[发明专利]一种基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法，属于地球科学和地球物理领域，本发明提供的基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法，电磁场的垂直分量在垂直入射平面激励下，在边界的上下两侧会存在感应电荷导至电场的不连续引起场的垂向分量变化，这种变化仅呈现分界的上下两侧，因此能精确地反映了物体的上下边界位置。本发明提出的ρ_EH⊥定义式，由于直接参考电场在上下界面的不连续性，因而提高了对电性异常体上下界面的分辨能力，分辨能力仅与异常体电性对比度、埋藏有关而与异常的尺寸大小无关，这对于工程地球物理中浅层小异常体的精确探测及矿产资源的深部精细探测有重要的意义。本发明对阻抗Z中的噪声响应没有卡尼亚电阻率公式敏感。

技术领域

本发明属于地球科学和地球物理领域，具体涉及一种基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法。

背景技术

在20世纪20年代，法国学者C.施伦贝格和M.施伦贝格(C.M.Schlumberger)兄弟首先研究和试验了直流电阻率方法，通过装置系数及观测的电位和电流定义了视电阻率的表示方法。而现代意义上的交流电阻率方法—大地电磁法(Magnetotelluric，MT)，利用观测的水平电场及与之正交的水平磁场定义了电阻率表达式，称之为“卡尼亚(Carniard)电阻率”，奠定了大地电磁法的理论基础；同时由于大地电磁法探测深度大，在实际应用中发展也很快，在大地构造、地震研究、资源探测等领域应用广泛。

由于天然大地电磁场的固有特点：信号弱、随机性大，使得观测精度低。1971年Myron Goldtein对大地电磁法进行改进，以人工源代替天然场源，在波区观测接近平面波的电磁波，取任意一组正交水平电磁分量之比，从而得到卡尼亚(Carniard)电阻率，形成了一种新电磁法方法，称之为可控源音频大地电磁法(Control Source AudioMagnetitullurics，CSAMT)。CSAMT法仍沿用大地电磁法(MT)的电阻率表达方法——卡尼亚电阻率，由于CSAMT观测频点常处于过渡区或近区，得到的卡尼亚电阻率需要进行校正才能使用。1994年汤井田、何继善，2010年何继善分别提出了利用电磁场水平单分量或双分量定义的全区视电阻率和广域电磁法，把CSAMT的观测区域拓展到了过度区和近区。1969年法国地质调查局的J.DurouX提出了“磁偶源频率测深法(MELOS)”，以磁偶极子作为场源，在中、远区观测，它突破了由MT、CSAMT必须由电场、磁场需同时观测提取电阻率的方法，可使用单一的电分量或磁分量提取电阻率。

从以上可以看出电磁法勘探中，频率域电磁法都以电磁场水平分量定义或计算电阻率。天然场源的电磁法如MT是利用卡尼亚(Carniard)电阻率来表征大地介质的电性特征。人工源电磁法如CSAMT、MELOS及瞬电磁法(TEM)主要利用水平分量或其比值来定义电阻率。由于电磁场的水平分量主要反映了大地介质的电性特征的横向变化，因此上述定义的卡尼亚电阻率能敏感地反映大地沿水平方向的电性变化，然而对于大地介质物性的纵向或垂向变化则不敏感。对电性对比度大、体积大、埋藏浅的物质响应明显，对于电性对比度小或埋藏深的物体难识别，这是利用电磁场水平分量定义的电阻率表达式固有缺陷所决定的，因为在电磁法观测中，观测区主要集中在波区，波区电磁场是近似垂直入射的平面电磁波，电磁波水平分量在不均匀体上下两侧是连续的，非突变性的，以体积效应呈现，因此难以精细地反映不不均匀体上下界面。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法，该测量方法可以敏感地反映不均匀体上下界面，对于电性对比度小或埋藏深的物体响应明显。

本发明提供一种基于电磁场垂直分量的电阻率测量方法，包括以下步骤：

(1)测量电场垂直分量E_z和磁场垂直分量H_z的时间序列；

(2)计算给定频率下的垂直阻抗

(3)获得给定频率下的电阻率ρ_EH⊥：