应用地电学B课件：EM9-甚低频法+人工电磁场

甚低频法应用地电学B甚低频法应用地电学B复习工作设计数据采集数据处理数据分析反演解释

2复习工作设计2复习感应矢量（InductionVector）：

3复习感应矢量（InductionVector）：3复习静位移（StaticShift）：

4复习静位移（StaticShift）：4复习静位移校正：（1）通过电磁阵列剖面法（EMAP）沿剖面将电极首尾相接，从而实现利用空间域低通滤波来压制静位移效应（AMT、CSAMT适用）。5复习静位移校正：5复习静位移校正：（2）由于静位移效应只影响视电阻率数据，对相位数据没有影响，因而在反演过程中可以只反演相位数据，或者由相位数据估算出视电阻率数据来实现静位移效应的去除。6复习静位移校正：6复习定性解释：视参数拟断面图反演：一维/二维/三维7复习定性解释：视参数拟断面图78变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面8思考天然场方法（MT）存在哪些缺陷？高频部分信号弱，1Hz附近存在死频带，使浅部勘探受限；大面积密集测点测量时，MT方法不够经济快捷；接地条件差的地区，无法有效地利用MT方法进行测量。

9死频带思考天然场方法（MT）存在哪些缺陷？9死频带甚低频法（VLF）甚低频法(VeryLowFrequency)是20世纪60年代中期发展起来的一种被动源电磁法。它利用分散在全球各地数十个频率为15～25kHz的长波电台作为场源,进行地质矿产及水资源勘查。这些长波电台是为远方的潜艇导航及通信而建立的,功率强大(500～1000kW),信号稳定。由于VLF法无需发射设备,因此装备非常轻便,工作效率高,成本低，在寻找良导电的金属矿床、找水以及进行地质填图等方面取得了很好的地质效果。勘探深度？10甚低频法（VLF）1011变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面11甚低频法的场源12甚低频法的场源12甚低频法的场源13甚低频法的场源13甚低频法的场源14甚低频法的场源14甚低频法的一次场甚低频法的一次场甚低频电磁法是利用频率为15～25kHz的潜艇通讯用甚低频电台作为它的场源。这种电台的功率相当强大,通常为几百到1000kW。其辐射天线为几百英尺高的垂直电偶极子。15甚低频法的一次场甚低频法的一次场15甚低频法的一次场16YX甚低频法的一次场16YX甚低频法的一次场E可分解为x、z分量；H只有y分量；地面上方空气中，Ez>>Ex；地下Ex>>Ez；均匀大地中可近似视为平面波，只有水平分量Ex、Hy。17甚低频法的一次场17甚低频法的异常场地质体走向//收发距方向

→TE模式（Hy-Ex）VLF适用于与场源方向平行

的脉状异常体的探测。18甚低频法的异常场地质体走向//收发距方向18甚低频法的异常场Hz→倾子19HyHyHy甚低频法的异常场Hz→倾子19HyHyHy甚低频法的异常场20一次场异常场总场甚低频法的异常场20甚低频法的异常场21甚低频法的异常场21测量参数磁场测量：By、Bz

极化椭圆倾角D（Bz/By）电场测量：Ex视电阻率测量：22测量参数22资料处理地形改正：正演模拟-校正日变校正：By/BzFraser滤波：23资料处理地形改正：正演模拟-校正23仪器设备仪器设备：GeonicsEM16

(磁场测量)

EM16R

(视电阻率测量)24仪器设备仪器设备：24仪器设备仪器设备：重庆地质仪器厂

DDS—3甚低频电磁仪25仪器设备仪器设备：25应用举例萤石矿勘查萤石Fluorite氟化钙(CaF2)蓝紫色至无色，玻璃光泽；

主要为热液型；

极少为沉积型；

冶金熔剂或抽取氟化物，

无色透明者可作光学材料。26应用举例萤石矿勘查26萤石矿勘查27萤石矿勘查27萤石矿勘查本区萤石矿绝大多数为裂隙充填型，构造破碎带含水，电阻率低于围岩，这种电性差异提供了电磁法寻找含矿断裂的前提；电磁法探测的主要是控矿构造，而非矿物本身。28萤石矿勘查282929303031变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面31人工电磁场应用地电学B授课教师：张乐天人工电磁场应用地电学B授课教师：张乐天提纲人工地电场-电磁场场源：电偶极子/磁偶极子/回线源波形：谐变/阶跃介质：均匀半空间/层状介质

