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EH-4大地电磁法探测地下暗河EH-4大地电磁法是一种常用的地球物理勘探方法。
它利用大地电磁场的破坏作用，探测地下物质的电性和磁性差异，从而识别地下构造和矿产资源。
近年来，这种勘探方法在地下水和地下暗河的探测方面得到了广泛应用。
本文主要介绍EH-4大地电磁法探测地下暗河的原理、方法和应用。
首先，我们需要了解大地电磁场的基本概念和特点。
大地电磁场是指地球内部电流系统和地球表面电磁场之间的相互作用，具有强的渗透力和破坏力。
通过检测地球表面电磁场的变化，我们可以间接探测地下结构和水文地质情况。
EH-4大地电磁法探测地下暗河的方法一般分为三个步骤：准备工作、实地勘测和数据处理。
准备工作包括制定勘测方案、选取适当的探测设备和安排人员、调查勘测区域的地貌地球化学特征和地质构造情况等。
实地勘测需要在勘测区域内布设探测点，在不同时间段内采集地面电场和磁场数据。
数据处理包括数据滤波、计算电阻率、绘制等值线图等步骤。
EH-4大地电磁法探测地下暗河的应用主要集中在以下两个方面：一是地下水资源的勘探和管理，二是地下暗河的探测和研究。
对于地下水资源的勘探和管理，EH-4大地电磁法可以帮助我们确定水文地质条件、掌握水资源分布情况、预测水质和水量等。
而在地下暗河的探测和研究方面，EH-4大地电磁法可以提供较为完整的地下暗河系统情况，识别暗河的规模、位置、深度、水文地质等特征，为相关研究和管理工作提供科学依据。
总之，EH-4大地电磁法是一种有效的地球物理勘探方法，可用于探测地下水文地质条件和暗河的分布情况等。
在野外勘测中需要严格按照规范操作，对现场数据采集结果进行科学分析和评估，进一步优化勘测方案和方法，提高勘测数据的可靠性和准确性。
第２卷 第６期２０１１年１１月 矿产勘查ＭＩＮＥＲＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．６Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１１［收稿日期］２０１１－０８－１２［第一作者简介］蒋 鑫，男，１９８３年生，２００７年毕业于中国地质大学（北京），获学士学位，助理工程师，现主要从事海内外矿产勘探工作。
ＥＨ４在覆盖区寻找隐伏矿床中的应用蒋 鑫１，２，黄小喜３（１．北京中色金泰地质勘查科技有限公司，北京 １０００１２；２．有色金属矿产地质调查中心，北京 １０００１２３．河南省有色金属地质矿产局，郑州 ４５００１６）摘 要 目前，ＥＨ４仪器的应用为找矿勘查中的热点问题，如何有效地把ＥＨ４应用到矿产勘查中，特别是隐伏矿床的找矿勘查中，一直是比较棘手的问题。
文章通过对隐伏矿快速评价体系中ＥＨ４仪器的应用成果分析，展示了一个运用ＥＨ４在覆盖区隐伏矿床中的找矿的有效实例。
此次ＥＨ４的测量结果，清晰地反映了矿化异常带在深部的延伸、延展情况和地质构造等信息，为下一步的勘探提供了有效依据。
关键词 ＥＨ４ 电阻率 隐伏矿床 覆盖区中图分类号：Ｐ６３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－７８０１（２０１１）０６－０７８４－０５０ 引言建国初期，我国投入了大量的人力物力进行矿产勘查，发现了一大批出露矿与浅表矿。
随着近地表矿产的发掘殆尽，到了２０世纪９０年代后期，找矿主体由原来的出露矿、浅表矿逐渐转向了隐伏矿。
与此同时，国内近一半矿山的资源已趋于枯竭，而当前我国对金属资源的消耗量已然远远超过了每年新增的资源量。
预计到２０２０年，多种有色金属将全部依赖进口，到２０３０年，铜、铅、锌资源缺口将高达亿吨级。
因此隐伏矿床找矿方法的突破显得更加迫切。
近年来，甚低频测量、连续电导率成像（ＥＨ４）和激发极化法等高精度的地球物理探测技术有了飞跃的进展，这些地球物理新技术与矿田构造、矿床地质研究所获得的矿化地质模型相结合在隐伏矿预测中得到了广泛而成功的应用［１］。
EH-4野外⼯作⽅法4 EH-4⾼频⼤地电磁测深技术4.1 EH-4⾼频⼤地电磁测深原理EH-4⾼频⼤地电磁测深系统由美国EMI 公司和Geo-metrics 公司联合研制出的电导率张量测量仪。
