普通物探-第3-3節(jié)-電法勘探之電磁測(cè)深法

§3.3交變電磁測(cè)深法當(dāng)前，在石油勘探領(lǐng)域應(yīng)用較多的是各種電磁感應(yīng)法，這類方法以地殼中巖石和礦石的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性差異為基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測(cè)和研究電磁場(chǎng)空間與時(shí)間分布規(guī)律，從而解決地質(zhì)研究和尋找有用礦產(chǎn)的一組電法勘探方法。電磁測(cè)深法原理示意圖交變電磁測(cè)深法電磁測(cè)深法固定測(cè)點(diǎn)和儀器裝備不動(dòng)，通過(guò)改變電磁信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量，由于不同頻率的電磁場(chǎng)穿透深度不同，高頻穿透深度淺，低頻穿透深度大，因此，研究測(cè)點(diǎn)電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量的頻率特性，就可以達(dá)到測(cè)深的目的，這是不同電磁測(cè)深法的基礎(chǔ)。各種電磁測(cè)深法利用不同頻率（10-3~108hz）的諧變電磁場(chǎng)或不同形式的周期性脈沖電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源信號(hào)，前者稱為頻率域電磁法，后者稱為時(shí)間域電磁法。交變電磁測(cè)深法頻率域和時(shí)間域電磁法產(chǎn)生異常的原理均遵循電磁感應(yīng)定律，故基礎(chǔ)理論和野外工作基本相同，但地質(zhì)效能各有特點(diǎn)。主要內(nèi)容：§3.3.1電磁測(cè)深理論基礎(chǔ)§3.3.2頻率電磁測(cè)深法§3.3.3大地電磁測(cè)深法§3.3.4瞬變電磁測(cè)深法§3.3.1電磁測(cè)深理論基礎(chǔ)主要內(nèi)容：巖（礦）石的電磁學(xué)性質(zhì)電磁波傳播的基本規(guī)律平面電磁波的傳播波阻抗概念諧變場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)瞬變場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、巖（礦）石的電磁學(xué)性質(zhì)在電磁感應(yīng)法的實(shí)際工作中，所利用的巖（礦）石電磁學(xué)性質(zhì)仍主要是電阻率，因?yàn)楦鶕?jù)電磁感應(yīng)定律，介質(zhì)中感應(yīng)電流的大小主要取決于介質(zhì)的電阻率，在這一點(diǎn)上與直流電法是類似的。在交變電磁場(chǎng)情況下，巖（礦）石的電性除顯示出與電阻率有關(guān)的傳導(dǎo)電流外，還顯示出與介電常/系數(shù)有關(guān)的“位移電流”，因此，導(dǎo)電介質(zhì)中總的電流密度是二者的疊加：傳導(dǎo)電流與位移電流傳導(dǎo)電流密度：位移電流密度：對(duì)于諧變場(chǎng)，在電磁場(chǎng)理論中，傳導(dǎo)電流與位移電流密度的比值稱為電磁系數(shù)，即：真空中的介電常數(shù)：介質(zhì)導(dǎo)電性與頻率的關(guān)系當(dāng)m>>1時(shí)，介質(zhì)中傳導(dǎo)電流起主要作用，此時(shí)可忽略位移電流的作用；反之，當(dāng)m<<1時(shí)，介質(zhì)中位移電流起主要作用，可以忽略傳導(dǎo)電流的作用。101102103104105106107108

