大地電磁測深法基本原理及應(yīng)用

大地電磁測深法基本原理及應(yīng)用第一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁法測深法基本原理及應(yīng)用張繼鋒Email:Tel:長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院地球物理系第二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日基本內(nèi)容大地電磁測深簡介大地電磁場源大地電磁理論基礎(chǔ)大地電磁一維正演大地電磁二維正演大地電磁靜態(tài)效應(yīng)及校正大地電磁野外工作布置及資料處理大地電磁的應(yīng)用第三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁測深簡介1、20世紀(jì)50年代，法國的Cagniard和前蘇聯(lián)的Tikhonov提出了大地電磁法（MT）；2、20世紀(jì)60年代的Berdichevski等（1969），提出了音頻大地電磁法（AMT）；3、1971年和1978年，Goldstein和Strangberg提出了可控源音頻大地電磁法（CSAMT）。4、2000年何繼善院士提出廣域電磁法。第四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)1、

不受高阻層屏蔽、對高導(dǎo)層分辨能力強(qiáng)；2、

橫向分辨能力較強(qiáng)；3、

資料處理與解釋技術(shù)成熟；4、勘探深度大、勘探費(fèi)用低、施工方便；5、資料處理和解釋技術(shù)成熟。缺點(diǎn)1、體積效應(yīng)，反演的非唯一性較強(qiáng)2、縱向分辨能力隨著深度的增加而迅速減弱3、信號不穩(wěn)定、不規(guī)則，容易受到工業(yè)噪聲干擾第五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁法的發(fā)展階段吉洪諾夫（蘇聯(lián)，1950），卡尼亞（法國人，1953）從儀器采集系統(tǒng)和資料處理和管理方式，可將MT分為三個發(fā)展階段：手工量板階段：五六十年代，起步階段。模擬信號、標(biāo)量阻抗、手工對量板法；數(shù)字化階段：70～今天。數(shù)字信號，張量阻抗，計算機(jī)自動正反演技術(shù)；新的觀測方式：遠(yuǎn)參考道、EMAP等；新的資料處理方式：Robust方法、張量分解方法等；可視化階段：正在興起。國外：Geotools、WinGLink；國內(nèi)有多家，目前漸漸成規(guī)模化推廣。從理論研究對象的復(fù)雜性程度，也可分為三個發(fā)展階段：一維，五十年代～八十年代；二維，九十年代～今天；三維，正在興起第八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁場源大地電磁測深是在地面上觀測具有區(qū)域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場來研究地下巖層的電學(xué)性質(zhì)及其分布特征的一種勘探方法。地球磁場是不斷變化的，這種變化按周期長短分為兩種類型，即長周變化和瞬時變化。1．長周變化，長周變化需在一個很長的時間周期，幾百年甚至更長的地質(zhì)年代中顯示出來，其影響可能很大。一般認(rèn)為這種變化的原因在地球內(nèi)部。大地電磁測深中一般不用這種長周變化的磁場。2．瞬時變化，即變化周期較短的變化。由地球外部的原因所引起。第九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁場分類第一類

雷電干擾，或稱天電。主要指大氣圈中的放電現(xiàn)象所引起的電磁干擾。頻率大于1Hz。在赤道兩側(cè)南北回歸線間有一個雷雨活動區(qū)，就世界范圍來說，中非、馬來西亞、巴西形成三個雷雨活動中心。在這些地區(qū)每年雷雨日在100天以上，個別地方超過200天。當(dāng)然從總的來說，雷電夏季比冬季強(qiáng)。一天的任何時刻都可能發(fā)生雷電現(xiàn)象，但峰值多半出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r間的下午。第十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第二類

磁暴與磁亞暴。這種地磁擾動的特征是磁場強(qiáng)度變化劇烈，尤其是水平分量變化很大，呈現(xiàn)極不規(guī)則形狀。第十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三類

地磁脈動。這是一種具有似周期振動的特殊的短周期振動，地磁脈動是大地電磁測深最重要的場源。其周期范圍一般為0.2～1000秒，振幅一般為百分之幾到幾十個納特。第十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁場特征1、形態(tài)特征。形態(tài)各異2、時間特征。

