基于三维电磁场作用下天然电场选频法异常成因研究

摘要

天然电场选频法是由早期的大地电流法和音频大地电磁法演变而来，主要由国内学者对该方法开展研究，国外未见报道。该方法具有成本低、施工方便、探测速度快、地形影响小等特点，在地下水资源勘探、矿山水害调查中取得了比较好的应用效果。所以，该方法越来越得到大家的认可和关注。由于天然电场选频法的场源不是很清楚，学者们在过去的研究中更多注重仪器的研制和实践应用，对该方法的理论研究文献甚少。对天然电场选频法的二维场源进行研究和分析，只考虑单个方向电场、磁场，与实际情况不完全相符。因此，对其三维场源进行进一步的异常成因分析有十分重要的现实意义。
　　本文主要对均匀半空间内球体模型进行模拟，进而对天然电场选频法异常的成因进行探讨。首先从自然因素和人文因素两方面分析天然电场选频法的场源问题；从麦克斯韦方程组出发，利用边界条件求取谐变磁场作用下，均匀半空间内导电导磁球体在地表主剖面上感应二次电场的解析计算式；根据拉普拉斯方程和边界条件，获得谐变电场作用下，均匀半空间导电球体在地表主剖面上的异常电场水平分量计算式；通过假定理论模型的各个参数，计算在三维谐变磁场、谐变电场作用下，良导球体模型在地表主剖面上的水平电场异常变化曲线。
　　通过模拟计算结果与野外实测结果对比可知：垂直方向的交变磁场的作用确实是不存在；水平方向的两个电场分量随着各参数变化的规律基本同步；在水平谐变磁场和谐变电场共同作用下，获得的地表电场异常曲线的形态、特征与野外实测结果相似，说明天然电场选频法的异常主要是由自然因素与人文因素所产生的水平交变磁场和水平交变电场共同作用的结果。
　　总体而言，通过对天然电场选频法进行三维场源下的球体模型的正演模拟，以及对模型各参数模拟结果的分析，对天然电场选频法异常成因有了进一步的认识，为该方法今后在实践应用中提供一定的指导作用，有利于提高解释的准确性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 天然电场选频法的研究现状

1.3 研究方案

1.3.1 研究目标与研究内容

1.3.2 研究方法、研究路线

1.4 本文组织结构

第二章 天然电场选频法的基本理论

2.1 地下水探测技术

2.2 天然电场选频法探测技术基本理论

2.2.1 场源问题的探讨

2.2.2 天然交变电磁场的一般规律

2.2.3 矢量位

2.2.4 大地电磁场的相关概念

2.3 本章小节

第三章 地质模型解析求解与正演模拟

3.1地球物理模型

3.1.1 谐变垂直磁场作用下的导电导磁球体

3.1.2 交变电流场作用下的导电导磁球体

3.2 模拟计算与分析

3.2.1 异常成因模拟计算与分析

3.2.2 算例分析

3.3 本章小结

第四章 天然电场选频法在工程实践中的应用

4.1 野外观测方法

4.2 天然电场选频法的综合解释

4.3 工程实例

4.3.1 某温泉项目物探找水

4.3.2 某天然矿泉水厂物探找水

4.3.3 某煤矿水文地质调查的应用

4.4 本章小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

附录