电磁法勘探--可控源音频大地电磁测深法.doc

2.1 电磁法勘探--可控源音频大地电磁测深法(CSAMT) 由于天然场源的随机性和信号微弱，MT法需要花费巨大努力来记录和分析野外数据。为克服MT法的这个缺点，加拿大多伦多大学教授D.W.Strangway和他的学生Myron Goldstein提出了利用人工（可控）场源的音频大地电磁法（CSAMT）。这种方法使用接地导线或不接地回线为场源，在波区测量相互正交的电、 磁场切向分量， 并计算卡尼亚电阻率，以保留AMT法的一些数据解释方法。自20世纪70年代中期， CSAMT法得到实际应用， 一些公司相继生产用于CSAMT法测量的仪器和应用解释软件。进入80年代后，该方法的理论和仪器得到很大发展，应用领域也扩展到普查、 勘探石油、 天然气、 地热、 金属矿产、 水文、 工程、 环境保护等各个方面， 从而成为受人重视的一种地球物理方法。 虽然CSAMT法属于一种人工源的频率电磁深测， 但和通常的频率域电磁测深不同。这主要因为CSAMT法测量两个相互垂直的电磁场切向分量计算卡尼亚电阻率， 因而具有较强的抗干扰能力， 且更容易获得对地电变化较灵敏的相位差信息； 又由于波区电磁场十分接近平面波， 因而其资料处理、 解释也较为简便， 可以保留AMT法中的许多解释方法。CSAMT和AMT或MT亦有不同， 根本原因是CSAMT法使用了人工场源，因而极化方向明显，信噪比高，易于观测。但是，由于使用了人工场源， CSAMT法必然受场源效应影响， 这主要包括非平面波效应、 场源附加效应、 阴影效应和测深通道的弯曲。 2.2.1 CSAMT基本理论 CSAMT有2种常用的场源——水平电偶极子和垂直磁偶极子，此处注重讨论其场的特征和快速计算方法。 2.2.1.1水平层状半空间上水平电偶极子的电磁场  如图2.2.1所示， N层水平层状介质中第n层的电阻率和层厚度分别记为ρn和hn。水平电偶极子（接地导线）位于层状介质表面，偶极矩为P=IdL（I为谐变电流）。选取公共坐标原点位于偶极子中心的柱坐标系和直角坐标系，使x轴指向偶极矩方向（即φ=0的方向）， z轴垂直向下，则地表面的电磁场分布可通过直接求解场所满足的非齐次亥姆霍兹方程或通过求电型Lorentz势所满足的方程和边界条件得到。此处直接写出准静态极限下柱坐标系中地表电磁场表达式： Er= cosφ[J1(mr)dm-ρ1J0(mr)dm +J1(mr)dm] (2.2.1a) Eφ=sinφ[J1(mr)dm -iωμJ0(mr)dm +J1(mr)dm] (2.2.1b) 图2.2.1水平层状介质上的水平电偶极子 Hr=-sinφ[J1(mr)dm+r J0(mr)dm] (2.2.1c) Hφ=cosφJ1(mr)dm (2.2.1d) Hz=sinφJ1(mr)dm (2.2.1e) 式中：  R*=coth[m1h1+coth-1coth(m2h2+…+coth-1)] R= coth[m1h1+coth-1coth(m2h2+…+coth-1)] mj=, k2j=iωμ/ρj， cothx=（ex+e-x）/（ex-e-x） 特别地，当N=1时，可得到均匀半空间表面电磁场各分量的表达式： Er=cosφ1+eikr(1-ikr)］ (2.2.2a) Eφ=sinφ［2-eikr(1-ikr)］ (2.2.2b) Hr=-sinφ{I1（）K1（） + [I1（）K0（）-I0（）K1（）] } (2.2.2c) Hφ=cosφI1（）K1（） (2.2.2d) Hz=-sinφ［1-eikr(1-ikr-k2r2)］ (2.2.2e) 以上各式中，μ为磁导率，ω为谐变电流的圆频率，I0（）、I1（）和K0（）、 K1（）分别为以为宗量的第一和第二类虚宗量贝塞尔函数，下标“0”或“1”表示贝塞尔函数的阶数，k为波数。在准静态条件下：  k=(1+i) 可以看出，综合参数ikr决定了电磁场随收发距、频率、电导率的变化规律。准静态极限下：ikr=(1+i)r/δ, p=r/δ称为电距离或感应数，它实质上是以趋肤深度δ为单位来表示的观察点到场源的距离。借助感应数p，可以将电磁场的变化区域分为： p?1 即感应数很小的区域，称为“近区”； p1 即感应数很