自由空间/不导电围岩+导电球体（回线源）频率域和时间域电磁场的基本特点

33提纲人工地电场-电磁场33复习

频率域

时间域34复习34频率域电磁场的基本特点35

时谐电磁场(time-harmonicfield)的概念

频率域电磁场的基本特点35时谐电磁场(time-harm频率域电磁场的基本特点比如，对于磁场和电场的某个分量，可以有：如

这里φe和φh为初始相位。借助交流电的发射装置，如振荡器、发电机等，可以在地中及空气中建立谐变场。36

频率域电磁场的基本特点比如，对于磁场和电场的某个分量，可以有频率域电磁场的基本特点建立的谐变场的场源主要可以分为两种，电性源和磁性源电性源法与直流电法一样利用A、B供电电极将交流电源直接接到大地。由于供电导线和大地不

仅具有电阻而且还具有

电感，所以由A、B电极

直接传入地中的一次电

流场与电源产生相位

差。37频率域电磁场的基本特点建立的谐变场的场源主要可以分为两种，电频率域电磁场的基本特点纯电阻情况，相位差为0，遵循欧姆定律；纯电感情况，相位差为π/2，遵循法拉第电磁感应定律；实际情况为上述两种情况的混合。38频率域电磁场的基本特点纯电阻情况，相位差为0，遵循欧姆定律；频率域电磁场的基本特点地中的分散电流及供电导线中的集中电流均在其周围产生交变一次磁场。后者在地中又感应产生二次电场，它是封闭的涡旋电场。严格的讲，除这两种场外，随着供电电源频率的不同，在地中产生另一种起因的电场：超低频率时产生激发极化场；超高频率时产生位移电流场。在电磁感应法的频率范围内（

10-3-108Hz）一般不考虑这些场，即它们小到可以被忽略。如果地下介质不均匀，则在覆盖层、围岩及局部导体上均产生涡旋电场。但其电流密度大小取决于各地质体的电阻率，即由欧姆定律决定。39频率域电磁场的基本特点地中的分散电流及供电导线中的集中电流均频率域电磁场的基本特点磁性源法是指在地表敷设通有交变电流的不接地回线或者多匝的小型发射线圈（磁偶极子）。利用发射机为回线或线圈供电，产生交变磁场，并激发地中的二次电磁场。感应激发方式多用于

接地条件较差的地方。这时可彻底摆脱接地的困难。也可以采用非接

触式探测，使用汽车

或飞机进行大面积勘探。40频率域电磁场的基本特点磁性源法是指在地表敷设通有交变电流的不频率域电磁场的基本特点电性源的一次磁场和地中二次磁场叠加在一起形成总磁场。在远离发射源的地方（远区），磁场在地表具有类似不均匀平面波的特点，由地表垂直地向地下深处传播。对磁性源来说也同样如此（图中的A、B供电电极可用发射线框代替）。41频率域电磁场的基本特点电性源的一次磁场和地中二次磁场叠加在一频率域电磁场的基本特点42地中二次电、磁场的频率与激发它们的一次电、磁场的频率相同，且它们之间有相位差。相位差的出现是与地下介质的电阻和电感发生联系的。由于一次场和二次场在观测点上的空间取向不同，所以这两种场合成结果必然形成椭圆。总磁场（或总电场）矢量端点随时间变化的轨迹为椭圆的场叫做椭圆极化场。频率域电磁场的基本特点42地中二次电、磁场的频率与激发它们的频率域电磁场的基本特点极化（偏振）指的是空间各点的电场/磁场强度矢量随时间变化的特性（各点的电场/磁场强度矢量的顶点在一个周期内在空间平面上画出的轨迹的形状）均匀平面波的极化可以分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。43

波的极化频率域电磁场的基本特点极化（偏振）指的是空间各点的电场/磁场频率域电磁场的基本特点44

设某沿+z方向传播的合成电磁波，其中：

频率域电磁场的基本特点44设某沿+z方向传播的合成电磁45

线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段随时间变化

条件：或

合成波电场的模

合成波电场与+x轴的夹角常数合成波电场的模（振幅）随时间呈正弦（余弦）波变化，而电场分量的方向不变45线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段随时间变化46

圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆则

条件：

合成波电场的模常数

合成波电场与+x轴的夹角随时间变化

合成波电场的模（振幅）随时间不变，而电场分量的方向随时间呈线性变化46圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆则47

椭圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆和圆极化类似，令由可得到

（椭圆方程）47椭圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆和圆48

特点：合成波电场的大小和方向都随时间改变，其端点在一个椭圆上旋转。

合成波电场的幅角即可以表示为：48特点：合成波电场的大

合成波电场的幅角即可以表示为频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场49频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场4频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场

直角坐标变换为极坐标

利用直流电场表达式进行归一化

得到均匀半空间的电场空间频率特性函数：

50频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场5频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场赤道装置(φ=90°)的交流电阻率为介质真电阻率的2倍；轴向装置(φ=0°)的交流电阻率为介质真电阻率的1/2。51频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场5频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场

