电 磁法原理复习重点答案完全版.docx

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电磁法原理复习重点答案完全版

20XX年电（磁）法原理

复习重点

一、名词解释：

1.视电阻率:

在地下岩石电性分布不均匀（同时赋存有两种或两种以上导电性不同的岩石或矿石）或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀水平大地电阻率的方法计算的结果称之为视电阻率，以符号ρｓ表示

2.各向异性系数:

沿层理方向的电阻率ρt,垂直于层理方向的电阻率ρn

3.偶极剖面的正交特性:

对板状体情况而言，电阻率不同和产状呈正交，而异常形态、特点和分布规律相同的现象被称为偶极剖面法异常的“正交特性”

4.电阻率的饱和效应:

在良导体μ2→0和高阻μ2→∞体极化体上PV→0；而在某个中等大小的相对电阻率值

，PV最强，此即等效电阻率的饱和效应。

5.S等值性:

很薄的低阻层ρ2内（μ3»1，υ2=h2/h1«1）的电流视为平行层面流动，若保持流经第二层内的总电流强度不变

，即h2与ρ2按同比例增减，则第一、三层的电流分布也不变，JMN不变则ρs不变。

此即A、H型曲线的S等值性。

6.T等值性:

很薄的高阻层ρ2内（μ3«1，υ2=h2/h1«1）的电流视为垂直层面流过，若保持垂直流经第二层的总电流强度不变

，即h2与ρ2按反比例增减，则第一、三层的电流分也不变，JMN不变，则ρs不变。

此即K、Q型曲线的T等值性。

7.波阻抗:

波阻抗是介质对电磁波传播的一种物理特性，据此特性有可能确定介质的电阻率和磁导率。

8.平面电磁波:

简单说，就是电场E和磁场H在波的传播中位于同－个平面上，并且E和H都与传播方向相垂直。

9.穿透深度:

随着时间的推移，介质中场的高频部分衰减（热损耗），而低频部分的作用相对明显起来

10.波数:

称为波数（或传播系数），在导电介质中忽略位移电流时

11.远区-近区:

p=｜ｋ１ｒ｜,当p<<1，称为“近区”；当p>>1，称为“远区”。

即近区指的是收—发距很小或频率很低（或波长很长）的范围;而远区指的是收—发距很大或频率很高（或波长很短）的范围。

12.同线装置:

电磁偶极剖面法中，发、收线框在同一条测线上者称为同线装置

13.旁线装置:

发、收线框分别在两条测线同号点上者称为旁线装置

14.互换原理:

收发线圈互换位置，相对状态不变，观测的异常数值相同

二、简述、绘图题和计算题

1、到目前为止，电法勘查利用了岩、矿石的哪些电学性质?

其表征参数是什么?

简要分析影响这些参数的主要因素有哪些?

答：

电学性质：

导电性、电化学活动性、介电性、导磁性。

表征参数：

表征某种物质导电性的参数是电阻率ρ

主要因素：

岩、矿石的电阻率必然和它的组成矿物及所含水的导电性、含量、结构、构造及其相互作用等有关。

2、简述影响岩矿石电阻率的主要因素及岩矿石电阻值变化的一般规律

答：

主要因素：

组成矿物及所含水的导电性、含量、结构、构造及其相互作用等有关。

一般规律：

岩、矿石中某种组成部分对整体岩、矿石电阻率影响的大小，决定于其连通情况。

连通者起的作用大，孤立者起的作用小。

电子导电矿物或矿石的电阻率随温度增高而上升；离子导电岩石的电阻率随温度增高而降低。

岩石所含水分的多少和孔隙水电阻率的高、低乃是决定含水岩石电阻率的两个基本因素。

3、何谓电阻率和视电阻率？

试说明它们的异同点。

答：

电阻率：

表征某种物质导电性的参数是电阻率ρ，视电阻率：

在地下岩石电性分布不均匀或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀水平大地电阻率的方法计算的结果称之为视电阻率。

相同点：

具有相同的量纲，不同点：

视电阻率值与地下不同导电性岩石（或矿体）的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。

是在电场作用的范围内，地下电性不均匀体的综合反映。

4、写出常用的视电阻率的测试公式及其微分形式，说明式中各参数的含

意。

答：

测试公式：

微分形式：

参数含意：

jＭＮ和ρＭＮ分别表示MN处的电流密度和电阻率，j０为地表水平、地下为半无限均匀岩石条件下的电流密度。

I为供电电流强度，K装置系数。

5、掌握典型地电断面上中梯、联剖装置上ρｓ和ηｓ异常特点。

答：

51

6、何谓电测深曲线?

掌握二、三层及多层断面电测深曲线类型及其性质。

答：

电测深曲线：

每个测点的电测深观测结果，绘制成一条视电阻率ρs随极距AB/2变化的电测深曲线。

通常将电测深曲线绘在双对数坐标纸上，其横坐标表示供电极距AB/2，纵坐标表示相应的视电阻率值。

二层断面类型：

如图所示

二层电测深曲线的性质：

A、首支

B、中段

C、尾支

三层电测深曲线的类型

三层水平地电断面，依照相邻地层电阻率的相对关系，划分为如下四种类型：

H、A、Q、K

三层电测深曲线的性质

1　三层曲线的前支以ρｓ＝ρ１的水平直线为渐近线。

2　中段

3　尾支

通常统称三层以上的水平地层断面为n层断面。

7、简述电测深曲线的等值性?

