大地电磁介绍07.06.01

第一节大地电磁测深法大地电磁测深法（MagnetotelluricSounding）,简称MT，是苏联学者Tikhonov(1950)和法国学者Cagniard(1953)50年代初提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。

由于它不用人工供电，成本低，工作方便，不受高阻层的屏蔽，对低阻层分辨率高，而且勘探深度随电磁场的频率而异，浅可以几十米，深可达数百公里，因此，近年来在许多领域都得到了成功的应用，引起了地球物理学家的广泛兴趣和极大的重视。

据报道，MT在苏联、美国、加拿大、澳大利亚、东欧、日本、冰岛等国的地球物理勘探工作中都占有重要地位。

近十年来，在我国也取得了突飞猛进的发展。

特别是在引进一批先进的仪器设备后，其勘探效果已逐渐被地球物理学家所公认。

现在已成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的手段；在石油和天然气的普查与勘探中，该方法是其它地球物理方法，特别是地震法的一种重要的补充；此外，在地热田的调查、天然地震的预测预报等方面，MT都发挥了或者正在发挥着重要的作用。

和任何新生事物一样，大地电磁的发展也不是一帆风顺的。

质自由50年代初问世以来，由于仪器测量精度不够，加之理论也不完善，它曾一度被打入冷宫，只是在此60年代引入模拟记录，在数字处理和解释中采用张量分析后，大地电磁才开始进入实际应用阶段。

随着数字技术的发展和数字化仪的推广，大地电磁法的地质效果才最终被地球物理学家所乘认。

在我国，虽然60年代初就引进了大地电磁法并开始了仪器的研制和方法的实验，然而，由于同样的原因，直至80年代初，在实际应用方面还没有取得任何突破性的进展。

大地电磁法（即大地电磁测深法）不仅给石油和天然气的普查与勘探增添了一种新的手段和方法，而且也给那些地震勘探难以进行（如火成岩和碳酸盐岩覆盖地区）和难以到达地区的石油勘探展示了新的前景。

大地电磁法也有它的不足。

首先，野外施工期限和每个测点上数据采集时间都受大地电磁场变异的强弱制约，记录的质量也取决于场源的性质和尺寸，这种“靠天吃饭”的被动源工作方式，无疑会大大影响工作效率，增加工作成本；其次，体积勘探的性质决定了MT的分辨率不高而且电阻率越高、频率越低，分辨能力越低；第三，观测误差，特别是低频的观测误差较大，而且观测误差的大小不仅受场源性质，构造的复杂程度和干扰的大小所制约，而且也有赖于观测时间的长短和叠加次数的多少；第四，在复杂地质条件下的资料处理和解释方法还很不成熟，有待进一步研究和发展。

大地电磁场探测技术简介大地电场岩性探测技术是20世纪90年代发展起来的石油勘探与开发的新技术。

由中国石油天然气总公司立项的（85-101-05-08）重点攻关项目。

现已广泛的应用于陆地及海上油田的勘探及含油气构造评价。

由于该方法对地下薄层及条带狀砂层油气、水的流体有独到之鉴别能力。

而且垂直分辨率高，并且不受任何地面条件的影响。

很适合城市的民房密集区、野外复杂地形及海上的勘测。

1、原理浅谈地层为水平N层均匀介质，则介质分界面产生反辐射脉冲电磁场（Hn、En）的频率（f）与上覆地表面地层岩性的电阻率（ρ）和岩性分界面的埋深（及第一层的厚度）有关。

由于大地对电磁的传播同样具有低频“窗口”特性。

新产生的低频脉冲电磁波（Hn或En）在“窗口”范围内传播时几乎无衰减。

白瑞（Burrel）曾推出低频电磁波在均匀水平N层介质中传播时低频窗口截止频率fn的计算公式：fn =KP/h2式中：K=9.4X105电阻率ρ—单位（Ω.m）N层水平介质示意图深度h—单位（m）频率fn—单位（Hz）式中可知，截止频率fn与h2成反比，即随着h的增大fn将明显降低，也就是说深部地层岩性分界面脉冲电磁波的频率很低，而截止频率fn与电阻率（ρ）成正比。

也就是地下岩性表现为高阻层时，其截止频率（fn）将升高。

设地层深度为h=2000m，电阻率增量dρ=0.1Ω.m。

Dfn=Kdρ/h2。

可求得：dfn=0.0235Hz，由此可知，只要能分辨出微小的频率变化，就能识别出电阻率发生微量变化的深部地层。

诠释地层各层间的产生的层间电磁场经叠加后，按其频率特性，反射向地面形成一个具有不同深度对应的电磁场。

用CYT-V型大地电场岩性探测仪，实现了对地下岩层反射到地面的电磁场中的随深度微小频率变化的电磁场的综合能量值采集。

-KH）即：△CYT=（CYT测通过对该方法的研究，实现对地下储集层的流体性质进行解释与判别。

2、主要技术特点与用途主要技术特点：探测仪体积小、重量轻、操作方便。

大地电磁法及其应用狭义电磁法：前身：磁法、大地电流法（Telluric)（目标：探测地球构造）。

主体：大地电磁法（MT)及有关技术（MT，Magneto-telluric）。

广义电磁法：磁法、电法、电磁法。

大地电磁测深法是以天然电磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的地球物理手段。

测深方法：重磁电震。

非地震方法：重磁电（重力+广义的电磁类）。

大地电磁是重要的非地震测深方法研究对象：地球内部的电性结构（电导率结构）。

物理原理：宏观电磁理论（有耗媒质中的低频电磁波理论）。

大地电磁测深的优缺点优点不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强；横向分辨能力较强；资料处理与解释技术成熟；勘探深度大、勘探费用低、施工方便；缺点体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方法相比）纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱大地电磁法（MT）是以天然电磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的地球物理手段。