（1）隨機(jī)性，不能精確確定天然電磁場出現(xiàn)的時間。

（2）規(guī)律性，經(jīng)長期觀察，天然電磁場的出現(xiàn)在時間上有一定的規(guī)律性。3、空間特征。與緯度有關(guān)，一般高緯度區(qū)強(qiáng)于中低緯度區(qū)第十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日4、頻譜特征大地電磁場在1Hz附近振幅較小，而在更低和更高的頻率上振幅都增大第十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日5、

極化特征

不同周期的場和不同時間的場的極化方式具有明顯的差異。為了在測深資料分析處理時獲得穩(wěn)定的阻抗張量元素，需要場源具有多樣的極化方式。第十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日地球強(qiáng)大的磁場是保護(hù)人類免于遭受外太空各種致命輻射的生死屏障，然而日前，英美科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在過去的200年內(nèi)，地球的磁場正在急劇地衰弱?？茖W(xué)家們預(yù)言，照這種速度發(fā)展下去，在未來的1000年內(nèi)，地球磁場可能會完全消失。大地電磁場源第十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日理論基礎(chǔ)：麥克斯韋方程麥克斯韋的第一篇論文是關(guān)于橢圓曲線的，發(fā)表于1845年，年僅14歲；第一篇電磁學(xué)論文1855年（24歲），關(guān)于法拉第的磁力線問題；1873年（42歲），完成電磁學(xué)巨著：電磁通論；建立起了光、電、磁的統(tǒng)一理論，完成亙古大業(yè)；1879年（48歲）逝世，英年早逝。第十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日理論基礎(chǔ)：Maxwell方程組麥克斯韋方程組描述了電磁場最根本的規(guī)律，在時間域中的表示式為：

JamesClerkMaxwellJamesClerkMaxwell，1831.6－1879.11，英國理論物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電動力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物理學(xué)的奠基人之一。被普遍認(rèn)為是對二十世紀(jì)最有影響力的物理學(xué)家。他對基礎(chǔ)自然科學(xué)的貢獻(xiàn)僅次于IsaacNewton

、AlbertEinstein

。第二十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日Maxwell方程組及意義以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。（1）描述了電場的性質(zhì)（2）描述了磁場的性質(zhì)（3）描述了變化的磁場激發(fā)電場的規(guī)律。（4）描述了變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。麥克斯韋方程組揭示了電場與磁場相互轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的對稱性優(yōu)美，這種優(yōu)美以現(xiàn)代數(shù)學(xué)形式得到充分的表達(dá)。第二十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日本構(gòu)方程與電磁參數(shù)對于線性和各向同性介質(zhì)，有以下三個本構(gòu)方程，即：其中是σ是表征介質(zhì)物理性質(zhì)的一個參數(shù)，稱為電導(dǎo)率，μ是介質(zhì)的磁導(dǎo)率，ε是介質(zhì)的介電常數(shù)。在不存在介質(zhì)的自由空間中，ε0=8.854×10-12F/m，μ0=4π×10-7H/m。需要指出的是，在通常情況下，以上三個參數(shù)都為張量。第二十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日電磁場的邊界條件法向的B：法向的D：切向的E：切向的H：ntσ2σ1電流密度J：第二十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日電磁波方程及波數(shù)結(jié)合可以得到：和其中在各向同性均勻介質(zhì)中電磁波的波動方程第二十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日隨時間諧變的穩(wěn)態(tài)交變電磁場有：Helmholtz方程介質(zhì)的波數(shù)或傳播系數(shù)第二十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁法（MT）是以天然電磁場為場源來研究地球內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)的一種重要的地球物理手段?；驹恚阂罁?jù)不同頻率的電磁波在導(dǎo)體中具有不同趨膚深度的原理，在地表測量由高頻至低頻的地球電磁響應(yīng)序列，經(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和分析來獲得大地由淺至深的電性結(jié)構(gòu)。第二十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁法原理示意第二十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日兩大假設(shè)：1）激勵場源：垂直入射到地表的均勻平面電磁波2）地球模型：水平層狀導(dǎo)電介質(zhì)大電磁一維正演？第二十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁一維正演理論第二十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日均勻半空間的大地電磁場第三十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第三十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日關(guān)于場源的垂直入射當(dāng)平面電磁波在空氣中的傳播方向與地面法線方向成θ角時，因為空氣中電導(dǎo)率為零，故有：在地表，電磁場的切向分量連續(xù)，故要求：因為地球內(nèi)部，傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)大于位移電流σ>>ωε，從而：故均勻平面電磁波不管以什么角度自空中入射到地面，其阻抗均為：第三十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日視電阻率和阻抗相位的定義第四十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日一維正演：層狀介質(zhì)模型源信號阻抗的遞推公式第四十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日四種典型的三層模型曲線：K、HK形曲線H形曲線第四十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日四種典型的三層模型曲線：A、QA形曲線Q形曲線第四十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示理論曲線的圖示

