大地电磁测深——探测地球深部电性和物质状态的一种有效手段.pdfVIP

自然杂志3】卷1期 科技进展 大地电磁测深——探测地球深部电性和物质状态的 一种有效手段 陈乐寿 教授，中国地质大学，北京100083 关键词大地电磁测深地壳地幔 良导低阻层 电阻率 作者全面综述了一种极具发展前景的探测地球深部结构和物质状态的手段。它是以天然大地电磁场为场源，以地 球电磁感应效应为基础．可以面对多方面应用需求的一种方法，即大地电磁测深。介绍了地球电磁场的特征和方法的 基本原理．随后评述了大地电磁测深提出以来几项突破性的进展。最后给出了大地电磁测深的几方面标志性应用。 测其下的目标，而且对低阻层及低阻体反应灵敏等，这 些都是其优点。大地电磁场的频带很宽，根据趋肤效应 1前 言 的原理，对应的探测深度的范围就很大，用它可以解决 早在19世纪初，人们就观测到，在固体地球表层， 的地质问题就较多，如大尺度地质单元的电磁感应研 大气和海洋中，都有电流流动，这种天然的电场称为大 究，深部地壳地幔电性结构研究及壳幔中高导层的检 地电场，它的方向和强度都是随时间变化的。交变的电 测．油气资源普查，地热资源勘查，天然地震活动前兆监 场总伴随有交变的磁场，这统称为地球的大地电磁场。 测以及地下水资源勘查和环境保护等，大地电磁测深都 它是本文中介绍的大地电磁测深的天然场源[1]。 可以发挥其独特的优势，成为重要的勘查手段。 大地电磁场变化可分为日变化、湾扰和微变化，后 大地电磁测深的缺点是与其优点孪生而至的。由于 者又含有高频大地电磁场变化和大地电磁脉动。大地 用天然大地电磁场做场源。当受观测技术水平限制时，受 电磁测深作为场源，利用的主要是大地电磁脉动，它们 噪声影响大，信噪比低，所需观测时问长，生产效率低；而 500 且最初提出的地质模型过于简单和理想化，在实际情况 的变化周期在0．1～1 S范围内。大地电磁场的起因 主要来自太阳辐射在高空形成的电离层，和其中产生的 下，难以得到满足，致使资料解释结果的效果不佳，在初 电磁扰动；只有高频大地电磁场变化部分除外。它是由 期阶段出现的这些问题，使该方法发展不快。只有经过 位于赤道上空的一种称为雷暴系统的局部天气系统引 其后的几项突破性进展后，才有了今日全新的面貌。 发的，它是后面要提到的声频大地电磁法(AMT)的场 源，周期小于1s[2|。 2基本原理和初始的假设和约定 大地电磁测深(MT)是地球物理学中地球电磁感应 学分支学科中的一种重要方法．是在20世纪5(J年代初 2．1初始假设和约定 由法国学者L·卡尼尔(L．Cagniard)[3]及前苏联学者 A·N·吉洪诺夫(A．N．Tikhonov)[4]几乎同时分别独从高空电离层电流扰动的感应作用和大气中远处 立提出的。这种方法是一种以前述天然存在于地球中 的雷电活动产生的均匀平面电磁波入射到地球表面之 的呈区域性分布的交变电磁场为场源的电磁测深方法。 后，经折射垂直向下传播，电磁场极化为方向平行于地 如上所述，此大地电磁场具有很大的能量和极宽的频带 面，且在水平均匀各向同性介质中互相正交。 范围，可以穿过巨厚的岩石圈，为研究几十乃至过百公 地球介质为各向同性的，导磁率p近似等于真空中 里深的地壳与上地幔提供信息。这种深测方法不需要 的导磁率㈨。地球介质中不存在场源，因此，我们所研究 大功率的供电设备，又有如此大的深测深度，自然受到 的电磁场畸变，只可能