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連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀

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連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀儀器介紹連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀EH-4是美國的Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合研制的雙源型電磁/地震系統(tǒng)

詳細介紹

連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀

儀器介紹
連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀EH-4是美國的Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合研制的雙源型電磁/地震系統(tǒng)。儀器設(shè)計精巧、堅實，特別適合地面2D、3D連續(xù)張量式電導(dǎo)率測量，在技術(shù)上突破傳統(tǒng)單點測量壁壘，走向電磁測量擬地震化、聯(lián)合2D、3D連續(xù)觀測和資料解釋。
是目前淺層油氣、煤田、礦產(chǎn)、地下水、凍土層、山區(qū)工程、礦井工程勘探及AMT靜校的電磁儀器。

應(yīng)用領(lǐng)域包括：
金屬礦詳查和普查
巖土電導(dǎo)率分層
地下水探測
大壩、鐵路、橋梁等基巖調(diào)查
基巖埋深調(diào)查
煤田高分辨率電探
金屬礦詳查和普查
環(huán)境調(diào)查
咸、淡水分界面劃分
勘探深度1000米以上
鐵路、公路路基、隧道勘測

EH4的全新概念主要歸結(jié)為如下幾個方面：
1)        EH4應(yīng)用大地電磁法的原理，但使用人工電磁場和天然電磁場兩種場源；
2)        EH4既具有有源電探法的穩(wěn)定性，又具有無源電磁法的節(jié)能和輕便；
3)        EH4能同時接收和分析X、Y兩個方向的電場和磁場，反演X-Y電導(dǎo)率張量剖面，對判斷二維構(gòu)造特別有利；
4)        EH4儀器設(shè)備輕，觀測時間短，完成一個近1000m深度的測深點，大約只需15~20分鐘，這使它可以輕而易舉實現(xiàn)密點連續(xù)測量（首尾相連），進行EMAP連續(xù)觀察（見圖2）；
5)        在EH4的采集控制主機中插入兩塊附加的地震采集板，就可使一臺EH4兼作地震儀和電導(dǎo)率測量，為一機實現(xiàn)綜合勘探先例；
6)        實時數(shù)據(jù)處理和顯示，資料解釋簡捷，圖像直觀。
下面我們簡單介紹EH4電導(dǎo)率測量方法的工作原理。
二、    EH4工作原理
EH4通過發(fā)射和接收地面電磁波來達到電阻率或電導(dǎo)率的測探。連續(xù)的測深點陣組成地下二維電阻率剖面，甚至三維立體電阻率成像。
因此問題的關(guān)鍵是地面電磁波與地下電阻率究竟是什么關(guān)系？EH4是怎樣實現(xiàn)這種地面測量的？
首先讓我們來研究電磁波在介質(zhì)中的傳播行為。
1.    電磁波傳播理論、亥姆霍茲方程
地面電磁波發(fā)送到地下，電磁波在巖土中的傳播遵循Maxwell方程。如果假設(shè)大多數(shù)地下巖土為無磁性物質(zhì)，并且宏觀上均勻?qū)щ姡淮嬖陔姾煞e累，那么Maxwell方程就可簡化為：
2H+K2H=0                       ┉（1）
2E+K2E=0                          ┉（2）
（1）    和（2）稱為亥姆霍茲方程。
其中K=            ┉（3）
稱作復(fù)波數(shù)或傳播系數(shù)。這時可將K寫成K=α+ιβ。α稱為相位系數(shù)，β稱為吸收系數(shù)。在EH4測量的電磁波頻率范圍內(nèi)（0.1Hz~100KHz）,通常可以忽略位移電流，這時K進一步簡化為
K=               ┉（4）
這里為虛數(shù)符號；ω是電磁波角頻率2πf，單位是rad/s。
2.    波組抗與電阻率
有亥姆霍茲方程變化的磁場感生出變化的電場，我們有磁電關(guān)系：
H=                           ┉（5）
表面阻抗Z定義為地表電場和磁場水平分量的比值。在均勻大地的情況下，此阻抗與入射場的極化無關(guān)，和地電阻率以及電磁場的頻率有關(guān)：
Z=               ┉（6）
式中f是頻率，ρ是電阻率，μ是磁導(dǎo)率。（6）是可用于確定大地的電阻率：
ρ=                   ┉（7）
式中ρ的單位是Ω·m，E的單位是mv/km,H的單位是nT。
對于水平分層大地，此表達式不再適用，但用它的計算機得到的電阻率將隨頻率改變而變化，因為大地的穿透深度或趨膚深度與頻率有關(guān)。
δ=           ┉（8）
式中δ的單位是m。此時由（7）式計算得到的電阻率稱視電阻率。在一個寬頻帶上測量E和H，并由此計算出視電阻率和相位，可確定地下構(gòu)造。
對于更一般的不均勻大地，阻抗是空間坐標的函數(shù)，完整的描述應(yīng)當是含有四個元素的張量，每個元素與場的正交分量有關(guān)：
=       ┉（9）
要確定四個阻抗元素，需要幾個極化不同的磁場。例如，振幅相位和極化固定不變的單一正弦形式的電場和磁場波列，就不能用于計算這四個未知數(shù)。通常要用四個場分量的自功率譜或互功率譜來計算阻抗（例如，Vozoff,1972）。例如，Zxy的一個這樣計算出來的解是：
=     ┉（10）
式中“*"號表示場量付氏變換后的復(fù)共軛，“<>"表示在頻帶內(nèi)
=
求平均。用電場作因子，可以得到阻抗的另一表達式：
┉（11）
實際上，對每個抗阻元素有六種估算方法。

技術(shù)參數(shù)
Stratagem EH4 電導(dǎo)率成像系統(tǒng)
工作原理：自然的和人工的磁大地電流張量場
頻率范圍：10Hz-100KHz
發(fā)射機：代垂直天線線圈的TxIM2型發(fā)射機
頻率：500Hz-70KHz
沖量：400Amp-m2
天線尺寸：2個4m2的垂直叉線圈
電源：12V, 60Ah電瓶
電極：4個BE-26型帶緩沖器的有效高頻偶極子以及4個SSE不銹鋼電極，26m電纜。
磁棒探頭：2個BF-IM磁感應(yīng)棒（10Hz-100Hz），10m電纜。
模擬終端：1臺AFE-EH4模擬訊號調(diào)節(jié)器，用它將一對電極和一對磁棒的數(shù)據(jù)傳至采集單元。數(shù)字信號：
處理器：32位浮點
帶寬： DC-96KHz
示器：液晶VGA
打印機：內(nèi)置4"（11cm）打印機
電源： 12V, 40Ah
操作：
工作溫度：0-50℃
儀器箱體：便攜、堅固、防水
選件：
配置StrataViewTM
地震儀做地震勘探：可配12、24或48道
低頻MT磁棒：0.1-10KHz
電極：4個BE-50型帶緩沖器的有效高頻偶極子和50m電纜
大功率天線：
頻率范圍：300-35KHz
沖量： 6000Amp-m2
天線尺寸：2個45m2垂直叉線圈
數(shù)據(jù)采集單元
道數(shù)： 4道（2電，2磁）
內(nèi)置計算機： IBM兼容80486CPU 8Mb RAM和軟盤。
硬盤： 1.2G或更大
模數(shù)轉(zhuǎn)換： 18位