第2節(jié)頻率域電磁剖面法

1、第二節(jié)第二節(jié) 頻率域電磁剖面法頻率域電磁剖面法什么是電磁剖面法？什么是電磁剖面法？ 沿測線剖面移動觀測，通常采用回線源裝置，發(fā)沿測線剖面移動觀測，通常采用回線源裝置，發(fā)射線圈通入交變電磁場，接收線圈接收感應后的射線圈通入交變電磁場，接收線圈接收感應后的磁場，進而研究某一深度范圍內(nèi)電性的橫向變化，磁場，進而研究某一深度范圍內(nèi)電性的橫向變化，研究深度為幾十米到幾百米，主要應用于有用礦研究深度為幾十米到幾百米，主要應用于有用礦床的普查、地質(zhì)填圖、及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)床的普查、地質(zhì)填圖、及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查中。普查對象主要是礦體、接觸帶、裂隙破碎查中。普查對象主要是礦體、接觸帶、裂隙破碎帶、陡傾

2、斜地層、巖溶帶、古河床等。帶、陡傾斜地層、巖溶帶、古河床等。一、大定源回線法一、大定源回線法對不接地的一個矩形回線通以諧變（脈沖）電流對不接地的一個矩形回線通以諧變（脈沖）電流形成發(fā)射源，固定不動，然后在回線內(nèi)、外布置形成發(fā)射源，固定不動，然后在回線內(nèi)、外布置的測線上追點進行磁場觀測的一種電磁剖面法。的測線上追點進行磁場觀測的一種電磁剖面法。TxTxRxRx4433221111SrSrSrSr4IH大回線場的特點：大回線場的特點：地面各點的磁場方向均垂直地地面各點的磁場方向均垂直地面，回線中部的磁場較均勻。對邊長為面，回線中部的磁場較均勻。對邊長為a a的正方形的正方形回線，如以與中心點磁場大

3、小相差不超過回線，如以與中心點磁場大小相差不超過40%40%為準，為準，則在回線中部則在回線中部0.6a0.6a及上下及上下0.18a0.18a的范圍內(nèi)可近似看的范圍內(nèi)可近似看成垂直的均勻場。因為它隨深度減弱較慢，故有成垂直的均勻場。因為它隨深度減弱較慢，故有較深的探測能力?；鼐€外部一次場變化較大。較深的探測能力?；鼐€外部一次場變化較大。1 1、諧變均勻場中諧變均勻場中導電導磁導電導磁球體、板體的電磁異球體、板體的電磁異(1)(1)球體的電磁異常球體的電磁異常球體的異常分析球體的異常分析頻率特性頻率特性以上分析表明：以上分析表明：（1 1）無磁性導電球體在低頻段工作時產(chǎn)生的虛分）無磁性導電球體

4、在低頻段工作時產(chǎn)生的虛分量異常幅度大于實分量異常幅度，當頻率較高時，量異常幅度大于實分量異常幅度，當頻率較高時，實分量異常幅度大于虛分量異常幅度；實分量異常幅度大于虛分量異常幅度；（2 2）有磁性導電球體在低頻段工作時產(chǎn)生的實分）有磁性導電球體在低頻段工作時產(chǎn)生的實分量異常幅度大于虛分量異常幅度，在高頻段工作時，量異常幅度大于虛分量異常幅度，在高頻段工作時，實分量異常幅度仍大于虛分量異常幅度。實分量異常幅度仍大于虛分量異常幅度。（3 3）導電球體無論有無磁性虛分量異常均存在對）導電球體無論有無磁性虛分量異常均存在對應最佳頻率的極值異常。應最佳頻率的極值異常。球體的異常分析球體的異常分析剖面曲線

5、（空間分布）剖面曲線（空間分布） 異常分布特征：異常分布特征：（a a）ReHReH2x2x呈點對稱異常分布呈點對稱異常分布 ，其異常零值點為球，其異常零值點為球體的地面投影點；體的地面投影點；（b b）ReH2zReH2z為軸對稱負異常分布，其異常極值點為為軸對稱負異常分布，其異常極值點為球體的地面投影點；球體的地面投影點；（c c）鑒于虛部與實部有相同的幾何因子，虛部與）鑒于虛部與實部有相同的幾何因子，虛部與實部具有相同的分布形態(tài)特征，僅差常數(shù)因子不同實部具有相同的分布形態(tài)特征，僅差常數(shù)因子不同而己。而己。(2)(2)板狀體的電磁異常板狀體的電磁異常 對于有限板狀體，即對于有限板狀體，即使

6、是在均勻場激發(fā)的使是在均勻場激發(fā)的條條件件下，求解波動方下，求解波動方程仍是十分困難的。程仍是十分困難的。 但在某些特定條件下，但在某些特定條件下，可以采用近似計算法，可以采用近似計算法，求得板狀體的異常分求得板狀體的異常分布。布。 本節(jié)根據(jù)模擬實驗結(jié)本節(jié)根據(jù)模擬實驗結(jié)果討論板狀體的電磁果討論板狀體的電磁異常。異常。2 2、觀測方法觀測方法 實、虛分量法按線圈安放方位的不同，可沿測線實、虛分量法按線圈安放方位的不同，可沿測線逐點觀測交變磁場的垂直分量或沿剖面方向的水逐點觀測交變磁場的垂直分量或沿剖面方向的水平分量。既可觀測這些分量的實部和虛部，也可平分量。既可觀測這些分量的實部和虛部，也可觀測