EH-4利⽤⼤地电磁的测量原理，通过配置的⼈⼯电磁波发射源，可以弥补⼤地电磁场的寂静区和⼏百赫兹附近的⼈⽂电磁⼲扰谐波；EH-4依靠先进的电磁数据⾃动采集和处理技术，将⼤地电磁法（MT ）和可控源⾳频⼤地电磁法（CSAMT ）结合起来，实现了天然信号源与⼈⼯信号源的采集和处理，成为国际先进的双源⼤地电磁测深系统。
该系统能观测从地表数⽶⾄⼀千多⽶的地质断⾯的电性变化信息，基于对断⾯电性信息的分析研究，可以应⽤于地下⽔研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及⼯程地质调查等。
该系统适⽤于各种不同的地质条件和⽐较恶劣的野外环境。
其⽅法原理与传统的MT 法⼀样，它是利⽤宇宙中的太阳风、雷电等⼊射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源，⼜称⼀次场，该⼀次场是平⾯电磁波，垂直⼊射到⼤地介质中，由电磁场理论可知，⼤地介质中将会产⽣感应电磁场，此感应电磁场与⼀次场是同频率的，引⼊波阻抗Z 。
在均匀⼤地和⽔平层状⼤地情况下，波阻抗是电场E 和磁场H 的⽔平分量的⽐值。
()H E i e H E-=Z （1）225151y x xy xy H E f Z f==ρ（2） 225151x y yx yx H E f Z f ==ρ（3）式中f 是频率，单位是Hz ，ρ是电阻率（M ?Ω），E 是电场强度（mv/km ），H 是磁场强度（nT ）,E ?是电场相位，H ?是磁场相位，单位是mrad 。
必须提出的是，此时的E 与H ，应理解为⼀次场和感应场的空间张量叠加后的综合场，简称总场。
在电磁理论中，把电磁场（E 、H ）在⼤地中传播时，其振幅衰减到初始值e /1时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度（δ）f ρδ503= （4）由（4）式可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）和频率（f ）变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进⾏的。
EH4野外工作原理与应用EH4大地电磁系统是由美国GEOMETRICS和EMI公司联合生产的采用最新数字处理器的连续电导率成像系统, 该系统是采用天然场源与人工场源相结合大地电磁测量系统, 其有效勘探深度为几十米至一千米左右, 很适合于我国目前矿产勘探的现实需求, 与其他大地电磁系统如加拿大凤凰公司生产的V系统、美国EMI公司生产的MT系统等电磁仪一样, 其观测的基本参数为正交的电场分量, 和磁场分量, 。
通过密点连续测量, 采用专业反演解释处理软件可以组成地下二维电阻率剖面, 甚至三维立体电阻率成像。
（1）EH4是全新概念的电导率张量测量仪通常意义下的电探仪，指的是交、直流电阻率剖面仪。
这两种方法都是有源测量方法，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。
另一方面，尽管这两种方法都属于有源电探，但采集到的视电阻率值都属于标量范畴，对辨别地下二度体异常的走向无能为力。
大地电磁同属于电探，但它是无源测量。
利用天然电磁场，虽然避免了大电流供电，但天然电磁场不稳定，而且某些频段先天不足，干扰强，讯号弱。
参看（图1）大地电磁场水平分量频谱展示图。
它反映了天然电磁场与人文电磁场的分布情况。
在1Hz左右，无论电场和磁场都是低谷；在1000Hz处磁场几近寂静，电场有一低谷。
在几十赫兹到104Hz范围内，人文活动的电磁场干扰特别严重。
这些特点决定了大地电磁法只适合于采集较低频率。
通常观测时间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。
所以尽管电探方法起源最早，几十年来，由于以上的局限性，一直阻碍它的发展。
几十年来，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。