答：

三层电测深曲线具有等值性。

根据电场分布的唯一性定理，层参数确定的地电断面和电测深曲线之间应是一一对应的关系。

即一组层参数对应唯一的一条电测深曲线，层参数不同的地电断面对应不同的电测深曲线。

8、

根据电流密度在地下的分布规律，用视电阻率微分表达式，画图并定性分析直立低阻体的联合剖面法

和

曲线的变化规律。

答：

首先分析ρｓA曲线：

①当电极AMN在良导脉左侧且与之相距较远时，由于良导脉对电流的畸变作用较小，因此jAMN=jA0，ρｓA＝ρ1（见曲线上的1号点）。

②当AMN沿测线向良导脉接近时，良导脉吸引电流，使电流线偏向MN一侧，造成MN处的电流密度增大，即jAMN＞jA0，故ρｓA＞ρ1，ρｓ曲线上升（见曲线上的2号点）。

③随着AMN继续向右移动，良导脉对电流的吸引作用逐渐增强，致使ρｓA曲线继续上升，直到MN电极靠近脉顶时，由于良导脉向下吸引电流，使jAMN相对减小，ρｓA曲线亦开始下降，因而在3号点形成了一个极大值。

④在MN接近脉顶到越过脉顶这个范围内，良导脉对电流的吸引作用最强烈，jAMN急剧减小，因而ρｓA曲线也随之迅速下降。

当A和MN各处在良导脉的一侧，由于良导脉的屏蔽作用使ρｓA曲线出现一段比较宽的低值段（见4号点）。

⑤当AMN都跨过脉顶后，随着电极继续向右移动，良导脉吸引电流的作用逐渐减弱，jAMN逐渐增大，从而使ρｓA≈ρ1（见曲线上的5和6号点）。

同理，可以分析ρｓＢ曲线。

ρｓA和ρｓＢ两条曲线相交，交点位于直立良导脉顶上方；

且在交点左侧ρｓA＞ρｓＢ，交点右侧ρｓA＜ρｓＢ。

9、简述充电法的原理、应用条件、应用范围和观测方式。

答：

原理：

当导电球体的规模不大或埋藏较深时，可用“简单加倍”的方法近似考虑地表—空气分界面对水平地表电场的影响，理想导电球体的充电电场实际上与位于球心的点电源场没有区别。

应用条件：

1被研究的对象（充电体）至少已有一处被揭露或出露，以便设置充电点；

2充电体相对围岩应是良导体；

3充电体规模越大，埋藏越浅，应用充电法的效果越理想。

应用范围：

充电法可以用来解决以下几方面的地质问题

1确定已揭露（或出露）矿体隐伏部分的形状、产状、规模、平面分布位置及深度；

2确定已知相邻矿体之间的连接关系；

3在已知矿附近找盲矿体；

4利用单井测定地下水的流向和流速；

5研究滑坡及追踪地下金属管、线等。

观察方式：

充电法中主要有电位法、电位梯度法和直接追索等位线法三种观测方式。

10、何谓自然电场?

与充电法比较自然电场法有何特点。

答：

自然电场：

在一定的地质—地球物理条件下，地中存在的天然稳定电流场

特点：

自然电场法的观测方式和充电法的观测方式相似，最常用的是电位观测法；当工作地区游散电流干扰严重时，可采用电位梯度观测法，与电阻率法和充电法不同，自然电场法不能用极化补偿器来消除极差的影响，因此，测量电极需采用“不极化电极”。

11、对比面极化和体极化总场的边界条件?

举例说明用等效电阻率法计算ηｓ的过程。

答：

面极化边界条件：

①界面电位不连续②电流连续性

体极化边界条件：

体极化条件下，微小的极化单元呈体分布于极化体内，故在极化体与围岩的界面上没有电位跃变，即极化总场电位是连续的。

举例：

利用等效电阻率法很容易由无激电效应的一次场的已知解计算体极化电场。

下面举例加以说明。

例1均匀半空间条件下，点源场及极化率的计算。

例2体极化球体电场的计算

12、何谓纵向中梯和横向中梯?

根据高阻和低阻脉状极化体上的横向中梯及纵向中梯的ηｓ异常特征，分别绘出在高阻和低阻脉状体上作环形测量的ηｓ极形图，并与ρｓ极形图对比。

ηｓ、ρｓ极形图的作用是什么?

