方法概述

1.基本原理

频率测深是一种频率域的电磁测深方法,与直流测深方法不同,它是用改变频率的方法来控制探测深度,而不用增大供电极距AB。因电磁波的穿透深度与其波长有关,理论上可以证明,在均匀各向同性半空间中,电磁波在电阻率为ρ的介质中传播的波长λ＝

2.方法分类

根据发射场源性质的不同,又有电偶源频率测深法和磁偶源频率测深法两类方法。相应的场源也有两种：一种是电偶源,它是利用接地电极A、B作为场源将谐变电流送入地下,由于接地电极之间的距离比它到测量电极或测量线圈间的距离小得多,因此场源可视为水平电偶极子[图3-17（a）]；另一种是磁偶源,它是在不接地水平线圈中通以谐变电流作为场源,由于水平线圈的直径比场源到测量电极或测量线圈之间的距离小得多,因此场源可视为垂直磁偶极子[图3-17（b）]。频率测深的接收装置可以是测量电极M、N,也可以是接收线圈,它们分别测量电场分量和磁场分量。在电偶极源中,根据偶极子AB的轴向与发射、接收装置中点的连线平行还是垂直,则分为轴向偶极装置（φ＝0°）和赤道偶极装置（φ＝90°）。

图3-17 频率电磁测深布置图

（a）水平电偶极子装置（电偶源）；（b）垂直磁偶极子装置（磁偶源）

由于垂直磁偶极子场远比水平电偶极子场衰减快,因此,在较大深度的探测中多采用电偶极子场源。但因磁偶极子场源是用不接地线圈激发的,所以在某些接地条件较差的测区,或解决某些浅层地质问题的探测中,磁偶极子场源还是经常被采用。

3.电磁场的分区概念

图3-18定性给出了地表电偶极源电磁场的传播情况。实际上不论电偶极源还是磁偶极源当其置于地表时,它们所产生的电磁场均向四面八方传播,其传播路径可分为天波（S）、地面波（S₀）和地层波（S₁）。因为频率测深用的是长波和超长波,故向上传播的天波不会被电离层反射回地面,因此不必考虑它。由于地面波和地层波的波程差别,便在地面附近形成一个近于水平的波阵面,造成一个几乎是垂直向下传播的水平极化平面波（S^*波）。在k₁r≫1或r≫λ/（2π）区域,地层波衰减殆尽,地下只有S^*波垂直入射,出现不均匀平面波区域,即为波区或远区。当k₁r≪1或r≪λ/（2π）时,地层波占主导地位,称为S区或近区。其中k为波数,r为发-收距,λ为波长。由此可见,在频率测深方法中,虽然收-发距r是有限的,但在高频情况下,观测地段可处于“远区”。这时电磁波的传播是以平面波的形式入射到地表的,所以“远区”又称为“波区”。随着频率的降低,同一测点又可以处于“中间区”或“近区”。而“近区”的电场类似于直流电场,仅与纵向电导有关。

图3-18 地表偶极源电磁场的传播

4.方法特点

与只研究波区条件下的大地电磁法比较,频率测深的正演理论、工作方法及解释理论都较复杂。与直流测深比较,这一方法具有实质性优点：由于用改变频率的方法来控制探测深度,从而减轻了增大供电电极距AB的烦琐劳动；等值原理作用范围窄,故对地层的分辨力强以及勘探深度较大等。近年来,频率测深法已成为国内外应用较广的一种测深方法。