EH4全新概念電導率張量測量儀

          通常意義下的電探儀，指的是交、直流電阻率剖面儀。這兩種方法都是有源測量方法，需要向地下直接供電，并且隨著測量深度加大，電極布線和供電量都不斷增加，野外勞動強度大，效率低。

另一方面，盡管這兩種方法都屬于有源電探，但采集到的視電阻率值都屬于標量范疇，對辨別地下二度體異常的走向無能為力。

大地電磁同屬于電探，但它是無源測量。利用天然電磁場，雖然避免了大電流供電，但天然電磁場不穩定，而且某些頻段先天不足，干擾強，訊號弱。參看（圖1）大地電磁場水平分量頻譜展示圖。它反映了天然電磁場與人文電磁場的分布情況。在1Hz左右，無論電場和磁場都是低谷；在1000Hz處磁場幾近寂靜，電場有一低谷。在幾十赫茲到104Hz范圍內，人文活動的電磁場干擾特別嚴重。這些特點決定了大地電磁法只適合于采集較低頻率。通常觀測時間長，分辨率較低，適合解決深層宏觀問題。

所以盡管電探方法起源最早，幾十年來，由于以上的局限性，一直阻礙它的發展。幾十年來，1000米以內，幾百米上下，正是人類經濟、文明活動在地殼上層最活躍的深度。其它物探方法，如地震勘探法，自40~50年代之后都開始大展身手，而淺、中深度范圍的電探則相對寂寞冷落，處于陪襯地位。也正是這種現狀激發了國內外眾多的科學家和儀器制造商不斷研制開發新的電探儀器，尋找新的電探方法。

96年中下旬，由美國以研制大地電磁儀器而聞名的EMI公司和以制造高分辨率地震儀著名的Geometrics公司聯合研制出EH4。這是全新概念的電導率張量測量儀。它利用大地電磁的測量原理，但配置了特殊的人工電磁波發射源。

這種發射源的天線是一對十字交叉的天線，組成X、Y兩個方向的磁偶極子，輕便而且只用于普通汽車電瓶供電，發射率從500Hz到100KHz，專門用來彌補大地電磁場的寂靜區和幾百赫茲附近的人文電磁干擾諧波（見圖1）。儀器用反饋式高靈敏度低噪音磁棒和特制的電極，分別接收X、Y兩個方向的磁場和電場。由18位高分辨率多通道全功能數據采集、處理一體機完成所有的數據合成。

由此，EH4的全新概念主要歸結為如下幾個方面：

1)  EH4應用大地電磁法的原理，但使用人工電磁場和天然電磁場兩種場源；

2)  EH4既具有有源電探法的穩定性，又具有無源電磁法的節能和輕便；

3)  EH4能同時接收和分析X、Y兩個方向的電場和磁場，反演X-Y電導率張量剖面，對判斷二維構造特別有利；

4)  EH4儀器設備輕，觀測時間短，完成一個近1000m深度的測深點，大約只需15~20分鐘，這使它可以輕而易舉實現密點連續測量（首尾相連），進行EMAP連續觀察（見圖2）；

5)  在EH4的采集控制主機中插入兩塊附加的地震采集板，就可使一臺EH4兼作地震儀和電導率測量，為一機實現綜合勘探首創先例；

6)  實時數據處理和顯示，資料解釋簡捷，圖像直觀。

下面我們簡單介紹EH4電導率測量方法的工作原理。

二、  EH4工作原理

EH4通過發射和接收地面電磁波來達到電阻率或電導率的測探。連續的測深點陣組成地下二維電阻率剖面，甚至三維立體電阻率成像。

因此問題的關鍵是地面電磁波與地下電阻率究竟是什么關系？EH4是怎樣實現這種地面測量的？

首先讓我們來研究電磁波在介質中的傳播行為。

1.  電磁波傳播理論、亥姆霍茲方程

地面電磁波發送到地下，電磁波在巖土中的傳播遵循Maxwell方程。如果假設大多數地下巖土為無磁性物質，并且宏觀上均勻導電，不存在電荷積累，那么Maxwell方程就可簡化為：

                    2H+K2H=0                                        ┉（1）

                    2E+K2E=0                                            ┉（2）

（1）  和（2）稱為亥姆霍茲方程。

其中K=                        ┉（3）

稱作復波數或傳播系數。這時可將K寫成K=α+ιβ。α稱為相位系數，β稱為吸收系數。在EH4測量的電磁波頻率范圍內（0.1Hz~100KHz）， 通常可以忽略位移電流，這時K進一步簡化為

                                                    K=                              ┉（4）

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