利用直流偶极磁场表达式归一化52频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场553当p<<1，称为“近区”；当p>>1，称为“远区”。即近区指的是收一发距很小或频率很低（或波长很长）的范围，而远区指的是收一发距很大或频率很高（或波长很短）的范围。

下面引入无量纲归一距离的概念。频率域中电场强度呈指数衰减：

定义频率域电磁场的基本特点53当p<<1，称为“近区”；当p>>1，称为“远区”。即近54电偶极子产生的近区电磁场与直流场相同，起不到测深的作用；特别是磁场分量与介质电阻率无关，不反映地电特性。频率域电磁场的基本特点54电偶极子产生的近区电磁场与直流场相同，起不到测深的作用；频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场对于赤道装置,理论上可采用下述五种方法来确定均匀大地的电阻率或非均匀大地的视电阻率：55频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场5频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场磁偶极子：空间频率特性函数：视电阻率：56频率域电磁场的基本特点均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场557575858甚低频法应用地电学B甚低频法应用地电学B复习工作设计数据采集数据处理数据分析反演解释

60复习工作设计2复习感应矢量（InductionVector）：

61复习感应矢量（InductionVector）：3复习静位移（StaticShift）：

62复习静位移（StaticShift）：4复习静位移校正：（1）通过电磁阵列剖面法（EMAP）沿剖面将电极首尾相接，从而实现利用空间域低通滤波来压制静位移效应（AMT、CSAMT适用）。63复习静位移校正：5复习静位移校正：（2）由于静位移效应只影响视电阻率数据，对相位数据没有影响，因而在反演过程中可以只反演相位数据，或者由相位数据估算出视电阻率数据来实现静位移效应的去除。64复习静位移校正：6复习定性解释：视参数拟断面图反演：一维/二维/三维65复习定性解释：视参数拟断面图766变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面8思考天然场方法（MT）存在哪些缺陷？高频部分信号弱，1Hz附近存在死频带，使浅部勘探受限；大面积密集测点测量时，MT方法不够经济快捷；接地条件差的地区，无法有效地利用MT方法进行测量。

67死频带思考天然场方法（MT）存在哪些缺陷？9死频带甚低频法（VLF）甚低频法(VeryLowFrequency)是20世纪60年代中期发展起来的一种被动源电磁法。它利用分散在全球各地数十个频率为15～25kHz的长波电台作为场源,进行地质矿产及水资源勘查。这些长波电台是为远方的潜艇导航及通信而建立的,功率强大(500～1000kW),信号稳定。由于VLF法无需发射设备,因此装备非常轻便,工作效率高,成本低，在寻找良导电的金属矿床、找水以及进行地质填图等方面取得了很好的地质效果。勘探深度？68甚低频法（VLF）1069变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面11甚低频法的场源70甚低频法的场源12甚低频法的场源71甚低频法的场源13甚低频法的场源72甚低频法的场源14甚低频法的一次场甚低频法的一次场甚低频电磁法是利用频率为15～25kHz的潜艇通讯用甚低频电台作为它的场源。这种电台的功率相当强大,通常为几百到1000kW。其辐射天线为几百英尺高的垂直电偶极子。73甚低频法的一次场甚低频法的一次场15甚低频法的一次场74YX甚低频法的一次场16YX甚低频法的一次场E可分解为x、z分量；H只有y分量；地面上方空气中，Ez>>Ex；地下Ex>>Ez；均匀大地中可近似视为平面波，只有水平分量Ex、Hy。75甚低频法的一次场17甚低频法的异常场地质体走向//收发距方向

→TE模式（Hy-Ex）VLF适用于与场源方向平行

的脉状异常体的探测。76甚低频法的异常场地质体走向//收发距方向18甚低频法的异常场Hz→倾子77HyHyHy甚低频法的异常场Hz→倾子19HyHyHy甚低频法的异常场78一次场异常场总场甚低频法的异常场20甚低频法的异常场79甚低频法的异常场21测量参数磁场测量：By、Bz

极化椭圆倾角D（Bz/By）电场测量：Ex视电阻率测量：80测量参数22资料处理地形改正：正演模拟-校正日变校正：By/BzFraser滤波：81资料处理地形改正：正演模拟-校正23仪器设备仪器设备：GeonicsEM16

(磁场测量)

EM16R

(视电阻率测量)82仪器设备仪器设备：24仪器设备仪器设备：重庆地质仪器厂

DDS—3甚低频电磁仪83仪器设备仪器设备：25应用举例萤石矿勘查萤石Fluorite氟化钙(CaF2)蓝紫色至无色，玻璃光泽；

主要为热液型；

极少为沉积型；

冶金熔剂或抽取氟化物，

无色透明者可作光学材料。84应用举例萤石矿勘查26萤石矿勘查85萤石矿勘查27萤石矿勘查本区萤石矿绝大多数为裂隙充填型，构造破碎带含水，电阻率低于围岩，这种电性差异提供了电磁法寻找含矿断裂的前提；电磁法探测的主要是控矿构造，而非矿物本身。86萤石矿勘查288729883089变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面31人工电磁场应用地电学B授课教师：张乐天人工电磁场应用地电学B授课教师：张乐天提纲人工地电场-电磁场场源：电偶极子/磁偶极子/回线源波形：谐变/阶跃介质：均匀半空间/层状介质

