203电法勘探原理06.pptVIP

§6.5 电磁感应法 电磁感应法是电法勘查的重要分支方法。该方法主要利用了岩(矿)石的导电性、导磁性和介 电性的差异，应用电磁感应原理，观测和研究人工或天然形成的电磁场的分布规律(频率特 性和时间特性)，进而解决有关的各类地质问题。在各类地质勘查中，电磁感应法具有广泛 应用和发展前景。 物质基础 导电性、导磁性 方法原理 电磁感应原理 研究对象 电磁场的空间和时间变 化规律 用途 寻找良导矿和其它地质 目的 （2）场源： a、天然电磁场： 典型的方法：大地电磁法，甚低频法； b、人工交变电磁场： 典型的方法：CSAMT，瞬变电磁法等。 （3）、分类 电磁法的分类很多，但一般可分为两大类： a、频率域电磁法； b、时间域电磁法。 这两类方法的原理和本质是一样的，其结果可以互相转换，差别主要体现在技术和地质效果上。 （4）方法特点： a、利用的物性参数多（σ、μ、ε）； 测量的参数多（E、H的空间各个分量以及振幅、相位、实、虚分量等） 解决地质问题的能力强； b、可不接地，因而可在沙漠、冻土及高阻屏蔽和城市等地工作； C、不受高阻层的屏蔽； d、探测深度较大。 （5）应用领域 a、找良导矿； b、地质填图； c、区域构造； d、管线探测； e、城市工程勘查； f、无损检测。 3、电磁感应法的物理实质 （1）、电磁感应模型 在地面放一个发射机，将频率为几十到几千Hz的交变电流 输送到发射线圈T中，使其周围空间产生足够强的一次交变电磁场 如果地下有一良导体存在，那么根据电磁感应定律，地下良导体在一次场的激发下，就会产生感应电动势： Φ：磁通量，M：发射线圈与地下导体间的互感系数 良导体的物理模型 在电磁法中，一般将地下导体视为由电阻R和电感L组成的串联回路。 在一次场的激发下，导体产生的感应电流I2为： 感应电流I2在其周围空间产生二次磁场H2，空间某点的二次磁场或异常场为： 式中G为几何因子，是空间坐标（x，y，z）函数。 电磁法主要是研究二次磁场的变化规律来达到解决地质问题的。 在地面决置一个接收线圈，那么它一般能接收到总场，即一次场和二次场之和。 H＝H1＋H2 相位矢量图： 总场： H＝H1＋H2 二次场的频率特性： 将H2作简单变换，可得： 参数α的物理意义： 二次场的时间特性： 1）时间域电磁法的原理： 2）二次磁场的时间特性： 研究二次场的时间特性是时间域电磁法的主要任务之一。 3）计算方法 计算二次场时间特性有二种方法： a、直接法：直接在时间域求解麦克斯韦方程组或波动方程； b、频谱法： 时间域 频率域 时间域 举例：RL回路 4）分析 A、R越小（导电性好），L越大，A值越小，二次场衰减越慢； B、 R越大（导电性差），L越小，A值越大，二次场衰减越快； 一、电磁感应法的一次场 与研究传导类电法一样，首先讨论电磁感应法正常场，在此基础上，讨论典型地质体上的电 磁异常特征。 电磁感应法的正演计算通常由波动方程和边界条件组成的定解问题出发，计算 导电导磁体的异常场，可以得到完整而严密的异常场规律，但通常能求得严格解析解的只有 少数几何形状的地质对象，如球体、水平圆柱体、良导的无限水平或垂直板状体等。 对于复 杂形状的导电体，尚不能得到异常场的解析解。而用数值计算方法仅能得到近似解答； 因此 ，物理模拟方法仍是电磁法理论研究的重要手段。 (一)电磁感应法的一次场 目前应用较多的电磁法人工场源主要有回线场和偶极场两种。 前者是将谐变电流(或脉冲电 流)通入铺设于地面的矩形回线中，回线边长一般为几百米或一、二公里，这种馈电方式产 生的电磁场称作大定源场。 若将谐变(或脉冲)电流通入直径一米或几米的线圈内，在距线圈 一定距离外产生的电磁场等效于磁偶极子产生的场，称为偶极子场。  1不接地大回线场 如图6.5-１（ａ）所示，向铺设于地面的矩形回线中供入交变或脉冲电流I１， 地面观测点P处的磁场 H１相当于四段导线中电流于P点产生的磁场矢量和，其方向垂 直于地面。 2磁偶极子场 磁偶极子的一次磁场与均匀各向同性介质中电偶极子的电场之分布形态完全相同。 如图6.5-2所示，任