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物探科普
地热勘查-电磁法地热探测
电磁法地热探测是利用电磁场的频率域特性进行电阻率测深的地球物理探测方法.当交变电磁场以平面波形式垂直入射大地时,由于电磁感应耦合作用,地面电磁场的观测值实际上也包含了地下介质电阻率分布的信息。由于电磁场的趋肤效应,即电磁波在介质中向下传播的强度会随着入射深度的增加而衰减,不同周期的电磁波具有不同的穿透深度,较高频电磁波的强度会在较浅深度衰减接近为零,只有较低频率的电磁波才能传播到较大的深度。地表的高频电磁场主要和浅部的地层有耦合作用,也就只包含了浅部地层的电阻率信息;而在地表测量到的较低频率的电磁波信号,除了包含浅部地层的信息之外,还包含了较大深度上地层的电阻率信息。通过用适当的反演方法进行处理,可以将地层的电导率深度分布信息从地表测量到的电磁场信号中提取出来,就完成了频率域电阻率测深的工作过程。根据电磁法的工作频率和探测深度,可以将电磁探测方法分为大地电磁法(magneto-telluric,MT)、音频大地电磁法(audio magnetotelluric,AMT)和高频大地电磁法(radiomagnetotelluric,RMT)等几类。MT方法的最高频率是几百赫兹,最低频的周期可达105s.所以MT方法可以对地球深部的数个圈层进行电性探测,最大探测深度超过100km.AMT是音频大地电磁,其频率范围为10kHz到0.1Hz.AMT方法在条件适宜的情况下,其最大探测深度可达数公里。RMT是目前使用较高频段的电磁测深方法,其最大工作频率可在n·105Hz,部分与中波无线电(radio)频段相重叠。RMT方法的工作频率以高频为主,一般其最大探测深度在数百米。高频大地电磁法RMT主要目的是对浅层的高分辨率勘探,目前市场上该类方法使用较少,这里不作详细叙述。
按照场源类型,可以将电磁测深法分为天然场源法和人工场源法两个大类。上述方法是天然场源电磁法,人工场源电磁法目前以CSAMT为主。CSAMT是人工源音频大地电磁测深法。人工场源方法的优点是测量信号的信噪比高,能适用于电磁环境较为复杂的测区。CSAMT方法是用位于距离测区数公里之外的电偶极源发射的电磁场来模拟平面电磁波场(汤井田和何继善,2005;底青云等,2008).在高频条件下,电偶极源的电磁场可以很好地模拟平面波场,使得CSAMT在高频条件下能得到与MT方法重合的视电阻率曲线。在低频条件下,电偶极源装置条件不
再满足平面波长的条件,所以,CSAMT一般在较低频率就进入了近场状态。进入近场状态的频段,不再反映深部地层电阻率的变化,使CSAMT方法的探测深度受到一定的限制。广域电磁法(何继善,2010)属于人工场源电磁法范畴,由于使用正反演理论和方法的侧重不同及测量电磁场分量的不同,它与传统的CSAMT方法有明显的区别。传统的电磁方法是同时测量相互耦合的电场和磁场两个分量,随着电子电工工业技术的不断进步,新的大地探测方法也得以实现,如只测量电场分量的广域电磁法。广域电磁法是电偶极人工场源电磁测深法,通过记录每个频率的电流强度,将电场信号中的电流因素去除,只保留由于地下地层电导率因素对电场强度曲线的影响。所以就可以根据地表测量到的电场强度随频率变化的曲线,通过反演技术得到地下电导率随深度的分布变化,即达成电磁测深的目的。
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