电磁剖面法

11.2.1　基本原理
电磁剖面法（Electromagnetic Induction Profiling）是电磁感应法的一种观测方式。电磁感应法是以岩石和矿物的导电性与导磁性差异为主要物理基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而解决地质问题的一组分支电法勘探方法。
将交变电流通入发射线圈中，使其在周围产生足够强的一次交变磁场 H1，在地下良导体中则形成感应电动势和感应电流，感应电流在其周围产生二次磁场H2。在不同观测点上，总磁场的振幅H以及与一次磁场H1间的相位角随测点发生变化，故产生电磁异常。测量总磁场振幅和相位的方法称为振幅相位法，而测量总磁场实、虚部的方法称为实、虚分量法。电磁感应法的激发场及一次场可由多种形式产生，如以两端用电极接地的长直导线，或边宽及边长达几百米至几千米称为大定源场的矩形不接地回线产生的磁场。磁场等效于交变磁偶极子产生的磁偶极子场。
11.2.2　观测方法
11.2.2.1　大定源回线法
大定源回线法（又称不接地回线法）是指在均匀场或似均匀场中研究水平或缓倾斜产状良导体的一种详查方法。该方法可在回线内外两侧测量，其特点是：地面各点的磁场方向均垂直地面，回线中部的磁场较均匀，一次场 H1Z在回线内的形状为“U”字型。在回线中部H1Z为均匀场，因其随深度减弱较慢，故有较深的探测能力。回线外部的一次场为不均匀场。大定源回线法有实、虚分量和振幅比—相位差两种测量方法。
（1）实、虚分量法
实、虚分量法按线圈安放的方法不同，可沿测线逐点观测交变磁场的垂直分量或沿剖面方向的水平分量。观测的参数有：垂直分量或水平分量的实部和虚部及它们的振幅、相位，根据需要既可单独测量某些参数也可测量全部参数。但相位观测较为困难，故较少使用。

图11-2　实、虚分量法补偿式线路原理图

观测振幅异常的实、虚分量，需从发射源引入相位参考信号至接收仪，需拖带很长的传输线。当仅测量虚分量时，可采用磁路补偿法，见图11-2。在发射线圈（T）回路中串联一个2Ω电阻，将两端的电压送到接收器补偿部分（B），它由幅度调节和补偿线圈组成。补偿线圈固定在接收线圈（R）旁边，它产生的补偿磁场与一次磁场相位差180°，调节幅度，使之在接收线圈中与所观测场H的实分量ReH抵消，当指示器读数最小时，表示 ReH被全部补偿，此时读数即为虚分量ImH。
当实、虚分量都观测时，用相敏检波器直接检测，其原理见图11-3。待测信号U测由放大器输至两个独立的相敏检波器，由相敏检波原理可知，输出信号 U输出正比于输入信号U测中与基准电压同向的分量，显然只输出实分量；基准电压与参考信号相位差90°，它只输出U测的虚分量。

图11-3　实、虚分量法直接检测原理示意图

实、虚分量法的主要特点是：异常幅度大，曲线形态简单，仅观测振幅时工作效率较高。
（2）振幅比—相位差法
该方法可观测剖面上相邻两点磁场振幅的比值及两点磁场间的相位差。工作中通常保持两接收线圈水平，即观测磁场垂直分量的振幅比及相位差，其场源可采用不接地大回线或接地的无限长导线。
振幅比—相位差测量仪器多采用直接读出振幅比（Rd）和相位差（△Φ）的直读式方案（图11-4）。接收线圈S1、S2将所在点的磁场转换为感应电动势后，经各自放大器一方面加到除法器上进行振幅的除法运算，输出至指示器指出振幅比（Rd）；另一方面通过限幅器将讯号限幅，送至相位比较器。其输出电压代表了两个讯号的相位差（△Φ），并在另一指示器给出。
11.2.2.2　电磁偶极剖面法
电磁偶极剖面法的特点是：①装置轻便，使用灵活，工作效率高；②可选择与地质体较强耦合关系的发射形式，从而提高探测能力；③勘探深度较浅。一次场的分布形态与均匀各向同性介质中电偶极子的电场基本相同，二次磁场随线圈中心到观测点的距离的立方衰减，场的方向是一次场分量的方向角的函数。用磁偶极子场工作时应注意场的方向性，并采用适当的装置使强的一次磁场穿过目标体，以增强二次磁场异常。电磁偶极剖面法包括有：虚分量—振幅法、水平线圈法、倾角法。