7、它們的振幅和相位。觀測它們的振幅和相位。 該方法的主要優(yōu)點是：異常幅度大，曲線形態(tài)簡該方法的主要優(yōu)點是：異常幅度大，曲線形態(tài)簡單，當只觀測振幅時工作效率高；缺點是僅當發(fā)單，當只觀測振幅時工作效率高；缺點是僅當發(fā)射和接收儀器的穩(wěn)定性很高時，方能保證觀測精射和接收儀器的穩(wěn)定性很高時，方能保證觀測精度。度。（1 1）實虛分量法）實虛分量法xHRexHIm11zzHHHAzHRezHIm 垂直振幅異常垂直振幅異常剖面法野外觀測要點：剖面法野外觀測要點： 主要由發(fā)射機和接收機兩部分組成。（主要由發(fā)射機和接收機兩部分組成。（1 1）發(fā)射機是由）發(fā)射機是由固定頻率的交流發(fā)電機或信號發(fā)生器以諧振形式向回線饋送

8、固定頻率的交流發(fā)電機或信號發(fā)生器以諧振形式向回線饋送電流。（電流。（2 2）接收機則因視觀測參數(shù)的不同而有很大差別。）接收機則因視觀測參數(shù)的不同而有很大差別。當只觀測振幅時，由接收線圈、選頻放大和指示器組成；當當只觀測振幅時，由接收線圈、選頻放大和指示器組成；當觀測實、虛分量時，尚需增加移相器和參考線。觀測實、虛分量時，尚需增加移相器和參考線。 該觀測方法是測量剖面上相鄰兩點磁場振幅的比值該觀測方法是測量剖面上相鄰兩點磁場振幅的比值及兩點磁場之間的相位差，亦稱及兩點磁場之間的相位差，亦稱雙框法雙框法。如果供電。如果供電是通過是通過“無限無限”長接地導線實現(xiàn)的，則也可觀測電長接地導線實現(xiàn)的，則也

9、可觀測電磁振幅比及其間的相位差。磁振幅比及其間的相位差。兩種場源的比較：兩種場源的比較：無限長導線源：無限長導線源：優(yōu)點：布置簡單，觀測面積大，工效優(yōu)點：布置簡單，觀測面積大，工效高；缺點：含有傳導類電流作用，受巖石導電性不高；缺點：含有傳導類電流作用，受巖石導電性不均勻及覆蓋層等非礦干擾大，在詳查中較少使用。均勻及覆蓋層等非礦干擾大，在詳查中較少使用。不接待回線源：不接待回線源：優(yōu)點：不包含傳導類電流場，便于利優(yōu)點：不包含傳導類電流場，便于利用頻率特性研究異常性質(zhì)；缺點：布置回線麻煩，用頻率特性研究異常性質(zhì)；缺點：布置回線麻煩，有效工作面積小，一般用于詳查中。有效工作面積小，一般用于詳查中。

10、（2 2）振幅比）振幅比- -相位差法相位差法11()111nnnniinnninnnHH eHeHH eH工作中通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁場垂直工作中通常保持兩接收線圈水平，即觀測磁場垂直分量的振幅比和相位差。如果將第分量的振幅比和相位差。如果將第n n個測點的磁場個測點的磁場（諧變場）垂直分量記為：（諧變場）垂直分量記為：式中式中 號表示磁場為復量，不帶號表示磁場為復量，不帶 號的號的H H為振幅，為振幅，為相位，則相鄰兩點磁場垂直分量的比為：為相位，則相鄰兩點磁場垂直分量的比為：ninnH He在普查工作中或當?shù)V體產(chǎn)狀較陡時，常將測線延伸在普查工作中或當?shù)V體產(chǎn)狀較陡時，常將測線延伸

11、到回線以外進行觀測。根據(jù)模型實驗結(jié)果，振幅比到回線以外進行觀測。根據(jù)模型實驗結(jié)果，振幅比相位差法的最佳線框距約為相位差法的最佳線框距約為二倍二倍目標體埋深。目標體埋深。實例：廣東某磁鐵礦實例：廣東某磁鐵礦區(qū)回線法觀測結(jié)果區(qū)回線法觀測結(jié)果 工作時選用工作時選用500m500m200m200m的矩形回的矩形回線。回線內(nèi)中心測線線。回線內(nèi)中心測線上的垂直分量振幅和上的垂直分量振幅和水平虛分量觀測結(jié)果水平虛分量觀測結(jié)果4 4、應用實例、應用實例異常特點：異常特點：（1 1）當工作頻率較低時（）當工作頻率較低時（220Hz220Hz及及660Hz660Hz），異常主要反映導電性），異常主要反映導電性較好

