[发明专利]大地电磁镜像测深方法

说明书

本发明涉及一种全新的大地电磁镜像测深方法。该方法在重新定义大地电磁法场源、属性的基础上，全新诠释了频率与深度及介质的相互关系，构建了大地电磁镜像测深方法，并提出了通过钻孔验证取得典型经验值、逐步建立频率‑深度对应关系表的办法。

技术领域

本发明属于地球物理学电磁探测领域，特别是一种被动源频率域电磁测深方法。

背景技术

大地电磁测深物探方法从上世纪五十年代发明至今已经近七十年，教科书所写都是从麦克斯韦方程组开始、到假设天上电磁场源以平面波入射到大地均匀导体介质中向下传播、到达趋肤深度后在介质中感生出二次电磁场返回地面，通过在地面观测入射的和感生的不同频率的电磁场信号Hx、Hy、Hz、Ex和Ey来求解地下电阻率分布及有关电性结构参数。几十年来虽然在物探仪器和反演方法上有所改进和提高，但在研究方向和理论框架上基本上没有大的改变。

大地电磁法经典理论是建立在以下几个假设及公式推演基础之上：

假设1：大地电磁场的场源位于高空，其形成的均匀平面电磁波垂直入射到地面下。

假设2：地质模型为水平的层状介质，而且每层介质的电性是均匀的各向同性的。

假设3：大地为良导体，可按照趋肤效应原理计算趋肤深度。

假设4：在地球内部为导体时，导电介质中的传导电流远大于位移电流，完全可以通过介质的电导率(电阻率)来表征地下电性结构特征。

在以上假设理想状态下，把天然场源的大地电磁场问题转化为导体的大地电场问题，利用电场理论和有源电法的反演分析方法来表征介质结构、描绘地下构造特征。

其公式推演求证的思路可简单概述为：(1)列出电磁法理论的基础方程--麦克斯韦方程组和赫姆霍茨波动方程，来描述电磁场最根本的规律和电磁场的分布；(2)在水平均匀层状介质中大地电磁场的波阻抗Z＝E/H，推导出介质的电阻率ρ＝Z²/ωu；(3)由良导体的趋肤效应原理推导出趋肤深度的经验公式

大地电磁场高空场源论有几个问题很难说的通：(1)既然是场源具有很大的随机性、不一致性等特征，又怎么会形成均匀的平面电磁波，与场源假设严重不符；(2)在天空中的大地电磁场源信号究竟有多强、可以穿入地下几千米后再反射到地面？(3)地面上网状密布的电力线、工业和民用用电设施等产生的电磁干扰信号与天空上垂直辐射下来的电磁波信号哪个更强、怎么区分？还是说它们都属于有用信号？

趋肤效应原理仅适用于良导体，金属导体的趋肤深度是指行波E和H沿Z方向前进几毫米便快速衰减完，即z＝0。例如铜的趋肤深度：当频率为50Hz时为93.3mm，当频率为1MHz时为0.66mm。由于大地不是良导体、而是不均匀的弱导电媒质，大地中介质的电导率远小于介电常数，电磁波在大地中的传播常数与电导率无关、不存在趋肤效应，若是套用导体的趋肤深度计算公式来计算不同频率下所测地层的深度显然是不合理、不成立的。

发明内容

本发明在超深层大地电磁法所定义大地电磁场场源、属性的基础上，定义了大地电磁场适用于唯一性原理和镜像法，全新诠释了测值与频率、波长、深度及介质的相互关系，包括：

来自于地球内部相对稳定的大地电磁场由电磁波的电场和磁场交替向地表传播，即使是电磁波在弱导电媒质中的衰减小，但经过地幔和地壳层远距离传播后，较强的电磁波能量消耗殆尽，仅剩下微弱的电磁波能量到达地面，我们在地面采集到的电场信号和磁场信号分别是电磁波穿过地壳衰减后电场和磁场剩余的能量值；