图11-4　振幅比—相位差法观测原理示意图

（1）虚分量—振幅法

图11-5　虚分量—振幅法测量原理图

本法测量磁场振幅及虚分量。取接收点最强的那个分量作为参考讯号，观测与参考讯号呈正交方向的磁场虚分量。可不用参考电缆，测量原理见图11-5。图中发射线圈 T铅直放置，参考线圈 R2与 T共面，而接收线圈R1与 T正交，接收磁场垂直分量，R3为补偿线圈，输出磁场补偿信号。要测垂直分量的虚部，本应以一次磁场讯号为准，测量与其成90°相位分量。此法所测量的虚分量是与水平方向总场成90°相位的那个分量，因这种参数讯号的相位与一次磁场不一致，故测得的虚分量与理论值有误差。但是在有利条件下，以测点处最强的磁场分量为参数讯号，所测得的虚分量与理论值之差较小。
此方法的优点是便于发现异常，容易提高观测精度和勘探深度；地形影响小；多频虚分量观测结果有较好的评价和区分异常能力。缺点是对仪器稳定性要求高，工作不方便；缺失实分量信息，特别对良导体及磁性体需比虚分量大得多的实分量信息。
（2）水平线圈法
该方法是电磁法中较常用的一种。它采用轻便的发射线圈和接收线圈，参考信号是发射线圈旁的一个固定线圈上的感应电压，通过连接在发射与接收线圈的传输电缆供给补偿器，选用2～3个400～4000Hz之间的工作频率用一次磁场归一化的方法测量实、虚分量。
该方法的特点是：异常形态简单，收发距、覆盖层、地形对异常影响比较大，尤其是实部影响虚部的异常形态，勘探深度30～50m。因为观测ReH/H和ImH/H属于相对测量，它具有相对测量的优缺点。
（3）倾角法
倾角法是测量椭圆极化长轴与一次磁场间空间夹角的一种电磁剖面法。常用的方法有：定源垂直线框倾角法（VEM）、平行移动倾角法（BEM）、对消倾角法（LEM）。
定源垂直线框倾角法：该法是将发射线框垂直放于目的体在地表投影点上，距其数十米布设垂直于目的物走向的测线，接收机沿测线观测。每次观测首先要求发射线框面与接收线圈面相互照准，故在发射线框处根据观测点所在位置预先计算好线框架水平度盘应取得方位角，然后依顺序转动水平度盘。接收线圈的照准方法是，将线圈面垂直放置并沿垂直轴转动，找到接收器指示最大读数的线圈方位，然后照准该方向进行倾角测量。由于发一收线圈面处于照准状态，在测点上一次场只有水平分量，地下目的体在一次场的激励下产生二次场有似偶极场的性质。在各测点上，二次场方向是由通过该点之磁力线的切线求得，其幅值决定于测点到等效发射中心的距离。
平行移动倾角法：平行移动倾角法又称旁线倾角法。发射线圈和接收线圈分别放在相距100m左右的不同测线同号测点上。测定一个测点后，发—收线圈同时移到下一测点。发、收线圈要相互照准。
（4）对消倾角法
该方法的野外观测方法是：两个操作员用预先选定的发、收距在同一测线上进行同线观测。工作时，首先是甲操作员发射，乙操作员接收；然后倒换，由乙操作员发射，甲操作员接收。测量倾角时，观测操作员面向着使发射操作员在自己的左侧的方向，并照准垂直测线的方向观测倾角，记录点取两者的中点，绘图的倾角值取两者之和。对消倾角法在消除地形造成的倾角异常方面有良好的效果。在野外工作中不要求发、收线圈间相互对照。其异常范围宽，可适合山区等地工作。缺点是异常范围宽且形态复杂，当地质噪声大和不稳定时，不易辨认有意义的异常。
11.2.3　成果表达形式
（1）水平距离（或点号）随各种参数变化的坐标曲线，横坐标代表距离（或点号），纵坐标代表振幅、虚分量、相位、倾角等各种参数；
（2）各种参数的平面剖面图，主要用于面积性勘查工作；
（3）各种参数的等值线剖面图。
11.2.4　资料解释原则
实、虚分量法对野外实测结果进行推断解释时，首先应对定性解释给予应有的重视，如确定异常范围、走向长度、倾斜方向等。其方法大致上与直流电法相同。用不同频率测得的剖面曲线可定性地判定异常源导电性的优劣，如用几种频率测得的虚分量异常只随频率增高而增高，则其导电性较差；当异常值随频率增高而减少时，其导电性较好。对于干扰影响较少的光滑曲线可作定量解释。
振幅比—相位差法解释方法与实、虚分量法一样，也可以利用振幅比—相位差法做出异常复平面图，进而进行实、虚分量转换解释振幅比、相位差的资料。
在各种偶极电磁法中，发—收距的选择很重要。当极距很小时，由于接收点处一次磁场大，故相对于它的二次磁场百分异常小；随着发—收距增加，二次磁场相对增加，故百分异常增大；收—发距太大时，异常变得复杂，出现双负峰，且异常值变小，范围变宽。
11.2.5　仪器设备
电磁剖面法仪器设备见表11-2。
表11-2　电磁剖面仪一览表