12、的黃鐵鉛鋅礦體（較好的黃鐵鉛鋅礦體（1616號點附號點附近的異常），干擾背景較低。近的異常），干擾背景較低。（2 2）當工作頻率為）當工作頻率為1125H1125Hz z時，在時，在導電性較差的鉛鋅礦上（導電性較差的鉛鋅礦上（1313號點）號點）開始出現(xiàn)異常。開始出現(xiàn)異常。（3 3）隨著工作頻率的增高，淺部）隨著工作頻率的增高，淺部覆蓋層干擾異常疊加到有用異常覆蓋層干擾異常疊加到有用異常上，形成復合異常，其幅度隨頻上，形成復合異常，其幅度隨頻率增高而增大。率增高而增大。實例：廣西某鉛鋅礦振幅比實例：廣西某鉛鋅礦振幅比相位差法野外結(jié)果相位差法野外結(jié)果 電磁偶極剖面法的供電和接收裝置多半采用電磁偶

13、極剖面法的供電和接收裝置多半采用小型多匝小型多匝線框。有時也可采用電極線框。有時也可采用電極A A、B B接地裝置。接地裝置。沿剖面觀測沿剖面觀測磁場分量或電場分量，獲取地下不均勻電磁體的分布磁場分量或電場分量，獲取地下不均勻電磁體的分布信息，達到勘查目的的電磁剖面法信息，達到勘查目的的電磁剖面法。該方法的特點是，該方法的特點是，裝置輕便，使用靈活，工作效率高；可選擇與地質(zhì)體裝置輕便，使用靈活，工作效率高；可選擇與地質(zhì)體有較強耦合關系的發(fā)射方式，從而提高探測能力；但有較強耦合關系的發(fā)射方式，從而提高探測能力；但勘探深度較淺?？碧缴疃容^淺。二、電磁偶極剖面法二、電磁偶極剖面法什么是電磁偶極剖面法

14、？什么是電磁偶極剖面法？1 1、裝置形式、裝置形式 將發(fā)、收線框間的空間相互位置關系稱為工作裝將發(fā)、收線框間的空間相互位置關系稱為工作裝置或觀測系統(tǒng)。當發(fā)射和接收線框保持一定距離置或觀測系統(tǒng)。當發(fā)射和接收線框保持一定距離( (收發(fā)距收發(fā)距) )同時移動逐點觀測時，稱為同時移動逐點觀測時，稱為動源式動源式工作工作裝置。裝置。 動源裝置：同線裝置動源裝置：同線裝置 旁線裝置旁線裝置 發(fā)、收線框在同一條測線上者稱為同線裝置；發(fā)、收線框在同一條測線上者稱為同線裝置； 發(fā)、收線框分別在兩條測線同號點上者稱為旁發(fā)、收線框分別在兩條測線同號點上者稱為旁線裝置。線裝置。 發(fā)射線框在測線外某一點上固定不動，而接

15、收發(fā)射線框在測線外某一點上固定不動，而接收線框在測線上逐點移動的裝置，稱為線框在測線上逐點移動的裝置，稱為定源式定源式工工作裝置。作裝置。 定源裝置：垂直線框裝置定源裝置：垂直線框裝置 水平線框裝置水平線框裝置 其中用直立線框作場源的，稱為垂直線框裝置，其中用直立線框作場源的，稱為垂直線框裝置，用水平線框作場源的，稱為水平線框裝置。用水平線框作場源的，稱為水平線框裝置。 為了便于表明發(fā)、收線框的方向，作如下規(guī)定：為了便于表明發(fā)、收線框的方向，作如下規(guī)定： X X指測線方向，指測線方向， Y Y指垂直于測線的水平方向，指垂直于測線的水平方向， Z Z指鉛垂方向。指鉛垂方向。 如旁線（如旁線（X

16、X，Z Z）裝置，前一個字母表示發(fā)射磁裝置，前一個字母表示發(fā)射磁矩指向矩指向X X方向，后一個字母方向，后一個字母Z Z表示接收線框法線表示接收線框法線指向指向Z Z方向，即接收磁場的垂直分量。方向，即接收磁場的垂直分量。 組合名稱的規(guī)定：組合名稱的規(guī)定： 裝置類型發(fā)射方向接收方向裝置裝置類型發(fā)射方向接收方向裝置 例如：例如： 旁線（旁線（X X，X X）裝置；裝置； 同線（同線（X X，Z Z）裝置；裝置； 在實際工作中，發(fā)射磁矩可指向在實際工作中，發(fā)射磁矩可指向X X、Y Y、Z Z三個方向，接收線框也可接收三個方向，接收線框也可接收X X、Y Y、Z Z三三個分量。個分量。 故同線和旁線