為了盡量減少理論曲線的數(shù)目，通常用相對單位表示地電斷面的參數(shù)值，并將曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)系上，所謂相對坐標(biāo)系是指以第一層地電參數(shù)（電阻率）來度量有關(guān)的量，這時各層相對電阻率為

相對厚度為 與周期有關(guān)的波長也用h1來度量 于是，n層地電參數(shù)的視電阻率關(guān)系式本來有2n個量： 采用相對單位制后，參數(shù)減少2個：第四十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示

此時，理論曲線變?yōu)橐詾閱挝坏?，反映的是視電阻率與T或T的平方根之間的變化關(guān)系，但實際測量曲線并非如此，為了便于理論曲線和實際曲線對比，要求視電阻率曲線和所選用的單位無關(guān)，使 相同的一組地電斷面的曲線形態(tài)完全一致。為此，將曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸上。 以二層介質(zhì)為例，視電阻率函數(shù)為 在雙對數(shù)坐標(biāo)系下，參數(shù)取對數(shù)， 可見，不同的值僅使曲線發(fā)生平移，不改變曲線形態(tài)。對另一坐標(biāo)變量，它亦為周期的函數(shù)，也取對數(shù)，可得：，不同的也只能使曲線發(fā)生平移。第四十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示

因此，用雙對數(shù)坐標(biāo)系來描述二層介質(zhì)視電阻率理論曲線時，只要參數(shù)相等，其曲線形態(tài)是一致的。

對n層地電斷面的視電阻率曲線也有類似的結(jié)論。 如圖，三層地電斷面的電阻率100、10000、100，厚度為1km和1.5km，激勵信號頻率從0.0001Hz到10000Hz，兩圖分別顯示了視電阻率和相位理論曲線。第四十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示二層介質(zhì)正演結(jié)果 上層電阻率為100歐姆米，厚度為1km，下層介質(zhì)電阻率分別為1、10、100、1000和10000歐姆米，激勵頻率同前。第四十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示G型D型第四十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示G型D型第四十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示二層介質(zhì)視電阻率理論曲線特征高頻趨于第一層介質(zhì)電阻率，低頻趨于第二層介質(zhì)視電阻率；曲線的左支隨頻率的降低（或周期的增加），曲線的右支單調(diào)地逼近于漸近線若第二層介質(zhì)電阻率無窮大，曲線左、右支是與橫軸 的夾角為63O26’的直線。MT測深曲線以震蕩方式趨于曲線左支，而電測深曲線則以單調(diào)方式趨于其左支漸近線；MT測深曲線左支與橫軸交點(diǎn)無數(shù)次，而電測深曲線只一個交點(diǎn)（如單偶極裝置）或根本不與橫軸相交（溫納裝置）。