任务描述
（1）了解电磁法原理；
（2）了解地面电磁法的工作方法；
（3）了解电磁剖面法的特点。
电磁法所依据的是电磁感应现象。以低频电磁法（f<10-4Hz）为例，如图2-1所示，当发射机以交变电流I1供入发射线圈时，就在该线圈周围建立了频率和相位都相同的交变磁场H1，H1称为一次场。若这个交变磁场穿过地下良导电体，则由于电磁感应，可使导体内产生二次感应电流I2（这是一种涡旋电流）。这个电流又在周围空间建立了交变磁场H2，H2称为二次场或异常场。利用接收线圈接收二次场或总场（一次场与二次场的合成），在接收机上读出相应的场强或相位值，并分析它们的分布规律，就可以达到寻找有用矿产或解决地质问题的目的。

图2-1 电磁法原理示意图

电磁法的种类很多，按探测的范围，可以分为电磁剖面法和电磁测深法两大类。前者可用于探测地下某一深度范围内电磁场的分布规律，包括不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚低频法等。后者可用于探测某一测点上不同深度的电磁场分布规律，包括大地电磁测深、频率测深、瞬变测深等。按场源的性质，可分为频率域电磁法和时间域电磁法两大类。前者使用多种频率（10-3～108Hz）的谐变电磁场，后者使用不同形式的周期性脉冲电磁场。按场源的形式可分为被动场源（天然场源）法和主动场源（人工场源）法。电磁法各类方法中，除大地电磁法外，其余都是主动源法。按工作环境，又可以将电磁法分为地面电磁法、航空电磁法和井中电磁法三类。
与传导类电法相比，电磁法具有如下特点：①它的发射和接收装置既可以采用接地电极，又可以采用不接地线圈、回线，因此航空电法才成为可能；②采用多频率的电磁场或不同形式的脉冲电磁场测量，扩大了方法的应用范围；③观测的场量既有电场分量，又有磁场分量。对每种场量又可观测振幅、相位、实分量、虚分量、一次场、二次场、总场，从而大大提高了地质效果。

图2-2 水平线圈法的基本原理图

电磁法是常用的水平线圈法，它是水平共面线圈的一种电磁剖面法。图2-2给出了该方法的基本原理。将交变电流送入发射线圈，在其周围空间便建立了一次交变场。当地下有良导地质体存在时，在该地质体中会产生感应电流（又称涡流），导体中的交变涡流又将在其周围空间形成二次场。在距发射线圈一定距离的地方设置接收线圈，它将同时接收一次场和二次场，通过观测和分析剖面上各点磁场的变化规律便可发现地下良导体的存在和分布。
测量时，一般使线圈的间距保持固定（50～250m之间），沿剖面进行同线测量。测量参数为总场（即一次场和二次场的矢量和）的实虚分量，一般用一次磁场归一化的方法测量实、虚分量百分数。
电磁法的勘探深度与地下介质的电阻率以及频率的高低有着密切的关系。当地下介质的电阻率值一定时，选用不同的频率可达到不同的勘探深度。降低频率可加大探测深度，但同时也会造成发射装置过于笨重。对于轻便型的移动式测量仪器而言，这是不可取的。因此，大多数仪器的工作频率不低于100Hz。一般选用800～7000Hz间的若干个频率，这样在野外条件下可以达到适中的探测深度。
发射-接收线圈间距的选择亦很重要。当间距很小时，由于接收点处一次场大，故相对于它的二次场百分异常小。随着发射-接收间距增加，二次场相对增强，故百分异常增大。但发射-接收距太大时，异常变得复杂，且异常值变小，范围变宽。
频率域电磁测量特别适合于填绘电性横向分布不均匀的地质目标，主要包括废石堆、陡倾斜构造（如断层、裂隙带）和污染的地下水等。