17、裝置分別有九種組合方式。故同線和旁線裝置分別有九種組合方式。 但是，根據(jù)互換原理有些裝置是等效的，如但是，根據(jù)互換原理有些裝置是等效的，如 同線（同線（X X，Z Z）與同線（與同線（Z Z，X X）裝置，兩者在相裝置，兩者在相同兩點上互換發(fā)、收線框時，其觀測值相同。同兩點上互換發(fā)、收線框時，其觀測值相同。 故在發(fā)、故在發(fā)、 收兩線框面呈正交的六種裝置中，收兩線框面呈正交的六種裝置中，因雙雙互換，實為三種裝置。因雙雙互換，實為三種裝置。 綜上所述，旁線和同線裝置均有六種。同線裝綜上所述，旁線和同線裝置均有六種。同線裝置還有正向與反向裝置之分。置還有正向與反向裝置之分。 互換原理：收發(fā)線圈互換位

18、置，相對狀態(tài)不變，互換原理：收發(fā)線圈互換位置，相對狀態(tài)不變，觀測的異常數(shù)值相同。觀測的異常數(shù)值相同。 由于互換原理，所以，（由于互換原理，所以，（Z Z，X X）與（與（X X，Z Z），），（Y Y，Z Z）與（與（Z Z，Y Y），（），（X X，Y Y）與（與（Y Y，X X）裝置裝置等效。等效。 野外常用的裝置主要有：同線（野外常用的裝置主要有：同線（Z Z，Z Z）、）、( (水水平平 共面共面) )、旁線（、旁線（X X，Z Z）及定源垂直、水平線框及定源垂直、水平線框裝置。裝置。 在航空電磁法中常用旁線（在航空電磁法中常用旁線（X X，X X）( (直立共面直立共面 ) )、同線

19、（同線（X X，X X）( (直立共軸直立共軸) )和同線（和同線（Z Z，X X）( (正交正交) )系統(tǒng)。系統(tǒng)。2 2、典型異常體電磁異常的特征分析、典型異常體電磁異常的特征分析 各種同線裝置在實驗鋁板上的異常分布圖各種同線裝置在實驗鋁板上的異常分布圖異常特征異常特征：（a a）XXXX，YYYY和和ZZZZ裝置異常呈軸對稱分布特征，對裝置異常呈軸對稱分布特征，對應脈（板）頂上方為異常極小值點。其中，應脈（板）頂上方為異常極小值點。其中，XXXX以兩以兩側(cè)正異常為主，側(cè)正異常為主，YYYY，ZZZZ裝置在脈（板）頂上方以中裝置在脈（板）頂上方以中心負異常為主的分布特征，兩端出現(xiàn)正極值。心負

20、異常為主的分布特征，兩端出現(xiàn)正極值。（b b）ZXZX裝置異常呈點對稱異常分布特征，左側(cè)為正裝置異常呈點對稱異常分布特征，左側(cè)為正異常區(qū)，右側(cè)為負異常區(qū)，對應脈（板）頂上方為異常區(qū)，右側(cè)為負異常區(qū)，對應脈（板）頂上方為異常零值點。異常零值點。（a a）當測量裝置遠離板體時，其影響可以忽略不）當測量裝置遠離板體時，其影響可以忽略不計，計，H H2 2=0=0。（b b）當測量裝置不斷接近板體時，在板內(nèi)感應電）當測量裝置不斷接近板體時，在板內(nèi)感應電流產(chǎn)生的流產(chǎn)生的H H2 2與與H H1 1同向，為正異常，并存在異常極大同向，為正異常，并存在異常極大值。值。（c c）當發(fā)射、或接收線圈位于板頂正上

21、方，分別）當發(fā)射、或接收線圈位于板頂正上方，分別為為H H2 2=0=0，和接收不到，和接收不到H H2 2，出現(xiàn)異常零值點。，出現(xiàn)異常零值點。（d d）當發(fā)射、或接收線圈對稱位于板頂兩惻，電）當發(fā)射、或接收線圈對稱位于板頂兩惻，電磁觀測系統(tǒng)處于最佳匹配偶合，對應異常極小值點。磁觀測系統(tǒng)處于最佳匹配偶合，對應異常極小值點。(1)(1)虛分量、相位測量方法虛分量、相位測量方法這是一利用一次磁場作為相位參考信號，按其在接這是一利用一次磁場作為相位參考信號，按其在接收儀獲取一次磁場信號的方式，可分為：收儀獲取一次磁場信號的方式，可分為： 有參考線測量方式有參考線測量方式, ,無參考線測量方式無參考線

22、測量方式3 3、工作方法工作方法有參考線測量方式有參考線測量方式: :為了測量磁場虛分量異常和為了測量磁場虛分量異常和相位，通常需要從發(fā)射電路通過電纜引一條一次相位，通常需要從發(fā)射電路通過電纜引一條一次磁場相位參考信號電纜至接收儀。磁場相位參考信號電纜至接收儀。有參考線測量方式有參考線測量方式: :如果觀測與測點處一次磁場如果觀測與測點處一次磁場呈正交方向的磁場虛分量，則可取接收點處一次呈正交方向的磁場虛分量，則可取接收點處一次磁場方向的磁場分量作為參考信號，不用參考電磁場方向的磁場分量作為參考信號，不用參考電纜。纜。虛分量測量的優(yōu)、缺點：虛分量測量的優(yōu)、缺點：優(yōu)點優(yōu)點：( (a a) )純異