MT測深理論曲線和電測深曲線均單調(diào)地趨于右支漸近線。當(dāng)時，曲線以為軸線呈鏡像對稱關(guān)系，MT理論曲線和電測深曲線均有這一性質(zhì)。第五十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示三層介質(zhì)類型：H型（）K型（）Q型（）A型（）多層曲線可由三層曲線類型依次描述，如地電模型為時，可用KQHA型來表示。例1：三層介質(zhì)，第一、三層的電阻率100歐姆米，第二層電阻率分別取1、10、100、1000和10000歐姆米，前兩層厚度分別為1km和1.5km。第五十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示第五十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示第五十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示例2：H型：地電斷面參數(shù)為第五十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示K型第五十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示三層理論曲線地電參數(shù)有三個：，H型和K型曲線，Q型和A型也有以為軸的對稱曲線。對稱曲線的對稱條件是地面變換阻抗表達(dá)式應(yīng)互為倒數(shù)（），則三層曲線對稱條件為： 從例2的K型和K型的曲線的對稱性的相對應(yīng)關(guān)系，可以看出，曲線對稱條件要求高阻中間層對應(yīng)相對薄的中間低阻層，或者說，較薄的中間低阻層與較厚的中間高阻層的視電阻率曲線呈對稱關(guān)系。說明大地電磁法對低阻薄層的響應(yīng)比高阻層靈敏，它對低阻體的反映相對高阻體的反映更為靈敏。這是因為相同周期信號在低阻體中的波長較小，在高阻體中波長較長，所以對低阻薄層的分辯率高于高阻薄層。第五十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日層狀一維理論曲線的計算與圖示視電阻率曲線變化規(guī)律高頻時電磁波集中在第一層，視電阻率值收斂于第一層介質(zhì)電阻率；隨著頻率的降低，第二層的影響增加：當(dāng)時，視電阻率降低（H型和Q型）， 當(dāng)時，視電阻率增加（A型和K型）；隨著頻率進(jìn)一步降低，視電阻率趨于底層電阻率值。因此，MT理論曲線變化規(guī)律反映地球介質(zhì)電性變化順序，但很少有趨于第二層介質(zhì)電阻率值的漸近線的，因為電磁波受上下層影響且第二層介質(zhì)厚度有限。相位曲線變化規(guī)律極限特征與二層介質(zhì)類似，低頻下趨于-45度，高頻時左支與-45度有許多交點(diǎn)，但亦趨于-45度；三層介質(zhì)的相位曲線特點(diǎn)為由-45度到-45度變化，之間出現(xiàn)極小和極大值。用相位資料做解釋時，對相對幅度響應(yīng)曲線而言，可用較高的頻率成分的資料獲得有關(guān)地電斷面較深的信息。第五十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維介質(zhì)大地電磁場

