2017, Vol. 60
2. 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029;
3. 中国舰船研究院, 北京 100192
2. Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;
3. China Ship Research and Development Academy, Beijing 100192, China
可控源音频大地电磁法 (Controlled Source audio-frequency Magnetotelluric，CSAMT) 是从大地电磁法 (Magnetotelluric，MT) 发展出的一种人工源电磁测深法 (Goldstein and Strangway, 1975；朴化荣；1990；底青云和王若，2008).该方法最早由加拿大多伦多大学的Strangway教授和Myron Goldstein于1971年提出，其发射频率一般为1~105 Hz，探测深度为1~2 km.由于使用人工场源，具有较强的抗干扰能力.近年来，该方法在金属矿 (底青云等，2015; White et al., 2000)、地热 (Wannamaker, 1997; Bartel and Jacobsen, 1987)、地下水 (Bartel, 1991；Fu et al., 2013)、油气 (Streich, 2016; Younis et al., 2015) 勘探中应用越来越多，已经发展成为一种强有力的地球物理勘探方法.
随着CSAMT勘探应用的日益增多，其分辨能力的研究日益成为人们关注的话题.前人对此问题也多有研究，安志国和底青云 (2006)、王艳等 (2009)讨论了CSAMT对层状介质的分辨率，何继善 (1990)、汤井田 (2005)归纳了MT、CSAMT对高、低阻夹层的分辨能力.Li和Pedersen (1991)研究了张量可控源大地电磁法的近场效应，分析了磁偶极源和电偶极源下视电阻率和相位的近场效应.王显祥等 (2014)虽然初步研究了CSAMT法对三维地质体的分辨能力，但并未涉及CSAMT勘探物理机制.Constable (2010)虽总结了电磁场的变化由几何效应、电流效应、感应效应引起，但并未对这三种效应与分辨率的关系进行系统的研究.从物理机制上讨论CSAMT法对3D地质体的分辨能力，对于理解CSAMT法勘探物理本质以及指导实际解释工作都具有重要意义.
为此，本文首先介绍了CSAMT法中引起电磁场变化的两种物理机制，这是CSAMT法勘探的物理基础；为理解方便，首先以单个异常体为例进行了讨论，并对观测中的两种畸变现象进行了解析；选取坐标原点位于电偶极子中心，x方向为电偶极矩方向，z轴垂直向下 (下文中涉及到的坐标系都为此坐标系)，随后本文分析了当三维异常体分别沿x、y、z方向及顶板埋深变化时CSAMT法中各分量的变化情况；最后针对异常体在各方向变化时CSAMT法探测能力的不同，从物理机制上进行了解析.
2 CSAMT法勘探物理基础CSAMT法通过观测电磁场随空间和时间的变化，以达到勘测地下电性结构的目的.电磁场的变化由几何效应、电流效应、感应效应引起 (Constable (2010))，除几何效应外均与地下电性结构有关.在CSAMT勘探中，所关心的是由地下介质引起的电磁异常，为此本文将对电流效应、感应效应进行详细的介绍.
2.1 电流效应当电流遇到不同电性交界面时，会在交界面处有感应电荷的积累，感应电荷在外加电场作用下开始运动，形成电流效应.感应电荷产生的二次电场与一次电场呈矢量叠加，其结果就是我们所观测的场值.由欧姆定律可得：
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这里σ和E分别代表电导率和电场强度.由边界条件可知：
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这里D为电位移矢量，下标n代表垂直于界面，ρs为面电荷密度，1代表界面上侧介质的量，2代表界面下侧介质的量，电位移矢量为
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这里ε为介电常数 (单位：F·m-1).由 (1)、(2)、(3) 式可得：
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在低频范围内，根据库伦定律，二次电场为 (Jiracek，1990)：
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式中，φ为静电位，r为微分表面单元dS与观测点之间的矢量.