23、常測量；純異常測量； (b) (b)地形異常較小，受到有效壓制；地形異常較小，受到有效壓制； (c) (c)多頻虛分量測量可有利評價異常。多頻虛分量測量可有利評價異常。缺點缺點: : (a)(a)失掉比虛分量強度大的多的實分量異常失掉比虛分量強度大的多的實分量異常; ; (b) (b)對儀器測量穩(wěn)定性要求較高對儀器測量穩(wěn)定性要求較高. .無參考線虛分量測量原理：接收點處一次磁場比無參考線虛分量測量原理：接收點處一次磁場比二次磁場強得多，因此一次磁場方向的磁場分量二次磁場強得多，因此一次磁場方向的磁場分量相位與一次磁場相位基本相同。以測點處一次磁相位與一次磁場相位基本相同。以測點處一次磁場方向的

24、磁場分量作為參考信號所測得的虛分量場方向的磁場分量作為參考信號所測得的虛分量誤差很小。誤差很小。有感應二次場有感應二次場*0*220124zzzHHrih從而有從而有*0*22014zzHHr適用范圍：適用范圍： 1kr(2) (2) 用虛分量確定用虛分量確定大地電阻率方法大地電阻率方法據(jù)垂直磁偶極子發(fā)射源，由磁矢位亥姆霍茲方程據(jù)垂直磁偶極子發(fā)射源，由磁矢位亥姆霍茲方程4 4、應用實例、應用實例鄂東某矽卡巖鄂東某矽卡巖性黃鐵礦床上性黃鐵礦床上的偶極電磁剖的偶極電磁剖面法虛分量異面法虛分量異常常 世界上有許多國家為軍事、商船通訊及導航目的世界上有許多國家為軍事、商船通訊及導航目的設立強功率的長波

25、電臺，其發(fā)射頻率為設立強功率的長波電臺，其發(fā)射頻率為15152525kHzkHz，采用這種電臺作為物探工作的發(fā)射場源，采用這種電臺作為物探工作的發(fā)射場源，觀測和研究地面兩個相互垂直方向的電、磁場分觀測和研究地面兩個相互垂直方向的電、磁場分量量Ex、Hy，或，或Ey，Hx，或總場橢圓極化傾角，或總場橢圓極化傾角和偏心率和偏心率的空間分布的空間分布，達到找礦或解決其他問達到找礦或解決其他問題的一類電磁法，通稱為甚低頻電磁法，簡稱甚題的一類電磁法，通稱為甚低頻電磁法，簡稱甚低頻法。低頻法。 甚低頻法與一般電磁法所指的低頻是兩個不同的甚低頻法與一般電磁法所指的低頻是兩個不同的概念。概念。三、甚低頻法三

26、、甚低頻法( (VLF)VLF)什么是甚低頻法？什么是甚低頻法？ 一般電磁法所指的低頻是從幾赫茲至幾千赫茲范一般電磁法所指的低頻是從幾赫茲至幾千赫茲范圍內(nèi)，而甚低頻法所用電臺的發(fā)射頻率為圍內(nèi)，而甚低頻法所用電臺的發(fā)射頻率為15152525kHzkHz，屬于高頻電磁法范圍內(nèi)，僅相對廣播波段屬于高頻電磁法范圍內(nèi)，僅相對廣播波段的發(fā)射頻率而言才是低頻的。的發(fā)射頻率而言才是低頻的。 在頻率域電磁剖面法中，地面甚低頻法（在頻率域電磁剖面法中，地面甚低頻法（VLFVLF）是是一種被動源電磁法。一種被動源電磁法。 是一種簡單的電磁法。是一種簡單的電磁法。 世界上有許多甚低頻發(fā)射臺，發(fā)射功率在世界上有許多甚低

27、頻發(fā)射臺，發(fā)射功率在0.11.0 0.11.0 MWMW之間之間; ;頻率為頻率為1525 1525 kHzkHz之間之間( (見下表）見下表） 地球上任何一點都至少能收到一個甚低頻電臺地球上任何一點都至少能收到一個甚低頻電臺所發(fā)射的電磁信號，這也是開展此方法的有利所發(fā)射的電磁信號，這也是開展此方法的有利條件。條件。 目前，我國能利用的電臺有：目前，我國能利用的電臺有： 日本日本NTDNTD電臺，頻率為電臺，頻率為17.417.4kHzkHz； 澳大利亞澳大利亞NWCNWC電臺，頻率為電臺，頻率為22.322.3kHzkHz； 莫斯科莫斯科UMSUMS電臺，頻率為電臺，頻率為17.117.1k