电磁剖面法主要应用于矿床的普查、地质填图以及水文地质、工程地质调查中。普查对象主要是矿体（矿床）、接触带、裂隙破碎带、陡倾斜地层、岩溶带、古河床等。一般情况下，人工主动源电磁剖面法的研究深度为几十米到一二百米。对于大地电磁剖面法，其研究深度可达到结晶基底，并可提供研究区域填图的基础资料。

电磁剖面法的常用方法为不接地回线法、电磁偶极剖面法和航空电磁法等。这些方法既可以在频率域，也可在时间域采用。被动源方法主要有甚低频法和大地电磁法。

7.2.1 不接地回线法

7.2.1.1 一次磁场

地面敷设长边达1～2 km、短边达0.5～1 km的不接地回线，其中通过一次电流I₁=I₁₀e^-iωt。求其中一边（如AB边）电流在回线内观测点P处产生的磁场。根据毕奥-沙伐尔定律，线元dl中电流在P点的磁场为

勘查技术工程学

利用图7-6（a）中的几何关系：r=，sinφ=cosβ，l=x tanβ及 d l=dβ，整条 AB 边电流在P 点的磁场为

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若取图7-6（b）的坐标关系，设地面平坦，应用（7.2-2）式，并考虑到

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图7-6 不接地回线场的计算

可写出AB边电流在P点的磁场，即

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同理，可写出BC、CD、DA各边电流在P点的磁场分别为

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各边电流产生的磁场之和即为一次磁场H₁。经整理得

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式中S为以r作对角线的矩形所包围的面积。

大回线场的特点是，地面各点的磁场方向均垂直地面，回线中部磁场较均匀。对边长为a的正方形回线，如以与中心点磁场大小相差不超过40%为准，则在回线中部0.6a及上下±0.18a的范围内可近似看成垂直的均匀磁场。在该场作用下地中产生水平方向的涡旋电流。

不接地回线法是在均匀场或似均匀场中研究水平或缓倾斜产状良导矿体的一种详查方法。测网可布置在回线内、外（常采用100 m×20 m或50 m×20 m）。利用接收线圈不同的放置方式，可沿测线逐点观测交变磁场的垂直分量或沿剖面方向的水平分量的实部和虚部，也可观测它们的振幅和相位。这时，必须从发射源或回线引入一相位参考信号，因而需要拖带很长的传输线。利用相敏检波或其他电子线路完成实、虚部或振幅、相位的测量。最简单的观测方式则是只测量垂直分量振幅，此时不需要引入相位信号，工作轻便，效率高。为了观测到稳定的振幅异常值，必须使发射和接收装置的性能稳定，否则便出现假异常。

7.2.1.2 谐变均匀场中球体的电磁异常

（1）导电导磁球体的电磁异常

设均匀垂直的谐变一次磁场H₁=H_1z=H₁₀e^-iωt作用于导电导磁球体（见图7-7）。球体半径为r₀，电导率为σ，磁导率为μ，并设围岩介质不导电（σ₁=0）且无磁性（μ₁=μ₀），以保证能够得到较为简单的解析解。

由图可见，在球坐标系中，观测点P（r，θ，φ）上均匀一次磁场的分量表达式为

图7-7 均匀磁场中的球体

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因此，由H=▽×A可写出如下关系

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将上面三式写成球坐标方程，并求解，得到

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即

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式中φ为φ方向的单位矢量。这意味着一次磁场的矢量位A₁只有φ分量。

对于二次磁场，其矢量位A₂的波动方程为

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忽略位移电流，式中 k=，由于感应电流也有 z 轴对称性，故 A ² 只有φ分量，上式变为