电流遇到不同电性交界面时，由 (4) 式可知面电荷ρs的正负极性由交界面两侧电导率的相对关系及电流方向决定.当遇到良导体即σ2-σ1>0时，在一次电场方向上，异常体前端Jn为负，后端Jn为正，故沿一次场方向在异常体的两侧存在容量几乎相等、极性相反电荷的积累.两个极性相反、容量相等面电荷的场强分布由 (5) 式决定，电场分布应如图 1所示 (这部分的求解过程可详见大学物理相关章节).当异常体电阻率为低阻时，由于感应电荷的积累，会产生如图 1a所示的二次场电流，分析此图可知：在区域1内由于感应电荷积累造成的二次场电流方向与一次场电流方向相反，将使总电流强度降低；在区域2内二次场电流方向与一次场电流方向相同，将使总电流强度增强.当异常体电阻率为高阻体时，由于感应电荷的积累，会产生如图 1b所示的二次场电流，分析此图可知：在区域1内由于感应电荷积累造成的二次场电流方向与一次场电流方向相同，将使总电流强度增加；在区域2内二次场电流方向与一次场电流方向相反，将使总电流强度减弱.
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图 1 异常体处由电流效应引起的二次场电流分布 (a) 遇到低阻体时由电流效应引起的二次场电流分布; (b) 遇到高阻体时由电流效应引起的二次场电流分布.图中的虚框箭头代表一次场电流方向. Fig. 1 The current distribution caused by current effect (a) The current distribution caused by current effect forlow resistivity body; (b) The current distribution caused by current effect forhigh resistivity body. The dotted line indicate the current direction. |
感应效应产生于磁通量对时间的导数，一次磁场随时间的变化，在导电的地下感应出电流，在闭合回路中流动的涡旋电流，又产生出二次磁场，二次场与一次场矢量相交，综合就是我们观测的总场.时谐场满足亥姆霍兹方程 (何继善，1990)：
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式中k为传播系数，在准静态条件下其值为
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式中，a为相位常数，b为衰减常数，μ为介质的导磁率，ρ为电阻率.为了说明感应效应中电磁场的衰减规律，现以均匀半空间模型为例进行说明，在均匀半空间中沿z方向传播，此时E、H对x、y微分项消失，亥姆霍兹方程变为 (何继善，1990)：
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(8) 式中E的通解为
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式中z为传播距离.又根据其定解条件：
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再加上谐时变因子可得：
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分析上式可知电场的振幅和相位分别为:
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可见随着电磁波的传播其振幅和相位是变化的，b决定了振幅的衰减，a决定了相位的变化，又根据 (7) 式可知当频率越高、电阻率越低时，电磁场振幅衰减的越快，相位变化也越快.
3 单个异常体物理机制为了便于理解，本文先从最简单的正方体异常开始研究，建立模型如图 2所示，模型背景为均匀半空间，电阻率1000 Ωm，异常体大小100 m×100 m×100 m，顶板埋深50 m，电阻率为10 Ωm，模型断面如图 2a所示.发射源AB长2 km，收发距10 km，异常体上方平行于AB方向共布设19条测线，每条测线长800 m，线距为50 m，点距20 m，观测装置平面如图 2b所示.本文采用积分方程法计算电磁场 (Avdeev et al., 2002)，电磁总场可以表示成背景场Eb或Hb和异常体产生的异常场Ea或Ha两部分的和：
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图 2 单个异常体模型示意图 (a) 模型断面图; (b) 观测装置平面图.图中AB为发射源，数字1~19分别为异常体上方的19条测线标号，实线框为异常体位置. Fig. 2 The sketch of model with sole conductive anomalous body (a) The cross section of the model; (b) The plane view of the survey line. The AB is the transmission source, number 1~5 are survey lines number, and solid boxes is on behalf of anomalies in the figure. |
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异常场Ea或Ha是异常电导率Δσ存在时产生的散射电磁场，在非均匀异常区间D上异常场可以表示为在该域内剩余电流的积分：
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式中，
当频率为100 Hz时，视电阻率ρxy平面图如图 3所示.分析此图不难发现：不受低阻体影响的区域为绿色部分，视电阻约为800~1000 Ωm；本文设计的异常体模型为100m×100 m×100 m的立方体，在平面上的投影应为正方形，而从视电阻率平面图上看到的是一个沿远离源的方向被拉伸的异常，异常体处ρxy值为400 Ωm以下，异常值明显；异常体沿x方向两侧分别存在明显的高阻异常区，ρxy值在1200 Ωm以上.通过以上分析不难发现，CSAMT法虽然可以对单个异常体存在较好反映，但也有两处畸变区域：图 3中的区域1，异常体沿y方向两侧会出现低阻，即异常体沿远离源的方向被拉伸；图 3中的区域2，异常体沿x方向两侧存在明显的高阻异常.
