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对现有大地电磁法理论的几点异论 郑州地象科技有限公司 寇伟 寇通 内容提要：本文在研究现有大地电磁物探理论的基层上，重新定义了大地电磁法 的场源、采集信号表征的地下介质物性、频率与深度及介质的相互关系。相对于现有大 地电磁法理论提出了几点异论：大地电磁场源来自于地下而非天上；地表大地电磁信号 不随场源和环境明显变化、也不取决于地下介质的电性结构，而是动态电磁波穿透地壳 时受介质电磁特性影响后的相对稳定值；大地电磁信息反映的并不是由地球内部层间界 面上反射产生的二次矢量场计算所得的介质视电阻率和相位曲线，而是由电场和磁场交 替传播的同一电磁波穿透地壳时携带的不同地层介质信息；大地电磁测深的对象不是地 球的电导率结构，其实质是通过地表电磁波剩余能量值来表征地下各层介质的电磁特性； 频率域电磁法测深并不适用导体交变磁场电荷的趋肤深度效应原理，而是适用静电磁场 的镜像法求解相应波长深度介质层镜像值；大地电磁信号不随探测深度增加而衰减，而 仅取决于相应地层介质的电磁特性；频率一定时探测深度与介质电阻率无关，唯一对应 于以地表为界面向下延伸一个波长的镜像深度；不可能由测值计算出地层介质视电阻率 绝对值来表征地球内部的电导率结构，而是可用以直接反映地层介质相对的电磁特性。 关键词：大地电磁法，场源，频率，深度，镜像理论 电磁法发展简史：（1）20 世纪50 年代，法国的Cagniard 和前苏联的Tikhonov 提 出了大地电磁法（MT ）；（2 ）20 世纪60 年代的Berdichevski 等（1969），提出了音频 大地电磁法（AMT ） ；（3 ）1971 年和1978 年，Goldstein 和Strangberg 提出了可控源 音频大地电磁法（CSAMT ）。概括而论，频率域大地电磁法理论主要研究三大问题：大 地电磁场的场源来自何处，采集的信号表征地下介质的什么物性，如何确定频率与深度、 介质的关系。本文是在研究现有大地电磁物探理论的成果基层上，对于大地电磁场的场 源、采集信号表征的地下介质物性、频率与深度及介质的相互关系等问题提出了不同的 理论认识和观点，试图以此构建一种全新的大地电磁法理论及其物探方法。 一、大地电磁场的场源来自于何处 现论：大地电磁场源自天上。目前国内外教科书中普遍认同的天然场大地电磁场 产生的场源有两种。一是雷电说：电磁法探测到的大地电磁场信息主要是由于远处的雷 电活动所引起的，雷电产生的电磁能量以波的方式传播，经过在地面与大气电离层之间 来回反射，电磁能量迅速减弱趋于均匀。由于地球上几乎每时每刻都有某些地方发生着 雷阵雨，所以从远处雷电所产生的天电是一个近似均匀的噪声源。二是太阳风说：星际 空间存在着由太阳发出的连续的等离子体流，这种等离子体流通常称作太阳风。太阳发 射的带电微粒流破坏了电离层的电磁平衡，从而激起游离气体的自由振动，这样在电离 层中产生了发射电磁波的复杂的电流体系，电离层中产生的磁偶极子和电偶极子可以看 作大地电磁场的中周期变异的来源。这两种场源学说只是产生的形式不同，但都可以概 括为大地电磁场信号来自于天上，可视为自高空垂直入射到地表的均匀平面电磁波，其 中有效场源信号为电离层电流的定向流动或小规模的扰动、太阳风、远距离的雷电和工 业用电等，而且它是随着天气、时间、地域不同明显变化的。 异论：大地电磁场源自地下。我们认为大地电磁场的场源来自于地下而非天上。 地核内南北极及固态的铁镍合金物质构成了强磁静态磁场，同时外地核的导电流体和磁 场的相互作用改变原始的磁场和运动状态，产生感应电流形成动态的电磁场。而地幔软 流层与地核和地壳之间的相对运动、自身蠕动及外部影响产生的脉动切割静磁场，也会 形成了相对稳定的动态电磁场。地壳层以下的动态电磁场源能量以电磁波形式沿垂直于 地面方向向上运动，将所穿过地壳各层介质的物理特性信息带到地面，就是我们得以窥 视地下介质特性信息的大地电磁场源。电磁波是以电场和磁场在空间交互变化的形式传 播的，电磁波的传播过程也就是电磁能量的传播过程。虽然大地电磁场源发射的电磁波 能量具有时变性和不规则性，但在没有较大的地质结构变动时是相对稳定的，同时电磁 波穿过地质结构稳定不变的介质层时产生的折射吸收效应基本上不会随时间变化产生 明显的变化。这样，我们在地球表面采集到的大地电磁场信号值亦为相对稳定的，完全 能够据其清晰描述地下介质的电磁反应特征和地质构成形态，而且不会随着天气、时间、 地域不同产生明显变化。 二、影响各深度层大地