28、HzkHz； 美國美國NAANAA電臺，頻率為電臺，頻率為17.817.8kHzkHz。 它不需要自已建立湯源；它不需要自已建立湯源； 成本低；成本低； 效率高；效率高； 儀器輕便；儀器輕便； 測量參數(shù)多；測量參數(shù)多； 野外工作使用方便；野外工作使用方便； 資料的解釋簡單；資料的解釋簡單； 具有良好的地質(zhì)效果；具有良好的地質(zhì)效果； 可用于尋找固體礦產(chǎn)、巖溶，地下暗河、斷層、可用于尋找固體礦產(chǎn)、巖溶，地下暗河、斷層、含水破碎帶、巖層界線等。含水破碎帶、巖層界線等。甚低頻法特點甚低頻法特點1 1、基本理論、基本理論（1 1）一次電磁場）一次電磁場 甚低頻電磁法場源是一根垂直地面的鞭狀甚低頻電磁法場

29、源是一根垂直地面的鞭狀天線，在遠處可將其視為一個垂直諧變的電偶天線，在遠處可將其視為一個垂直諧變的電偶極子，其發(fā)射的電磁波在地面和大氣電離層間極子，其發(fā)射的電磁波在地面和大氣電離層間的波導層中可傳播到很遠的距離。在遠區(qū)（的波導層中可傳播到很遠的距離。在遠區(qū)（x x ）電磁波由天波和地波組成，）電磁波由天波和地波組成，天波天波是指在是指在地面與電離層之間反復反射而傳至測點的電磁地面與電離層之間反復反射而傳至測點的電磁波，波，地波地波是指從場源經(jīng)空氣直接傳至測點的電是指從場源經(jīng)空氣直接傳至測點的電磁波。磁波。當大地為有限導電介質(zhì)時，近地面的天波電場強當大地為有限導電介質(zhì)時，近地面的天波電場強度可近

30、于零。因此，地面觀測的電磁場基本上是度可近于零。因此，地面觀測的電磁場基本上是地波成份。地波成份。該方法的實質(zhì)是利用電磁波在傳播過程中遇到導體或該方法的實質(zhì)是利用電磁波在傳播過程中遇到導體或磁性感應體時，該導體在一次場的激發(fā)下而產(chǎn)生感應磁性感應體時，該導體在一次場的激發(fā)下而產(chǎn)生感應（二次）電流，從而引起感應二次場，二次場與一次（二次）電流，從而引起感應二次場，二次場與一次場合成后，改變了一次場的振幅、方向和相位，形成場合成后，改變了一次場的振幅、方向和相位，形成了橢園極化場。了橢園極化場。 根據(jù)計算及找礦地質(zhì)和工程地質(zhì)的需要，一般根據(jù)計算及找礦地質(zhì)和工程地質(zhì)的需要，一般儀器設計選擇：儀器設計選

31、擇： 磁場水平分量磁場水平分量HyHy 電場垂直分量電場垂直分量E Ez z 電場水平分量電場水平分量ExEx 橢圓極化傾角橢圓極化傾角D D 四個參數(shù)。四個參數(shù)。（2 2）觀測參數(shù)）觀測參數(shù)2 2、幾種規(guī)則形體上的甚低頻異常幾種規(guī)則形體上的甚低頻異常 （1 1）導電球體異常）導電球體異常 設球體設球體= =0 0，0 0，球心埋深為球心埋深為h h，球體半徑，球體半徑r r0 0，坐，坐標原點選在球心地面投影點。標原點選在球心地面投影點。 由于外磁場視為平面垂直入射電磁波，其異常場視為由于外磁場視為平面垂直入射電磁波，其異常場視為位位于球心的水平諧變磁偶極子于球心的水平諧變磁偶極子的磁場。的

32、磁場。異常特征：異常特征： H2z和和D呈點對稱分布，在呈點對稱分布，在點原處為零點。點原處為零點。 h=y H2y呈以負為主的軸對稱分呈以負為主的軸對稱分布，兩邊出現(xiàn)正極大峰值。布，兩邊出現(xiàn)正極大峰值。 h=1.3q(2)(2)良導體板體異常良導體板體異常異常分布特征：異常分布特征： H H2y2y在板頂上在板頂上方有主正異常分布，方有主正異常分布，曲線呈不對稱性，其曲線呈不對稱性，其傾斜一側(cè)較徒；傾斜一側(cè)較徒； H H2z2z或或D D異常呈異常呈非通原點的似奇性分非通原點的似奇性分布，其零點向反傾斜布，其零點向反傾斜方向偏移，在傾斜一方向偏移，在傾斜一側(cè)極值幅度大側(cè)極值幅度大 。3 3、

33、野外工作方法、野外工作方法 通常采用通常采用極化橢圓傾角法和視電阻率法極化橢圓傾角法和視電阻率法兩種方法，兩種方法，前者適于探測低阻體，如含水破碎帶、含礦斷裂帶、前者適于探測低阻體，如含水破碎帶、含礦斷裂帶、溶洞、古河床及電性差異的不同巖層接觸帶；后者溶洞、古河床及電性差異的不同巖層接觸帶；后者適用于電阻率填圖，了解電阻率在水平方向上的變適用于電阻率填圖，了解電阻率在水平方向上的變化，通過相位測量，確定基巖埋深和電阻率?；ㄟ^相位測量，確定基巖埋深和電阻率。 （1）甚低頻傾角測量法）甚低頻傾角測量法選擇發(fā)射臺方向大致與異常體走向平行的發(fā)射臺作選擇發(fā)射臺方向大致與異常體走向平行的發(fā)射臺作場源，