迄今為止，討論過的介質(zhì)都是一維的，即介質(zhì)的電性只在一個方向有變化，具體地說只沿垂向方向有變化，而沿水平方向是均勻的。但實際的地質(zhì)體，一般來說，電性可能沿兩個方向或三個方向都有變化。我們把電性在兩個方向都變化的地質(zhì)體稱為二維介質(zhì)。把電性在三個方向都變化的地質(zhì)體稱為三維介質(zhì)。對二維介質(zhì)，通常認(rèn)為在垂向和一個水平方向電性發(fā)生變化，而另一個水平方向電性不變化。把這個電性不變化的方向稱為二維介質(zhì)的走向方向。在直角坐標(biāo)中，一般z表示垂向方向，x表示走向方向（對二維介質(zhì)）。這就是說，對二維介質(zhì)，在z和y方向電性發(fā)生變化。對三維介質(zhì)，在z、x和y三個方向電性都發(fā)生變化。在非一維情況下，標(biāo)量阻抗已不再適用，將要引入張量阻抗的概念。第五十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維介質(zhì)情況下，大地電磁的解析求解就變得十分困難，除極少數(shù)情況外，一般不能給出解析解，只能借助微分方程的數(shù)值計算方法求出近似解。即數(shù)值解法，常用的數(shù)值解法有：有限元法、有限差分法、積分方程法、有限體積法和邊界元法等。計算二維介質(zhì)的大地電磁場->阻抗->視電阻率和相位的過程成為二維大地電磁正演。第五十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日阻抗定義的推廣：張量阻抗和傾子矢量在一維情況下：在一般情況下，磁場Hy不僅與Ex而且可能同Ey也有關(guān)，對于磁場Hx也一樣。這時，電場與磁場的關(guān)系用下式表示：阻抗張量此外，關(guān)于垂直磁場有定義：傾子矢量第六十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維和三維模型問題源信號源信號第六十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日橫電波橫磁波：場的極化模式橫電波（TE）：垂直于傳播方向的場分量只有電場；橫磁波（TM）：垂直于傳播方向的場分量只有磁場；大地電磁測深中只研究場源為橫電磁波的情況大地電磁測深中常說的極化模式是以場源的極化方式來區(qū)分的，并且這種區(qū)分一般只在二維情況下才有意義。一維情況雖然可以解耦出TE和TM模式，但不能帶來更多的信息。三維模型下不能解耦出TE模式和TM模式。第六十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日TE模式（Ex，Hy，Hz）TM模式（Hx，Ey，Ez）二維情況下大地電磁曲線極化模式劃分第六十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維模型：場可解耦為兩組模式第六十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維正演：邊值問題TM模式：TE模式：第六十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第六十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日正演模擬結(jié)果第六十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第六十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第六十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第七十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第八十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第八十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第八十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外工作方法首先要就研究的地質(zhì)、地球物理問題和任務(wù)進(jìn)行施工設(shè)計，再根據(jù)設(shè)計要求正確地進(jìn)行觀測布極，在各測點(diǎn)上觀測有足夠頻率成分的數(shù)據(jù)。時間域電磁場數(shù)據(jù)要保證記錄長度，并保證一定的質(zhì)量指標(biāo)，相應(yīng)地采取一系列的保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的措施。最后對觀測資料進(jìn)行自評，處理和解釋、提交物探報告。第八十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外工作方法施工設(shè)計 進(jìn)行MT野外施工之前，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求進(jìn)行施工設(shè)計，含如下內(nèi)容：收集工區(qū)及鄰近區(qū)已有的地質(zhì)和地球物理資料，初步建立起工區(qū)的地層－電性關(guān)系模式。根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的要求，結(jié)合已知的構(gòu)造走向和地質(zhì)露頭情況，確定測線間距、測點(diǎn)間距、測線方位，并根據(jù)勘探目標(biāo)的深度和地層電性特征，提出對觀測數(shù)據(jù)最低頻率的要求。對工區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場實地踏勘，了解工區(qū)的地形、交通、地質(zhì)露頭情況及各種電干擾源（人類生活區(qū)、鐵路、輸電線、水電站和煤礦等）的分布情況。提出避開電干擾、確保野外觀測質(zhì)量的措施。根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求和實際情況，提出儀器一致性點(diǎn)和質(zhì)量檢查點(diǎn)的要求，提出對電極距的基本要求等。第八十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集測點(diǎn)的選擇 一般原則：單點(diǎn)大地電磁測深觀測資料，可構(gòu)制該點(diǎn)地下電性分層柱狀圖。但是，為了研究測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，單點(diǎn)資料是不夠的，必須在垂直構(gòu)造走向的方向上布置測線，測線上測點(diǎn)間的距離根據(jù)探測對象的不同而異，研究深部構(gòu)造的點(diǎn)距一般為10～50公里；研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的點(diǎn)距為5～20公里；研究淺部構(gòu)造的點(diǎn)距為1～5公里。一個測區(qū)可布置若干測線，測線之間彼此平行，如果地質(zhì)構(gòu)造沿走向延伸很長，測線間距通常為點(diǎn)距的2倍以上，對于等軸狀地質(zhì)構(gòu)造，可取線距等于點(diǎn)距的測網(wǎng)。第八十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集