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在球坐标系中，将（7.2-5）式展开

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用分量变量法求解，可求得总合磁场矢量位的通解

球外：

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球内：

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为了求出待定系数D₁、F₁，根据（7.1-31）式表示的边界条件

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经推导，可得到我们所感兴趣的球外场矢量位表达式中的积分常数

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式中D称为球体“频率特性函数”或“响应函数”，X和Y是函数D的实部和虚部。

将（7.2-10）式代入（7.2-6）式，得球外磁矢量位

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由H=▽×A，则在球坐标中

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将（7.2-11）式代入上式，得球外总合场

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二次磁场的表达式为

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此异常表达式是磁偶极子的异常公式，相当于在球心有一个垂直磁偶极子，磁矩为m=2πH ₁D，其方向与一次磁场方向相反。

（2）球体的频率域异常分析

a.频率特性规律。图7-8为响应函数 D 的实、虚部随综合参数α（α=）变化的曲线。

对无磁性导电球体，由于μ=μ₀，（7.2-10）式中的响应函数D被简化为

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在低频情况下，（→0），利用如下级数展开

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图7-8 导电导磁球体的响应函数曲线

将上式代入（7.2-13）式，并忽略高次项，得到

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球体磁矩为

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（7.2-14）式表明，低频情况下，无磁性导电球体的异常场只有虚分量，且其值与球体的电导率、半径及外加场的频率成正比，见图7-9中μ/μ₀=1曲线，其余情况与磁性导电球体相同。

对磁性导电球体，在低频情况下，可将（7.2-10）式中 sh（kr₀），ch（kr₀）展成级数，取前三项代回，当|k ²|→=0时，有

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球体磁矩为

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上式第一项是与磁导率有关而与频率无关的实数，即为磁性球体磁化所形成的磁化磁矩。由它产生磁化二次场，其相位与一次磁场一致。第二项是与频率、导电率等有关的感应电流产生的磁矩，它与一次磁场有90°相位差，由它产生感应二次场。这时磁化二次场比感应二次场强，且不受频率影响，故D函数实部曲线为一段较平缓的正值曲线。

图7-9 球体异常剖面曲线

随着频率的增高，感应二次场迅速增强（与磁化二次场方向相反），故实部曲线上升；当磁化场实分量与感应场实分量相等时，实部值等于零；若频率再增高，实部曲线继续上升，成为负值。

频率很高时，即→0，由（7.2-10）式得

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对应的磁矩为

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上两式表明，这时磁性导电球体异常场只有实分量，其值趋于饱和，实分量磁矩与频率、电导率和磁导率无关。这是由于频率很高时，磁感应作用已很小，由于趋肤效应使高频电流趋于导体表面，使实部曲线达到饱和。

磁性导电球体的虚部曲线与无磁性导电球体虚部曲线类似，只是磁性越强（即μ／μ₀越大），虚部曲线的极值及达到极值时的频率也越大，这是感应电流之间的互感作用增强所致。虚部曲线出现极值时所对应的频率称为最佳频率。

响应函数的上述变化规律表明，当观测频率很低时，由于响应参数kr₀很小，在无磁性导体上可观测到虚分量异常大于实分量异常；而在导磁性良导体（如磁铁矿）上可观测到实分量异常大于虚分量异常，其异常值符号相反。当频率很高时，可观测到实分量异常大于虚分量异常，且它们具有同一符号。

b.空间分布规律。将（7.2-12）式变换为直角坐标系，则

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式中 r=。

根据上式计算的球体理论剖面曲线示于图7-9上。由于函数D有实部和虚部，故垂直分量和水平分量也有实部和虚部。垂直分量实、虚部的几何因子完全相同，因此其曲线形态也完全相同，但其振幅值与函数D有关。水平分量也如此。

7.2.1.3 振幅比-相位差法

本观测方法是测量剖面上相邻两点磁场振幅的比值及两点磁场之间的相位差，亦称双框法。其观测方式对仪器系统的稳定性可降低要求。如果供电是通过“无限”长接地导线实现，也可观测电场振幅比及其间的相位差。

设剖面上第n个测点的总磁场（谐变场）垂直分量为

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式中|H_n|为该点磁场振幅；φ_n为该点相位。相邻两点（一般相距20～40 m）磁场比

