EH4连续电导率剖面仪

EH4的全新概念主要归结为如下几个方面：
1) EH4应用大地电磁法的原理，但使用人工电磁场和天然电磁场两种场源；
2) EH4既具有有源电探法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便；
3) EH4能同时接收和分析X、Y两个方向的电场和磁场，反演X-Y电导率张量剖面，对判断二维构造特别有利；
4) EH4仪器设备轻，观测时间短，完成一个近1000m深度的测深点，大约只需15~20分钟，这使它可以轻而易举实现密点连续测量（首尾相连），进行EMAP连续观察（见图2）；
5) 在EH4的采集控制主机中插入两块附加的地震采集板，就可使一台EH4兼作地震仪和电导率测量，为一机实现综合勘探首创先例；
6) 实时数据处理和显示，资料解释简捷，图像直观。
下面我们简单介绍EH4电导率测量方法的工作原理。



二、 EH4工作原理
EH4通过发射和接收地面电磁波来达到电阻率或电导率的测探。连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面，甚至三维立体电阻率成像。
因此问题的关键是地面电磁波与地下电阻率究竟是什么关系？EH4是怎样实现这种地面测量的？
首先让我们来研究电磁波在介质中的传播行为。
1. 电磁波传播理论、亥姆霍兹方程
地面电磁波发送到地下，电磁波在岩土中的传播遵循Maxwell方程。如果假设大多数地下岩土为无磁性物质，并且宏观上均匀导电，不存在电荷积累，那么Maxwell方程就可简化为：
2H+K2H=0  ┉（1）
2E+K2E=0  ┉（2）
（1） 和（2）称为亥姆霍兹方程。
其中K=  ┉（3）
称作复波数或传播系数。这时可将K写成K=α+ιβ。α称为相位系数，β称为吸收系数。在EH4测量的电磁波频率范围内（0.1Hz~100KHz）,通常可以忽略位移电流，这时K进一步简化为
K=  ┉（4）
这里 为虚数符号；ω是电磁波角频率2πf，单位是rad/s。

2. 波组抗与电阻率
有亥姆霍兹方程变化的磁场感生出变化的电场，我们有磁电关系：
H=  ┉（5）
表面阻抗Z定义为地表电场和磁场水平分量的比值。在均匀大地的情况下，此阻抗与入射场的极化无关，和地电阻率以及电磁场的频率有关：
Z=  ┉（6）
式中f是频率，ρ是电阻率，μ是磁导率。（6）是可用于确定大地的电阻率：
ρ=  ┉（7）

式中ρ的单位是Ω•m，E的单位是mv/km,H的单位是nT。
对于水平分层大地，此表达式不再适用，但用它的计算机得到的电阻率将随频率改变而变化，因为大地的穿透深度或趋肤深度与频率有关。
δ=  ┉（8）
式中δ的单位是m。此时由（7）式计算得到的电阻率称视电阻率。在一个宽频带上测量E和H，并由此计算出视电阻率和相位，可确定地下构造。
对于更一般的不均匀大地，阻抗是空间坐标的函数，完整的描述应当是含有四个元素的张量，每个元素与场的正交分量有关：
=  ┉（9）
要确定四个阻抗元素，需要几个极化不同的磁场。例如，振幅相位和极化固定不变的单一正弦形式的电场和磁场波列，就不能用于计算这四个未知数。通常要用四个场分量的自功率谱或互功率谱来计算阻抗（例如，Vozoff,1972）。例如，Zxy的一个这样计算出来的解是：

=   ┉（10）