其它物探方法，如地震勘探法，自40-50年代之后都开始大展身手，而浅、中深度范围的电探则相对寂寞冷落，处于陪衬地位。
EH4是全新概念的电导率张量测量仪。
它利用大地电磁的测量原理，但配置了特殊的人工电磁波发射源。
一、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT ）（1）方法特点及应用范围可控源源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics, 简称CSAMT 法)最早是由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway 教授和他的学生Myaron Goldtein 于1971年提出。
针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难这一状况，他们提出了一种改变方案——采用可以控制的人工场源。
从而从理论和实验两方面奠定了CSAMT 法的基础。
自70年代中期起CSAMT 法得到了实际应用，一些公司相继生产用于CSAMT 法测量的仪器和解释应用软件。
特别是自80年代以来，方法理论和仪器都得到了很大发展，应用领域也扩展到了地质普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿床、水文、环境等方面，从而成为受人重视的一种地球物理方法，目前在我国已将本方法作为危机矿山深部资源勘探的重要手段，在许多矿山取得了很好的效果。
我们可以用图2-1来说明最常用的一种标量CSAMT 法的测量过程：场源：用发送机通过接地电极A 、B 向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。
电流的频率可在一定范围内变化，通常从2-3～213Hz 按2进制递变，在接地十分困难的地方可用不接地回线作垂直磁偶极子来发送电磁场。
测量：在距离AB 相当远的地方进行测量。
所谓“相当远”指的是在这些地方的电磁场已接近平面波，从而可使用卡尼亚电阻率计算公式并方便解释。
若选用直角坐标系，X 轴平行AB ，Z 轴垂直向下，那么标量测量是在测点测量每一频率的电场分量E X 和正交的磁场分量H Y ，并按：E E y x f 251=ρ计算卡尼亚电阻率。
式中f 为频率。
当从高到低逐个改变频率。
便可得到卡尼亚电阻率测深曲线。
根据需要，可以分别以相互垂直的两组场源供电，对每个场源都测量5个电磁场分量，从而形成张量CSAMT 测量。
EH4电磁测深法在工程勘察中的应用胥珍;杨豪【摘要】The karst cave and fault structure within a certain scope around the tunnel can cause potential safety hazard. In order to avoid construction risk and prevent the possible geological disaster in construction, it is very important to find out the width of the fault fracture zone and the depth and scale of the weak zone and the karst region. This article mainly introduces the principle of EH4 electromagnetic sounding method, field work method and data processing. The application of this method in the earlier investigation of a tunnel project has got good effects, which indicates that this method can be used in the macro precast of the weak zone, underground water and the fault fracture zone.%隧道周围一定范围内的岩溶洞穴及断层构造，都将产生安全隐患。
