多场源EH4全新概念电导率张量测量仪详细资料

EH4全新概念电导率张量测量仪

EH4全新概念电导率张量测量仪是美国EMI公司和著名的Geometrics公司联合研制。这是全新概念的电导率张量测量仪。它利用大地电磁的测量原理，但配置了特殊的人工电磁波发射源。这种发射源的天线是一对十字交叉的天线，组成X、Y两个方向的磁偶极子，轻便而且只用于普通汽车电瓶供电，发射率从500Hz到100KHz，专门用来弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波（见图1）。仪器用反馈式高灵敏度低噪音磁棒和特制的电极，分别接收X、Y两个方向的磁场和电场。由18位高分辨率多通道全功能数据采集、处理一体机完成所有的数据合成。

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）

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