地磁与地电-瞬变测深

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1、第七节瞬变电磁测深法虽然早在1937年苏联学者A.P.Kraev就提出了瞬变电磁法(TransientElectromagneticsounding,缩写为TEM)，但只在近十年来它才引起勘探地球物理学家的重视，从而使它从理论研究和实验探索迈入了实际应用阶段。其主要优点是它的分辨力特别是低阻层的分辨力高，而又不受高阻层的屏蔽影响，因而特别适用于地下水和地热资源的调查，也适用于高阻覆盖地区（如碳酸盐岩、火成岩和冻土覆盖地区）的油气田的普查和勘探。瞬变电磁法是时间域电磁法(Time---omainelectromag

2、neticmethod,TDEM)的一个分支。它是在时间域中分析电磁场的建立或衰减过程，达到研究岩层电性沿铅直方向变化的一种电磁测深方法。从理论上讲，电磁测深既可以在频率域、也可以在时间域实现，两种域包含完全等价的信息。然而频率域是在一系列离散的频率上工作，时间域的一个脉冲往往包含了极其丰富的频率成分，因此两者之间仍存在一些细微的差别。如前所述，频率测深法的物理基础是：不同频率的电磁波穿透深度是不同的。频率高穿透深度小，带回的仅是浅部的地电信息，频率低穿透深度大，可以反映深层的地电特征。时间域电磁法则不同，当在地

3、中输入一个阶跃脉冲，地下就有电磁场的一个建立过程；断电时，又有一个恢复过程。过程的不同时间反映不同的深度。感应时间越长，电穿透越深，因此带回地面的信息越深。可以说TEM也是一种感应测深。§7.1瞬变电磁测深的基本理论瞬变电磁场是指在阶跃变化电流源作用下,地中产生的过度过程的感应电磁场。因为这一过度过程的场具有瞬时变化的特点，故取名为瞬变电磁场。瞬变电磁测深法中，一次激发的波形可以是阶跃状的、锯齿状的、三角形状的、梯形的、高斯曲线形的、半正弦形的、伪噪声（PN）波形等。根据线性系统理论，脉冲响应、输入与输出之间满足

4、：在频率域的对应形式是式中r(t)为激发源（一次场），x(t)为地电特性，y(t)响应电磁场（总场）求输入波形在线性系统中的响应，既可在时间域进行，也可以先进行富里叶变换，在频域进行,再进行傅氏反变换求得。阶跃函数及其频谱：阶跃函数：阶跃函数的谱为：为使问题清楚而又不失一般性，现以阶跃函数为激发源，计算地下响应瞬变电磁场由上式知，地下阶跃函数的频率域响应特性为E(w)/(-iw)和H(w)/(-iw)，其瞬变电磁场为：§7.2均匀半空间表面的瞬变场将均匀半空间表面垂直磁偶极子之电场表达式代入上式得其中M1为磁偶极

5、子的磁矩。M=IS因为其中上式中，r为收发距，是量纲为长度单位的参数在瞬变电磁测深中，可用/比值作为理论曲线的横坐标，代替电磁测深中收发距r与波长λ之比值，这里根据前面的推导，有由于或时，概率积分函数，而与u和相比又为高阶无穷小，所以。换言之，当电源接通（或断电）后，电场的跃变为当t加大时按式描述的规律变化；当时，由于上式括号中的其它各项都趋于零，故电场从跃变值随时间的增加逐渐衰减为零，衰减的规律不仅与M1有关，而且与电导率和收发距有关。一般将（或）称为早期,相反称为晚期。研究垂直磁场的建立过程时，最好分析它所引

6、起的感应电流的变化，也即研究磁感应强度之变化速度同理可求得电偶极子之瞬变场瞬变电磁场的渐近分析当t小而r大（如）时u>3，即在远区，早期磁偶源之瞬变磁场为早期电偶源之瞬变电磁场为由此，可以得到电阻率之计算公式在晚期（近区），即t大而r小（如u<0.7）时，晚期瞬变场之近似表达式相应的电阻率的计算公式为§7.3视电阻率的概念在非均匀介质的情况下，在早期和晚期如果仍用近似解析式计算，其结果不再是介质的真电阻率，而是视电阻率。对早期瞬变场有按上式所定义的早期视电阻率当t0时，然而当t增大后，即在时间响应的中期和晚期，

7、如仍按相同公式计算，则所得的视电阻率曲线的形态与电阻率---深度剖面几乎没有相应关系。因此，这样定义的视电阻率，只能用于收发距远比探测深度大的情况在晚期，定义的视电阻率按上式所定义的早期视电阻率当t时，然而当t增大后，即在时间响应的中期和晚期，如仍按相同公式计算，则所得的视电阻率曲线的形态与电阻率---深度剖面几乎没有相应关系。因此，这样定义的视电阻率，只能用于收发距远比探测深度小的情况在苏联和东欧，把瞬变测深法称为“建场法”。因此，早期或大收发距测量时又称为“远区建场法”，而在西方，则称为“大收法距电磁法”或L

8、OTEN；晚期或小收发距测量又称为“近区建场法”。而在西方，又称为“小收发距电磁法”。从发表的文章看，在苏联近区建场法更受欢迎，而在西方国家，则侧重研究LOTEN。§7.4水平均匀层状介质表面瞬变电磁测深曲线的性质概述（1）首尾支渐近线早期首支曲线的渐近线是平稳地趋于ρ1，晚期的尾支渐近线趋于ρn。当，尾支渐近线与轴成斜率为（即63度26分）的一条直线；当时，尾支渐近线与