为了避免施工风险和预防施工过程中可能出现的地质灾害，查明危害隧道安全的断层破碎带宽度、软弱带以及岩溶发育区的埋深和规模等十分必要。
EH4野外工作原理与应用EH4大地电磁系统是由美国GEOMETRICS和EMI公司联合生产的采用最新数字处理器的连续电导率成像系统, 该系统是采用天然场源与人工场源相结合大地电磁测量系统, 其有效勘探深度为几十米至一千米左右, 很适合于我国目前矿产勘探的现实需求, 与其他大地电磁系统如加拿大凤凰公司生产的V系统、美国EMI公司生产的MT系统等电磁仪一样, 其观测的基本参数为正交的电场分量, 和磁场分量, 。
通过密点连续测量, 采用专业反演解释处理软件可以组成地下二维电阻率剖面, 甚至三维立体电阻率成像。
（1）EH4是全新概念的电导率张量测量仪
通常意义下的电探仪，指的是交、直流电阻率剖面仪。
这两种方法都是有源测量方法，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。
另一方面，尽管这两种方法都属于有源电探，但采集到的视电阻率值都属于标量范畴，对辨别地下二度体异常的走向无能为力。
大地电磁同属于电探，但它是无源测量。
利用天然电磁场，虽然避免了大电流供电，但天然电磁场不稳定，而且某些频段先天不足，干扰强，讯号弱。
参看（图1）大地电磁场水平分量频谱展示图。
它反映了天然电磁场与人文电磁场的分布情况。
在1Hz左右，无论电场和磁场都是低谷；在1000Hz处磁场几近寂静，电场有一低谷。
在几十赫兹到104Hz范围内，人文活动的电磁场干扰特别严重。
这些特点决定了大地电磁法只适合于采集较低频率。
通常观测时间长，分辨率较低，适合解决深层宏观问题。
所以尽管电探方法起源最早，几十年来，由于以上的局限性，一直阻碍它的发展。
几十年来，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。
其它物探方法，如地震勘探法，自40-50年代之后都开始大展身手，而浅、中深度范围的电探则相对寂寞冷落，处于陪衬地位。
EH4是全新概念的电导率张量测量仪。
它利用大地电磁的测量原理，但配置了特殊的人工电磁波发射源。
这种发射源的天线是一对十字交叉的天线，组成X、Y两个方向的磁偶极子，轻便而且只用于普通汽车电瓶供电，发射率从500Hz到100KHz，专门用来弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波（见图1）。
仪器用反馈式高灵敏度低噪音磁棒和特制的电极，分别接收X、Y两个方向的磁场和电场。
由18位高分辨率多通道全功能数据采集、处理一体机完成所有的数据合成。
由此，EH4的全新概念主要归结为如下几个方面：
1)EH4应用大地电磁法的原理，但使用人工电磁场和天然电磁场两种场源；
2)EH4既具有有源电探法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便；
3)EH4能同时接收和分析X、Y两个方向的电场和磁场，反演X-Y电导率张量剖面，
对判断二维构造特别有利；
4)EH4仪器设备轻，观测时间短，完成一个近1000m深度的测深点，大约只需15~20
分钟，这使它可以轻而易举实现密点连续测量（首尾相连），进行EMAP连续观
察（见图2）；
5)在EH4的采集控制主机中插入两块附加的地震采集板，就可使一台EH4兼作地
震仪和电导率测量，为一机实现综合勘探首创先例；
6)实时数据处理和显示，资料解释简捷，图像直观。
(2) EH4工作原理
EH4通过发射和接收地面电磁波来达到电阻率或电导率的测探。
连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面，甚至三维立体电阻率成像。