1091010

10101091081071061051041031021010.1<m<10介質(zhì)導(dǎo)電性與頻率的關(guān)系介質(zhì)導(dǎo)電性與頻率的關(guān)系根據(jù)介質(zhì)導(dǎo)電性與頻率的關(guān)系，在頻率小于幾千赫茲和電阻率小于幾十萬(wàn)歐姆米的范圍內(nèi)，位移電流是可以忽略的。在自然條件下，巖石的電阻率很少超過(guò)該值，因此在一般較低頻率的電磁測(cè)深方法中不考慮位移電流的影響，即認(rèn)為巖石的電阻率不隨頻率而改變。只有在頻率超過(guò)百萬(wàn)赫茲的高頻電磁法（如無(wú)線電波透視法、地質(zhì)雷達(dá)等方法）中才考慮位移電流的作用。復(fù)介電常/系數(shù)與能量損耗在諧變場(chǎng)情況下，如果引入復(fù)介電常/系數(shù)：在導(dǎo)電介質(zhì)和介電體中滿足相同形式的方程，并且復(fù)介電常數(shù)的虛部與實(shí)部的比值等于電磁系數(shù)，給出了介質(zhì)導(dǎo)電性引起的能量損耗特性，等于損耗角的正切，即：介質(zhì)的相對(duì)介電常/系數(shù)絕大多數(shù)造巖礦物的相對(duì)介電常數(shù)不超過(guò)10~11，然而，一些氧化物、硫化物和碳酸鹽的相對(duì)介電常數(shù)可達(dá)20甚至80~170（如金紅石）。對(duì)于堅(jiān)固和干燥巖石，礦物成分是主要影響因素，對(duì)于廣泛分布的巖石，尤其是沉積巖，含水性是主要影響因素。礦物巖石石英長(zhǎng)石云母氯化物硫化物石油水4.2~5.54~105~85~68~1710~30800.0006~0.0020.03~0.150.0003~0.002--------火成巖變質(zhì)巖沉積巖石灰?guī)r砂巖砂泥巖7~155~128~125~113~254~300.03~0.10.05~0.2----可達(dá)1可達(dá)1部分介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)與損耗角正切介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁導(dǎo)率是電磁感應(yīng)法中利用的另一個(gè)重要參數(shù)，它表征物質(zhì)在磁化作用下集中磁力線的性質(zhì)。真空中的磁導(dǎo)率。除少數(shù)鐵磁性礦物（磁鐵礦、磁黃鐵礦和鈦鐵礦）外，其他礦物的相對(duì)磁導(dǎo)率都接近于1，只有巖石或礦石中含有大量鐵磁性礦物時(shí)，其相對(duì)磁導(dǎo)率才明顯大于1。礦物礦物磁鐵礦磁黃鐵礦鈦鐵礦赤鐵礦5.02.551.551.05黃鐵礦方解石石英角閃石1.00150.9999870.9999851.00015部分礦物的相對(duì)磁導(dǎo)率2、電磁波傳播的基本規(guī)律根據(jù)電磁場(chǎng)理論，描述電磁波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的是麥克斯韋方程組：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量是無(wú)源場(chǎng)真實(shí)電荷是電位移矢量的源及介質(zhì)的特性方程：全電流定律電磁感應(yīng)定律磁通連續(xù)性原理高斯定律麥克斯韋方程的積分形式將麥克斯韋方程組的微分形式與高斯公式、斯托克斯公式連立，可以得到麥?zhǔn)戏匠探M的積分形式：積分方程是對(duì)某區(qū)域內(nèi)場(chǎng)、源關(guān)系的總體描述，積分區(qū)間可以包含奇點(diǎn)，如介質(zhì)界面等。電磁場(chǎng)矢量旋度的旋度對(duì)電場(chǎng)旋度矢量取旋度：對(duì)磁場(chǎng)旋度矢量取旋度：因有矢量恒等式：及和，得到均勻介質(zhì)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)矢量分別滿足的方程。電報(bào)方程電場(chǎng)矢量滿足的方程式：磁電場(chǎng)矢量滿足的方程式：電場(chǎng)和磁場(chǎng)矢量具有完全相同的方程。由于該方程最初是在研究電報(bào)線上電壓與電流的變化規(guī)律時(shí)推導(dǎo)出來(lái)的，故又稱做“電報(bào)方程”。亥姆霍茲方程對(duì)電磁場(chǎng)矢量，時(shí)間域的諧變因子為，該項(xiàng)經(jīng)常不寫出。這樣，電報(bào)方程可以簡(jiǎn)化成如下形式：該式為諧變電磁場(chǎng)的基本微分方程，稱為亥姆霍茲方程，其中為波數(shù)（或稱傳播系數(shù)），右端第一項(xiàng)表示位移電流的作用，第二項(xiàng)表示傳導(dǎo)電流的作用。位移電流與傳導(dǎo)電流的強(qiáng)度對(duì)比位移電流與傳導(dǎo)電流的比值為：在低頻率導(dǎo)電介質(zhì)的情況下，可以忽略位移電流，邊界條件在不同介質(zhì)的分界面上，即電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率出現(xiàn)不連續(xù)的點(diǎn)，電磁場(chǎng)分量應(yīng)滿足以下邊界條件：電場(chǎng)強(qiáng)度切向分量連續(xù)：磁場(chǎng)強(qiáng)度切向分量連續(xù)：電位移法向分量連續(xù)：磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量連續(xù)：電磁場(chǎng)的似穩(wěn)模型在一般電磁測(cè)深的頻率范圍內(nèi)，介質(zhì)內(nèi)的傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)大于位移電流，因而屬于似穩(wěn)場(chǎng)類型。略去與位移電流對(duì)應(yīng)的二次導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，得到：該方程與描述熱傳導(dǎo)規(guī)律的擴(kuò)散方程形式相同。即似穩(wěn)模型介質(zhì)中的電磁場(chǎng)可用擴(kuò)散方程來(lái)描述。在導(dǎo)電的吸收介質(zhì)中，電磁擾動(dòng)是按照擴(kuò)散規(guī)律傳播的。電磁場(chǎng)的波動(dòng)模型在高頻信號(hào)和高阻介質(zhì)情況下，位移電流可能遠(yuǎn)大于傳導(dǎo)電流，特別是在絕緣介質(zhì)中，電導(dǎo)率為零，傳導(dǎo)電流為零，電報(bào)方程簡(jiǎn)化為：該方程為純波動(dòng)方程，用于描述電磁波在絕緣介質(zhì)中的傳播過(guò)程。電磁場(chǎng)的穩(wěn)定模型與時(shí)間無(wú)關(guān)的場(chǎng)被稱為穩(wěn)定電/磁場(chǎng)，電/磁場(chǎng)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)為零，此時(shí)，電報(bào)方程簡(jiǎn)化為：該方程為拉普拉斯方程，是均勻介質(zhì)中的穩(wěn)定電場(chǎng)或穩(wěn)定磁場(chǎng)滿足的方程。電流源問(wèn)題的求解求解電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題時(shí)，直接求解一對(duì)矢量H，E很不方便，可引入矢量位，使未知數(shù)減少。對(duì)電流源引起的矢量位，從出發(fā)，利用恒等式，可令：代入公式，得到：括號(hào)中的矢量可用某標(biāo)量的梯度來(lái)表示，即：式中的U為電磁場(chǎng)的標(biāo)量位。電流源問(wèn)題的求解已知將矢量位代入，得到：將帶有梯度的項(xiàng)整合，并令其為零，得到：電流源問(wèn)題的求解這樣，電磁場(chǎng)的求解只需解一次矢量位的亥姆霍茲方程，然后對(duì)矢量位做微分運(yùn)算可分別求得電場(chǎng)和磁場(chǎng)。聯(lián)立方程組為：磁源問(wèn)題的求解如果采用時(shí)變的磁性激發(fā)源（如磁偶極子、不接地回線等），在地下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生蝸旋電流。其特點(diǎn)是：此時(shí)可引入磁性源的矢量位計(jì)算電場(chǎng)矢量，即：磁源問(wèn)題的求解經(jīng)推導(dǎo)得到方程組：磁性源與電性源方程組的電磁類比關(guān)系是：因此，不一定分別求解電性源和磁性源的正演解，可以利用類比關(guān)系從一類解直接寫出另一類解。3、平面電磁波的傳播等相位面為平面的電磁波被稱為平面電磁波。等相位面上場(chǎng)的振幅為常數(shù)對(duì)應(yīng)于均勻平面電磁波，否則為非均勻平面電磁波。在電阻率均勻的介質(zhì)中，選擇x軸和y軸位于電磁場(chǎng)的極化平面上，z軸與傳播方向一致。這時(shí)，xoy平面的場(chǎng)振幅相同，故，亥姆霍茲方程簡(jiǎn)化為：該式也適用于和。平面電磁波的解亥姆霍茲方程的形式解為：第一項(xiàng)為正向波，遠(yuǎn)離場(chǎng)源振幅衰減；第二項(xiàng)是被反射回來(lái)的負(fù)向波。在均勻介質(zhì)中不存在反射波，所以，，解為：利用場(chǎng)與位的關(guān)系，電磁場(chǎng)的分量為：電磁場(chǎng)是橫波。平面電磁波的衰減在亥姆霍茲方程的解中，波數(shù)k

為復(fù)數(shù)，現(xiàn)將其分為實(shí)部和虛部，即：可以解出：式中m為介質(zhì)的電磁系數(shù)。衰減系數(shù)和相位系數(shù)將傳播系數(shù)的復(fù)數(shù)形式代入場(chǎng)分量，例如：可以看到，波數(shù)的實(shí)部和虛部分別決定了場(chǎng)分量的振幅衰減和相位特征，因此，

分別稱為衰減系數(shù)和相位系數(shù)。對(duì)其它場(chǎng)分量也可以作類似的

討論。當(dāng)電磁場(chǎng)沿z

軸向前傳播

的距離時(shí)，振幅衰減為原來(lái)的

（約37%）。諧變電磁場(chǎng)隨深度衰減曲線趨膚深度習(xí)慣上將的距離稱為電磁波的趨膚深度，也稱集膚深度。用其作為電磁波有效穿透深度的度量。在m>>1時(shí)，趨膚深度：電磁波的趨膚深度隨

