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现代电磁探测技术综述 地球物理与信息技术学院 金胜 B03318 一、现代电磁探测技术方法的原理与分类 1、电磁法的基本原理 电磁法（或叫电磁感应法）是电法勘探的重要分支。该方法主要利用岩矿石的导电性、导磁性和介电性的差异，应用电磁感应原理，观测和研究人工或天然形成的电磁场的分布规律（频率特性和时间特性），进而解决有关的各类地质问题。电磁感应法多利用10-3~108Hz的谐变电磁场（频率域）或不同形式的周期性电磁场（时间域），分别称为频率域电磁法和时间域电磁法。这两类方法产生异常的原理均遵循电磁感应定律，故基础理论和野外工作基本相同，但地质效能各有特点。 频率域电磁法的测深原理是利用电磁场的趋肤效应，不同周期（频率）的电磁场信号具有不同的穿透深度，通过研究大地对电磁场的频率响应，获得不同深度介质电阻率分布的信息。频率域的电磁剖面法，是利用不同地质体的导电性不同，产生的感应二次场的强度不同，通过观测二次场的变化来达到探测电性结构的目的。 时间域电磁法是利用接地的电极或不接地的回线建立起地下的一次脉冲场，在一次磁场间歇期间，在时间域接收感应的二次电磁场。由于早时阶段的信号反映浅部地电特性，而晚时阶段的信号反映较深部的地电断面，所以可以达到测深的目的。对于时间域的剖面法，由于地下介质的导电性越好，感抗便越大，所以二次场的强度越大，持续的时间越长。这样，可以用来寻找电性异常体。 电磁法理论的基础方程是麦克斯韦方程组，它描述了电磁场最根本的规律。 （法拉弟电磁感应定律） （安培-毕萨拉定律） （磁场无源，涡旋场） （电场有源，库伦定律） 该方程组的物理意义是：电场可以使由电荷密度q引起的发散场，也可以是由变化的磁场引起的涡旋场，磁场是由传导电流和位移电流激励产生的涡旋场，空间并无独立的磁荷存在。麦克斯韦方程组建立了场强矢量、电流密度和电荷密度之间的关系。 分别对1、2式两边取旋度： 并利用矢量恒等式， 可以得到H和E满足的微分方程： 该方程是电磁场的矢量位和标量位所满足的时间域波动方程，称之为电极方程或电报方程。若场的频率很高并对高阻介质而言，则一阶导数可被忽略。这时方程变为纯波动性的。相反，在低频和良导介质情况下，二阶可忽略，方程变为热传导性的（或扩散性的）。由此可见，在导电的强吸收介质中，电磁扰动的传播是不按波动规律的，而是按着扩散规律传播的。在频率域中讨论波动方程同样具有重要意义。谐变电磁场的基本微分方程是亥姆霍兹齐次方程 式中k称为波数（或传播系数）。 利用上述的方程组，结合给定的边界条件，形成定解问题，用分离变量法求解。 2、电磁法的分类 电法是所有地球物理方法中分支方法最多最复杂的方法，而电磁法又是电法中最繁杂的方法。对电磁法的分类有很多种方法，按场源形式分为人工场源（主动源）和天然场源（被动源），按电磁场性质可以分为频率域电磁法和时间域电磁法，按观测方式可以分为电磁剖面法和电磁测深法，按工作场所可以分为地面、航空、井中和海洋电磁法等。 目前比较被认可的分类方法之一是如下分类方法： 变种方法 工作场合 频率域电磁法 频率域电磁剖面法 被动源法 音频天然电场法 地面 航空 甚低频法 主动源法 大定源回线法 实、虚份量法 地面 航空 井中 振幅比-相位差法 电磁偶极剖面法 虚分量-振幅比法 水平线圈法 倾角法 频率域电磁测深法 被动源法 大地电磁测深法 地面 音频大地电磁法 主动源法 频率测深法 可控源音频大地电磁法 时间域电磁法 瞬变电磁剖面法 地面 航空 井中 瞬变电磁测深法 地面 二、电磁法的数据处理与正反演概述 1、数据处理 由于电磁法的分支方法非常繁杂，使用的参数也比较多，所以不同的电磁分支方法在数据处理方法上是有所差异的。电磁法数据处理的目的是通过观测到的电磁场信号，利用数学、物理、场论等相关理论，计算出用于反演的视电阻率、相位等参数，进而研究地下电性结构。在数据处理过程中，虽然各种分支电磁法的具体处理方法有所差异，整理和计算的参数也各有差别，但是许多处理方法是各种分支电磁法都要使用的，比如考虑电磁场信号的截断效应，滤波处理，克服噪声影响提高信噪比，克服地形影响和静态效应等等。在资料处理过程中通常使用的数学、物理和信号处理方法主要有分样理论、傅立叶变换、最小二乘法、功率谱分析、张量分解等等方法。 2、电磁法的正演问题 正演问题是按照事物的一般原理（或者说模型）以及相关的条件（初始条件，边界条件）来预测事物的结果，而这些结果往往是可以由观测而得到的。正演问题一般