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图 3 频率为100 Hz时视电阻率平面图 Fig. 3 The plane view of apparent resistivity for 100 Hz |
为了解释两处畸变区域，特做了当频率为100 Hz时总电场、总磁场以及由异常体引起的电场、磁场矢量图，如图 4所示.图 4a为总电场矢量分布，分析此图可知：异常体以外的区域，电场基本沿x方向流动，电场大小相差无几；异常体处电场强度明显减弱，电场方向也发生了改变.图 4b为总磁场矢量分布，通过分析此图不难发现：磁场强度总体呈现近源强远源弱的特点，异常体上方无明显异常.图 4c为由异常体引起的异常场电场矢量，分析此图不难发现：由异常体引起的异常场电场极值约为3.05×10-7V·m-1，其与总电场极值4.17×10-7V·m-1相差无几；区域1内，由异常体引起异常场电场方向与一次电场方向正好相反，使总电场减小，所以在远离源的方向出现低阻异常，即异常体被拉伸了；区域2内，异常场电场方向与一次电场方向一致，该区域内电场得到加强，表现出高阻异常，这就从物理机制上解释了两个畸变现象.图 4d为由异常体引起的异常场磁场矢量图，通过分析此图不难发现：由异常体引起的异常场磁场极值约为1.28×10-8A·m-1，其与总电磁场极值2.81×10-7A·m-1相差一个数量级以上，表明异常体处异常场磁场强度是非常弱的.
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图 4 频率为100 Hz时电磁场矢量分布 Fig. 4 The pictures of the distribution of electromagnetic field |
根据Jiracek (1990)文献可知，在电流效应中电流占据主导地位，主要引起电场的变化，而感应效应中磁场占主导地位，引起电场和磁场的变化.通过以上分析可知，由异常体引起的异常场电场极值与总电场极值相差无几，异常场磁场极值与总电磁场极值相差一个数量级以上，表明异常场电场占据主要地位，另外异常场电场流动方向和图 1a所示的流动方向也十分吻合，以上两点表明在本模型中电流效应占据主要地位，而感应效应占据次要地位.
为比较不同收发距下电流效应和感应效应变化情况，现将收发距由10 km增大到30 km，当频率为100 Hz时总电场、总磁场以及由异常体引起的异常场电场、磁场矢量图如图 5所示，通过分析此图不难发现：图 5c为由异常体引起的异常场电场矢量图，由异常体引起的异常场电场极值约为1.17×10-8 V·m-1，约为总电场极值的0.657，与收发距10 km相比，比重有所降低，且二次电场方向在异常体外部稍有凌乱，不再如图 1a所示；图 5d为由异常体引起的异常场磁场矢量图，由异常体引起的异常场磁场极值约为4.09×10-9A·m-1，约为总磁场极值的0.291，与收发距10 km相比，比重有较大幅度提升.通过以上分析不难发现，当收发距增大时电流效应降低，感应效应比重增加.
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图 5 收发距30 km、频率为100 Hz时电磁场矢量分布 (a) 总电场分布；(b) 总磁场分布；(c) 异常场电矢量图；(d) 异常场磁矢量图. Fig. 5 The pictures of the distribution of electromagnetic field |
第2节讨论了CSAMT法对低阻正方体异常的分辨率，本节将讨论CSAMT法对异常体顶板埋深及沿各个方向变化时的分辨能力.