介質(zhì)電阻率和信號(hào)周

期的增加而增大。所

以低頻信號(hào)對(duì)應(yīng)于較

大的勘探深度。周期(s)趨膚深度(m)傳播速度與波長(zhǎng)考慮到電磁波的相位為，等相位面向前移動(dòng)的速度，即相速度為：在無(wú)磁性介質(zhì)中，忽略位移電流，相速度為：波長(zhǎng)為：近區(qū)與遠(yuǎn)區(qū)的概念在忽略位移電流的情況下：所以：在電磁場(chǎng)表示式中，為一個(gè)無(wú)量綱的量，引入?yún)?shù)：當(dāng)p<<1時(shí)稱為“近區(qū)”；當(dāng)p>>1時(shí)稱為“遠(yuǎn)區(qū)”；分別表示收-發(fā)距遠(yuǎn)大于或小于波長(zhǎng)的范圍。4、波阻抗概念為消除電磁場(chǎng)分量中的強(qiáng)度系數(shù)，需做以下比值：該比值具有阻抗的量綱，是平面電磁波在均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中傳播時(shí)的復(fù)波阻抗，是介質(zhì)對(duì)電磁波傳播的一種物理特性。在均勻介質(zhì)中，波阻抗和的幅值相同，相位相反。波阻抗的相位特性根據(jù)，可將波阻抗公式寫為：該式表明，在均勻介質(zhì)中，電場(chǎng)在相位上落后于磁場(chǎng)。如果介質(zhì)非均勻，則電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的相位差偏離45度，這是電磁方法中利用相位特性的依據(jù)。波阻抗的模值根據(jù)波阻抗的模值，介質(zhì)電阻率為：這就是通過(guò)測(cè)量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量確定介質(zhì)電阻率的計(jì)算公式。如果介質(zhì)并非均勻，計(jì)算結(jié)果為視電阻率。如果介質(zhì)電阻率已知，可以確定介質(zhì)的磁導(dǎo)率：§3.3.2頻率電磁測(cè)深法頻率電磁測(cè)深法（FrequencySoundingMethod）是指在頻率為幾十-幾萬(wàn)赫茲的音頻范圍內(nèi)，通過(guò)改變交變電磁場(chǎng)頻率的辦法探測(cè)巖層電阻率隨深度的變化，以了解地質(zhì)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)找礦目的的一種人工場(chǎng)源電磁法。測(cè)量時(shí)，場(chǎng)源和接收點(diǎn)都固定不動(dòng)，只改變電磁場(chǎng)的頻率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)地電斷面的分辨能力高，節(jié)省人力、效率高；如果采用不接地磁偶極子場(chǎng)源，可以對(duì)高阻覆蓋層和高阻巖層穿透能力強(qiáng)。頻率電磁測(cè)深法由于巖石的電磁感應(yīng)作用，交變電磁場(chǎng)在地下的分布隨巖石電阻率和場(chǎng)源頻率的變化而變化。頻率低、巖石的電阻率，高電磁波穿透深度大；頻率高、巖石電阻率低，穿透深度淺。只要改變場(chǎng)的頻率，在地面上某一固定點(diǎn)觀測(cè)電磁場(chǎng)的有關(guān)分量，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果計(jì)算視電阻率值就能反映出不同深度的地質(zhì)情況。可見(jiàn)，在交變電磁場(chǎng)的有效作用深度內(nèi)，改變信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)不同的勘探深度。高頻信號(hào)作用深度淺，低頻信號(hào)作用深度大。1.頻率測(cè)深法的基本原理頻率電磁測(cè)深法屬于主動(dòng)場(chǎng)源類構(gòu)造電法，其場(chǎng)源有水平電偶極子和垂直磁偶極子兩種形式。水平電偶極子是在兩端接地的供電電纜中通以諧變電流作為場(chǎng)源，而接地電極間的距離遠(yuǎn)小于場(chǎng)源到測(cè)量裝置之間的距離。垂直磁偶極子是通以諧變電流的不接地水平線圈，其線圈直徑遠(yuǎn)小于場(chǎng)源到測(cè)量裝置之間的距離。頻率電磁測(cè)深的場(chǎng)源形式圖

點(diǎn)源電磁波的傳播從場(chǎng)源（電偶源或磁偶源）發(fā)出的電磁波向四面八方傳播。在空氣中稱為天波S，沿地面?zhèn)鞑サ姆Q為地面波S0，在地層中的稱為地層波S1。由于電磁波在空氣傳播速度大，地層中速度小，因此電磁波發(fā)射后，為滿足邊界條件，在地面附近形成一個(gè)近于水平的波陣面，造成一個(gè)幾乎垂直向下傳播的水平極化的平面電磁波，稱為S*波。地表偶極源電磁場(chǎng)的傳播S區(qū)和波區(qū)在kr<<1的范圍內(nèi)，地層波S1

占主導(dǎo)地位，強(qiáng)度大于S*波，稱為S

區(qū)；當(dāng)kr>>1時(shí)，地層波

S1

衰減殆盡，地下只有S*波，稱為波區(qū)，相當(dāng)于從高空垂直入射的平面電磁波；在S

區(qū)向波區(qū)過(guò)渡的范圍內(nèi)，電磁波從水平方向逐漸過(guò)渡到傾斜、甚至是垂直傳播；一般應(yīng)用中，即使在接收距離r>6~8倍研究深度的遠(yuǎn)區(qū)，S*波與地層波

S1

的相對(duì)強(qiáng)度也還是比較復(fù)雜的關(guān)系。電磁波在介質(zhì)中傳播的衰減規(guī)律電磁波在地下介中傳播時(shí)，其場(chǎng)強(qiáng)隨深度增加而衰減，衰減規(guī)律服從公式：式中，E0為地面場(chǎng)強(qiáng)，λ為

電磁波在地層介質(zhì)中的波長(zhǎng)。

當(dāng)深度為半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，電流

密度只有地表的百分之幾，

可見(jiàn)電磁波在地層中衰減非

?？?。諧變電磁場(chǎng)隨深度衰減曲線電磁波在介質(zhì)中的穿透深度電磁波到底能穿透多深？這個(gè)問(wèn)題一般都用有效穿透深度（或趨膚深度、集膚深度）來(lái)衡量。電磁波信號(hào)衰減到原來(lái)強(qiáng)度的1/e（約37%）時(shí)的深度稱為有效穿透深度，此時(shí)因此，電磁波的有效穿透深

度與信號(hào)周期成正比，與頻

率成反比?

諧變電磁場(chǎng)隨深度衰減曲線均勻半空間條件下的趨膚深度在均勻半空間中，如果介質(zhì)無(wú)磁性：此時(shí)，趨膚深度只要改變電磁波的頻率，就可以改變波長(zhǎng)，從而改變了電磁波的穿透深度。根據(jù)電磁感應(yīng)的趨膚效應(yīng)，高頻電磁波反映淺部地層的特點(diǎn)，而低頻電磁波能夠反映較深層介質(zhì)的特征。均勻介質(zhì)中水平電偶源的電磁場(chǎng)設(shè)電偶極子AB

向地下供入的諧變電磁場(chǎng)為，在直角坐標(biāo)系中，在似穩(wěn)條件下，當(dāng)收-發(fā)距r

遠(yuǎn)小于自由空間中電磁波的波長(zhǎng)時(shí)，根據(jù)考夫曼和凱勒（1983）的證明：式中dl

為供電極距，I

為電流強(qiáng)度。波區(qū)的電磁場(chǎng)在波區(qū)滿足條件，電磁場(chǎng)計(jì)算式簡(jiǎn)化為：當(dāng)時(shí)，即供電偶極磁場(chǎng)的赤道上測(cè)量時(shí)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：當(dāng)時(shí)，即供電偶極磁場(chǎng)的軸向上測(cè)量時(shí)，電磁場(chǎng)計(jì)算式為：S區(qū)的電磁場(chǎng)在S

