《電性源短偏移距瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》

（征求意見稿）

編制說明

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所

中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所

河南省地質(zhì)研究院

西安西北有色物化探總隊有限公司

青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局

河南省豫地科技集團有限公司

安徽省勘查技術(shù)院

北京中科地垣科技有限公司

2024年9月10日

一、工作簡況

1.1目的與意義

電性源短偏移距瞬變電磁法（grounded-wiresourceshort-offset

transientelectromagneticmethod，簡稱SOTEM），是近些年發(fā)展起來

的一種新型接地導(dǎo)線源時間域電磁法。由于采用近源模式觀測，信號

幅值更強、帶寬更大，因此SOTEM在探測深度、信號信噪比、地層

分辨率、野外施工等方面，相較于傳統(tǒng)的遠源觀測方法（如CSAMT

和LOTEM）具有較大優(yōu)勢，已成為解決2000米深度內(nèi)地球物理探

測的有效手段，在深部煤田含水體、金屬礦、油氣田、地?zé)岬瓤碧筋I(lǐng)

域取得了顯著的應(yīng)用成效。通過近幾年的快速發(fā)展，SOTEM法在原

理、方法技術(shù)、儀器系統(tǒng)、野外施工、資料處理與解釋等方面日趨完

善，已發(fā)展為一種較為成熟的勘探技術(shù)，越來越多的科研及生產(chǎn)單位

開始采用該技術(shù)進行相關(guān)研究和應(yīng)用。為規(guī)范該技術(shù)并更好地發(fā)揮短

偏移距瞬變電磁法的作用，有必要制定本標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)其規(guī)范化推廣應(yīng)

用。

1.2任務(wù)來源

2024年7月29日，自然資源部辦公廳下達了《自然資源部辦公

2

廳關(guān)于印發(fā)2024年度自然資源標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作計劃的通知》（自然資

辦發(fā)〔2024〕36號）。計劃項目名稱：《電性源短偏移距瞬變電磁法

技術(shù)規(guī)程》，標(biāo)準(zhǔn)計劃號：202413014，標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)：推薦性標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)

類別：方法，項目周期：24個月，起草單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地

球物理研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所、河南

省地質(zhì)研究院、西安西北有色物化探總隊有限公司、青海省地質(zhì)礦產(chǎn)

勘查開發(fā)局、河南省豫地科技集團有限公司、安徽省勘查技術(shù)院、北

京中科地垣科技有限公司，歸口單位：勘查技術(shù)與實驗測試

(TC93SC3)。

1.3編制過程

（1）標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研

標(biāo)準(zhǔn)起草負(fù)責(zé)單位中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，是電性源

短偏移距瞬變電磁法（SOTEM）的提出單位，主編人薛國強自2010

年起開始研究電性源瞬變電磁法，隨后團隊一直圍繞電性源瞬變電磁

法做了大量的研究、應(yīng)用和推廣工作。

在國家973項目課題、自然科學(xué)基金項目、國家重大科研裝備研

制項目課題、多項院企合作項目資助下，多個研究生的學(xué)位論文中都

涉及了電性源瞬變電磁法理論方法技術(shù)研究，包括：陳衛(wèi)營《電性源

短偏移距瞬變電磁法研究與應(yīng)用》、盧云飛《電性源短偏移距瞬變電

3

磁數(shù)據(jù)一維反演方法研究》、陳康《電性源短偏移距瞬變電磁多源多

分量探測方法研究》、李海《多道瞬變電磁法數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究

與應(yīng)用》、鐘華森《多道瞬變電磁法2.5D正演及擬地震偏移成像研

究》、崔江偉《電性源短偏移距瞬變電磁法全程視電阻率計算研究》、

郭偉立《電性源瞬變電磁全場域探測研究》、Younis《Inversionmethods

forSOTEMsoundingdata》、何一鳴《基于粒子群-擬牛頓混合算法的

SOTEM三維反演研究》、陳穩(wěn)《含激電效應(yīng)的SOTEM響應(yīng)特性分析

與信息提取研究》、雷康信《短偏移距瞬變電磁法三維正演模擬研究

及應(yīng)用》等?；谏鲜龃罅康难芯考罢n題組實施的多個探測實驗，從

理論、方法、技術(shù)和實踐上論證了電性源瞬變電磁法的探測能力及其

優(yōu)越性，建立了系統(tǒng)的電性源瞬變電磁探測理論方法技術(shù)體系，研發(fā)

了高性能儀器裝備，開發(fā)了數(shù)據(jù)處理專用軟件。

目前國內(nèi)30多家單位已開展這種方法的研究和應(yīng)用工作。包括：

西安西北有色物化探總隊有限公司、河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一

地質(zhì)大隊、山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、中

國礦業(yè)大學(xué)、陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊、陜西省煤田地質(zhì)集團

有限公司、山東省煤田地質(zhì)局、山東省物化探勘查院、神華集團有限

責(zé)任公司、江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院、青海省第三地質(zhì)勘查院、廣東省

地球物理探礦大隊、安徽省勘查技術(shù)院等單位。還有8家單位定制了

4

由作者團隊自主開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（SOTEMsoft）。作者團隊

在山西晉城、臨汾、大同、山東泰安、安徽宿州等地多個煤礦含水結(jié)

構(gòu)體探測應(yīng)用中效果明顯。

針對本次標(biāo)準(zhǔn)起草，項目團隊于2021年開始開展專項預(yù)研工作。

主要工作內(nèi)容包括：1）搜集并總結(jié)電性源瞬變電磁法最新研究成果；

2）完善數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（SOTEMsoft），統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理方法與流程；

3）在河南崤山、內(nèi)蒙古白云鄂博等地開展野外實測試驗；（4）開展

專題研討會，討論關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)起草

2023年12月，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所組織編制了《電

性源短偏移距瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》（草案）和立項建議書，申報了

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并得到批復(fù)通過。為確保本次編制工作的順利開展，項目任

務(wù)下達后，由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院地

球物理地球化學(xué)勘查研究所、河南省地質(zhì)研究院、西安西北有色物化

探總隊有限公司、青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局、河南省豫地科技集團

有限公司、安徽省勘查技術(shù)院、北京中科地垣科技有限公司成立了《電

性源短偏移距瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》編制工作組，建立了良好的溝通、

協(xié)調(diào)機制，制定了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作計劃和組織分工。

