地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响.pdf

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1、Vo1．34．No．3第34卷第3期地震地质Sept．，20122012年9月SEISMOLOGYANDGEOLOGY地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响覃庆炎罗威张伟1)中国煤炭科工集团西安研究院，西安7100772)成都理工大学地球物理学院，成都6100593)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

2、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于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文章编号：0253-4967(2012)03—0456—11O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，2006；陈乐寿，2009；徐权辉，2009；白登海等，

3、2010；王绪本等，2009，2010，2011；肖鹏飞，2010；刘美，2010；覃庆炎，2011)。长周期大地电磁测深法(Longperiodmagnetotellurie，LMT)是基于大地电磁理论(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(魏文博等，2003，2006)，在不破坏平面波假设(Cagniard，1953；Wait，1954；Price，1962；Madden，1964；Srivastava，1965)的前提下，电磁信号的周期决定其穿透深度。LMT正是利用了长周期电磁波大趋肤深度的原理，具有较大的

4、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法之一。前人的研究表明(Wait，1954；Price，1962；Madden，1964；Dmitriev，1979)，对于地壳这一深度范围内的探测，研究的周期≤10s，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重视。Srivastava(1966)指出，当研究的周期>1d才需考虑地球曲率影响。遗憾的是他的研究不够充分，

5、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-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，其可记录的有效周期可达数万s，探测深度可达数百km，但LMT资料的处理解释仍然采用目前成熟的MT理论[收稿日期]2012—02—29收稿，2012—05—21改回。[基金项目]国家自然科学基金(40839909)“扬子西缘深部结构与油气赋存背景研究”和“深部探测技术与实验研究专项”(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

6、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质模型的MT正演结果的对比分析，对地球曲率对LMT的影响做了定量分析，为LMT的资料处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

7、各层相对地心的半径为r1，r2，⋯，rn。图1水平层状模型和层状球体模型Fig．1Horizontallayeredearthmodelandlayeredsphericalearthmodel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·日=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『TM：日=V×A／，、{LlL：E=一V×FTM波球径方向的磁场H=0，矢量磁位仅有球径方向的分

8、量A=Ae，；而TE波球径方向的电场E=0，则矢量电：TTTTTTI—．———．—．————．—．．．———．—．．．———．—．位为F=F，e，。可导出Lorentz规范条件下