根据以MaxWell 方程组为核心的大地电磁理论, 若将地表天然电场与磁场分量的比值定义为地表波阻抗, 那么在均匀大地背景下, 此阻抗与入射场极化无关, 只与大地电阻率以及电磁场的频率有关 Z=)1(i f -πρμ (1) 式中f 是频率, ρ是电阻率, μ是磁导率(1)式可用于确定大地的电阻率
ρ=2
51H E f (2)
式中ρ的单位是Ω·m ，E 的单位是mv/km,H 的单位是nT
对于水平分层的大地, 上述表达式仍然适用。
但用它计算得到的电阻率为视电阻率, 而 且随频率的改变而变化, 因为电磁波的大地穿透深度或趋肤深度与频率有关 δ=ωμσ2
f ρ
500≈ (3)
式中δ的单位是m
虽然趋肤深度在某种意义上来说与电磁波在介质中的穿透的深度有关, 但它并不代表实际的有效探测深度。
有效探测深度是指某种测深方法的体积平均探测深度。
对其有如下的经 验公式
D=δ/2356≈f ρ
≈(m) (4)
由式说明, 穿透深度仅仅取决于大地电阻率和使用的信号频率。
随着电阻率的减小或频率增高, 穿透深度变浅反之, 随着电阻率增大或频率降低, 穿透深度加大。
如大地电阻率结构一定时, 改变信号频率便可以得到连续的垂直测深, 这就是大地电磁法的基本工作原理。
根据上式, 结合EH4的工作频率10Hz-100KHz, 则EH4的有效勘探深度为 10m-800m 即通常所说的的有效勘探深度为几十米到一千米左右。
其具体情况与当地的不同地质情况有关。
(3) 综合应用
(1)这是在福建厦门某矿山进行了的野外工作事例
工作该矿山以磁铁矿与黄铁矿为主, 夹杂以少量褐铁矿。
上世纪八十年代初, 曾在此地做过磁法与双频激电, 均有高磁异常和低电阻率高幅频率异常, 2003年在此地施工了三个米左右的浅钻孔, 但仅见少量磁铁矿化与黄铁矿化, 未见可开采的工业矿体。
经过对现场进行了踏勘, 并大量查阅已知资料, 特别是有关地质资料, 通过研究得知该矿区内的成矿有利构造为断层或断裂带,于是研究决定采用从电阻率参数来勘探断层或断裂带, 以求找出成矿的有利地段。
根据实际情况, 共设计了三条短剖面线, 勘探结果显示的反演结果很好地反了断层的存在, 也很直观地体现了已施三个钻孔的基本情况。
具体情况如下图
从图4的反演结果图很清晰地看出,该矿区内存在一产状较陡的断层,该断层应为成矿的最有利位置,而已施工的三个钻孔的定位不准,根据勘探结果,建议在5线水平320米的位置布设一130米左右深的钻孔贯穿断层,以作进一步验证。
但EH4对于浅而薄的矿体反映不灵敏，所以三个钻孔所钻取的少量矿化带在反演断面上没有反映，这是EH4系统的不足。
(2)北同蒲线雁门关隧道
测区位于山西省朔洲市山阴县以南与忻洲市代县以北的交界处,线路走向基本沿208国道。
隧道全长14400 m。
施测时间为冬季。
测区位于山区,属恒山山脉,地形起伏极大,隧道最大埋深达850 m。
除个别地段为采矿施工弃渣场。
其他地段均为荒山。
地表大部基岩裸露且风化严重,第四系覆盖极薄。
部分为松林及低矮灌木。
隧道所经沟谷,地表及地下水较为发育。
测区内地层岩性基本为上太古界冰淋沟组及东湾组变质岩,仅进口部分地段为第四系洪积层松散堆积物所覆盖。
岩性基本为片麻岩、变粒岩及角闪岩,其间发育有伟晶岩及磁铁石英岩岩脉。
地层除进口部分段落倾向小里程,大部倾向大里程。
该项工作采用的大地电磁方法除EH4外还采用了可控源音频大地电磁V6方法。
以下为两种方法的二维反演断面。
由于篇幅所限,仅展示反演断面图的主要部分。
通过对两幅图件的对比,可以发现,两种方法的宏观电性变化尤其是深部非常一致,且EH4所反映的电性变化更为细致;对低阻目标的反映更为敏感。
断层、赋水、风化、裂隙、岩性变化等地质内容均被反映。
如前文所述,该测区的地球物理特点非常适合发挥EH4的优势特点。
经过后期大量的钻孔验证,与EH4 的成果完全吻合。
EH4
对深达800 m 至900 m的目标反映优秀。
从理论到实践, EH4大地电磁方法在条件适宜的前提下,无论是多么复杂的地形条件,无论是数十米亦或上千米的目标深度,可以取得满意的效果。
这些除了方法本身所具备的优势外,也要依赖于外业勘测中对质量的严格要求及内业处理中一丝不苟的专业精神。
尤其对于EH4
这样一种依靠天然场微弱信号进行数据采集及处理的方法来说,这一点是至关重要的。
