EH-4培训讲义

1、 1. 仪器概述 EH-4这套仪器是一种用来测量地下电阻率的一种电法仪器。这套仪器是一种特殊的大地电磁测深（MT）仪器。它既可以接收天然场源的大地电磁信号，又可以接收人工场源的电磁信号，并且它所接收的频率高于MT仪器所采集的频率。 2.EH4仪器在电法勘探分类中所处的位置 1、 几何电阻率法（常规的直流电法） 2、 激发极化法 电法 3、 自然电场法 4、 充电法 时间域电磁法瞬变电磁法 5、 电磁法 频率域电磁法CSAMT法、AMT法、MT、EH-4 大地电磁测深（MT） 0.001340Hz 音频大地电磁（CSAMT） 0.2510KHz EH-4 10Hz100KHz 我们都知道常规的电

2、探仪，直流电阻率剖面仪。需要向地下直接供电，并且随着测量深度加大，电极布线和供电量都不断增加，野外劳动强度大，效率低。而大地电磁法它采集的频率较低，通常观测时间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。 大家知道，1000米以内，几百米上下，正是人类经济、文明活动在地壳上层最活跃的深度。而浅、中深度范围的电法探则仪器相对较少，也正是这种现状激发了国内外众多的科学家和仪器制造商要研制开发出一种既轻便又可以勘探浅、中深度的电法仪器。 96年中下旬，由美国以制造高分辨率地震仪而著名Geometrics公司和以研制大地电磁仪器而闻名的EMI公司联合研制出了EH-4， 在中国EH-4经历了十几年的使用与发展

3、，已成为一种稳定成熟的电磁测深仪器，在中国已得到广泛的应用，为中国地下水的调查、环境的地下特征调查、矿产与地热勘探及工程研究做出了不少的贡献。4. EH-4制造公司及贡献1 原理概述： EH-4它既然是电法勘探仪器，那么它最终所要涉及的物理量离不开电阻率等物质的电性参数、EH-4与直流电法仪不同之处就是它不是直接利用欧姆定理R=U/I，而是计算地表Ex、Ey、Hx、Hy，通过计算卡尼亚电阻率（ ）来计算反映地下物质的电性结构。 EH-4是通过观测记录电磁场信号，然后通过傅立叶变化将时间域的电磁信号变成频谱信号，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后计算地下电阻率。 251HEf251HEf251HE

4、f215Ef H2.电磁波传播理论 大地电磁场来源于高空，可以看成是在地球表面垂直入射的平面波，如果假设大多数地下岩土为无磁性物质，并且宏观上均匀导电，不存在电荷积累，那么Maxwell方程就可简化为： 其中上面前两式称为亥姆霍兹方程，K称作复波数或传播系数 ikHkHEkE22222200EJHBEDdivBqdivDtDJrotHtBrotE02EEE 因为EH-4测量的频率范围为0.1Hz100KHz，通常可以忽略位移电 流，这 时K进一步简化为3.均匀半无限空间的大地电磁波阻抗 我们通过亥姆霍兹方程可得出电磁有如下关系 ， 我们把地表电场和磁场水平分量的比值定义为表面阻抗， 在均匀大地

5、的情况下，此阻抗与测量轴方位无关，它是一个标量即， ， 因此大地电阻率为： 或 Ki iHnE EZH4iXXYYEeZH4iYYXXEeZH 21Z215fZ 我们把由上述公式得到的电阻率称为卡尼亚电阻率，在均匀各向同性介质中 视电阻率的概念 在不均匀层状介质情况下我们用上述公式得出的“电阻率值”称为视电阻率。一般说来，视电阻率不是某层介质的真正电阻率，而是地下层状介质电性参数分布的综合反映。视电阻率与地电断面参数及观测电场信号的频率有关。一定频段的大地电磁场有一定的穿透深度和影响范围，而视电阻率就表示这一范围内地点断面的平均效应。 4，水平非均匀介质的张量阻抗 在非均匀介质的情况向下，阻抗

6、与测量方向有关，在一定的观测坐标下，在地面沿两个正交方向所测量的视电阻率是不相等的即， （ ） 22xyyx11yx5f5fyxEEHHxyyxTETMZZ如果观测方向与电性主轴方向重合的话，电磁场有如下关系： 但是在实际观测中我们并不知道电性主轴的方向，我们的观测方位与电性主轴有一定的夹角。此时电磁场有如下关系 其中 上式说明，当测量轴为任意取向时，电场分量与磁分量间的关系必须通过ZXX、ZXY、ZYX、ZYY四个量来描述，而且与测量轴的取向有关，所以我们将YTEXTMXYZ HEZ HEXXYYXXXYYYYXXYZHZ HEZHZ HEsin222sincos22(cos)sinsin2

7、TETMXXTMXYTEYXTETMTETMYYZZZZZZZZZZZZ （2 ）（ ）（ ）（ ）（ ）（2 ）ZXX、ZXY、ZYX、ZYY四个量所确定的阻抗称为张量阻抗。 当 =0时即电性主轴方位与测量方位正好重合时 = =0 ， = ， =- 。 5 勘探深度 根据卡尼亚电阻率公式 ，我们知道电阻率随频率变化而变化，而电磁波的穿透深度或趋肤深度也与频率有关。因此不同的频率反应不同深度的电阻率。 XXZYYZXYZY XZTEZTMZ21Z 趋肤深度 电磁波的能量随传播深度的增加而逐渐被吸收，我们把波的振幅衰减到原来的1/e的传播深度定义为趋肤深度，其公式为:勘探深度 我们把电磁波能量衰

8、减到原来的50%时的传播深度定义为勘探深度 ，公式为： 从上述公式我们可以看出趋肤深度和勘探深度都与电磁波的频率，地下物质的电阻率有关 系。在地下电阻率一定的情况下，频率越高趋肤深度和勘探深度越浅。在率一定的情况下地下电阻率越小趋肤深度和勘探深度越浅，这就说明了频率测深的原理。 下图是远场频率与勘探深度的关系 5 0 3()mf356()mf直流电法仪测深大地电磁测深1 接收机野外布置示意图 2 发射机野外布置示意图3 仪器平行测试 当我们拿到一台新仪器第一次去野外进行数据采集时，或想知道仪器现在是否正常，我们可以进行平行测试，所谓平行测试是指将两个电极相互平行摆放（如X方向），两个磁棒也朝同一方向摆放（如Y方向）。 如果仪器正常的话，我们所测得的时间序列图Ex与Ey ，Hy与Hx的信号应该是一致的，同样所计算的视电阻率曲线也是一致的。 布站时一些环节它可以直接影响我们所采集原始数据的质量。所以我们布站时注意以下事项： 1，如有条件的话，测点尽量离高压线、民用电线、高速公路、铁路远一点。 2，磁探头要平放在地上，用水平尺使其水平，两个磁棒要相互垂直，相互夹角误差不能超过+/-2度，两个探头相互至少两米远。 3 ，如果在野外测量时