2024年8月1日~9月10日期間，標(biāo)準(zhǔn)編制工作組共組織召開討

5

論會3次，邀請行業(yè)相關(guān)專家，經(jīng)討論、咨詢和修改，在已有《電性

源短偏移距瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》（草案）的基礎(chǔ)上，形成了《電性

源短偏移距瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》（征求意見稿）。

（3）計劃安排

本標(biāo)準(zhǔn)按如下表所示計劃開展：

表1.1標(biāo)準(zhǔn)編制計劃安排表

工作內(nèi)容時間安排參與人員

預(yù)研2021.01-2023.12標(biāo)準(zhǔn)編制組

立項2023.12-2024.07標(biāo)準(zhǔn)編制組、標(biāo)委會

起草2024.08-2024.09標(biāo)準(zhǔn)編制組

征求意見2024.10-2024.11標(biāo)準(zhǔn)編制組、標(biāo)委會、專家

修訂2024.11-2024.12標(biāo)準(zhǔn)編制組

審查2024.12-2025.02標(biāo)委會、專家

批準(zhǔn)2025.02-2025.03自然資源部

發(fā)布2025.04自然資源部

1.4起草人員

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國地質(zhì)

科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所、河南省地質(zhì)研究院、西安西北

有色物化探總隊有限公司、青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局、河南省豫地

科技集團有限公司、安徽省勘查技術(shù)院、北京中科地垣科技有限公司。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：薛國強、陳衛(wèi)營、武欣、周楠楠、王建平、

6

潘彤、郭文波、武軍杰、王明明、許傳健、宋婉婷、李勇。

起草人分工見表1.2。

表1.2主要起草人與分工

序

姓名工作單位主要工作內(nèi)容

號

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)負(fù)責(zé)人，主

1薛國強

究所要技術(shù)內(nèi)容確定

標(biāo)準(zhǔn)的主要負(fù)責(zé)人，聯(lián)系與

協(xié)調(diào)、會議組織，標(biāo)準(zhǔn)文件

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研

2陳衛(wèi)營草案起草和統(tǒng)稿、征求意見

究所

整理與修改，編制說明的編

寫等

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研編制組協(xié)調(diào)，起草標(biāo)準(zhǔn)文案

3武欣

究所與設(shè)計

編制組協(xié)調(diào)、討論會主持，

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研

4周楠楠起草標(biāo)準(zhǔn)文案與設(shè)計、草案

究所

審定

編制組協(xié)調(diào)，起草標(biāo)準(zhǔn)文案

5王建平河南省地質(zhì)研究院

與設(shè)計

中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球參與協(xié)調(diào)，起草標(biāo)準(zhǔn)文案與

6武軍杰

化學(xué)勘查研究所設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)草案的起草、征求意見

7潘彤青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局整理與修改，編制說明的起

草和野外參數(shù)試驗等

標(biāo)準(zhǔn)草案的起草、征求意見

西安西北有色物化探總隊有限

8郭文波整理與修改，編制說明的起

公司

草和野外參數(shù)試驗等

標(biāo)準(zhǔn)草案的起草、技術(shù)參數(shù)

9王明明河南省豫地科技集團有限公司

的確定等

10許傳健安徽省勘查技術(shù)院標(biāo)準(zhǔn)草案的起草，現(xiàn)有技術(shù)

7

標(biāo)準(zhǔn)查新等

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研標(biāo)準(zhǔn)草案的起草及修改工作

11宋婉婷

究所

12李勇北京中科地垣科技有限公司技術(shù)參數(shù)的檢測

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

2.1編制原則

1）規(guī)范性：本標(biāo)準(zhǔn)是按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第

1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》進行編寫。

2）先進性：本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，收集和分析了最新短偏移距瞬

變電磁法勘探技術(shù)資料，并開展調(diào)查研究、綜合分析和實踐驗證，充

分采納行業(yè)內(nèi)專家意見，盡量體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的先進性。

3）科學(xué)性：本標(biāo)準(zhǔn)采用的技術(shù)措施基于嚴(yán)格的科學(xué)計算、大量

的野外工作生產(chǎn)實踐，編制的技術(shù)措施的相關(guān)要求嚴(yán)格按照國家及行

業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4）實用性：本標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范地面電性源瞬變電磁法工作為目標(biāo)，

借鑒和參考已取得科研成果及工作實踐，充分聽取相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜壹耙?/p>

外專業(yè)技術(shù)人員的意見，以保證本標(biāo)準(zhǔn)具有較好的可操作性。

8

2.2主要技術(shù)內(nèi)容確定依據(jù)

（1）關(guān)于觀測裝置型式的選擇依據(jù)

兩端接地的電性源在地面激發(fā)的5個電磁場分量（2電和3磁）

都具有對地下介質(zhì)的探測能力，但它們在平面分布和衰減特性上具有

較大的差別。已有研究成果表明，垂直磁場強度（Bz）或其時間導(dǎo)數(shù)

（dBz/dt）和水平電場（Ex）分量的分布更為均勻且衰減形態(tài)較為穩(wěn)

定，更適合在地面實施大范圍觀測[1-3]。因此，目前實際應(yīng)用中主要

以觀測這兩個分量為主。同時，根據(jù)它們在不同區(qū)域?qū)Σ煌繕?biāo)體（高

阻和低阻）的靈敏性不同，可形成赤道向和軸向兩種觀測裝置類型。

下面對兩種裝置進行簡要描述。

1）赤道向裝置。在發(fā)射源兩側(cè)一定范圍內(nèi)觀測軸向水平電場和

垂直磁場信號，觀測區(qū)范圍限制在與發(fā)射源兩端呈120°夾角的區(qū)域內(nèi)

（見圖2.1）。赤道向裝置的偏移距為觀測點到接地導(dǎo)線幾何中心的垂

直距離。

圖2.1SOTEM赤道向裝置示意圖

（圖中A和B分別代表發(fā)射源的兩個接地端點）

9

2)軸向裝置。在發(fā)射源兩端延長線區(qū)域觀測軸向水平電場信號，

觀測區(qū)域限制在與發(fā)射源呈30°夾角的區(qū)域內(nèi)（見圖2.2）。軸向裝置

的偏移距為觀測點距離接地導(dǎo)線的垂直距離。

圖2.2SOTEM軸向裝置示意圖

（2）關(guān)于發(fā)射極距AB的選擇依據(jù)

