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石油天然气学报 (江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期

JournalofOilandGasTechnology (J．JPI)Aug．2014Vo1．36No．8

电磁波衰减系数特性分析

陈清礼，肖希，蒋晓斌，朱园( 主霎霉嘉。。)

[摘要]为了探索勘探深度大且分辨率高的电磁勘探技术，采用数值计算的方法研究了电磁波在 l～1o

Hz整个波谱范围内的衰减规律。计算了多种模型下，电磁波衰减系数的频率响应曲线，得到了电阻率分

别为 50、100、150、200、250、300、350、400、450、500Q ·m共 10条曲线。这些曲线共同揭示了一个

规律，从低频到高频，衰减系数随频率的增大而急剧增大；到一定频率后，波衰减系数趋于稳定；频率

增大到某个阀值后，衰减系数急剧下降。在任意给定的电阻率下，频率超过某一阀值频率后，电磁波呈

慢衰减或基本不衰减特性。因此，大干阀值的高频电磁波可进行大深度高分辨率勘探。

[关键词]电磁波；衰减特性；频率；高分辨率勘探

[中图分类号]P631．325 [文献标志码]A [文章编号]1000—9752 (2Ol4)08—0043—03

经过近 2个世纪的发展，电法勘探这门学科无论在理论上还是实践上都取得了巨大的发展_1]。电

法勘探的种类很多，其中，基于电磁波传播特性的电磁勘探方法发展迅速，在资源、能源 ]、工程和环

境等领域广泛应用。电磁波的频率越低，勘探深度就越大，但分辨率也就越低；频率越高，分辨率也越

高，但勘探深度就越小。勘探深度和分辨率不可兼得的矛盾越来越突出，成为阻碍该学科发展的瓶颈，

如页岩气、地热和复杂隐蔽油气藏，这些资源深度通常在千米级，目标层厚薄不同，需要高分辨率大勘

探深度的技术。为了开发勘探深度大、分辨率高的电磁勘探技术，笔者研究了电磁波的传播特性，认识

到一个重要特性——慢衰减性。

1 基本理论

大地电磁测深方法的理论基础是电磁波的趋肤效应。众所周知，电磁波在时、空中的运动变化规律

遵循麦克斯韦方程组 [7]：

× ：：：一

d ￡

×疗一了+ (1)

．百一0

· 一。

式中：为电场强度，V／m；H一为磁场强度，A／m；D为电位移，C／m；吾为磁感应强度，T；7为传导

电流密度，A／m。；为时间，S；J0为自由电荷密度，C／m ；是哈密顿算子，后面接 “×”表示旋度，

“

· ”表示散度，没有符号表示梯度。

时谐平面电磁波情况下，可由式 (1)推导出电场强度的波动方程：

E + k E 一 0

忌。一 √ 一j( 一卢一ja

旧丽 (2)

J9一叫周而

[收稿日期]2013—10—12

[基金项目]国家重大科学技术基础设施项目 (12CNIcO34889—21)。

[作者简介]陈清礼 (1965一)，男，1987年大学毕业，博士，教授，现主要从事应用地球物理学的教学与研究工作。

石油天然气勘查 2014年8月

式中：k为复波数；是角速度，rad／s；是磁导率，H／m；￡是介电常数，F／m；J为虚数；y是电导

率，S／m；8|为相位系数，rad／m；a为衰减系数，Np／m。

在垂直地面入射的平面电磁波条件下，由波动方程 (2)可解出电场强度，其表达式为：

E( ，)一 eaE e e ‘“ (3)

式中：E(z，￡)表示 Z坐标轴方向、时刻 t的电场强度矢量，V／m；e是 X 坐标轴方向的单位矢量；

E 为电场强度的振幅，V／m。

式 (3)表明电磁波振幅沿 Z轴方

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