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可见，某两点磁场的比可用该两点磁场的振幅比和相位差表示。振幅比-相位差法工作即是逐点测量振幅比|H₂|/|H₁|，|H₃|/|H₂|，……及相位差φ₂-φ₁，φ₃-φ₂，……。

振幅比-相位差法属于实、虚分量法。为了证明这一点，我们连乘振幅比

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连加相位差

（φ₂-φ₁）+（φ₃-φ₂）+……+（φ_n-φ_n-1）=φ_n-φ₁

因为第1点应离异常源很远，故H₁为正常场，即可计算出来，而φ₁=0，于是可分别写出第n点的实分量和虚分量

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在实际工作中，由于存在误差积累问题，故不作连乘、连加处理，而是直接用仪器读出磁场比和相位差，不再赘述。

7.2.1.4 脉冲瞬变场法

在不接地回线法中，如果供电电流用脉冲电流代替谐变电流，并且观测和研究脉冲间歇期间的瞬变电磁场，则称为脉冲瞬变场法。这是一种时间域电磁法。该方法的最大特点是，导体导电性越好，感抗便越大，则二次场保持时间越长。因此，在断电后的较晚时间仍能观测到良导体的二次场，即衰减的瞬变场。相反，不太导电的覆盖层、围岩以及局部不均匀体的瞬变场，在较快时间内则衰减殆尽。这样，在较早时间段，瞬变场中包含有良导体、覆盖层、围岩以及局部不均匀体的异常，但在晚期就只剩下良导体异常，从而能够发现它。在频率域电磁法中，上述所有的场都叠加在一起，则很难发现良导矿体。

为了分析产生异常的原因，下面引入E极化场和H极化场的概念。我们知道，平面电磁波遇到空气-大地分界面时发生折射，且沿垂直于地面方向传播到地中。所以，电场和磁场的振动方向为水平方向，即水平极化场。如果大地为水平层状介质，则电场（E）和磁场（H）极化方向均平行于界面。

若考虑二维地电介质，则可从形式上引入同一维介质类似的定义，即电场（E）与二维构造（如脉状体或分界面）走向平行时，称为E极化场。这时，磁场（H）的方向垂直于走向方向。而H极化场则是指磁场方向平行于二维构造走向，这时电场方向垂直于该构造的走向，即穿透不均匀体。

在E极化情况下，地中的涡旋电流主要方向沿地质体走向。如果地质体为良导电体，则在其中发生集流效应而产生磁异常，在二维导体上方出现磁场水平分量极大异常，在导体两侧出现磁场垂直分量极大异常，见图7-10（a）。如果地质体为高阻，则它排斥电流线而产生磁异常，见图7-10（b），倾斜良导体和接触带上的异常见图7-10（c）、（d）。

图7-10 E极化场的典型磁异常

在不接地回线法和其他电磁法中，当围岩中的涡旋电流方向平行于地质体走向时均出现上述E极化异常。它与电磁感应异常叠加在一起，使解释复杂化。

从以上讨论可见，E极化异常（或称电类型异常）的产生原因和规律与直流电阻率法相同。不仅可在良导或高阻脉以及接触带上产生异常，还可在良导裂隙破碎带、岩溶、古河床以及被疏松岩石充填的风化盆地等处见到这类异常。

在H极化情况下，磁场主要方向平行二维地质体走向，而电场（或电流）垂直于分界面并形成积累电荷场，这是异常电场。在良导体上观测到低阻异常，而在高阻体上观测到高阻异常。

7.2.2 电磁偶极剖面法

电磁偶极剖面法的发射和接收装置多采用小型（直径1 m左右）多匝线框，有时也采用A，B接地装置观测二次场或总场。由于发-收距大于发射线框的直径，故一次场分布形态与一个放置于发射线框中心，且偶极矩方向垂直于线框面的交流磁偶极子等效。

将发、收线框间的空间相互位置关系作为工作装置或观测系统。固定发-收距，逐点同时移动发射和接收线圈观测，称为动源式工作装置。其中又分成：① 发、收线框在同一条测线上者称为同线装置；② 发、收线框分别在两条测线同号点上者称为旁线装置。发射线框在测线外某一点上固定不动，而接收线框在测线上逐点移动的装置，称为定源式工作装置。其中用直立线框作场源的，称为垂直线框装置，用水平线框作场源的，称为水平线框装置。