34、場源，H1yH1y大致垂直走向，大致垂直走向，E1xE1x平行走向，將獲取明平行走向，將獲取明顯磁場分量異常，利用接收線圈觀測磁場顯磁場分量異常，利用接收線圈觀測磁場D D值。值。具體觀測方法是在測點處，首先垂直軸旋轉(zhuǎn)線具體觀測方法是在測點處，首先垂直軸旋轉(zhuǎn)線圈，找到信號最大位置，而后沿水平軸旋轉(zhuǎn)線圈，找到信號最大位置，而后沿水平軸旋轉(zhuǎn)線圈，使其信號為零或極小值位置，其線框傾角圈，使其信號為零或極小值位置，其線框傾角則為則為D D值。值。（2）甚低頻電阻率測量法）甚低頻電阻率測量法選擇發(fā)射臺方向大致與異常體走向平行的發(fā)射選擇發(fā)射臺方向大致與異常體走向平行的發(fā)射臺作場源臺作場源，分別在地面觀測分

35、別在地面觀測EXEX和和HYHY值，由下式值，由下式計算視電阻率計算視電阻率201yxHE 測線布置應測線布置應垂直垂直于探測目標的走向，選臺要保于探測目標的走向，選臺要保證證一次場方向垂直于構(gòu)造的走向一次場方向垂直于構(gòu)造的走向，以能激發(fā)出最大，以能激發(fā)出最大的二次場。為此，的二次場。為此，進行傾角法測量時，所選電臺應進行傾角法測量時，所選電臺應與被探測地質(zhì)體走向一致與被探測地質(zhì)體走向一致。在實際工作中，由于儀。在實際工作中，由于儀器只能接收兩個電臺的頻率，不可能使所選電臺與器只能接收兩個電臺的頻率，不可能使所選電臺與地質(zhì)體恰好一致，而允許有一定夾角。當然，夾角地質(zhì)體恰好一致，而允許有一定夾角

36、。當然，夾角愈小愈好。愈小愈好。進行視電阻率測量時，電臺應與測線方進行視電阻率測量時，電臺應與測線方向垂直向垂直。點線距和其它物體方法一樣，視工作精度。點線距和其它物體方法一樣，視工作精度而定，一般應有而定，一般應有3-53-5條測線通過探測構(gòu)造帶。點距條測線通過探測構(gòu)造帶。點距在水工物探上，一般取在水工物探上，一般取5 5、1010、15m15m均可，以清楚反均可，以清楚反映出異常為準。映出異常為準。xE4 4、資料解釋、資料解釋 VLFVLF法的資料解釋，主要是確定斷裂帶、地下溶法的資料解釋，主要是確定斷裂帶、地下溶洞、暗河、巖溶發(fā)育帶、裂隙密集帶等的位置和洞、暗河、巖溶發(fā)育帶、裂隙密集帶

37、等的位置和埋深。由于該方法的頻率高，地質(zhì)噪聲較大，給埋深。由于該方法的頻率高，地質(zhì)噪聲較大，給資料解釋造成困難，特別是在多個導體的情況下，資料解釋造成困難，特別是在多個導體的情況下，傾角曲線不僅出現(xiàn)假交點，真交點也不對應地下傾角曲線不僅出現(xiàn)假交點，真交點也不對應地下導體的位置。探測對象附近存在較大的地質(zhì)體、導體的位置。探測對象附近存在較大的地質(zhì)體、高壓線等干擾時，還產(chǎn)生一種區(qū)域背景，使傾角高壓線等干擾時，還產(chǎn)生一種區(qū)域背景，使傾角曲線不出現(xiàn)曲線不出現(xiàn)“零交點零交點”。4 4、應用實例應用實例（1 1）地質(zhì)填圖找）地質(zhì)填圖找礦礦 加拿大地質(zhì)人加拿大地質(zhì)人員利用員利用NAANAA電臺，電臺，17.

38、8KHz,17.8KHz,在高阻在高阻（1000-40001000-4000M M）火成巖區(qū)內(nèi)找到了火成巖區(qū)內(nèi)找到了低阻（低阻（40 40 M M ）金屬硫化礦床。金屬硫化礦床。（2 2）尋找低阻金屬礦）尋找低阻金屬礦安徽某矽卡巖型銅礦，區(qū)內(nèi)大理巖和花崗閃長巖為安徽某矽卡巖型銅礦，區(qū)內(nèi)大理巖和花崗閃長巖為高阻體，礦體呈低阻性，剖面上高阻體，礦體呈低阻性，剖面上H HY Y反映出高值異常，反映出高值異常，D D對應零交點。對應零交點。利用日本愛知縣利用日本愛知縣 NDTNDT臺，臺， f=17.4KHzf=17.4KHz。礦體對應礦體對應H Hy y高值高值異常，異常，D D零值交點。零值交點。