測點(diǎn)的選擇地方的環(huán)境對觀測質(zhì)量的關(guān)系很大，為了獲得高質(zhì)量的野外觀測資料，測點(diǎn)選擇的原則是：根據(jù)地質(zhì)任務(wù)及施工設(shè)計書，布置測線、測點(diǎn)，在施工中允許根據(jù)實際情況在一定范圍內(nèi)調(diào)整，但必須滿足規(guī)范要求。若測區(qū)內(nèi)有有利異常，應(yīng)及時申請加密測線測點(diǎn)，以保證至少應(yīng)有三個測點(diǎn)位于異常部位。測點(diǎn)附近地形應(yīng)當(dāng)平坦，盡量不要選在狹窄的山頂或深溝底部，應(yīng)選在開闊的平地布極，至少兩對電極的范圍內(nèi)地面相對高差與電極之比小于10％，以避免地形的起伏影響大地電流場的分布。第八十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集測點(diǎn)應(yīng)避開河流、湖泊、沼澤、地表局部電性布均勻體，因為它們導(dǎo)致地表電性嚴(yán)重不均勻，從而影響了電流場正常分布。測點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離電磁干擾源，如發(fā)電廠、電臺和大型用電設(shè)施，因為它們周圍空間存在強(qiáng)大干擾電磁波，并在地下形成很強(qiáng)的游散電流，嚴(yán)重影響了大地電磁場的觀測結(jié)果。在不能調(diào)整情況下，應(yīng)采取其它措施減少電磁干擾。測點(diǎn)應(yīng)選在僻靜之處，避開公路、鐵路、住宅和其它人們經(jīng)?；顒拥牡貐^(qū)。第八十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集觀測裝置的布設(shè) 使用地面正交測量軸觀測系統(tǒng)，在每一測點(diǎn)上，必須測量彼此正交的電磁場水平分量，使用GPS定位：有兩個GPS，儀器本身自帶和采集人員使用的：前者是為衛(wèi)星同步之用，儀器采集記錄時間和格林威治時間是一致的，后者是為定點(diǎn)之用，測定測點(diǎn)坐標(biāo)。也可測量垂直磁場分量，以研究水平不均勻構(gòu)造情況、研究地下介質(zhì)走向情況及增加解釋的信息量等作用。第八十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日大地電磁觀測方式示意圖ExHyEyHxHz第八十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集布極 如果已知測區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造走向，最好取x，y分別與構(gòu)造的走向和傾向平行，即為主軸方向，這樣可直接測量入射場的TE波和TM波，若地質(zhì)構(gòu)造走向未知，通常取正北為x軸，正東為y軸，全區(qū)的各測點(diǎn)x和y取向盡量保持一致，以便在確定測區(qū)介質(zhì)電性主軸方位角時，能有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

野外電極布置一般采用“十”字型布極方式，這種方式能較好地克服表層電流場不均勻的影響，若儀器安置在“十”字交匯點(diǎn)附近，還有助于消除共模干擾。特殊情況下，如地形等原因，也可采用T形或L形布極方式。第九十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集電極距 電極距的長度一般為50～300m之間。若地形條件允許，兩端電極應(yīng)盡量水平，如測點(diǎn)周圍地表起伏不平，電極兩端不在同一水平面上，則應(yīng)按實測水平距計算電極距。磁棒 水平磁棒與垂直磁棒埋入土中應(yīng)保持水平和垂直，水平磁棒入土深度不小于30cm，垂直磁棒入土深度應(yīng)為磁棒長度的2/3以上，露出地面部分，應(yīng)用土埋實。電纜 連接電極、磁棒與主機(jī)的信號電纜，由于大地電磁信號微弱，要求信號傳輸過程的干擾少。鋪設(shè)電纜時，切忌懸空，因為懸空的電纜易在地磁場中擺動，其感應(yīng)電流嚴(yán)重地影響觀測結(jié)果。最好將電纜淹埋，這樣即可以防風(fēng)，又可減小溫度變化的影響。第九十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集第九十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集第九十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集第九十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日野外資料采集第九十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日常見的干擾信號電網(wǎng)干擾，電磁道均有反映電臺、廣播、雷達(dá)、手機(jī)等載波電話基站信號干擾風(fēng)的干擾工業(yè)游散電流的干擾第九十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日提高資料觀測質(zhì)量的措施影響資料質(zhì)量的因素有許多，既有主觀因素又有客觀因素。正確認(rèn)識這些干擾因素，采取正確的對策，有助于提高觀測資料的質(zhì)量。以下是幾種策略：掌握天然場源信號的規(guī)律性，盡可能在天然場信號強(qiáng)的時段組織野外采集工作。在人文干擾較嚴(yán)重的地區(qū)，充分利用干擾相對平靜的夜間進(jìn)行觀測。延長觀測時間，增強(qiáng)功率譜的迭加次數(shù)，提高信噪比。對電網(wǎng)干擾，可與在地方政府協(xié)商，采取臨時關(guān)停電的措施。對鐵路、城鎮(zhèn)和礦區(qū)造成的干擾，可采用遠(yuǎn)參考道的方法減少干擾的影響，參考站要遠(yuǎn)離干擾源。定期對極罐進(jìn)行檢查清洗，用極差較小的電極配套成為測量電極對。接地電阻較高時，采取電極四周墊土，周圍澆鹽水或采取多電極并聯(lián)，降低接地電阻。第九十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日靜態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理