理論上講，發(fā)射源長度越大，所能提供的發(fā)射磁矩越大，二次場

的信號幅度也越強。但是，實際工作中發(fā)射源長度的確定受諸多條件

的限制，其中最先考慮的應(yīng)該是測線長度和布設(shè)發(fā)射源地形環(huán)境。一

般情況下，發(fā)射源長度應(yīng)至少大于0.5倍的所覆蓋的測線段長度，以

保證測線位于二次場信號的強幅值區(qū)域，如測線長度為1km，則發(fā)射

源長度應(yīng)不小于0.5km。其次是發(fā)射源的布設(shè)環(huán)境，這里主要考慮兩

個方面，一是發(fā)射源應(yīng)盡量水平和筆直布設(shè)，盡量避開房屋、河流、

湖泊、起伏山體等障礙物[4、5]；二是發(fā)射源應(yīng)盡量不跨越明顯的地質(zhì)

異常體，如斷裂、淺部局部不均勻體等，若實在難以避免，則發(fā)射源

的長度應(yīng)至少大于淺層電性不均勻體線性尺度的3倍[6]。

此外，發(fā)射源的長度還與發(fā)射回路的電阻和電感有關(guān)，電性源的

電感（L）一般可根據(jù)下式計算[7]：

R

LR=?0ln1.75（2-1）

r

10

式中R為長導(dǎo)線的電阻，R=ρl/S，其中為導(dǎo)體電阻率（Ω·mm2/m），

l表示導(dǎo)線長度（m），S表示導(dǎo)線橫截面的面積（mm2），r表示導(dǎo)線

?7

橫截面的半徑，0代表自由空間的磁導(dǎo)率（0=410H/m）?？梢?/p>

隨著發(fā)射源長度增加，發(fā)射回路電阻增大，電感也會隨之增大，進而

導(dǎo)致發(fā)射的關(guān)斷時間更長。

（3）關(guān)于發(fā)射波形及基頻的選擇依據(jù)

時域電磁法中的激勵波形有三角連續(xù)波、梯形連續(xù)波，還有單脈

沖的矩形、半正弦、三角形波等。連續(xù)波形在觀測期間始終有一次場

存在，采用單脈沖波形，脈沖關(guān)斷后觀測純二次場，由此可將自有場

和輻射場分離開來，獲得短偏移距的深部探測能力。在實際應(yīng)用中，

為了抑制觀測系統(tǒng)中的直流偏移和噪聲干擾，往往采用周期性重復(fù)的

雙極性脈沖系列波形。現(xiàn)有地面瞬變電磁儀器，大都具有雙極性階躍

波形供選擇，采用該類波形作為激勵源，并在正負(fù)供電關(guān)斷的間隔觀

測純二次場，可以實現(xiàn)近源大深度勘探。

電性源瞬變電磁采用的發(fā)射波形一般為占空比為50%的雙極性

矩形波。該矩形波的基頻（basefrequency）關(guān)系到二次場信號的衰減

延時范圍，進而決定了探測深度范圍。電性源瞬變電磁的探測深度一

般可用如下公式進行估算[8]：

e?w

dt=?660(10/)1（2-2）

2

21/4

式中w=(100πt/)0l，代表大地電阻率，t為觀測時間，代表自

11

由空間的磁導(dǎo)率，l代表發(fā)射導(dǎo)線長度。

一般來說，在實際工作中希望在盡可能寬的時窗范圍內(nèi)記錄到有

用信號，以獲取更大深度范圍內(nèi)的電性信息。但是，單一基頻的觀測

延時范圍有限，高頻對應(yīng)于更早、更短的時窗范圍，低頻對應(yīng)更晚、

更長的時窗范圍。以加拿大V8系統(tǒng)為例，表2.1列出了部分可供選

擇的發(fā)射電流基頻以及對應(yīng)的時間窗口范圍。因此，在實際工作中選

擇發(fā)射電流基頻時，應(yīng)先了解測區(qū)內(nèi)地層的大致電阻率和目標(biāo)體深

度，然后根據(jù)（2）式反求出觀測時長，最后根據(jù)時長選擇合適的基

頻。若單一基頻不能兼顧淺層和深層探測，則可采用高低頻兼顧的雙

基頻發(fā)射模式。

表2.1V8系統(tǒng)可供選擇發(fā)射基頻對應(yīng)的觀測時間范圍

頻率（Hz）時間范圍（ms）

25Hz0.079～7.9

5Hz0.475～47.5

2.5Hz0.95～95

1Hz2.375～237.5

0.5Hz4.75～475

0.25Hz9.5～950

圖2.3為某測區(qū)實測的兩個發(fā)射基頻情況下的信號曲線，藍色線

為25Hz基頻，紅色線為5Hz基頻?？梢钥闯?，兩個基頻產(chǎn)生的信

號具有不同的時窗范圍，在重合段兩者的數(shù)據(jù)一致性較好，特別是在

早期段。為了兼顧深部和淺部的電性結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可分

12

別處理兩個基頻的數(shù)據(jù)，也可將兩組數(shù)據(jù)進行拼接后再處理。

圖2.3不同發(fā)射基頻情況下的實測電性源瞬變電磁信號曲線

發(fā)射電流的大小影響到發(fā)射磁矩的大小，因此在條件允許的情況

下應(yīng)盡量增大發(fā)射電流的大小，以提高信號強度，保證信噪比，實際

野外施工中一般不能小于10A。但大電流發(fā)射會導(dǎo)致如上文提及的難

以快速關(guān)斷問題，影響早期響應(yīng)。因此在針對較淺層的勘探時，可適

當(dāng)調(diào)低電流強度，在確保數(shù)據(jù)信噪比滿足要求的情況下重點關(guān)注實現(xiàn)

電流的快速關(guān)斷。在選擇發(fā)射電流基頻時，應(yīng)先了解測區(qū)內(nèi)地層大致

電阻率和目標(biāo)體深度，然后根據(jù)理論經(jīng)驗公式(2-2)反求出觀測時長，

最后根據(jù)時長選擇合適的基頻。發(fā)射電流的大小影響到發(fā)射磁矩的大

小，因此在條件允許的情況下應(yīng)盡量增大發(fā)射電流的大小，以提高信

號強度，保證觀測數(shù)據(jù)的信噪比。

（4）關(guān)于偏移距選擇依據(jù)

