中，在实际工作中，发射磁距发射磁距可指向可指向X、Y、Z三个方向，三个方向，接收线框接收线框也可接收也可接收X、Y、Z三个分量。三个分量。故同线和旁线装置分别有九种组合方式。如同线故同线和旁线装置分别有九种组合方式。如同线XZ与同线与同线ZX装置。装置。野外常用的装置主要有：同线野外常用的装置主要有：同线ZZ（水平共面）、
19、旁线（水平共面）、旁线XZ及定源垂直、水平线框装置。及定源垂直、水平线框装置。在航空电磁法中常用旁线在航空电磁法中常用旁线XX（直立共面）、同线（直立共面）、同线XX（直立共轴）和同线（直立共轴）和同线ZX（正交）系统。（正交）系统。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
20、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。方法。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）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。制探测深度，前者较后者轻松；）勘探深度很大，等值现象作用范围窄。电磁波传播
21、原理：电磁波传播原理：在电偶源频率测深法中，地表电偶极源产生的电磁场均向四面八方传播（图在电偶源频率测深法中，地表电偶极源产生的电磁场均向四面八方传播（图2-4-17），其传播路径可分为其传播路径可分为天波天波、地面波地面波（S0）和）和地表波地表波（S1）。因为频率测深用的是）。因为频率测深用的是长波和超长长波和超长波波，故向上传播的天波不会被电离层反射回地面，因此不必考虑它。由于地面波和地表波，故向上传播的天波不会被电离层反射回地面，因此不必考虑它。由于地面波和地表波的波程差别，便在地面附近形成一个近于水平的的波程差别，便在地面附近形成一个近于水平的波阵面波阵面，进而形成垂直向下传播的，进
22、而形成垂直向下传播的水平极水平极化面波化面波（S*波）。波）。“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。5032zf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2212xsyEfH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成。瞬变电磁法
23、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，由于涡流为时变电流
24、，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、划分地层结构与隐伏构造、划
25、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。3、探测地下金属矿藏、探测地下金属矿藏经钻探验证：经钻探验证：图中红色区域图中红色区域为高品
26、位铅锌矿。为高品位铅锌矿。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
27、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 航空电磁法硬架介绍航空电磁法硬架介绍1 1）硬架系统：）硬架系统：发射、接收线圈分别安装在同一发射、
28、接收线圈分别安装在同一“刚性刚性”硬架上，如图所硬架上，如图所示示,图（图（a)a)的收、发线圈安装在一个大吊舱内，线圈距的收、发线圈安装在一个大吊舱内，线圈距9m,9m,直升飞机飞直升飞机飞行高度约行高度约50m50m，吊舱高度约，吊舱高度约25m25m。收、发线圈可以直立共轴（。收、发线圈可以直立共轴（b b）、直）、直立共面立共面(c)(c)、正交等几种方式。、正交等几种方式。硬架系统的共同特点是：硬架系统的共同特点是：由于收由于收-发距很小，故接收线圈处一次磁场发距很小，故接收线圈处一次磁场很强，在这样强的背景场上测量很微弱的二磁场是很困难的，一般很强，在这样强的背景场上测量很微弱的二
29、磁场是很困难的，一般二二次磁场仅为一次磁场的万分之一次磁场仅为一次磁场的万分之一，因此，因此 硬架系统均采用补偿法在高硬架系统均采用补偿法在高空（空（600m600m）事先补偿掉一次场，然后进行低空（）事先补偿掉一次场，然后进行低空（50m70m50m70m）飞行测量。）飞行测量。2 2）非硬架系统：）非硬架系统：一般是将接收线圈拖在机后的吊舱中，吊舱至少有一般是将接收线圈拖在机后的吊舱中，吊舱至少有50m50m 长的拖曳电缆与飞机相连。长的拖曳电缆与飞机相连。非硬架系统的共同特点是：非硬架系统的共同特点是：能克服接收线圈紧靠飞机时的影响，缺点能克服接收线圈紧靠飞机时的影响，缺点 是只能测量虚分量，不能测量实分量，适合瞬变电磁法。是只能测量虚分量，不能测量实分量，适合瞬变电磁法。THANKS