当异常体大小保持100 m×100 m×100 m不变，图 6给出了当顶板埋深分别为30 m、100 m、160 m时Ex场、Ey场、Hx场、Hy场、视电阻率ρxy的变化情况，通过分析此图可知：随着顶板埋深的增加，所有分量几乎都有相对明显的变化.
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图 6 异常体顶板埋深变化时电磁场及电阻率拟断面图 Fig. 6 Pseudosections of the electromagnetic field and the resistivity when the top panel depth respectively 30 m 100 m、160 m |
异常体y、z方向长度保持不变，图 7给出了x方向长度分别为60 m、100 m、160 m时Ex场、Ey场、Hx场、Hy场、视电阻率ρxy的变化情况，y轴为频率取对数再乘以100，x轴为距离从-400 m到400 m.通过分析此图不难发现：异常体处Ex场、Ey场、Hx场、视电阻率ρxy异常相对明显，Hy场异常相对微弱；随着异常体x方向延伸的增加，Ex场、视电阻率ρxy异常愈明显，影响频率和范围也愈广，而Ey场、Hx场、Hy场几乎无变化.
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图 7 异常体沿x方向变化时各场及电阻率变化情况 Fig. 7 Pseudosections of the electromagnetic field and the resistivity when the lengths in x direction respectively are 60 m 100 m、160 m |
异常体x、z方向长度保持不变，图 8给出了异常体y方向长度分别为60 m、100 m、160 m时Ex场、Ey场、Hx场、Hy场、视电阻率ρxy的变化情况，通过分析此图，可以得出以下结论：异常体处Ex场、Ey场、Hx场、视电阻率ρxy异常相对明显，Hy场异常相对微弱；随着异常体在y方向的变化，Ex场、Ey场、Hx场、视电阻率ρxy变化微弱.
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图 8 异常体沿y方向变化时各场及电阻率变化情况 Fig. 8 Pseudosections of the electromagnetic field and the resistivity when the length iny direction respectively 60 m 100 m 160 m |
异常体x、y方向长度及顶板埋深保持不变，图 9给出了异常体厚度分别为60 m、100 m、160 m时Ex场、Ey场、Hx场、Hy场、视电阻率ρxy的变化情况，通过分析此图可知：只有异常体厚度发生变化时，Ex场、Ey场、Hx场、Hy场、视电阻率ρxy几乎没有变化.为了更加精细的对比异常体厚度变化带来的影响，通过分析图 8可知当频率为100 Hz时对应异常最为明显，特对比了异常体厚度分别为60 m、100 m、160 m时，x轴范围从-400 m到400 m、频率为100 Hz时对应的视电阻率ρxy曲线，如图 10所示.通过分析此图不难发现，三条曲线只有微小的差别，这些差别表现在：异常体中心位置，随着异常体厚度的增加视电阻率ρxy值略有降低；异常两侧分别存在一处电阻率高值，随着异常体厚度的增加视电阻率ρxy值略有下降.
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图 9 异常体沿z方向变化时各场及电阻率变化情况 Fig. 9 Pseudosections of the electromagnetic field and the resistivity when the thickness respectively 60 m 100 m、160 m |
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图 10 当异常体厚度分别为60 m、100 m、160 m时视电阻率曲线 Fig. 10 Apparent resistivity graph when the abnormal thickness respectively 60 m, 100 m, 160 m |
通过以上分析不难发现，异常体顶板埋深的变化对CSAMT法各分量影响最大；而异常体沿x、y、z方向长度变化时，CSAMT法对探测异常体在x方向变化最为灵敏，y方向变化次之，z方向变化最为迟钝.通过第1节可知，异常体处主要存在着电流效应和感应效应的消耗，本文将从物理机制上对以上现象进行解析.