區(qū)滿足條件，電磁場(chǎng)計(jì)算式變?yōu)椋涸谟贸嗟姥b置時(shí)：在用軸向裝置時(shí)：均勻介質(zhì)電阻率的確定從電磁場(chǎng)計(jì)算式可以看出，無(wú)論是赤道裝置還是軸向裝置，波區(qū)的電場(chǎng)分量都與介質(zhì)的電導(dǎo)率有關(guān)?？梢愿鶕?jù)相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量計(jì)算電磁場(chǎng)的波阻抗，然后由阻抗求介質(zhì)的電阻率；也可以用類似直流電阻率法中電阻率的公式，根據(jù)實(shí)測(cè)電位差和相應(yīng)的裝置系數(shù)計(jì)算電阻率：頻率測(cè)深法采用后一種形式。電磁場(chǎng)的測(cè)量在一次電磁場(chǎng)已知的情況下，欲求介質(zhì)的電阻率只需測(cè)量場(chǎng)的一種分量。如果用極距為ds

的電偶極子MN

測(cè)量電場(chǎng)

Ex，那么，測(cè)量電位差為：如果用匝數(shù)為n2，面積為s2的水平線圈測(cè)量垂直磁場(chǎng)的變化率，感生電動(dòng)勢(shì)為：電阻率計(jì)算公式在波區(qū)測(cè)量時(shí)，用測(cè)量偶極電位差和線圈感生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算介質(zhì)電阻率的公式分別為：其中的裝置系數(shù)分別為：其中r為收-發(fā)距，AB為供電偶極長(zhǎng)度，MN為測(cè)量偶極長(zhǎng)度，s為測(cè)量線圈面積，n為匝數(shù)。電阻率計(jì)算公式頻率電磁測(cè)深是保持激發(fā)--接收距離一定，改變一次場(chǎng)工作頻率，用接地電極或接收線圈觀測(cè)不同頻率的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，把場(chǎng)強(qiáng)換算成視電阻率。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有平面電磁波的性質(zhì)，研究問(wèn)題方便，但是激發(fā)--接收距離大，對(duì)電源功率要求高。在中區(qū)場(chǎng)工作，收、發(fā)距較小，發(fā)射功率可以相應(yīng)降低，使測(cè)量?jī)x器輕便，工作效率提高。但是需將觀測(cè)值進(jìn)行校正得到相當(dāng)于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的結(jié)果。視電阻率理論曲線曲線的左支（高頻端）滿足波區(qū)條件，視電阻率曲線的漸近值給出第一層介質(zhì)的電阻率，但存在干涉性假極值。曲線的右支（低頻端）逐漸趨于S區(qū)，視電阻率曲線不能反映真實(shí)介質(zhì)的電阻率。二層斷面模型

波區(qū)理論曲線三層

H

型斷面

理論曲線

三層

H

型斷面

理論曲線均勻介質(zhì)中垂直磁偶源的電磁場(chǎng)采用水平線圈形成垂直磁偶極子，在似穩(wěn)場(chǎng)的條件下，供入諧變信號(hào)，得到電磁場(chǎng)的計(jì)算式：式中為場(chǎng)源磁偶極的磁矩。S區(qū)的電磁場(chǎng)在S

區(qū)滿足條件，電磁場(chǎng)計(jì)算式變?yōu)椋涸赟

區(qū)，電磁場(chǎng)與介質(zhì)電性（電阻率）無(wú)關(guān)。波區(qū)的電磁場(chǎng)在波區(qū)滿足條件，電磁場(chǎng)計(jì)算式簡(jiǎn)化為：此時(shí)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量都可以用來(lái)求取介質(zhì)的電阻率，公式為：此時(shí)的裝置系數(shù)分別為：垂直磁偶極子源野外計(jì)算視電阻率的公式為：式中Ey為電場(chǎng)水平分量振幅值，Hx為磁場(chǎng)水平分量振幅值。C為接收線圈的格值，K為校正系數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)的Hx與Hz

（磁場(chǎng)垂直分量振幅值）的比值，在理論曲線上查出K值，把中區(qū)場(chǎng)觀測(cè)計(jì)算得到的視電阻率校正到遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的視電阻率值。工作頻率的范圍記錄完整頻率測(cè)深曲線所需要的頻率范圍。理論曲線表明，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)左支漸近線，又因?yàn)?，因此所需的高頻值為：這表明，第一層的厚度越薄，為得到該層電阻率所需要的頻率越高。工作頻率的范圍為確定低頻界限，可利用磁場(chǎng)視電阻率曲線的右支漸近線。無(wú)論地電斷面如何復(fù)雜，當(dāng)基底電阻率為無(wú)窮大時(shí)，在低頻情況下按磁場(chǎng)定義的理論視電阻率曲線右支漸近線均為：在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中表現(xiàn)為傾斜角為的直線，即該漸近線僅與和r

有關(guān)。當(dāng)時(shí)，可以確定完整曲線所需的低頻范圍：工作頻率的范圍對(duì)于在野外實(shí)際遇到的地電斷面而言，所需工作頻率范圍相當(dāng)寬，大約從10-2~109hz，一臺(tái)儀器很難包括這樣寬的頻帶，一般需分段制作儀器，如高頻或低頻儀等。沉積蓋層厚度

（m）平均縱向電阻率/Ω.m11010010001106~104107~105108~5×106109~5×10710104~5×102105~5×103106~5×104107~5×105100102~5103~5104~5×102105~5×10310005~5×10-220~5×10-1102×5103×5在r/h1=4時(shí)，為記錄完整頻率測(cè)深曲線的頻率范圍(hz)收-發(fā)距對(duì)視電阻率曲線的影響在層狀均勻介質(zhì)模型表面，當(dāng)收-發(fā)距增大時(shí)，測(cè)深曲線極小點(diǎn)向高頻/短周期方向移動(dòng)，收發(fā)距對(duì)視電阻率曲線的影響裝置大小的選擇小收-發(fā)距的情況是：可縮小體積效應(yīng)范圍，有利于提高信噪比和分辨能力，但因處于近區(qū)和中區(qū)，電磁場(chǎng)的復(fù)雜程度高，頻率測(cè)深視電阻率曲線的重要特征（如極值點(diǎn)個(gè)數(shù)、曲線的上升或下降角度、極值點(diǎn)的幅度等）均不明顯，解釋困難；大收-發(fā)距的情況是：位于遠(yuǎn)（波）區(qū)范圍，電磁場(chǎng)規(guī)律和視電阻率公式簡(jiǎn)單，但是強(qiáng)度迅速衰減，易受各種干擾的影響，觀測(cè)精度不能很好地保證。因此，最佳收-發(fā)距的選擇比較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)斷面類型、裝置的分辨能力、等值原理作用范圍等綜合選擇。裝置大小的選擇在低阻覆蓋區(qū)，介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收較強(qiáng)，穿透深度小，應(yīng)選擇較大的收-發(fā)距；在高阻覆蓋區(qū)則相反，可以選擇較小的收-發(fā)距。考慮到各種因素，最佳收-發(fā)距約為研究深度的3~5倍，即：在選定最佳收-發(fā)距后，應(yīng)令供電極距滿足：在觀測(cè)點(diǎn)處可將供電電極視為偶極子，誤差不超過(guò)2%。因此，一般?。侯l率電磁測(cè)深的特點(diǎn)實(shí)踐證明，頻率電磁測(cè)深法相對(duì)于直流電測(cè)深法來(lái)說(shuō)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）分辨能力高；（2）能穿透高阻屏蔽層；（3）各向異性影響??；（4）可進(jìn)行觀測(cè)的參數(shù)多，便于綜合分析；（5）采用定距變頻測(cè)量，勞動(dòng)強(qiáng)度低，工作效率高。4.StratagemEH4StratagemEH4Hybrid-SourceMagnetotelluricsFrequencyrangeof10Hzto90kHzApprox.depthofinvestigationfrom5mto1kmPortablewithrapidsetupandteardownFulltensorMTandCSAMTmeasurementsIn-fielddisplayandprintoutof1Dinversionand2DdepthsectionIn-fielddisplayandprintoutofsoundingcurvesIn-fielddisplayandprintoutofsignalamplitudes,phase,andcoherencycurvesApplicationsMineralsExplorationGroundwaterExplorationEngineeringStudiesAcademicandScientificResearchEquipmentSetupElectricfieldsmeasuredwithgalvanicstakes(canuseporouspotforlow-freq.measurementsbelow10Hz)MagneticfieldsmeasuredwithinductioncoilsNaturalfieldmeasurementsfrom10Hzto90kHzTransmitterintendedtofillinthenaturalfieldgapsintherangefrom1kHzto70kHz.TestSurveyforgeothermalexplorationinChina.Red(conductive)areaislocationofaknowfaultwithgeothermalactivity.Notehighresolutionoffaultdip.Depthof250meters.STRATAGEM（EH-4）在北京小湯山地?zé)崽綔y(cè)中的應(yīng)用GroundwaterexplorationinChinaThetworedlinesindicatesuspectedfaults/fracturezones.Awellwasdrilledinthesecond(deeper)fractureandprovidedthemostproductivefreshwaterwellintheregion.STRATAGEM（EH-4）在陜西富平探測(cè)地下水中的應(yīng)用§3.3.3大地電磁法大地電磁法（Magneto-TelluricMethod，簡(jiǎn)稱MT）是在地面上同時(shí)觀測(cè)天然變化的、互相垂直的電磁場(chǎng)分量，用以探測(cè)地球內(nèi)部電性構(gòu)造的一種地球物理勘探方法，也稱磁大地電流法。該方法是由蘇聯(lián)學(xué)者吉洪諾夫（A.H.TиXOHOB）和法國(guó)學(xué)者卡尼爾（L.Cagniard）于20世紀(jì)50年代初分別提出來(lái)的。目前多認(rèn)為，大地電磁場(chǎng)變化的主要原因來(lái)自于地球外部，由于太陽(yáng)或宇宙中的帶電粒子射向地球，并與地磁場(chǎng)發(fā)生作用，形成一系列復(fù)雜的電磁波，這些電磁波垂直投向地球表面，形成大地電磁場(chǎng)。太陽(yáng)風(fēng)是從太陽(yáng)日冕層向行星際空間拋射出的高溫高速低密度的帶電粒子流，主要成分是電離氫和電離氦。太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)