在頻率域電磁測深中，靜態(tài)效應(yīng)是較為麻煩的問題。這種效應(yīng)總是與二維或三維構(gòu)造相關(guān)的。一般，它主要是由于近地表的電性橫向不均勻性或地形起伏引起的，并且可能在某種程度上影響所有的電場測量。這些非均勻體表面上的電荷分布可能使電場數(shù)據(jù)向上或向下移動一個數(shù)值，這個數(shù)值與頻率無關(guān)。因此視電阻率曲線也發(fā)生移動，但相位曲線不受影響。如果視電阻率曲線向上或向下移動一個數(shù)值，并仍保持平行，但相位曲線仍保持重合，則定義為靜態(tài)位移。靜態(tài)位移效應(yīng)的強(qiáng)度可達(dá)兩個數(shù)量級，在推斷深度時會引起大的誤差，并使構(gòu)造的解釋復(fù)雜化。第九十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日在不均勻體的界面上，所有穿過邊界的場和位都是連續(xù)的，只有電感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量不連續(xù)：此處qs為物體表面的面電荷密度,利用D=εE

根據(jù)并假定頻率依從關(guān)系為第九十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日得到：在準(zhǔn)靜態(tài)情況下這個表面電荷密度是很小的，然而它對電場的作用卻不可忽略，它是所謂靜態(tài)位移的物理原因。

當(dāng)趨膚深度比不均勻體的尺寸大許多時，便可察覺到這種表面電荷的影響。這表明，在地表或地表附近小的二維或三維不均勻體可能對整個電場測量都有影響。當(dāng)然，較深的物體也能引起靜態(tài)位移，但地表附近的不均勻性是最麻煩的。第一百頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日