偏移距是指觀測點到發(fā)射源的距離，是電性源瞬變電磁法中最為

關(guān)鍵的參數(shù)。該參數(shù)主要是依據(jù)信號強度、探測深度和探測靈敏度三

13

個方面確定的[9-13]。例如，針對短偏移距電性源瞬變電磁法(SOTEM)，

一般要求偏移距為0.3~2倍的探測深度[14]，而長偏移距電性源瞬變電

磁法（LOTEM），則要求偏移距大于3倍的探測深度[15]。但上述偏移

距定義僅僅給出了一個限定范圍，在實際工作中還需結(jié)合具體情況在

此范圍內(nèi)選擇最優(yōu)的偏移距，主要考慮施工方便性和信號強度兩個方

面。在正式測量之前，應(yīng)在可觀測范圍內(nèi)選擇2~3個不同偏移距處的

測點進行觀測試驗，以評估信號強度和噪聲水平，確定偏移距的最大

限值。根據(jù)以往大量的經(jīng)驗，在發(fā)射電流強度20~30A之間時，最大

偏移距一般不宜超過發(fā)射源長度的0.8倍，即若發(fā)射源長度為1km，

則最大偏移距不超過800m。當(dāng)測區(qū)干擾源較多、噪聲水平較高，或

者測區(qū)接地電阻較高，發(fā)射電流較小時，偏移距應(yīng)進一步減小，以提

升信號強度保證觀測數(shù)據(jù)的信噪比。

圖2.4為某測區(qū)實測不同偏移距的電性源瞬變電磁信號曲線，其

中圖2.4a是發(fā)射基頻為25Hz情況，圖2.4b是發(fā)射基頻為2.5Hz情況。

該實例中，發(fā)射源長度為500m，兩個基頻的發(fā)射電流強度皆為12A。

從圖2.4a可以看出，當(dāng)發(fā)射基頻較高，觀測時間窗口較早時，隨著

偏移距增大早期響應(yīng)幅值急劇減小，且出現(xiàn)上升趨勢的時窗數(shù)逐漸增

多。信號上升段表明在該時間范圍內(nèi)，地下感應(yīng)電流的極大值尚未傳

播至觀測點處[16]。從圖2.4b所示的低基頻信號可以看出，隨著偏移

距增大，晚期信號的數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯變差，偏移距越大，晚期震蕩越嚴(yán)

重且震蕩發(fā)生的時間越早。

14

圖2.4不同偏移距情況下實測SOTEM信號曲線(a)f=25Hz,(b)f=2.5Hz

（5）關(guān)于疊加次數(shù)的選擇依據(jù)

觀測時長是指每個點觀測的總時間，為了壓制野外隨機干擾，時

間域電磁法測量時需要進行多次重復(fù)測量，然后按照不同方式求得平

均響應(yīng)進行輸出。因此在進行正式測量之前，首先要在測區(qū)內(nèi)進行噪

聲電平的測量，研究測區(qū)內(nèi)噪聲水平，然后通過測試不同疊加次數(shù)的

信號，選取最佳值，一般情況下不少于256次。

（6）關(guān)于觀測分量的選擇依據(jù)

目前電性源瞬變電磁在實際應(yīng)用中主要以觀測垂直磁場（磁感應(yīng)

強度Bz或其時間導(dǎo)數(shù)dBz/dt）為主，該分量具有對低阻敏感、不受

接地條件限制、施工方便高效的優(yōu)點，同時受地形和淺部局部不均勻

體的影響較小，數(shù)據(jù)處理解釋相對簡單，適合在復(fù)雜地形區(qū)開展測量。

但是磁場分量難以獲得對地下高阻目標(biāo)體的高分辨探測，因此當(dāng)要解

決高阻目標(biāo)體探測問題時，需選擇觀測水平電場Ex分量，并可在場

地條件允許情況下選擇如圖2.2所示的軸向裝置，以提升電場分量對

15

高阻體的分辨率。另一方面，磁場分量更容易受到地表各種電磁噪聲

的影響，導(dǎo)致晚期數(shù)據(jù)信噪比較低。相較而言，相同偏移距情況下，

水平電場分量的幅值更高，抗噪能力也越強，可獲得更晚時窗范圍內(nèi)

的高信噪比數(shù)據(jù)。因此在噪聲水平較高的地區(qū)，也可選擇觀測水平電

場分量。需要注意的是，電場分量易受地形起伏和淺地表局部不均勻

體影響，而產(chǎn)生靜態(tài)偏移效應(yīng)[17-21]，同時電場分量還更容易受到激發(fā)

極化效應(yīng)的影響[22]。此時，可選擇聯(lián)合觀測垂直磁場和水平電場兩個

分量，并對數(shù)據(jù)進行聯(lián)合反演處理。

圖2.5為某測區(qū)不同電磁場分量的實測數(shù)據(jù)，其中圖2.5a為垂直

感應(yīng)電壓分量（Vz(t)），圖2.5b為水平電場分量（Ex）。該實例中，

發(fā)射源長度為1.1km，偏移距為600m，發(fā)射電流為18A，接收磁探

頭有效面積為10000m2，電極距為50m。從圖2.5可以看出，在相同

觀測位置處，Ex分量的信號質(zhì)量要明顯好于Vz(t)分量。但是Ex分

量在1450號點處出現(xiàn)了較為明顯的靜態(tài)偏移效應(yīng)，其位置處于三個

觀測點的中間，但其整體信號強度確發(fā)生了一定程度的抬升。

圖2.5實測SOTEM不同分量響應(yīng)曲線(a)Vz(t)分量，(b)Ex分量

16

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三、試驗驗證的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟論證，預(yù)期的經(jīng)