39、（3 3）尋找?guī)r溶水）尋找?guī)r溶水 湖南郴州市某湖南郴州市某地隱伏灰?guī)r地區(qū)找地隱伏灰?guī)r地區(qū)找到呈低阻的巖溶水。到呈低阻的巖溶水。 利用澳大利亞利用澳大利亞 NWCNWC臺臺 f=22.3KHf=22.3KHz z 。 巖溶對應巖溶對應F F高高值異常，值異常，D D零值交零值交點。點。(4) (4) 海力敏螢石礦床勘查海力敏螢石礦床勘查 大興安嶺大興安嶺西坡新巴爾虎西坡新巴爾虎右旗南部右旗南部, ,距克距克爾倫蘇木南東爾倫蘇木南東20km ,20km ,屬熱液屬熱液脈型螢石礦床。脈型螢石礦床。HxHx呈現(xiàn)極大值呈現(xiàn)極大值異常，異常，HzHz呈極呈極小值異常極化小值異常極化橢圓傾角橢圓傾角D D

40、曲曲線零交點線零交點, ,。四、航空電磁法四、航空電磁法(AEM)(AEM) 航空電磁物探特點：快速航空電磁物探特點：快速+ +大面積大面積+ +成本低成本低+ +工效高工效高 應用：基礎地質(zhì)調(diào)查應用：基礎地質(zhì)調(diào)查+ +礦產(chǎn)勘查礦產(chǎn)勘查+ +水工環(huán)調(diào)水工環(huán)調(diào)查等查等 航空電磁系統(tǒng)（航空電磁系統(tǒng)（AEMAEM）分類）分類 1 1、方法原理：、方法原理：航空瞬變電磁航空瞬變電磁+ +航空頻率域航空頻率域電磁電磁 2 2、系統(tǒng)載體：、系統(tǒng)載體：固定翼固定翼AEMAEM+ +直升機直升機AEMAEM1 1、固定翼時間域、固定翼時間域AEMAEM進展進展1 1、單分量（、單分量（x x分量），三分量（分

41、量），三分量（x,y,zx,y,z）測量；）測量；2 2、脈沖頻率和脈寬皆可選。、脈沖頻率和脈寬皆可選。優(yōu)勢優(yōu)勢：Y Y分量分量判定導體的對稱性、橫向不均勻性等；判定導體的對稱性、橫向不均勻性等；Z Z分量分量確定導體的深度和傾角，信噪比更好確定導體的深度和傾角，信噪比更好（尤其是在晚期延時階段）；（尤其是在晚期延時階段）；頻率頻率原則上，脈沖基頻越高，信噪比越好；脈原則上，脈沖基頻越高，信噪比越好；脈沖基頻越低，上覆巖層的響應就越會受到壓制，從沖基頻越低，上覆巖層的響應就越會受到壓制，從而達到更好地區(qū)分導體與上覆巖層的目的。而達到更好地區(qū)分導體與上覆巖層的目的。 3 3、同時測量電磁場的磁分

42、量（、同時測量電磁場的磁分量（B B場）及其時間場）及其時間變化率變化率“dB/dt”dB/dt”，如，如QUESTEMQUESTEM、GEOTEMGEOTEM、SPECTREMSPECTREM等系統(tǒng)等系統(tǒng)4 4、一次補償算法、一次補償算法能夠利用脈沖期間的數(shù)據(jù)。能夠利用脈沖期間的數(shù)據(jù)。優(yōu)勢優(yōu)勢：區(qū)分硫化物導體與其他非磁性：區(qū)分硫化物導體與其他非磁性導體，如粘土、石墨和剪切帶等；導體，如粘土、石墨和剪切帶等；: : (1) (1) 可測量高阻區(qū)的接通響應，如測量可測量高阻區(qū)的接通響應，如測量25s/m25s/m以下的電導率；以下的電導率；(2)(2)對于高導區(qū)，接通響應信號用于波形反褶積，對于

43、高導區(qū)，接通響應信號用于波形反褶積，生成有限頻寬的階躍或脈沖響應，使得測量系統(tǒng)生成有限頻寬的階躍或脈沖響應，使得測量系統(tǒng)對高導體的響應更加靈敏。對高導體的響應更加靈敏。主要固定翼主要固定翼航空瞬變電航空瞬變電磁系統(tǒng)磁系統(tǒng) ( (修編自修編自FountainFountain和和Smith, 2003)Smith, 2003)GEOTEMGEOTEM系統(tǒng)實物圖系統(tǒng)實物圖（左）及其示意圖（左）及其示意圖（右）（右）（FountainFountain等，等，20052005）INPUT系統(tǒng)和系統(tǒng)和MEGATEM系統(tǒng)對系統(tǒng)對Perserverance礦體礦體的響應信號對比的響應信號對比（Smith等，等，2003）固定翼時間域固定翼時間域AEM偶極矩的變化偶極矩的變化（Smith等，等，2003）偶極矩與固定翼時間域