靜態(tài)偏移可以部分地看作一個分辨率問題。當(dāng)電磁波波長與物體尺寸之比為中等并且直接在物體上作測深時，是可以直接分辨物體的，但是低頻段視電阻率曲線存在偏移。當(dāng)波長與物體尺寸之比很大時，并且測深點(diǎn)在物體上或以外，物體是不可分辨的，但是它引導(dǎo)起測量結(jié)果的偏移。靜態(tài)位移還取決于傳播的方式。在嚴(yán)格的二維地質(zhì)條件下，只有TM方式受影響。在三維條件下，TE和TM方式都受到影響，依物體的幾何尺寸和進(jìn)行測量的地點(diǎn)而異。在間接的意義上，靜態(tài)位移也與地下電阻率有關(guān)。因為電阻率影響波長。電阻率高意味著波長大，甚至在較高的測量頻率時靜態(tài)效應(yīng)也趨于明顯。第一百零一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日靜態(tài)效應(yīng)的特征第一百零二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百零三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百零四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百零五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百零六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日對于高阻靜態(tài)體來講第一百零七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百零八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維模型第一百零九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日二維模型的MT響應(yīng)第一百一十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日靜態(tài)效應(yīng)的識別第一百一十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日靜態(tài)效應(yīng)的校正第一百一十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百一十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百二十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日MT靜態(tài)模型第一百二十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日背景及實際電阻率等值線圖實際視電阻率等值線圖第一百三十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日識別曲線第一百三十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百三十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日理論模型中值濾波相位換算小波分析第一百三十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日實測數(shù)據(jù)處理-AMT第一百三十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百三十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日實測數(shù)據(jù)處理-CSAMT第一百三十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日中值濾波小波分析，分解兩三層第一百三十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日三維淺層不均勻體造成的靜態(tài)效應(yīng)三層模型中有一個40m*40m*4m的三維低阻板狀體非均勻體模型，圍巖三層介質(zhì)電阻率分別為100、10和1000歐姆米，前兩層的厚度分別為600m和1400m。層狀介質(zhì)中表層局部不均勻體模型四個測點(diǎn)，其中MT0位于不均勻體中心，MT18位于不均勻體內(nèi)側(cè)，MT25位于不均勻體外側(cè)，MT500位于不均勻體的無窮遠(yuǎn)處第一百三十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日正演結(jié)果無靜態(tài)位移曲線下降，但TE、TM模式重合兩個模式均下移TE、TM模式分別上移、下移第一百三十九頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日資料處理與解釋第一百四十頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日第一百四十一頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日某地區(qū)實測的MT視電阻率和相位曲線第一百四十二頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日時頻變換-傅里葉分析1、預(yù)處理任何一個大地電磁場都可以看成是一個連續(xù)的時間函數(shù)x(t)，為便于計算機(jī)處理需要將x(t)離散化，形成一個時間序列，同時還要作其他必要地處理，這個過程稱為預(yù)處理。時間域電磁信號——頻率域電磁信號第一百四十三頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日經(jīng)采樣后形成的時間序列為：為采樣間隔。根據(jù)采樣定理：為傅里葉系數(shù)對于大地電磁場來說，如果將它看成以為周期的復(fù)雜振動的話，那么在任一段區(qū)間[-T0，T0]上，就可以分為無限多個簡諧振動，用傅里葉級數(shù)表達(dá)為：(1)(2)第一百四十四頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日

實際上大地電磁場并不像設(shè)想的那樣是一個周期性振動，可以用傅里葉級數(shù)表達(dá)。野外所提供的記錄都是一個無限連續(xù)的非周期性振動。處理這類信號應(yīng)該運(yùn)用傅里葉積分。(3)(4)第一百四十五頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日

因為任何記錄都只是有限的，或者說僅是從長記錄中截取一段，比如從-T到T表示褶積，為經(jīng)截斷后信號的頻譜，為無限長信號的真實頻譜，為矩形函數(shù)的頻譜：(5)第一百四十六頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日

這個影響通常稱為截斷效應(yīng)。這也是數(shù)據(jù)處理中不可避免的噪音，應(yīng)該消除或盡可能減小它的影響。第一百四十七頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日從圖6.12看到數(shù)據(jù)長度對頻譜分辨力的影響，數(shù)據(jù)長度越短，頻譜畸變越大。為了使譜分析的結(jié)果盡可能接近原始譜，希望減小加權(quán)平均的范圍，要求主葉愈窄愈好。

再看邊葉上的影響。在這里G(f)時正時負(fù)，所以它和原始譜褶積結(jié)果會造成一部分頻譜丟失，即所謂時窗泄漏。顯然邊葉起伏愈大這種破壞作用也愈大。因此為了克服這種影響希望邊葉衰減愈快愈好。第一百四十八頁，共一百六十七頁，2022年，8月28日從圖6.12上還可看出，如果增加T可以使主葉變窄，也能使邊葉很快衰減。然而這將意味著增加數(shù)據(jù)量、增加計算機(jī)時間和存儲容量，因此這不是理想的減小截斷效應(yīng)影響的方法。另一個可供選擇的辦法是修改窗函數(shù)g(t),從而得到一個理想的頻譜函數(shù)G(f)。如果它的主葉很窄，邊葉衰減又快，那么截斷效應(yīng)的影響將會大為降低?？上н@兩個要求往