濟效益、社會效益和生態(tài)效益

3.1驗證分析

3.1.1電性源瞬變電磁探測機理

（1）電性源瞬變電磁法介紹

18

電磁法是一種基于電磁感應(yīng)原理的地球物理探測方法，其基本物

理實質(zhì)是：通過觀測大地在天然或人工電磁場源激勵下產(chǎn)生的響應(yīng)，

實現(xiàn)對地下電性結(jié)構(gòu)的空間分布信息的提取。采用天然電磁場作為激

勵源的電磁法，具有探測深度大、求解形式簡潔等優(yōu)點。然而，由于

在約10-3Hz至1kHz的頻譜范圍內(nèi)天然場能量微弱，而這一頻率范

圍卻在相當(dāng)程度上對應(yīng)著與人類社會經(jīng)濟活動關(guān)系最為密切的深度

范圍，因此天然源電磁法一般用于深部地質(zhì)構(gòu)造尺度的探測工作。為

彌補天然場的頻譜缺失，引入人工激勵源，從而形成了人工源電磁法

方法技術(shù)體系。

瞬變電磁法按照發(fā)射源類型，可以分為磁性源裝置和電性源裝

置。磁性源裝置采用閉合回線作為發(fā)射源，而電性源裝置則采用接地

導(dǎo)線作為發(fā)射源。這兩種激勵源形式各有其優(yōu)勢與不足：

1）磁性源：由于閉合回線的阻抗條件在整個發(fā)射過程中基本保

持穩(wěn)定，因此磁性源的發(fā)射波形穩(wěn)定度較高；由于采用金屬導(dǎo)線構(gòu)成

閉合回線，其電子學(xué)參數(shù)有利于保證發(fā)射源實現(xiàn)大帶寬激勵，從而保

證方法獲得較高的分辨能力；此外，由于閉合回線不需要與大地連接，

因此磁性源裝置還可被搭載于飛行平臺上，開展航空電磁法探測。

磁性源的主要不足之處在于：其探測深度與裝置發(fā)射磁矩（回線

面積與發(fā)射電流的乘積）關(guān)系密切，為實現(xiàn)大深度探測，通常要求布

設(shè)大面積回線（或者增大電流強度）；然而，增大回線面積，一方面

會嚴(yán)重影響工作效率，在諸如植被覆蓋區(qū)、路網(wǎng)與水網(wǎng)密集區(qū)等環(huán)境

下，幾乎難以開展工作，另一方面，增大回線面積，即增大回線孔徑

19

尺寸，將導(dǎo)致系統(tǒng)可實現(xiàn)的最大發(fā)射帶寬下降，從而損失方法的分辨

能力；此外，因為沒有接地項，回線源激發(fā)的電磁場為純TE模式，

在地下僅感應(yīng)出水平向的感應(yīng)電流，因此僅對低阻體敏感。受上述因

素限制，磁性源通常被用于500m以淺深度范圍的低阻目標(biāo)體探測。

2）電性源：基于電性源的發(fā)射過程本質(zhì)上是一個電化學(xué)過程，

在工作過程中，電性源發(fā)射裝置的外部阻抗環(huán)境取決于接地電極周圍

的電解液濃度。也即，電流的建立依賴并消耗接地電極周圍的帶電離

子，因此，電性源外阻抗環(huán)境在整個工作過程中始終處于變化狀態(tài)，

實現(xiàn)穩(wěn)流發(fā)射難度很大。此外，由于直接與大地構(gòu)成回路，受大地阻

抗條件的限制，電性源所能實現(xiàn)的激勵信號帶寬一般小于常規(guī)磁性

源。第三，電性源可在地下激發(fā)出水平和垂直兩個方向的感應(yīng)電流，

產(chǎn)生的電磁場具有TE和TM兩種極化模式，對低阻和高阻目標(biāo)體都

具有較高的靈敏度。

基于上述對比可見，磁性源與電性源的性能差異大體可以被歸結(jié)

為：探測深度與分辨能力難以兼顧。事實上，導(dǎo)致現(xiàn)有電磁法探測深

度與分辨能力難以兼顧的原因，并不僅限于裝置形式，然而，裝置形

式卻在相當(dāng)程度上制約了方法優(yōu)化的最大潛力。對于基于磁性源的方

法而言，其優(yōu)化方向是在保持高分辨的同時，盡可能提升探測深度。

然而，受磁性源裝置物理特征的限制，很難在實踐中大幅提升探測深

度。相對而言，對于基于電性源的方法，使其立足現(xiàn)有深度實現(xiàn)高分

辨探測，甚至進一步將探測深度與分辨能力同時推向更高水平，其所

受到來自源裝置方面的制約更少，從而具有相對更大的發(fā)展空間。

20

目前，國內(nèi)外主流的基于電性源的方法包括：CSAMT（Goldstein

andStrangway,1975）、廣域電磁法（WideFieldElectromagnetic,

WFEM）（何繼善,2008）、LOTEM（Strack,1992；嚴(yán)良俊等,2001）、

TFEM（何展翔、王緒本，2002）以及SOTEM（薛國強等,2013）。

如何處理觀測點與場源之間的幾何關(guān)系始終是攸關(guān)方法探測性能的

關(guān)鍵問題（KaufmanandKeller,1983）。由此出發(fā)，上述方法大致可分

為在遠源區(qū)（或長偏移）條件下觀測的方法（簡稱長偏移方法）和在

中近源區(qū)（或短偏移）條件下觀測的方法（簡稱短偏移方法）。對于

長偏移方法，如CSAMT、LOTEM以及兩者衍生出的雙模方法TFEM，

較大的收發(fā)偏移距可以保證源場傳播方向近于垂直向下和滿足平面

波假設(shè)，規(guī)避復(fù)雜的場源效應(yīng)，從而降低系統(tǒng)設(shè)計與處理解釋的復(fù)雜

度。然而，在獲得上述有利因素的同時，由于響應(yīng)信號的幅度與帶寬

均會隨收發(fā)偏移距增大分別以至少3次方（對不同收發(fā)相對位置及不

同場分量有所不同）及2次方快速下降（Ziolkowskietal.，2010），

從而限制了方法的最大可探測深度與探測分辨能力。由于長偏移方法

是構(gòu)建在平面波場源探測機理上的，因此可以認(rèn)為：偏移距問題本質(zhì)

上是探測機理問題的顯化。即上述在遠源區(qū)或長偏移距觀測中出現(xiàn)的

問題，本質(zhì)上都是由在電性源條件下選擇平面波場源探測機理而引入

的。

為克服平面波場源探測機理對電性源瞬變電磁探測的約束，薛國

強提出了電性源短偏移瞬變電磁法（薛國強等，2013），相較于傳統(tǒng)