相互作用，形成一

系列復(fù)雜的電磁波，

這些電磁波垂直投

向地球表面，形成

大地電磁場(chǎng)。太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)的相互作用不同地磁觀測(cè)站的磁變曲線實(shí)測(cè)資料表明：地磁場(chǎng)的時(shí)間變化在很大范圍內(nèi)是可以相互對(duì)比的。即大地電磁場(chǎng)具有平面波性質(zhì)。14個(gè)地磁觀測(cè)站的磁變曲線對(duì)比大地電磁場(chǎng)的特點(diǎn)大地電磁場(chǎng)具有隨機(jī)性、對(duì)比性、諧變性等特點(diǎn)。隨機(jī)性是指在一個(gè)固定點(diǎn)觀測(cè)大地電磁場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)，其振幅、頻率、方向均隨時(shí)間而隨機(jī)變化，這種變化具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在1赫茲處場(chǎng)強(qiáng)振幅最小，向低頻段有明顯加強(qiáng)；對(duì)比性是指大量觀測(cè)資料表明，在某瞬間，幾百平方公里或更大范圍內(nèi)，振幅、頻率均保持相互對(duì)比的特性，如西西里島和撒哈拉相距2000公里，實(shí)際觀測(cè)證明，兩地的大地電磁場(chǎng)有相同的特點(diǎn)；諧變性是指大地電磁場(chǎng)的大部分振動(dòng)具有諧變性，有時(shí)是以一種頻率為主的振動(dòng)，有時(shí)是幾個(gè)諧波疊加在一起傳入地下。大地電磁場(chǎng)記錄地磁脈動(dòng)記錄電灣擾和磁灣擾記錄大地電磁法的特點(diǎn)大地電磁測(cè)深法具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如：省略了供電設(shè)備；大地電磁場(chǎng)有較寬的頻譜，波動(dòng)周期從幾毫秒到幾十年，對(duì)大地電磁測(cè)深法最有意義的頻率范圍大體是0.001到100赫茲；勘探深度大，當(dāng)捕捉到磁暴時(shí)機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，獲得很低頻率的信息時(shí)，勘探深度可達(dá)幾十～幾百公里；能穿透高阻層，對(duì)低阻分辨能力強(qiáng)；等值范圍??；場(chǎng)源為垂直入射的平面波，使得場(chǎng)的研究問(wèn)題大為簡(jiǎn)化。主要內(nèi)容主要內(nèi)容：1.大地電磁測(cè)深法的工作原理2.視電阻率3.大地電磁測(cè)深資料的處理解釋4.電磁陣列剖面法（EMAP）

或連續(xù)電磁剖面法（CEMP）5.可控源聲頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）6.海洋可控源電磁法（CSEM）1.大地電磁測(cè)深法的工作原理大地電磁場(chǎng)具有很寬的頻譜，但某一頻率的電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播的距離內(nèi)在是有限的，某一頻率的電磁波只能提供某一深度范圍的地質(zhì)信息，這一深度用電磁波的穿透深度（趨膚深度）來(lái)描述。半無(wú)限均勻介質(zhì)中，電磁波穿透深度（趨膚深度）可以寫成以下形式：野外數(shù)據(jù)采集穿透深度與頻率的平方根成反比，不同頻率的電磁波穿透深度不同，高頻電磁波只能反映淺層，低頻電磁波才能反映深部，因此，通過(guò)觀測(cè)不同頻率的電磁場(chǎng)就可以了解地下不同深度的地電信息，從而達(dá)到了解地質(zhì)構(gòu)造的目的。大地電磁測(cè)量是在測(cè)點(diǎn)上觀測(cè)和記錄彼此正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，經(jīng)過(guò)處理得到能反映地下電性結(jié)構(gòu)的視電阻率曲線、相位曲線以及其他有關(guān)資料。對(duì)儀器的要求為適應(yīng)石油、地?zé)岬荣Y源勘探以及地殼研究的需要，所記錄的大地電磁場(chǎng)信號(hào)的頻率大致為10-4-102hz，在這樣寬的頻帶范圍內(nèi)，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化達(dá)5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，這就要求觀測(cè)系統(tǒng)具有很寬的通頻帶、很高的靈敏度、很強(qiáng)的抗干擾能力、以及很大的動(dòng)態(tài)范圍。為保證數(shù)據(jù)處理的精度，特別是低頻信號(hào)的精度，需要取得足夠長(zhǎng)的數(shù)據(jù)段以便盡量減少截?cái)嘈?yīng)的影響，一個(gè)點(diǎn)上往往要記錄5-6個(gè)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)，這就要求儀器對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素的變化有很好的穩(wěn)定性。大地電磁設(shè)備的組成現(xiàn)代大地電磁系統(tǒng)一般包括：接收系統(tǒng)（電接收器和磁接收器），采集系統(tǒng)（包括各道前置放大器，模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等），記錄系統(tǒng)（包括采集回放，監(jiān)視計(jì)算機(jī)及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件和磁盤記錄、打印等），電源系統(tǒng)等。GMS05大地電磁儀德國(guó)