本文首先分析异常体y、z方向长度不变，x方向增大时，电流效应引起的电磁场变化.根据电磁场辐射花样图可知，CSAMT法主要在发射源AB的中轴线附近测量，该区域内一次电场主要沿x方向流动，电荷主要在异常体的左右两侧积累.又据Ex场在中轴线附近最强，离中轴线越远Ex场越弱，故当异常体在x方向增加时，异常体交界面处的一次场强度会越来越弱.根据 (4) 式可知，面电荷密度ρs随着一次场强度的变弱而降低.交界面的面积不变，随着面板相对距离的增加，根据 (5) 式可知，二次电场强度也会降低.通过以上分析可知，随着异常体x方向的增加，由电流效应引起的二次场电流强度会降低，主要是由于一次场强度减弱，距离的相对增加造成的.
当异常体x、z方向长度不变，y方向增大时，交界面的表面积会增大，并且一次场强度基本不变，两板相对距离也不会改变.故随着异常体y方向的增大，根据 (5) 式可知由电流效应引起的二次电场强度增大.
下面继续分析由感应效应引起的电磁场变化情况，根据第1节相关知识可知，电磁场的消耗与传播距离呈指数衰减.电磁波能量的流动可以用坡印亭矢量S(Stratton，1941) 表示，其大小代表了能量的流动强度，方向代表了流动方向，表达式为
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式中，E、H分别代表电场和磁场矢量，*代表共轭梯度.图 11a为异常体顶板处、频率100 Hz时坡印亭矢量分布图，通过分析此图可知：异常体处能量基本沿x方向流动，且坡印廷矢量大小要比异常体外的区域高数倍，故由感应效应引起的电磁场衰减主要由电磁波沿x方向传播造成，且随着异常体沿x方向的增大，由感应效应引起的电磁场衰减应增大.
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图 11 频率为100 Hz时坡印廷矢量分布 (a) 频率为100 Hz时水平面内坡印廷矢量分布; (b) 频率为100 Hz时垂直剖面内坡印廷矢量分布. Fig. 11 The distribution of poynting vector for 100 Hz (a) The plane view of the distribution of poynting vector for 100 Hz; (b) The sectional view of the distribution of poynting vector for 100 Hz. |
通过以上分析不难发现，随着异常体沿x方向的增大，电流效应引起的二次场强度变弱，感应效应引起的电磁场衰减增大，总体效果电磁场的衰减相对明显.当异常体y方向增大时，电流效应引起的二次场强度增大，感应效应引起的电磁场的衰减基本无变化，整体效果上电磁场变化并不明显.以上是CSAMT法对异常体沿x方向变化灵敏，沿y方向变化迟缓的原因.
下面将继续分析当异常体x、y方向长度和顶板埋深保持不变，异常体厚度增加时各分量基本保持不变的原因.随着异常体厚度的增加，左右两侧的表面积也会增大，根据 (5) 式可知由电流效应引起的二次电场强度会增大.当频率100 Hz时，测线10处垂直剖面内坡印廷矢量如图 11b所示，分析此图可知：异常体外部坡印廷矢量方向主要向下，异常体处坡印廷矢量方向虽然稍微改变，仍以向下为主，且异常体处坡印廷矢量强度明显弱于其他区域.通过以上分析可知随着异常体厚度的增加，感应效应会引起电磁场的继续衰减.综合以上分析可知，随着异常体厚度的增加，由电流效应和感应效应造成的电磁场衰减强度都有增强.但通过上文可知，随着异常体厚度的增加，CSAMT各分量并没有明显的变化.