LOTEM方法，將觀測點偏移距由大于擬探測深度的4~6倍推進至擬

21

探測深度的0.3~2倍區(qū)域；在海洋可控源電磁法方面，Ziolkowski

（2009）也提出了短偏移探測的相關(guān)理論與方法。經(jīng)過近年來大量的

理論論證與實踐證明，上述方法由于能夠更加充分地利用發(fā)射源能量

與源信號帶寬，從而能夠達到更大的探測深度、具備更高的分辨能力；

同時，較小的偏移距也進一步減小了體積效應(yīng)。

本章將從電性源短偏移距電磁法的信號分析入手，闡述電性源短

偏移瞬變電磁方法的理論探測優(yōu)勢，分析目前尚存的問題，并對解決

方案進行詳細(xì)討論，從而系統(tǒng)地勾勒出電性源短偏移瞬變電磁法的全

貌，為本書后續(xù)章節(jié)奠定方法理論基礎(chǔ)。

（2）近場信號學(xué)分析

電磁法響應(yīng)信號的幅度與帶寬是攸關(guān)方法探測性能的關(guān)鍵因素。

對于給定的觀測裝備，收發(fā)偏移距的大小對響應(yīng)信號具有顯著影響。

假設(shè)采用一個發(fā)射矩為Ids的電偶極子作為發(fā)射源，如圖3.1所示，

將其布設(shè)于坐標(biāo)原點，其走向與X軸重合，定義豎直向下為Z軸，

以X與Z軸為基礎(chǔ)按照右手系定義Y軸。便利但不失一般性地，假

設(shè)大地為均勻半空間，觀測點位于地表上，以時間域電磁法中主要觀

測量Z軸磁場為例，波阻抗如下：

22

Ids

X

Y

Z

圖3.1均勻半空間大地表面的電偶極子源示意圖

Zin=?01(3-1)

其中μ0為自由空間磁導(dǎo)率，ω為角頻率，n1為修正波數(shù)：

2222222

nkkkkkki11101==?+?=+?xyxy(3-2)

其中σ1為大地的電導(dǎo)率，kx與ky為空間頻率。對于位于地表的觀測

點，Z軸磁場響應(yīng)在波數(shù)域-頻率域中的表達式（Zhdanov,2009）為：

kIds

h=?yn?n

zz=?0(10)(3-3)

01

其中，n0為地表修正波數(shù)。通過逆傅里葉變換，計算空間域-頻率域

中的Z軸磁場響應(yīng)：

iIdsIPIN

Hxz(y,,0)=??2(3-4)

401yy

其中：

2?nz1

e?+ikxky

Iedk=xdk(xy)(3-5)

Pxy2

zn?1

2?nz0

e?+ikxky

I=e(xy)dkxdk(3-6)

N2xy

zn?0

由式(3-4)可見，IP與n1有關(guān)，即與場的地下傳播有關(guān)；IN與n0

23

有關(guān)，即與場的地表傳播有關(guān)。式(3-4)與Hill與Wait（1973）提出

的地下電磁場閉合解的對應(yīng)關(guān)系（z=0）如下：

IP13

P=(3-7)

yyz22

42

IN1NN2

=3+k1(3-8)

yyzyz2

其中P與N分別為Sommerfeld與Foster積分，并分別代表地層波與

地面波的作用過程（YanandFu,2004;陳明生與閆述,2005）。因此，

將式(3-4)分開求解：

HxyHxyHxy,,0=,,0+,,0(3-9)

zzz()()P()N

iIdsy

Hxyik,rk,033re=???22ik1r(3-0)

z()P225(11)

4kr1

iIdsy3

Hxy,,0=(3-11)

z()N225

4kr1

其中r=(x2+y2)1/2，即測點與源點的距離。由式(3-9)至(3-11)可見：

（1）響應(yīng)信號Hz(x,y,0)的強度與觀測點與源點的相對位置有關(guān)，

即與y/r5成比例，觀測信號強度隨著收發(fā)偏移距增大而下降很快。

（2）響應(yīng)信號Hz(x,y,0)的頻率響應(yīng)形態(tài)主要受Hz(x,y,0)|P控制。

為研究其特征，將式(3-10)中方括號內(nèi)的部分單獨提取出來，假設(shè)大

地電阻率為500Ω·m，有四個位于Y軸上的觀測點，偏移距分別為

300m、750m、2100m以及6000m，在1Hz~100kHz范圍內(nèi)對式(3-

10)方括號內(nèi)項進行計算。

24

圖3.2式(3.10)方括號項實部、虛部與偏移距的關(guān)系

(a)實部(b)虛部

圖3.3式(3.10)方括號項幅頻響應(yīng)與偏移距的關(guān)系

如圖3.2所示，為式(3-10)方括號項取值與偏移距的關(guān)系，圖(a)

與(b)分別為實部與虛部的結(jié)果。這里主要討論偏移距對幅值大小的

影響，因此對計算結(jié)果均取了絕對值。由圖3.2可見，實部的響應(yīng)形

態(tài)呈現(xiàn)出低通濾波特征，而虛部則呈現(xiàn)出帶通濾波特征。隨著偏移距

的增大，實部低通濾波的通帶帶寬不斷縮小，而虛部帶通濾波的通帶

中心頻率也不斷減小。因此，可以定性地得出結(jié)論：隨著偏移距的增

25

大，Hz(x,y,0)|P的帶寬會變小。

如圖3.3所示，為Hz(x,y,0)|P的幅頻響應(yīng)與偏移距之間的關(guān)系，整

體上看，響應(yīng)過程具有低通特征，且通帶范圍會隨偏移距增大而減小。

為了估計不同偏移距條件下Hz(x,y,0)|P幅頻響應(yīng)的截止頻率（Cut-off

Frequency,CF），在圖3.3中引入了兩種估計標(biāo)準(zhǔn)：Hz(x,y,0)|P在DC

端的取值為3，藍色虛線表示其-3dB幅值水準(zhǔn)，黑色曲線表示1/e幅

值水準(zhǔn)。分別計算上述兩種標(biāo)準(zhǔn)下不同偏移距幅頻響應(yīng)曲線的CF，

結(jié)果如表3.1所示；進一步計算不同偏移距條件下的截止頻率與300m

偏移距截止頻率之間的倍數(shù)關(guān)系，結(jié)果如表3.2所示，其中CF_1和

CF_2分別對應(yīng)表3.1中-3dB和1/e兩種截止頻率估計標(biāo)準(zhǔn)。由表3.1

可見，隨著偏移距的增大，CF會顯著減??；由表3.2可見，無論采

用哪種CF估算方式，均存在以下關(guān)系：

2

CFr

22=(3-12)