答：

纵向中梯装置---其供电电极（A、B）和测量电极（M、N）的布极方向皆垂直于极化体的走向；

横向中梯装置---电极AB与MN平行于极化体走向布极，其测线仍垂直于极化体走向，但M极与N极分别在两条测线的对应点上。

13，在电阻率为100Ω.m的均匀介质中传播100Hz的平面电磁波，试计算电磁系数m及趋肤深度δ。

答：

距离δ＝１／ｂ称为电磁波的趋肤深度。

而b称为电磁波的衰减系数。

趋肤深度为：

m为电磁系数

14、什么是电磁感应法？

它利用的物性的主要参数是什么？

答：

定义：

电磁感应法是以岩（矿）石的导电性、导磁性和介电性的差异为物质基础，应用电磁感应原理，通过观测和研究人工或天然源形成的电磁场的空间分布和时间（或频率）的变化规律，从而寻找良导矿床或解决有关的各类地质问题的一组电法勘查的重要分支方法。

　物质基：

导电性、导磁性、介电性

15、简述正方形不接地回线中心剖面上的一次磁场

的分布特征

答：

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。

地面各点的磁场方向均垂直于地面，回线中部磁场分布较均匀。

对边长为a的正方形回线，如以与中心点磁场大小相差不超过40%为准，则在回线中部0.6a及上下0.18a的范围内可近似看成垂直的均匀磁场。

在该磁场作用下地中产生水平方向的涡旋电场。

16、什么是二次场的频率特性？

什么是二次磁场的时间特性？

答：

二次磁场的频率特性。

将H2作简单变换可得：

，低频段：

H2=-iMI1ω/R,呈体内分布，ReH2与ω2、L成正比。

随着频率的增加，互感作用增强，出现趋肤效应，虚分量减小至零，实分量增止饱和，即：

ReI2=-MI1/L，虚分量存在最佳工作频率:

ω=R/L。

二次磁场的时间特性。

假定发射线圈中有电流强度为I0（t）的方波电流输入，根据电磁感应定律，则导体线圈内产生的感应电流为：

由上式看出，导体线圈内的感应电流是随时间按指数规律衰减。

在t＝0时刻，即为衰减初期，此时的感应电流仅与一次磁场的穿过导体线圈的磁通量（M01I0）以及导体的形状和尺寸（L）有关，而与导体的电导率（1/R）无关。

导体内的感应电流将在接收线圈中产生二次磁场，线圈输出电动势与二次磁场随时间的变化率成正比关系，

，分析可知，对于导电性差的地质体，其时间常数τ值很小，二次场初始值较大，但衰减速度较快；反之，导电性良好的矿体，时间常数τ值较大，尽管二次场初始值小，但衰减速度慢。

17、怎样利用频率特性或时间特性来区分异常源导电性？

答：

18、何谓电磁波的趋肤深度？

它的基本公式是什么？

答：

距离δ＝１／ｂ称为电磁波的趋肤深度。

而b称为电磁波的衰减系数。

趋肤深度为：

19，简述频率域电磁法和时间域电磁法的异同点。

答：

在时间域里，激电作用随充电时间延长从零逐渐增大，并当充电时间相当长时趋于饱和值。

在频率域中，随着供电电流频率从高到低，对应的单向供电时间T从零增大，激电效应增强，总电场（电阻率幅值）随之变大；

时间域电磁法或称瞬变电磁法，是以不接地回线或回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。

从方法和机理来说，频率域和时间域方法没有什么本质的不同，前者研究谐变场，后者研究不稳定场的特点。

两者可借助傅里叶变换相联系。

在某些条件下，一种方法的数据可以转换为另一种方法的数据。

20，简述大地电磁测深法的工作原理及主要特点。

答：

频率电磁测深法利用电磁感应的趋肤效应，即高频电磁场穿透浅，低频电磁场穿透深，在场源和接收点间距不变的条件下，改变电磁场的频率来达到测深的目的，采用天然电磁场的方法称为大地电磁测深法。

优点1、仪器比较轻便（省去供电设备）；2、有丰富的频谱；3、勘探深度大；4、能穿透高阻层；5、等值作用范围小；6、场源为平面波，理论相对简单。

21、何谓交变电磁场的椭园极化？

它产生的条件是什么？

答：

由于一次场和二次场在观测点上的空间方向不同，幅值不同，相位不同，而它们的频率相同，所以这两种场合成结果必然形成椭圆，即总磁场（或总电场）矢量端点随时间变化的轨迹为椭圆，我们将这个总场称为椭圆极化场。

形成椭圆极化场的条件：

三个不同，一个相同。

22,试讨论对称四极装置直流电测深和大地电磁测深曲线的共同点和不同点。

答：

对称四极装置：

装置的特点是AM=NB，记录点取在MN的中点，其ρｓ表达式为：

大地电磁测深曲线：

每个测点的电测深观测结果，绘制成一条视电阻率ρs随极距AB/2变化的电测深曲线。

电测深曲线反映了测点下方垂直方向上电性层的变化情况。

23、简述CSAMT方法的工作原理及主要应用领域。

答：

可控源音频大地电磁法（CSAMT）

工作原理：

利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。

应用领域：

作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决深层的地质问题，如在寻找隐伏金属矿、油气构造勘查、推覆体或火山岩下找煤、地热勘查和水文工程地质勘查等方面．均取得了良好的地质效果

24、简述瞬变电磁法的工作原理及主要应用领域。

答：

工作原理：

瞬变电磁法也称时间域电磁法（Timedomainelectromagneticmethods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

应用领域：

查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。

瞬

变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点