基本原理：依据不同频率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关的数据处理和分析来获得大地由浅至深的电性结构。

大地电磁法原理示意图大地电磁法野外观测装置2、理论背景理论基础：麦克斯韦方程3大地电磁的理论基础：正演问题需要一个信号激发源需要地表响应的观测数据还需要掌握模型在源作用下地表响应产生的物理过程：这就是正演正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源的作用下，根据一定的物理原理求其响应的过程。

大地电磁正演过程两大假设：1）激励场源：垂直入射到地表的均匀平面电磁波2）地球模型：水平层状导电介质视电阻率和阻抗相位的定义横电波横磁波：场的极化模式横电波（TE ） ：垂直于传播方向的场分量只有电场；横磁波（TM ） ：垂直于传播方向的场分量只有磁场；大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况大地电磁测深中常说的极化模式是以场源的极化方式来区分的，并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。

大地电磁平面波全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：大地电磁平面波是指在大地表面传播的电磁波。

它是电磁场沿着大地表面传播的重要形式之一，广泛应用于地质勘探、通信、导航等领域。

本文将重点介绍大地电磁平面波的形成机理、特性和应用。

一、大地电磁平面波的形成机理大地电磁平面波的形成主要受到大地导电层和磁场的影响。

当电磁波在大地表面传播时，会受到地球磁场的影响而产生感应电流，感应电流在大地内部导电层中流动产生感应磁场，这样电磁波就可以在大地表面传播形成电磁平面波。

大地电磁平面波的传播速度很快，一般在大气干扰的情况下可以达到光速，传播距离也比较远，可以在几百公里的范围内传播。

1. 频率范围广泛：大地电磁平面波的频率范围很广，可以覆盖从几千赫兹到几百千兆赫兹的频段。

这使得大地电磁平面波在不同领域的应用中具有很大的灵活性和适用性。

3. 透射性好：大地电磁平面波在传播过程中能够透过地表以下的部分，对地下结构进行探测和勘探。

4. 抗干扰性强：大地电磁平面波在传播过程中受许多干扰，例如大气干扰、地磁干扰等，但它们拥有很好的抗干扰性能，能够在复杂环境中正常工作。

5. 数据解释简单：大地电磁平面波的数据解释比较简单，可以通过一些数学方法对数据进行处理和解释，从而得到有用的信息。

1. 地质勘探：大地电磁平面波可以用于地下资源勘探，例如石油、煤炭等地下矿产资源的勘探，通过电磁波传播的反射、透射等特性来对地下结构进行探测和分析。

3. 导航：大地电磁平面波可以用于地面导航系统中，通过电磁信号在大地表面传播的方式来提供位置信息，帮助人们准确定位。

4. 环境监测：大地电磁平面波还可以用于环境监测，例如监测地下水位、地下岩层结构等环境参数，为环境保护和资源管理提供重要信息。

大地电磁平面波在现代科技中具有广泛的应用前景，其独特的特性使其在各个领域都有重要的应用价值。

未来随着科技的不断发展，大地电磁平面波的应用领域将会不断扩展和深化，为人类社会的发展做出更大的贡献。

MT survey（大地电磁探测）简介1、大地电磁（MT）测量大地电磁法（Magnetotelluric mehtod, MT) 是利用天然电磁场作场源，是在地面布设仪器测量5个分量的电磁场（3各相互垂直的磁场分量Hx, Hy and Hz 和2个相互垂直的水平分量Ex, Ey）（图1）.图1 野外观测装置示意图（包括3个磁场分量，2个电场分量）2、大地电磁数据处理对观测记录的5个分量的原始时间序列（time series)数据，通过频谱(spectre)分析，获得各个场分量的频谱，然后计算它们各自的和相互之间的自功率谱和互功率谱(auto, cross- spectrum )，进而计算反映地下构造的张量阻抗(tensor impedance)，以及视电阻率(apparent resistivity)、阻抗相位(impedance phase)等其他参数（图2）。

图2 数据处理流程示意图电磁场的谱和张量阻抗之间的关系为Ex = Zxx Hx + Zxy HyEy = Zyx Hx + Zyy HyHz = A Hx + B Hy其中，Hx, Hy Hz Ex, Ey 分别代表各个场分量的频谱。

Zxx Zxy Zyx Zyy 是张量阻抗的4个元素，A 和 B 是反映构造横向不均匀性的量，称为倾子（Tipper).利用张量阻抗的元素，例如Zxy Zyx 可以计算视电阻率和阻抗相位。

例如：视电阻率ρ(xy) ≈ 0.2 |Zxy|2 / f,相位φ(xy) = arctag (Im Zxy/ Re Zxy)其中，f 是频率。

图3 是得到的视电阻率和阻抗相位图图3视电阻率（上图）和阻抗相位（下图）， 横坐标是数据的周期3、大地电磁数据反演对视电阻率和阻抗相位等参数进行反演(inversion)解释得到地下的构造认识。

对于资料的反演，目前较成熟的是二维反演方法(2-D inversion)。

现世界上可用的先进的二维反演方法有几种，每种方法都有自己的优势，可以选择或对比使用。