自由空间/不导电围岩+导电球体（回线源）频率域和时间域电磁场的基本特点

91提纲人工地电场-电磁场33复习

频率域

时间域92复习34频率域电磁场的基本特点93

时谐电磁场(time-harmonicfield)的概念

频率域电磁场的基本特点35时谐电磁场(time-harm频率域电磁场的基本特点比如，对于磁场和电场的某个分量，可以有：如

这里φe和φh为初始相位。借助交流电的发射装置，如振荡器、发电机等，可以在地中及空气中建立谐变场。94

频率域电磁场的基本特点比如，对于磁场和电场的某个分量，可以有频率域电磁场的基本特点建立的谐变场的场源主要可以分为两种，电性源和磁性源电性源法与直流电法一样利用A、B供电电极将交流电源直接接到大地。由于供电导线和大地不

仅具有电阻而且还具有

电感，所以由A、B电极

直接传入地中的一次电

流场与电源产生相位

差。95频率域电磁场的基本特点建立的谐变场的场源主要可以分为两种，电频率域电磁场的基本特点纯电阻情况，相位差为0，遵循欧姆定律；纯电感情况，相位差为π/2，遵循法拉第电磁感应定律；实际情况为上述两种情况的混合。96频率域电磁场的基本特点纯电阻情况，相位差为0，遵循欧姆定律；频率域电磁场的基本特点地中的分散电流及供电导线中的集中电流均在其周围产生交变一次磁场。后者在地中又感应产生二次电场，它是封闭的涡旋电场。严格的讲，除这两种场外，随着供电电源频率的不同，在地中产生另一种起因的电场：超低频率时产生激发极化场；超高频率时产生位移电流场。在电磁感应法的频率范围内（

10-3-108Hz）一般不考虑这些场，即它们小到可以被忽略。如果地下介质不均匀，则在覆盖层、围岩及局部导体上均产生涡旋电场。但其电流密度大小取决于各地质体的电阻率，即由欧姆定律决定。97频率域电磁场的基本特点地中的分散电流及供电导线中的集中电流均频率域电磁场的基本特点磁性源法是指在地表敷设通有交变电流的不接地回线或者多匝的小型发射线圈（磁偶极子）。利用发射机为回线或线圈供电，产生交变磁场，并激发地中的二次电磁场。感应激发方式多用于

接地条件较差的地方。这时可彻底摆脱接地的困难。也可以采用非接

触式探测，使用汽车

或飞机进行大面积勘探。98频率域电磁场的基本特点磁性源法是指在地表敷设通有交变电流的不频率域电磁场的基本特点电性源的一次磁场和地中二次磁场叠加在一起形成总磁场。在远离发射源的地方（远区），磁场在地表具有类似不均匀平面波的特点，由地表垂直地向地下深处传播。对磁性源来说也同样如此（图中的A、B供电电极可用发射线框代替）。99频率域电磁场的基本特点电性源的一次磁场和地中二次磁场叠加在一频率域电磁场的基本特点100地中二次电、磁场的频率与激发它们的一次电、磁场的频率相同，且它们之间有相位差。相位差的出现是与地下介质的电阻和电感发生联系的。由于一次场和二次场在观测点上的空间取向不同，所以这两种场合成结果必然形成椭圆。总磁场（或总电场）矢量端点随时间变化的轨迹为椭圆的场叫做椭圆极化场。频率域电磁场的基本特点42地中二次电、磁场的频率与激发它们的频率域电磁场的基本特点极化（偏振）指的是空间各点的电场/磁场强度矢量随时间变化的特性（各点的电场/磁场强度矢量的顶点在一个周期内在空间平面上画出的轨迹的形状）均匀平面波的极化可以分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。101

波的极化频率域电磁场的基本特点极化（偏振）指的是空间各点的电场/磁场频率域电磁场的基本特点102

设某沿+z方向传播的合成电磁波，其中：

频率域电磁场的基本特点44设某沿+z方向传播的合成电磁103

线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段随时间变化

条件：或

合成波电场的模

合成波电场与+x轴的夹角常数合成波电场的模（振幅）随时间呈正弦（余弦）波变化，而电场分量的方向不变45线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段随时间变化104

圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆则

条件：

合成波电场的模常数

合成波电场与+x轴的夹角随时间变化