CFr11

即不同偏移距條件下，響應(yīng)帶寬的改變與偏移距改變的平方成比

例。因此，增大偏移距，響應(yīng)帶寬也會迅速減小。

表3.1不同偏移距幅頻響應(yīng)曲線的截止頻率

rn300m750m2100m6000m

-3dB477.245Hz76.3592Hz9.7397Hz1.1931125Hz

1/e12362.814Hz1978.0503Hz252.3023Hz30.907033Hz

表3.2不同偏移距截止頻率相對300m偏移距截止頻率的倍數(shù)關(guān)系

750m2100m6000m

rn/3002.5720

26

CF_1n/CF_13006.2549400

CF_2n/CF_23006.2549400

通過上述對偏移距影響電性源Z磁場響應(yīng)信號的討論，并將之推

廣到其他軸向的響應(yīng)信號，可以得到以下定性結(jié)論：電性源磁場響應(yīng)

信號的幅度與帶寬均會隨著偏移距的增大而快速下降。在實際觀測

中，通過增大發(fā)射能量，降低觀測系統(tǒng)噪聲，也可以在大偏移距區(qū)域

觀測到高頻信號，但根據(jù)能量守恒原理，其代價是發(fā)射裝置輸出的能

量中相當(dāng)一部分被大地轉(zhuǎn)化為其他能量形式，導(dǎo)致發(fā)射能量的利用率

較低。將觀測區(qū)域挪至中近源區(qū)，充分利用發(fā)射能量與源信號帶寬，

大幅減小觀測的體積效應(yīng)，將更加有利于同時實現(xiàn)大深度高精度探

測。

（3）地層波與地面波

將長偏移觀測推進至中近源觀測，更加充分地利用發(fā)射源能量與

源信號帶寬，可實現(xiàn)方法探測性能的提升，然而，原本通過長偏移觀

測所規(guī)避的問題也將重新出現(xiàn)。目前，在中近源或短偏移觀測方法中，

通過引入曲面波場源探測機理能夠解決復(fù)雜場源條件下的響應(yīng)場計

算問題，但由源場復(fù)雜性引起的場源效應(yīng)（ZongeandHughes,1991）

卻依然會對觀測產(chǎn)生影響。研究認(rèn)為：場源效應(yīng)與尚未完全衰減的地

層波有關(guān)（Kuznetzov,1982），因此在遠源區(qū)或長偏移觀測條件下，

通過增大收發(fā)偏移距使地層波充分衰減，可有效規(guī)避場源效應(yīng)的影

響。對于中近源或短偏移觀測，尤其是面向?qū)τ诰哂休^強三維特征的

地下目標(biāo)，場源效應(yīng)的影響則是非常顯著的。

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源場效應(yīng)方面的研究最早始于CSAMT的相關(guān)研究（Zongeand

Hughes,1991;Newmanetal.,1986）。由于CSAMT的源場需滿足平面

波假設(shè)，而場源與觀測點之間的距離總是有限的，對于一部分頻點，

有限的偏移距可能無法保證源場滿足平面波假設(shè)，因此產(chǎn)生場源效應(yīng)

問題。在CSAMT中，場源效應(yīng)一般被歸納為三類：非平面波效應(yīng)

（NonplanewaveEffects），陰影效應(yīng)（ShadowEffects）以及復(fù)印效應(yīng)

（OverprintEffects）。

在遠源區(qū)，由于電場與磁場均與1/r3成正比，因此波阻抗（由其

求解電阻率）將與偏移距無關(guān)。然而，在中近源區(qū)，電場E隨1/r3

衰減，而磁場H則隨處于1/r2和1/r3之間的某一比例衰減，這就導(dǎo)致

電阻率將成為收發(fā)幾何條件的函數(shù)。顯然，此時激勵場將不滿足平面

波假設(shè)，其引發(fā)的效應(yīng)即非平面波效應(yīng)。對于短偏移觀測模式，由于

無需滿足平面波假設(shè)（或者說激勵場的非平面特性已被考慮在內(nèi)），

因此也就無需考慮非平面波效應(yīng)。

與非平面波效應(yīng)不同，對于短偏移觀測，陰影效應(yīng)和復(fù)印效應(yīng)是

必須考慮的。陰影效應(yīng)以及復(fù)印效應(yīng)的產(chǎn)生，從本質(zhì)上歸結(jié)為地層波

對觀測的影響。如圖3.4所示，自源發(fā)出的電磁波場具有三個傳播途

徑：天波、地面波以及地層波（Stratton,1941）。由于電磁場在地下

傳播的速度比在空氣中慢，因此地面波與地層波自源出發(fā)后，兩者之

間的波程差會越來越大，導(dǎo)致兩者之間的波陣面越發(fā)近乎平行水平

面，形成一個接近于垂直向下的波S*。在通常的大偏移距電磁法中，

地層波顯著衰減，則S*成為唯一的激勵源，且其傳播方向為近乎垂直

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向下。這樣，當(dāng)波場向下傳播時遇到低阻異常，就會產(chǎn)生所謂的“屏

蔽效應(yīng)”，異常內(nèi)部產(chǎn)生的渦旋電流會長時間存在，導(dǎo)致數(shù)據(jù)認(rèn)為低

阻體的縱向延伸長度大于其實際情況，從而形成了圖3.5中所描述的

測點影區(qū)。當(dāng)測點距源較近時，除了S*，地層波也尚未完全衰減。由

于地層波以接近半球形的波陣面在大地內(nèi)部傳播，在其遇到低阻異常

時，異常就會對其后方產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，從而產(chǎn)生陰影效應(yīng)。換言之，

產(chǎn)生陰影效應(yīng)的前提是低阻異常賦存處，地層波尚未完全衰減。地層

波在地下傳播，可以利用波長的倍數(shù)估計地層波的衰減程度。對于相

同的頻率，大地電阻率越高，則波長約長，則地層波能夠有效作用的

區(qū)域也越大。從CSAMT的角度看，當(dāng)源下方的大地電阻率整體偏高

（圖3.6），將導(dǎo)致滿足平面波假設(shè)（處于遠區(qū)）的頻率下限升高，地

層波的影響范圍因此擴大，從而產(chǎn)生復(fù)印效應(yīng)。

源地面波S0地表

圖3.4電磁波場傳播路徑示意圖

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圖3.5陰影效應(yīng)