Metronix公司

MT1大地電磁儀加拿大鳳凰公司V5system2000Phoenix-geophysics

Ltd.Canada核心設(shè)備是控制臺(tái)，放大并記錄電極和磁棒接收的交變電磁場(chǎng)時(shí)間信號(hào)，還要有定位和定時(shí)裝置。野外選點(diǎn)大地電磁測(cè)深工作一般用大比例尺的地形圖定點(diǎn)。應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，以最少的工作量，高質(zhì)量地完成所提出的地質(zhì)地球物理任務(wù)；在實(shí)際工作中還應(yīng)考慮地形環(huán)境。測(cè)點(diǎn)附近的地形應(yīng)該開(kāi)闊、平坦，起伏高差不要超過(guò)10％，同時(shí)應(yīng)避免在小丘、河谷等地布點(diǎn)，以免造成視電阻率畸變，給解釋帶來(lái)困難；測(cè)點(diǎn)周圍的人文環(huán)境也很重要，要盡量避開(kāi)公路、鐵路、高壓傳輸線供電設(shè)備，電臺(tái)和雷達(dá)等工業(yè)設(shè)施，以避免各種工業(yè)干擾和文化干擾；布點(diǎn)時(shí)也應(yīng)避免地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地方，以盡量減少地質(zhì)噪聲結(jié)大地電磁測(cè)深曲線解釋帶來(lái)的困難。差分GPS定位測(cè)點(diǎn)布置采用差分GPS測(cè)定點(diǎn)位。各測(cè)點(diǎn)中心點(diǎn)位置有明顯標(biāo)志。GPS參考站測(cè)點(diǎn)GPS定位測(cè)點(diǎn)布站在測(cè)點(diǎn)上布站時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地形和地物合理選擇裝置方案。接收電場(chǎng)的裝置有

三種形式，即：“＋”字型，“T”字型

和“L”型。電極和磁

棒分別垂直和平行

布置。一般多采用“＋”字

排列裝置?！笆弊中汀癟”型“L”型測(cè)點(diǎn)布站方式“+”字型布極方式V5-2000以測(cè)點(diǎn)為中心布置相互垂直的電極系和磁棒，接收相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)信號(hào)。無(wú)線遙測(cè)遠(yuǎn)參考觀測(cè)為提高資料采集精度，壓制不相關(guān)干擾，在距工區(qū)一定距離處，選擇磁場(chǎng)平靜區(qū)域設(shè)置遠(yuǎn)參考站。參考站記錄與測(cè)點(diǎn)采集通過(guò)GPS同步控制。適用于山區(qū)等復(fù)雜地表提高資料采集精度電法野外施工現(xiàn)場(chǎng)2.視電阻率大地電磁測(cè)深法在同一測(cè)點(diǎn)上測(cè)定一對(duì)正交的電磁場(chǎng)分量Ex、Hy（或Ey、Hx），如果介質(zhì)無(wú)磁性（相對(duì)磁導(dǎo)率為1）視電阻率的計(jì)算式為：式中表示大地電磁測(cè)深法測(cè)得的視電阻率，前者對(duì)應(yīng)于橫電模式，后者對(duì)應(yīng)于橫磁模式。Ex為平行地面x軸方向上的電場(chǎng)振幅，Hy為平行于地面并垂直于x軸方向上的磁場(chǎng)振幅，Ey

和Hx

類推。T為大地電磁場(chǎng)的周期（秒）。在實(shí)際工作中，電場(chǎng)用毫伏/公里為單位，磁場(chǎng)用納特（伽馬）為單位。視電阻率若介質(zhì)橫向均勻、地表水平，則地表電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向呈水平且正交。此時(shí)：在地表任意點(diǎn)測(cè)得某個(gè)頻率的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的正交水平分量振幅，就能計(jì)算出該頻率的視電阻率值，不同頻率的視電阻率值反映了該地電斷面的電性隨深度的變化規(guī)律。這種簡(jiǎn)單的情況還是很少見(jiàn)的。由于斷層、構(gòu)造等因素，以及地表起伏的影響，上述兩個(gè)視電阻率一般是不相等的。這種情況下，單用一條視電阻率曲線作解釋是不完全的，最好兩條同時(shí)使用。二層視電阻率曲線大地電磁測(cè)深視電阻率理論曲線與直流電測(cè)深法的理論曲線相似，對(duì)于二層地電斷面，第一層的電阻率和厚度分別為、h1，第二層的電阻率為，厚度h2→∞，二層斷面的理論曲線函數(shù)關(guān)系式也與直流電測(cè)深類似：式中參數(shù)大地電磁測(cè)深的二層理論曲線三層理論曲線對(duì)于三層地電斷面也有類似的關(guān)系，式中參變量：根據(jù)地電斷面的電性組

合關(guān)系，三層曲線分為

K，H，A，Q四種類

型，其理論曲線編制規(guī)

則也與直流電測(cè)深法類

似。大地電磁測(cè)深的三層理論曲線視電阻率曲線的性質(zhì)1首支（高頻）漸近線在視電阻率曲線的首支（高頻端），，此時(shí)，，即首支（高頻）漸近值等于第一層介質(zhì)的真電阻率。這是因?yàn)楦哳l電磁波的穿透能力有限，地電斷面可以近似地被當(dāng)成電阻率為的均勻介質(zhì)。視電阻率曲線的性質(zhì)2干涉極值點(diǎn)在視電阻率曲線的左支（高頻端）出現(xiàn)一系列極值點(diǎn)，極值幅度隨頻率增高而衰減，這是由于反射波的相互干涉而形成的，故稱干涉極值點(diǎn)。在二層曲線上，最右邊一個(gè)極值點(diǎn)的橫坐標(biāo)約為

，極值大小與參數(shù)有關(guān)。當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；所有理論曲線都與橫軸有共同的交點(diǎn)，在橫坐標(biāo)為的位置。視電阻率曲線的性質(zhì)2干涉極值點(diǎn)在三層視電阻率曲線中，除了首支（高頻端）干涉極值點(diǎn)外，尾支（低頻端）也有類似現(xiàn)象，但表現(xiàn)不太明顯。如H型曲線尾支上升之前有微小的下降；K型曲線尾支下降之前有微小的上升；A、Q型曲線的類似現(xiàn)象更不明顯。視電阻率曲線的性質(zhì)3尾支（低頻）漸近線在的情況下，三層視電阻率公式簡(jiǎn)化為：式中為高阻基底以上巖層的總縱向電導(dǎo)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，實(shí)際工作中，視電阻率曲線橫軸為，這是一條斜率為2，與橫軸夾角為的直線。視電阻率曲線的性質(zhì)3尾支（低頻）漸近線在的橫軸上：即由此可見(jiàn)，在高阻基底條件下，根據(jù)大地電磁測(cè)深視電阻率曲線的尾支（低頻）漸近線可以確定上覆地層的總縱向電導(dǎo)，因此尾支（低頻）漸近線又稱為S線。視電阻率曲線的性質(zhì)3尾支（低頻）漸近線在的情況下，視電阻率公式簡(jiǎn)化為：式中H為良導(dǎo)電基底（或標(biāo)準(zhǔn)層）頂面的埋深。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，尾支漸近線是一條斜率為-2，與橫軸夾角為

