地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响.pdfVIP

第34卷第3期 地 震 地 质 V01．34．NO．3 2012年9月 AND Sept．，2012 SEISMOLOGYGEOLOGY 地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响 覃庆炎1’ 罗 威2’ 张 伟3’ 1)中国煤炭科工集团西安研究院，西安710077 2)成都理I：大学地球物理学院，成都610059 3)中国地质调查局成都地质调查中心，成都610081 摘要 基于电磁理论，导出了层状球体大地条件下长周期大地电磁响应的计算公式，编制了计算 机程序，并对相应理论模型进行正演计算。根据计算结果，分析了地球曲率对长周期大地电磁测深法 视电阻率和阻抗相位的影响。理论模型的计算结果显示，随着探测周期的增大，地球曲率对长周期大 地电磁响应的影响逐渐增大，视电阻率曲线会明显下降，阻抗相位曲线逐渐趋丁90。；在一维情况下， 对于目前的仪器测量范围可以忽略地球曲率带来的影响，但随着仪器技术的进一步发展，地球曲率对 长周期大地电磁测深法的影响不可忽视。 关键词 长周期大地电磁测深法 电磁响应 层状球体模型 地球曲率 视电阻率阻抗相位 中图分类号：P631 文献标识码：A O 引言 近年来，用于大陆动力学研究的长周期大地电磁测深法逐渐在中国发展起来(魏文博等， 刘美，2010；覃庆炎，201 1)。长周期大地电磁测深法(Longperiod 大地电磁理论(MT)发展起来的超低频大地电磁探测技术，是对MT理论的补充和扩展(魏文博 趋肤深度的原理，具有较大的探测深度，是从导电性角度研究地壳和岩石圈结构不可或缺的方 一深度范围内的探测，研究的周期≤103s，地球曲率的影响是可以忽略的。但地球曲率是否会 对更长周期的大地电磁响应产生影响，则研究得并不多，这主要是由于当时仪器发展的水平较 低，观测信号的周期长度受到限制，因此在地球曲率对LMT影响方面的研究并没有引起足够的 够充分，分析的模型不够全面，给出的结论是定性的。目前，乌克兰产LEMI一417系列长周期大 地电磁仪已被国内多家科研单位和高校应用到中国大陆深部地质构造探测中，其可记录的有效 [收稿Et期]2012—02—29收稿，2012—05—21改回。 [基金项目] 实验研究专项”(201011043—02)资助。 3期 覃庆炎等：地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响 457 进行，而地球的球状形态是否会对MT理论水平层状模型的假设条件产生影响方面的研究则较 少，因此尚需从理论上做进一步的探讨。 本文推导了基于平面波垂直入射层状球体模型的LMT正演公式，通过与基于水平层状介 理和解释提供了理论依据。 1 基于层状球体模型的LMT正演理论 在MT一维正演理论中，假设介质模型为水平层状介质，在LMT一维正演理论中，采用的 是层状球体介质模型。如图1所示为n层水平层状模型和层状球体模型，各层的电阻率为P．， P：，…，P。，水平层状模型的各层厚度为h，，h：，…，h。，层状球体模型各层相对地心的半径为 r1，r2，…，rH。 图1 水平层状模型和层状球体模型 Horizontalearthmodeland earthmodel Fig．1 layered layeredspherical 如图2所示，平面电磁波沿z轴入射到半径为a的均 匀介质球体，电磁场可以分为相对于球径方向的TM和TE 极化波两部分(简称TM波和TE波)。由Maxwell方程组 中的v·H=0和v·E=0及矢量场论可知，任一矢量的旋 度的散度恒等于零，故可以引入磁矢量A和电矢量F 『TM：H。=V×A ，，、