电磁波在地球物理勘探中的应用( 三 ) _电磁

在地层中，瞬变磁场的建立不是瞬间完成的，会有一个建立、衰减和传播的过程，也就是烟圈效应。涡流产生的磁场可以等效为一个水平环状电流的磁场，随着时间增加这个电流环向下、向外扩散，如图7所示。
图7.烟圈效应
由于介质的类型不同，所产生的二次场的衰减时间和幅度也不同。测量不同采样时间的感应电动势强度得到瞬变响应曲线，分析异常的散射场信号，从而反演出实际的电性分布。
4.2视电阻率计算
测得的感应电动势不能直接反应地下的电性分布，视电阻率是反映地下空间电性变化的重要参数，关于瞬变电阻率的研究主要集中于瞬变磁场的正反演计算。瞬变场与视电阻率和时间的关系十分复杂，通常研究早期和晚期两种极限情况[12] 。早期，高频和低频共存，主要反映浅层电性，扩散速度与电导率成反比，衰减快；晚期，低频信号占主导反映深层电性，扩散速度与电导率成正比，衰减慢。当不满足早期和晚期条件时候，过去通常用晚期公式代替计算，现有很多种“全域电阻率”计算公式，但也都只是近似计算的方法[13] 。因此，瞬变电磁法在技术方面继续解决的是数据处理技术，目前该方法的一维和二维电阻率成像技术较为成熟，而二维或三维瞬变电磁反演技术仍处于探索研究阶段[14] 。
瞬变电磁法探测深度高，垂向分辨率高，但浅层识别较差，纵向分辨率差。该方法易受低阻层的影响，当低阻层过厚，响应时间会大幅增加，当信号到达深层时已经几乎衰减殆尽。在瞬变电磁法的基础上发展出了半航空和航空瞬变电磁法，其原理和传统的瞬变电磁法相同，区别是将接收天线或收发天线放到飞行器上，以此增加了覆盖范围和提高了勘测效率，适用于大区域勘探。但由于搭载了航空平台，航磁法响应受不同类型的噪声影响较大，其噪声去除技术仍有待研究和改进[15] 。
5 大地电磁法
大地电磁法的理论研究最早于20世纪50年代初由A.N.和L.分别提出[16]，该方法是一种自然场法，通过在地表测量由高频到低频的地层天然电磁响应序列，由于趋肤效应，交变场在向地下传播时，高频部分穿透深度小，低频部分穿透深度大，分析数据可以得到地层由浅到深的电性结构。这种方法最初基于将场源视为垂直入射的均匀平面波源的假设，将问题简化为一维介质模型的边值问题，在这种假设下可以求得解析解[17] 。而对于二维和三维问题，随着近年来计算机技术的发展也出现了多种运算性能优良的三维各项同性正反演算法[18] 。
这种方法的优点是不需要人工场源，探测深度大、不受高阻层的屏蔽作用影响、对低阻层反应灵敏，但由于自然场的信号随机、微弱，干扰和误差大，观测时间长，通常要将观测结果多次叠加[19] 。
6 可控源音频大地法
20世纪80年代起，在大地电磁法的基础上进一步发展出了可控源音频大地电磁法[19]，这种方法把大地电磁法的源换成了人工源，用有限长接地导线作为场源，通过测量正交电场和磁场分量得到卡尼亚阻抗电阻率和相位，联合反演电阻率参数。由于提高到了场源的稳定性，相比于大地电磁法工作效率和精度大大提高，但是人工场的源功率不高，探测深度相对较浅。

文章插图
2005年何继善等[20]从系统层面上改善了这种方法，提出了广域电磁法。采用同时发送和接收含多个频率成分且振幅接近的伪随机信号，实现近区、过渡区和远区的有机统一，得到广域视距电阻率。克服了大地电磁法场源信号随机性的缺点，同时摒弃了可控源大地电磁法将曲面波简化为平面波的做法，转而使用全域精确公式计算视电阻率。广域电磁法实现了对“非远区”的测量，具有更小的收发距离，提高了深度和探测精度。