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电偶源张量CSAMT 刘国栋 北京欧华联科技有限责任公司 电偶源张量CSAMT 刘国栋 【引言】自1978 年以来可控源声频大地电磁法 （CSAMT）在矿产资源勘探，地热和地下水 资源勘探，地下溶洞和工程以及环境勘探等方面逐渐获得广泛应用。在过去30 年中，CSAMT 方法的接收系统，即大地电磁仪有了几次革命性的变化，但CSAMT 的发射系统几乎没有重 大改变，仍是两个接地电极组成的单一偶极发射装置。这种发射装置只能在地下建立单一方 向的电流矢量，因此只能求取标量阻抗值，仅适合于探测水平层状一维电性结构。此外，单 一偶极发射装置在以偶极子为中心的 30°角范围内场强很弱，不能进行观测；在长剖面观 测中，由于地下构造的非一维性，在移动发射装置位置后，在相同测点上的观测结果往往不 重合。 德国Metronix 公司最近研发成了世界上唯一的旋转偶极子张量CSAMT 发射装置，它不 仅可以求取张量阻抗要素值，适合探测二维、甚至三维电性结构，而且可以在发射装置周围 空间进行全方位观测。此外，发射机可以记录不同频率的发射电流值，对近场的接收数据和 高阻体进行精确反演。 一、CSAMT 和MT 可控源声频大地电磁法（CSAMT）原理与大地电磁法（MT）原理是一样的，所不同的 是大地电磁法的场源是天然的、即被动场源，可控源声频大地电磁法的场源是人工发射源、 即主动源。天然场源的频带极宽，从10000Hz-10000 秒或更宽，所以勘探深度极大；而人工 场源限于低频和远区观测时信噪比的限制，可利用的频带范围一般为 8192Hz—几十秒，勘 探深度一般在 2000-3000m 以内。天然场源信号来自太空，可视为平面电磁波，符合大地电 磁法对场源的要求；而人工场源发射的是非平面电磁波，传播一定距离后方可视为平面电磁 波，该距离为勘探深度的3-5 倍，所以 CSAMT 方法的发射—接收的距离一般为 10-15km。 MT 场源是不同频率简谐波组成的连续复合波，CSAMT 场源一般是谐波丰富的、不同频率 的矩形波序列或伪随机二进制序列波（PRBS），所以两者的数据处理方法不同，但反演解释 方法相同。CSAMT 方法除场源发射设备外，其接收设备与MT 法相同。 CSAMT 方法的最大优点是发射频率和强度可控，可以弥补MT 法天然场源“死区”信 号弱的缺点，并可在电磁环境噪声大的地区获得高质量的视电阻率曲线和相位曲线。 CSAMT 方法的侧向分辨率取决于接收点距离，点距一般为20m-100m ；CSAMT 法的垂 [1] 直分辨率最高可达勘探深度的5％ ；地下电阻率越低，分辨率越高。 二、标量CSAMT 和张量CSAMT 当地下构造是水平层状、电性仅沿垂直方向变化时，称其为一维电性结构。由于电性沿 1 电偶源张量CSAMT 刘国栋 北京欧华联科技有限责任公司 水平方向不变，所以电性为标量，称其为标量阻抗Z 。 求取标量阻抗Z 只需在地面观测磁场分量Hy 及其在地下感应的、互为垂直的电场分量 Ex[2] ，即： Ex Z （1） Hy  测点下的视电阻率 为： a  0.2T Z （2） a T 是所观测的电磁波周期。 目前应用的CSAMT 发射装臵 （图1）只有一组发射电偶极子，发射的电流矢量方向与 电偶极子方向一致，场的极化方向不变，因此只能求取标量阻抗Z ，并且在以发射偶极子为 中心的30°角范围不能进行观测。我们称该装臵为标量CSAMT 发射装臵。 图1 标量CSAMT 观测装臵 当地下是二维或三维结构时，电性除沿