的傾斜直線。視電阻率曲線的性質(zhì)3尾支（低頻）漸近線在的橫軸上：即由此可見(jiàn)，在低阻基底條件下，根據(jù)大地電磁測(cè)深視電阻率曲線的尾支（低頻）漸近線可以確定上覆地層的總厚度（基底埋深），因此尾支（低頻）漸近線又稱為H線。視電阻率曲線的性質(zhì)3尾支（低頻）漸近線在的情況下，視電阻率公式簡(jiǎn)化為：理論曲線的尾支（低頻）漸近線是的水平

直線，漸近值代表最下層介質(zhì)的電阻率。這是由于當(dāng)電磁波頻率很低時(shí)，波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于上覆層厚度，可以近似地認(rèn)為電磁波主要在最下層中傳播。視電阻率曲線的性質(zhì)4對(duì)稱性在二層視電阻率曲線中，參數(shù)為和的兩條曲線關(guān)于橫軸相互對(duì)稱；在三層視電阻率曲線中，K型與H型，A型與Q型存在相互對(duì)稱的關(guān)系，對(duì)稱條件為：由于這種對(duì)稱關(guān)系，使量板（理論曲線）的數(shù)目減半，給計(jì)算和使用帶來(lái)便利。視電阻率曲線的性質(zhì)5等值性與直流電測(cè)深的等值現(xiàn)象類似，在大地電磁測(cè)深中也存在等值現(xiàn)象，但二者的等值性在物理實(shí)質(zhì)和表現(xiàn)形式上都不盡相同。在低阻薄層中，電磁場(chǎng)可以近似看成是均勻的，電流密度取決于縱向電導(dǎo)。當(dāng)電阻率和厚度在一定范圍內(nèi)按相應(yīng)比例改變時(shí)，只要其縱向電導(dǎo)不變，并不會(huì)引起地面電磁場(chǎng)的變化，因此阻抗及視電阻率近似相等。這是S

等值性質(zhì)，存在于H和A

型斷面中。視電阻率曲線的性質(zhì)5等值性對(duì)于交變電磁場(chǎng)，在高阻薄層中不產(chǎn)生明顯的感生電流，因而穿過(guò)高阻薄層并不發(fā)生明顯的能量/振幅損失，可以被看成是“透明”的，只是電磁場(chǎng)的通路，電阻率的變化并不影響電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，但其厚度的變化將決定電磁波的傳播距離。這是H

等值性質(zhì)，存在于K

和Q

型斷面中。3.大地電磁測(cè)深資料的處理解釋地質(zhì)解釋所制作的圖件，除與直流電測(cè)深法類似的曲線類型分布圖，視電阻率斷面圖，等周期的視電阻率平面、剖面圖以及總縱向電導(dǎo)平面、剖面圖以外，新增加的有相位斷面圖，各向異性斷面圖，電磁場(chǎng)極化圖等等。目的是在資料分析的基礎(chǔ)上，概括地了解測(cè)線（測(cè)區(qū)）的地電斷面沿水平和垂直方向的變化情況，從而對(duì)測(cè)線（測(cè)區(qū)）的地質(zhì)構(gòu)造輪廓獲得一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，以指導(dǎo)定量解釋，而定量解釋的結(jié)果反過(guò)來(lái)又可以改進(jìn)地質(zhì)解釋結(jié)論。一維反演解釋大地電磁測(cè)深曲線的解釋與直流電測(cè)深法的原理類似，但隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，量板法已被自動(dòng)反演所取代。基本的思路是根據(jù)模型做正演，根據(jù)正演結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)的偏差修改模型，如此迭代更新，直到誤差在許可范圍。一維反演方法有最小二乘法（高斯法），馬夸特法，廣義逆反演等，但最簡(jiǎn)單的是博斯蒂克（Bostick）反演。博斯蒂克（Bostick）一維反演博斯蒂克（Bostick）一維反演是一種具有代表性的近似反演技術(shù)，盡管其結(jié)果不夠精確，但是運(yùn)算簡(jiǎn)便，能直觀地給出地下介質(zhì)電阻率隨深度的變化形式，所以得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)際使用的博斯蒂克反演公式為：二維反演解釋給定初始模型，進(jìn)行視電阻率和相位數(shù)據(jù)的正演擬合，根據(jù)偏差情況修正模型，反復(fù)迭代，直到擬合效果符合要求。二維反演的關(guān)鍵是：①要提出比較接近于實(shí)際的初始模型，以保證和加快迭代計(jì)算的收斂，一般用各點(diǎn)一維反演結(jié)果構(gòu)造二維反演的初始模型；②由于正演計(jì)算時(shí)間比較長(zhǎng)，因此要有一些快速計(jì)算大地電磁響應(yīng)相對(duì)于模型參數(shù)偏導(dǎo)數(shù)的方法，以代替一般的差商方法。大地電磁測(cè)深資料的處理解釋流程大地電磁測(cè)深法的地質(zhì)應(yīng)用地質(zhì)解釋應(yīng)緊緊圍繞地質(zhì)任務(wù)和大地電磁測(cè)深所能解決的問(wèn)題進(jìn)行，包括：①研究地殼和上地幔的電性結(jié)構(gòu)，特別是高導(dǎo)層的層數(shù)、埋深、厚度、電性等；②研究區(qū)域構(gòu)造，主要是沉積盆地高阻基底的起伏、埋深和斷層的分布等；③局部構(gòu)造的研究，在有利的條件下用電性差異也可以取得較好的效果；④電性層位的解釋推斷，如巖層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、沉積環(huán)境等；⑤特殊地質(zhì)現(xiàn)象的研究，如推覆構(gòu)造、裂谷、深大斷裂等方面有獨(dú)到的效果。大地電磁測(cè)深應(yīng)用實(shí)例：京-塘地區(qū)從大地電磁測(cè)深實(shí)測(cè)曲線一般識(shí)別五個(gè)電性層，與地層的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別是：第一層、第二層電阻率為10-30歐姆·米，是第四系和上第三系明化鎮(zhèn)組的反映；第三層是一良導(dǎo)層，電阻率為8-15歐姆·米，與上第三系館陶組相當(dāng)；遠(yuǎn)參考道大地電磁測(cè)深法在京-塘地區(qū)的應(yīng)用大地電磁測(cè)深應(yīng)用實(shí)例：京-塘地區(qū)第四層也是一良導(dǎo)層，電阻率為3-5歐姆·米，主要反映下第三系東營(yíng)組和沙河街組，在武清、黃驊凹陷可能還包括下第三系孔店組或中生界、上古生界地層，但因其埋藏較深，電阻率比沙河街組略高但相差不多，因而總體反映為一個(gè)電性層；第五層是高阻基底，一般可認(rèn)為是下古生界灰?guī)r。遠(yuǎn)參考道大地電磁測(cè)深法在京-塘地區(qū)的應(yīng)用大地電磁測(cè)深應(yīng)用實(shí)例：京-塘地區(qū)這條剖面是沿著1964年的京-塘垂向電測(cè)深剖面進(jìn)行的，共有88個(gè)大地電磁測(cè)深點(diǎn)。圖中給出了垂向電測(cè)深法視電阻率斷面圖（c）和大地電磁測(cè)深法視電阻率斷面圖（d）以及地質(zhì)解釋成果（e）。從中可見(jiàn)：（1）構(gòu)造反映清楚，特別是基底的起伏形態(tài)明顯可見(jiàn)；

