地下介质对电磁波衰减特性及MTVCT大地电磁法中的物性反映（二）

　　寇伟 寇通
　　郑州地象科技有限公司，河南 郑州 450000
　　摘要： MT-VCT大地电磁法从2012年创新提出至今不足十年，其理论方法及其应用仍在不断探索完善之中，对于不同介质在MT-VCT成像测值中对应的物性反映区间，经过长期实践总结与验证，在此给予粗略性的界定，并对MT-VCT成像剖面图中某些规律性异常显示给予初步解释。
　　关键词：MT-VCT大地电磁法，电磁波，物性参数
　　二、对电磁波穿过地下介质时电磁反应相关物性参数的认知
　　1、由电磁感应测值即可反映地下介质的电磁物性特征
　　电磁波是通过电场与磁场交替传播的，电场分量与磁场分量都同时携带有所遇地层介质的电磁反应信息，故采集其电场分量或磁场分量值所获取地层信息的内容相同，只是因采集手段和对象不同、其测值大小和范围亦不同，但对某一剖面勘探时其电场测值与磁场测值的曲线形状及变化应该是完全一致的。因此，无论是采集电场分量或磁场分量信号都可以独立反映地层介质电磁反应序列信息，完全没有必要使用多个电极和电磁感应器同时测取电场分量和磁场分量信号、再去计算出一个视同电阻率的参数值。
　　2、介质对于电磁波的吸收衰减特性与介质电阻率无关
　　国外大地电磁理论为了研究各向同性大地介质的电阻率和地面电磁场测量值之间的关系引入了波阻抗的概念，假设大地为均匀各向同性介质，定义平面波的波阻抗为Z=E/H、大地介质的视电阻率等于地表波阻抗的平方与频率之比；又假设大地为均匀导体，由电流通过导体的屈服深度效应推导出h=503√ρ/f（h—地层深度，p—视电阻率，f—频率）。其实，地壳层既不是均匀各向同性介质、亦不是均匀导体，电磁波通过地壳层时介质的电阻率对其不起什么作用。比如：高品位铁矿石的电阻率很小，但在MT-VCT测值与其（较高电阻率）基岩的电磁反映没有明显区别，测值都在2以上，远高于水（0—1）的测值；石油为不良导体，它的电阻率值很高，但其测值基本上在1以下（略高于水）。
　　3、介质对于电磁波的吸收衰减特性与介质的介电常数无关
　　介电常数（又称电容率）是用于衡量绝缘体储存电能性能的参数，是两块金属板之间以绝缘体为介质时的电容量与同样两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。介电常数愈小，说明此介质产生的感应电荷削弱原外加电场的能力愈小，即原外加电场减少的愈少，原外加电场与削弱后的原外加电场的比值愈小，此介质的绝缘性愈好，导电性愈弱。由此可见，介电常数主要是表征介质导电性与绝缘性的物性参数，与电磁波衰减特性无关。比如：蒸馏水/海水/淡水的介电常数分别为80/81/81，而电磁波衰减系数分别为0/1000/0.1；粉质粘土/花岗岩/页岩的介电常数分别为6/5/5-15，而电磁波衰减系数分别为2/0.01-1/1-100。无论是液体还是固体，介电常数与电磁波衰减系数高低相差太多，缺乏可比性。
　　4、介质的硬度、强度、密度与电磁反应物性特征的关系
　　由于地下介质包括液态的水、石油等和气态的空气、天然气等，故硬度、强度、密度等参数都不可能完全等同于介质对电磁波的物性参数，但在评价岩石等固体介质对电磁波的物性反应时，在实践中是否可以作为近似参数对照借鉴分析使用呢？
　　一般岩石硬度分类有围岩法、摩氏法、普氏法等。围岩分类法主要用于描述评价隧道、巷道工程围岩的稳定性，与岩石的电磁波衰减特性关联不大。摩氏创立的硬度表是选用十种硬度不同的矿物作为标准将硬度分为10级，从小到大排列依次是滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石，相互间只有硬度高低之分、没有数量关系，对于判定岩石电磁衰减特性意义不大。普氏分类法是通过天然平衡拱分析围岩应力、得出反映不同介质围岩抗压强度的坚固系数，对坚硬程度分级较细、罗列代表性岩石较多，有一定参考意义。
　　岩石强度是指矿岩抵抗外力破坏的能力，根据受力状态不同，岩石强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。从几项强度参数列表可知，各种岩石的单轴抗压强度和剪切强度范围值对于判定岩石的电磁衰减特征有一定的参考价值，只是标出的范围都较大，具体指导意义不大。
　　岩石密度是岩石基本集合相（固相、液相和气相）单位体积的质量。从常见矿物和岩石密度表得知，密度大的岩石其硬度和强度并不见得就高。比如说黄铁矿的密度为4.9--5.2，而金刚石的密度却只是2.6--2.9。所以说密度参数对于岩石的地震波反射物性参数有很大关联，但对于岩石的电磁波衰减特性没有什么参考价值。