为了分析其原因，本文特设计了以下三个异常，x、y方向长度都为100 m，异常体具体参数见表 1所示：第一个异常体厚度160 m，顶板埋深50 m，命名为异常体1；第二个异常体厚度100 m，顶板埋深50 m，命名为异常体2；第三个异常体厚度60 m，顶板埋深150 m，命名为异常体3，即异常体2和异常体3可组合成异常体1.为了解不同深度上异常场的分布情况，特对比了频率为100 Hz、不同深度上由异常体2引起的异常场如图 12所示，通过分析此图可知：深度150 m处的异常场电场极值为1.69×10-7V·m-1，深度100 m处的异常场电场极值为2.92×10-7V·m-1，深度50 m处的异常场电场极值为3.05×10-7V·m-1，地表处的异常场电场极值为1.37×10-7V·m-1.通过上文分析可知，异常体顶板处的异常场电场极值最大，地表处的异常场电场极值最小.
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表 1 模型参数 (单位：米) Table 1 Model parameters (unit: m) |
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图 12 频率为100 Hz时不同深度上由异常体引起异常场电场矢量 (a) 深度为150 m处异常场电场矢量; (b) 深度为100 m处异常场电场矢量;(c) 深度为50 m处异常场电场矢量; (d) 地表处异常场电场矢量. Fig. 12 The distribution ofthe secondary current on different depths for 100 Hz (a) The distribution ofthe secondary current on the depths of 150 m; (b) The distribution ofthe secondary current on the depths of 100 m; (c) The distribution ofthe secondary current on the depths of 50 m; (d) The distribution ofthe secondary current on the depths of 0 m. |
本文又分别对比了频率100 Hz时、由异常体1、2、3引起的位于异常体顶板及地表处异常场，其矢量图如图 13所示，通过分析此图可知：图 13(a, b)分别为由异常体1引起的位于异常体顶板及地表处的异常场电场矢量图，顶板处的异常场电场强度极值为3.10×10-7V·m-1，地表处的异常场电场强度极值为1.40×10-7V·m-1；图 13(c, d)分别为由异常体2引起的位于异常体顶板及地表处的异常场电场矢量图，顶板处异常场电场强度极值为3.05×10-7V·m-1，地表处异常场电场强度极值为1.37×10-7V·m-1；图 13(e, f)分别为由异常体3引起的位于异常体顶板及地表处异常场电场矢量图，顶板处异常场电场强度极值为2.84×10-7V·m-1，地表处异常场电场强度极值为2.00×10-8V·m-1.通过以上分析不难发现，异常体1虽比异常体2厚60 m，其顶板与地表处异常场电场强度相差无几；异常体3引起的位于顶板处异常场电场强度与异常体1、2引起的异常场电场强度相差不大，但由异常体3引起的位于地表处异常场电场强度与异常体1、2引起的异常场电场强度相差却很大，这主要是由于异常3的顶板埋深150 m，而异常体1、2的埋深50 m，故异常场电场从顶板处传播到地表时异常体3的传播距离远大于异常体1、2造成的.通过对比异常体1、2、3位于顶板及地表处的异常场电场可知，随着异常体厚度的增加，由感应效应和电流效应引起的异常场电场强度仍会增加，但由厚度增加部分产生的异常场因为深度的增加传播到地表时衰减较大，对地表处总异常场影响较小.