（2）凹陷與凸起間

斷層清晰；

（3）大地電磁測(cè)深

法解釋深度大，

最深達(dá)8000米，

與深凹陷內(nèi)的

Tg反射深度接

近。

遠(yuǎn)參考道大地電磁測(cè)深法在京-塘地區(qū)的應(yīng)用大地電磁測(cè)深應(yīng)用實(shí)例：焉耆盆地焉耆盆地大地電磁測(cè)深綜合解釋剖面（1993）研究青藏高原地殼深部構(gòu)造研究青藏高原地殼深部構(gòu)造4.電磁陣列剖面法（EMAP）電磁陣列剖面（Electro-MagneticArrayProfile，簡(jiǎn)稱EMAP），在我國(guó)稱連續(xù)電磁剖面（ContinueElectro-MagneticProfile，簡(jiǎn)稱CEMP），是Bostick于1986年在大地電磁測(cè)深的基礎(chǔ)上提出的。EMAP野外測(cè)量布置圖電磁陣列剖面法（EMAP）電磁陣列剖面法(EMAP)和連續(xù)電磁剖面法(CEMP)以電道空間加密采樣的方式，大大增加了大地電磁測(cè)深的信息量，提高了電磁勘探的橫向分辨率；在資料處理中采用空間域低通濾波，可以有效地壓制因近地表電性不均勻而產(chǎn)生的靜位移畸變，提高地下電性構(gòu)造成像的縱向分辨率，在復(fù)雜構(gòu)造條件下可以有效提高資料解釋的質(zhì)量。電磁陣列剖面法（EMAP）EMAP工作方式解決了MT方法中通常存在的空間采樣不足的問(wèn)題，有選擇地降低了地球內(nèi)部橫向不均勻引起的傳導(dǎo)電流的影響，大大減少了淺層異常體引起的畸變，減小了天電干擾誤差的影響，而且還消除了TE（電場(chǎng)矢量平行于構(gòu)造走向）和TM（磁場(chǎng)矢量平行于構(gòu)造走向）波型的選擇問(wèn)題。作為常規(guī)MT方法的延伸，EMAP非常有效地提高了地質(zhì)應(yīng)用效果。CEMP無(wú)線遙測(cè)遠(yuǎn)參考張量觀測(cè)示意圖提高資料采集精度，適用于山區(qū)等復(fù)雜地表?xiàng)l件。CEMP無(wú)線遙測(cè)遠(yuǎn)參考張量觀測(cè)示意圖NgEsMzEkC—PMzC—PNg蘇50葛2別古莊潛山王慶駝潛山碼頭西潛山碼頭東潛山CEMP應(yīng)用實(shí)例：冀中武清凹陷RRI二維反演斷面地質(zhì)解釋剖面視電阻率斷面相位成像反演電阻率深度剖面構(gòu)造異?，斣藰?gòu)造帶CEMP應(yīng)用實(shí)例：塔里木瑪扎塔克構(gòu)造瑪扎塔克148線解釋剖面羊塔1井卻勒1井秋參1井NW卻勒塔格構(gòu)造CEMP應(yīng)用實(shí)例：塔里木卻勒塔格構(gòu)造卻勒塔格CEMP測(cè)線二維反演與綜合地質(zhì)解釋CEMP測(cè)線卻勒1井共計(jì)11條測(cè)線，121個(gè)物理點(diǎn)。三維電磁法工區(qū)：塔里木卻勒塔格構(gòu)造帶卻勒塔格三維電磁測(cè)量點(diǎn)位圖深度切片疊合圖50米120米500米1000米2000米卻勒1井NW三維反演卻勒1井深度切片疊合圖卻勒1井1000米2000米3000米5000米NW三維反演卻勒1井§3.3.4瞬變電磁測(cè)深法瞬變電磁法（TransientElectro-MagneticMethod，簡(jiǎn)稱TEM）是利用接地電極或不接地回線向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，從而解決地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法（Time-DomainElectro-Magneticmethod，簡(jiǎn)記為TDEM）的一個(gè)分支。該法由前蘇聯(lián)學(xué)者A.P.Kraev于1937年最早提出，稱為建場(chǎng)測(cè)深法，約1980年代傳入美國(guó)和加拿大后改稱瞬變電磁法，配合先進(jìn)設(shè)備和處理手段，使其縱向分層能力大大提高。瞬變電磁測(cè)深法瞬變場(chǎng)是指在階躍變化電流源作用下，在地中產(chǎn)生的過(guò)渡過(guò)程的感應(yīng)電磁場(chǎng)。因?yàn)檫@一過(guò)渡過(guò)程的場(chǎng)具有瞬時(shí)變化的特點(diǎn)，故名瞬變場(chǎng)。瞬變電磁場(chǎng)狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間，這一時(shí)間依賴于巖石的導(dǎo)電性和收-發(fā)距。在近區(qū)高阻巖石中，瞬變場(chǎng)的建立和消失很快（幾十到幾百毫秒）；而在良導(dǎo)地層中，這一過(guò)程變得緩慢。在遠(yuǎn)區(qū)這一過(guò)程可持續(xù)到幾秒到幾十秒，而在較厚的導(dǎo)電地質(zhì)體中可延續(xù)到一分鐘或更長(zhǎng)。瞬變電磁測(cè)深法理論上講，電磁測(cè)深既可以在頻率域、也可以在時(shí)間域?qū)崿F(xiàn)，根據(jù)付立葉變換理論，兩種域包含完全等價(jià)的信息。然而頻率測(cè)深是在一系列離散的頻率上工作，時(shí)間域的一個(gè)脈沖往往包含了極其豐富的頻率成分，因此兩者之間仍存在一些細(xì)微的差別。瞬變電磁法的觀測(cè)是在脈沖間隙中進(jìn)行的，不存在一次場(chǎng)源的干擾，這稱為時(shí)間上的可分性；脈沖是多頻率的合成，不同延時(shí)觀測(cè)的主要頻率成分不同，相應(yīng)時(shí)間的場(chǎng)在地層介質(zhì)中的傳播距離（即探測(cè)深度）也不同，這稱為空間上的可分性。瞬變電磁法主要基于這兩個(gè)可分性質(zhì)。瞬變場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)瞬變電磁法的場(chǎng)源也分為接地電極和不接地線圈兩種，稱為發(fā)射裝置。當(dāng)發(fā)射裝置中的電流發(fā)生瞬間階躍時(shí)，在其周圍產(chǎn)生急劇變化的電磁場(chǎng)，在地下介質(zhì)中激發(fā)渦流。電磁能量以兩種方式傳入地下：一種是在場(chǎng)源處直接傳入地下，另一種是在遠(yuǎn)區(qū)形成垂直向下傳播的不均勻平面波。電磁場(chǎng)的建立和恢復(fù)過(guò)程半空間中等效感應(yīng)電流圖瞬變場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在階躍電流（通電或斷電）的強(qiáng)大變化磁場(chǎng)作用下，良導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦旋的交變電磁場(chǎng)，其結(jié)構(gòu)和頻譜在時(shí)間和空間上均連續(xù)地變化。在瞬變過(guò)程早期，高頻成分占優(yōu)勢(shì)，渦旋電流分布在地表附近，電磁場(chǎng)主要反映淺層