为了便于表明发、收线框的方向，我们作如下规定：X指测线方向，Y指垂直于测线的水平方向，Z指铅垂方向。如旁线XZ装置，前一个字母表示发射磁矩（线框中心轴）指向X方向，后一个字母Z表示接收线框法线（中心轴）指向Z方向，即接收磁场的垂直分量。在实际工作中，发射磁矩可指向X、Y、Z三个方向，接收线框也可接收X、Y、Z三个分量。故同线和旁线装置分别有九种组合方式。但是，根据互换原理有些装置是等效的，如同线XZ与同线ZX装置，两者在相同两点上互换发、收线框时，其观测值相同。故在发、收两线框面呈正交的六种装置中，因双双互换，实为三种装置。

综上所述，旁线和同线装置均有六种。图7-11给出了其中的五种，右边三种为旁线装置，左边三种为同线装置，括弧内的前、后字母分别表示发射磁矩和接收线框的法线方向。由于磁偶极子的一次场具有方向性，对XX、YY和ZZ装置，一次场的某一分量及由它激发地下导体产生的二次场的同种分量都能通过接收线框，故它们观测的是总场。其余装置的发、收线框是相互垂直的，发射线框产生的一次场的某一分量不能通过接收线框，故它们只观测二次场，属于纯异常法。

图7-11 几种动源式工作装置（俯视）

野外常用的装置主要有同线ZZ（水平共面）、旁线XZ及定源垂直线框、水平线框装置。航空电磁法常用旁线XX（直立共面）、同线XX（直立共轴）和同线ZX（正交）系统。

图7-12给出了较为典型的良导地质体上电磁偶极剖面法磁场垂直分量的异常曲线。由图可见，在良导体上方均出现较明显的极小异常，而在两侧出现不明显的极大异常。当发-收距比良导体埋深大若干倍时，出现两个极小异常。随着发-收距的减小，这两个极小值趋于重合。导体倾斜时，曲线变得不对称，在倾斜方向上异常极大值增大，而另一侧极大值减小，极小值向倾斜方向偏移，据此可大致判断导体的倾向。

图7-12 电磁偶极剖面磁场垂直分量|H_z|/H_z0的典型异常曲线形态

现以发-收距等于l的同线ZZ装置（水平共面装置）和直立半无限板状导体组成的电磁系统为例，定性分析异常曲线的特征。该发射磁偶极在某一特定时刻的磁矩指向下，一次场切割板的情况如图7-13所示，记点在发-收距l的中点。

图7-13 垂直薄板导体上总场垂直分量振幅曲线

当发射线框T远离板时，板未受到激发，不产生二次磁场，接收线框R仅收到一次正常磁场的垂直分量，故该点H_z/H_1z=1（图7-13（a））。当线框T逐渐向板移动时，板受到一次场激发而产生二次场，由于一次场H_1z和二次场H_2z在板左侧线框R中方向相同，故总场垂直分量得到加强，曲线上升并出现极大值（图7-13（b））。当线框R位于板顶部时，由于二次场只有水平分量而无垂直分量，线框R只接收到H_1z，故H_z/H_1z=1，曲线与横轴相交（图7-13（c））。当线框R跨过板移至右侧而线框T仍在板的左侧时，线框R中的一次场与二次场反向，二者互相抵消，故总场曲线降至正常场以下。当线框T和R对称地位于板的两侧时，由于T与板的耦合及R与板的耦合都强，二次场达到极大值，但H_2z与H_1z方向相反，故总场在板顶部取得极小值（图7-13（d））。当线框T移动到板的正上方时，磁力线不切割板体，不产生涡旋电流，无二次场，故H_z/H_1z=1，曲线又与横轴相交（图7-13（e））。当线框T跨过板移向它的右方时，一次场对板的激发方向改变，线框R中一次场和二次场的方向相同，故曲线继续上升，且再次出现极大值（图7-13（f））。以后线框T、R逐渐远离板体，激发作用减弱，二次场减小，曲线又下降，并趋于一次正常场。

以上讨论了水平共面装置在直立半无限良导平面上的振幅曲线。如果分析该导体上的实、虚分量曲线，则其曲线的变化规律与振幅曲线大体相同。另外，我们仅讨论了良导体本身的涡旋电流磁场变化规律。如果考虑围岩涡流在导体中的集流效应，则问题变得复杂化。