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图 13 当频率为100 Hz时由异常体1、2、3分别引起的异常场电流矢量图 (a) 顶板埋深处由异常体1引起的异常场电场矢量图；（b) 地表处由异常体1引起的异常场电场矢量图；（c) 顶板埋深处由异常体2引起的异常场电场矢量图；（d) 地表处由异常体2引起的异常场电场矢量图；（e) 顶板埋深处由异常体3引起的异常场电场矢量图; （f) 地表处由异常体3引起的异常场电场矢量图. Fig. 13 The distribution of the secondary current caused by abnormal body 1、2、3 separately (a) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 1 on the top panel depth; (b) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 1 on the Earth’s surface; (c) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 2 on the top panel depth; (d) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 2 on the Earth’s surface; (e) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 3 on the top panel depth; (f) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 3 on the Earth’s surface. |
本文通过对频率为100 Hz时三个异常体顶板处及地表处异常场电场强度进行分析可知，CSAMT法对厚度变化不灵敏的可能原因在于随着厚度的增加，异常场电场由异常体处传播到地表的距离也会相应增加，而异常场会随着传播距离的增大迅速衰减.只研究频率为100 Hz时的情况，无法排除CSAMT法对厚度变化不灵敏的原因是由于勘探周期不够大，造成电磁波对深部结构失去分辨能力这一影响因素.为此本文又分别对比了当频率为50 Hz时、由异常体1、2、3引起的位于异常体顶板及地表处异常场电场，其矢量图如图 14所示，通过分析此图可知：图 14(a, b)分别为由异常体1引起的位于异常体顶板及地表处的异常场电场矢量图，顶板处的异常场电场强度极值3.24×10-7V·m-1，地表处的异常场电场强度极值为1.50×10-7V·m-1；图 14(c, d)分别为由异常体2引起的位于异常体顶板及地表处的异常场电场矢量图，顶板处的异常场电场强度极值为3.24×10-7V·m-1，地表处的异常场电场强度极值为1.46×10-7V·m-1；图 14(e, f)分别为由异常体3引起的位于异常体顶板及地表处的异常场电场矢量图，顶板处的异常场电场强度极值为3.10×10-7V·m-1，地表处的异常场电场强度极值为2.06×10-8V·m-1.通过以上分析不难发现，频率降低即勘探深度增加时，仍然会出现和频率100 Hz时相似的情况，故可以排除CSAMT法对厚度变化不灵敏的原因是勘探周期不够长造成的.综上所述，CSAMT法对厚度变化不灵敏的原因只能是随着厚度的增加，异常场电场由异常体处传播到地表的距离也会相应增加，而异常场会随着传播距离的增大迅速衰减所致.
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图 14 当频率为50 Hz时由异常体1、2、3分别引起的异常场电场矢量图 (a) 顶板埋深处由异常体1引起的异常场电场矢量图; (b) 地表处由异常体1引起的异常场电场矢量图; (c) 顶板埋深处由异常体2引起的异常场电场矢量图; (d) 地表处由异常体2引起的异常场电场矢量图; (e) 顶板埋深处由异常体3引起的异常场电场矢量图; (f) 地表处由异常体3引起的异常场电场矢量图. Fig. 14 The pictures of the distribution of the secondary current caused by abnormal body 1、2、3 separately (a) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 1 on the top panel depth; (b) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 1 on the Earth's surface; (c) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 2 on the top panel depth; (d) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 2 on the Earth's surface; (e) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 3 on the top panel depth; (f) The distribution of the secondary current caused by abnormal body 3 on the Earth's surface. |
通过对CSAMT勘探物理机制及其分辨能力的研究，本文可以得出以下结论：
(1) 通过对低阻正方体的探测，研究表明在异常体左右两侧会各出现一个高阻区及异常体沿远离源的方向被拉伸.本文利用电流效应对存在的两个畸变现象进行了解析，进一步研究表明当收发距为10 km时电流效应占据主要地位，感应效应位居次要地位，当收发距增大时电流效应比重下降，感应效应比重增大.
(2) 随后，本文研究了CSAMT法对异常体沿x、y、z方向长度及顶板埋深变化时探测灵敏度，研究表明异常体顶板埋深的变化对CSAMT法各分量影响最大；异常体沿x、y、z方向长度变化时，CSAMT法对异常体在x方向的变化探测最为灵敏，y方向的变化次之，z方向的变化最为迟钝.研究表明CSAMT法对异常体沿x方向探测灵敏的原因在于异常体处能量主要沿x方向流动，故当异常体沿x方向增大时由感应效应引起的电磁场衰减会增大，而异常体沿y方向变化时由感应效应引起的电磁场衰减基本保持不变.CSAMT法对厚度变化不灵敏的原因在于随着厚度的增加，异常场电场由异常体处传播到地表的距离也会相应增加，而异常场会随着传播距离的增大迅速衰减.
致谢两位匿名审稿人所提出的修改意见非常细致、中肯，对本文的完善起到了重要作用，在此表示诚挚的感谢！
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