圖3.6復(fù)印效應(yīng)示意圖

針對陰影效應(yīng)，Newman等人（1986）以及Misuhata（2000）開

展了數(shù)值仿真計算，對地層波的影響進行研究，并討論了在CSAMT

觀測中進行規(guī)避的策略。Boschetto與Hohmann（1991）面向水平電

偶極子源開展數(shù)值仿真，對復(fù)印效應(yīng)與陰影效應(yīng)進行了研究。閆述與

陳明生（2004）對CSAMT探測中的陰影效應(yīng)與復(fù)印效應(yīng)進行了研究，

并對之前的觀測數(shù)據(jù)進行了重新解釋。YanandFu（2004）提出了均

勻半空間上接地水平電偶極源產(chǎn)生的地下電磁場的閉合解，并以此為

基準(zhǔn)評價地層波影響的程度，并進而提出一種CSAMT近中遠場區(qū)的

劃分標(biāo)準(zhǔn)。Zhou等人（2018）針對長接地線源電磁法，討論了陰影

效應(yīng)與復(fù)印效應(yīng)對反演結(jié)果的影響?？梢钥吹?，這些研究大多數(shù)是為

了在遠源區(qū)方法中規(guī)避陰影效應(yīng)與復(fù)印效應(yīng)的影響。事實上，對于現(xiàn)

有近源觀測方法，也首先考慮規(guī)避陰影效應(yīng)與復(fù)印效應(yīng)。然而，對于

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在短偏移電磁法，地層波的影響強烈且始終存在，與其將對地層波的

研究聚焦在如何消除其產(chǎn)生的陰影效應(yīng)和復(fù)印效應(yīng)，不如承認(rèn)地層波

作為一種獨立的場源。那么，地層波能否作為一種獨立的場源？答案

是肯定的。首先，如圖3.4所示，地層波與S*波的產(chǎn)生機理、傳播方

向均是不同的；第二，在地球物理電磁法研究中，通?？梢詫⒋蟮丶?/p>

設(shè)為一個線性時不變系統(tǒng)，因此，近源區(qū)響應(yīng)在本質(zhì)上將成為地層波

響應(yīng)與S*波響應(yīng)的線性組合。通過研究地層波的響應(yīng)機理，其對不同

場分量的影響程度（相對大小及范圍），以及不同目標(biāo)（體電導(dǎo)及埋

深）與地層波的耦合情況，將有助于使地層波“變廢為寶”，從而使短

偏移觀測具有更高的分辨能力。

3.1.2SOTEM探測能力分析

根據(jù)電磁場理論及電磁場傳播特性，本節(jié)主要從探測機理、探測

靈敏度、探測深度和信號強度三個方面研究電性源瞬變電磁近源探測

的優(yōu)越性。

（1）近源時域探測機理

在與電性源瞬變電磁裝置類型相似的CSAMT中，實現(xiàn)測深的基

本要求是接收點必須滿足波區(qū)條件，雖然廣域電磁法將可觀測區(qū)域擴

展到過渡區(qū)（何繼善，2010），但在近源區(qū)仍不具備測深能力。而目

前廣泛應(yīng)用的回線源瞬變電磁裝置，如中心回線、重疊回線等，屬于

典型的近源探測（收發(fā)距為零）。這就提示我們，時間域電磁法可以

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實現(xiàn)頻率域無法實現(xiàn)的近源探測。想要分辨CSAMT和電性源瞬變電

磁的區(qū)別，研究電性源瞬變電磁近源探測的可行性，首先要理解電磁

波的建立及傳播方式。

由天線和電磁波傳播理論可知，電磁場的激發(fā)有兩種方式：一種

直接由電荷或電流激發(fā)，如恒穩(wěn)電流產(chǎn)生的電場和磁場；一種由電場

和磁場間的交互感應(yīng)激發(fā)，即變化的磁場激發(fā)渦旋狀的電場、變化的

電場又激發(fā)渦旋狀的磁場，電磁波通過這種交互感應(yīng)產(chǎn)生和傳播。在

時變電磁場中，這兩種激發(fā)方式都是存在的。穩(wěn)定電荷和電流的場在

場源附近占優(yōu)，且源消失、場也消失，場的變化與源的幾何尺寸和接

收點位置關(guān)系密切，這種場稱為源的自有場，直流電測深中利用的便

是這種場。同時由于電磁場間的交互感應(yīng)，還有一部分場離開場源向

外輻射，這部分場稱為輻射場，電磁勘探的變頻測深能力就來源于輻

射場。

CSAMT工作中，發(fā)射源中供以連續(xù)的諧波電流，此時，自有場

和輻射場全部存在。為了使具有變頻測深能力的輻射場占主導(dǎo)地位，

需要在遠場區(qū)進行觀測。通常情況下，考慮到信噪比和接收機的靈敏

度等實際情況，往往將觀測點布置在離開場源4～6倍探測深度的地

方。對于時域瞬變電磁場來說，如果發(fā)射連續(xù)波形（如LOTEM），

在觀測期間自有場同樣存在，收發(fā)距也應(yīng)與頻率測深一樣為4～6倍

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的探測深度，使接收到的信號主要為輻射場。而如果采用間斷發(fā)射波

形在脈沖關(guān)斷后觀測，使源關(guān)斷后自有場隨之消失而僅存在輻射場，

由此，從時間上將兩種場分離開來，這樣即使在離源非常近的地方也

可獲得具有測深能力的輻射場。

而對于時間域電磁法，當(dāng)一次場斷開后，場源附近產(chǎn)生急劇變化

的電磁場，稱之為二次場，并在地下形成渦流。二次場同樣以如圖

3.4所示的兩種途徑（地層波和地面波）進行傳播擴散。以地面波傳

播的二次場以光速c從空氣中直接傳到地表各點，并將部分能量傳入

地下；以地層波傳播的二次場，從場源直接傳播到地下，它在地下空

間所激發(fā)的感應(yīng)電流似“煙圈”那樣隨時間推移逐步擴散到大地深處。

在場傳播的初期，地面波的傳播是瞬時建立的，而地層波則受