《电磁测深法原理与应用》（陈明生,石显新著． 北京：科学出版社,2020． 5）一书涉及的内容主要是有源频率域电磁（FDEM）测深和时间域电磁（TDEM）测深，关于这方面国内外已有不少著作。我们在学习前人的基础上，主要依靠中煤科工集团西安研究院这个平台，进行了40 多年（1972 年后）不间断研究和探测实践，获得了一些科研成果和探测报告，发表了一些论文，对其做了系统梳理、提炼，升华为本书。本书内容尽量避免与以往著作的重复，即使是基本理论也择其必要，加以浓缩；对应用中有实际指导作用的理论问题适当展开阐述，并提出看法，以供读者进一步探讨。
全书共六章，前五章论述地面人工源电磁法勘探一维问题，是本书的重点，也是电磁法的基础，将其研究透，对空中、地下（包括水中）的电磁法以及天然场电磁法（相当于有源的远区场）就能触类旁通、灵活掌握，进而创造性地应用于实践。第六章是二维、三维问题，是研究的热门，发展潜力大。其内容是早期研究成果，可在场源处理、边界条件选取方面提供思路。
第1 章 电磁测深理论基础
由麦克斯韦方程导出波动方程，为方便求解电磁场分量设定辅助位函数，特别突出了单一矢量位及其方程，以呼应第2 章场分量的推导。从平面波出发简述电磁场的探测原理，展示了人工源激发电磁场的方式与观测装置，建立起电磁法探测的初步概念。
第2 章 频率域电磁测深
强调电性与磁性偶极子源的正演问题，这是探测与解释方法的基础。这一章只详细推导全空间正演公式，视为一次场。分层介质（含均匀半空间）的公式可采用空气中一次场与二次场合成上半空间的总场，和下半空间各层场的表达式联立，根据边界条件推出；由于已有书籍易查，这里仅给出结果。引用的分层介质偶极子公式是曹昌祺教授推导的，包括电偶极子源的六个电磁场分量，磁偶极子源的三个电磁场分量，比较全面，并阐述了物理意义。对FEM 视电阻率和视相位的计算和曲线特点作了分析，并说明在远区（注意：对各层都达到远区；理论可推导，但实际工作中难实现，特别是有高阻层存在时）FEM单分量视电阻率和可控源音频大地电磁测深（CSAMT）的阻抗视电阻率（卡尼亚视电阻率）以及大地电磁测深（MT）卡尼亚视电阻率公式是一致的，可将FEM 的正交电磁场分量的比值简化为MT 的阻抗公式。
第3 章 时间域电磁测深
阐述了TEM 探测原理，可看成多频变幅测深，并对一次场（这里指供电直流场）和二次场分别作了阐明。TEM 偶极子正演公式通过对FEM 相应公式的积分变换得到，对全空间、均匀半空间直接由拉普拉斯反变换推得，并看出它们同装置公式的倍数关系；对分层介质列出了频率域和时间域的计算方法，时间域的方法易于计算任意激发波形的瞬变场。其中也简述了电与磁偶极子场分量的转换（也适合频率域），早、晚及全期视电阻率的一般求法。
▲ TEM 探测原理示意图
第4 章 电磁测深法资料反演解释
电磁测深反演方法较多，这一章主要阐述广义逆矩阵反演方法，它是最小二乘反演方法的一种，可蜕变为各种最优化法，优点突出。尤其是所应用的奇异值分解求广义逆矩阵，可提供有用的辅助信息，有利于资料解释，并可指导野外探测。奇异值分解有很大潜力等待挖掘，并可用于其他高科技领域，像人工智能（AI）方面，让机器学会抽取重要的特征等。因此，对基于奇异值分解的广义逆矩阵反演阐述较多，并附有陈明生的硕士学位论文的主要内容（附录B），供加深认识。其次，通过实例说明时-频分析在瞬变电磁法资料解释方面的应用。
▲ 孟加拉国某煤田水文地质补充勘探26 线TEM 视电阻率－视深度剖面
图中剖面基本分三层，对应该区的新地层，含煤地层，冰碛岩和基岩。剖面被断层切割成不完整的向斜，西翼倾角较小，轴部平缓，东翼被断层切割。根据剖面反映煤系底部电性密集等值线扭曲形态并结合该区地质特点，确定了几条正断层。这些断层有可能刺穿含水层而构成地下水通道，对煤矿建井与开采造成威胁，应引起有关方面的重视。
第5 章 对电磁法有关问题的分析
本章集中几个问题进行论述，阐明笔者的观点与认识。有的文献涉及这些问题但没有量的概念，像静态效应产生机理是界面积累电荷，但是如何影响场强只是定性的；笔者利用边界条件不连续性，根据界面两侧电阻率比值解释场强升降量。对探测深度，从频域场强公式推导过程可知，有下行与上行波，意味着入射与反射问题，如同地震波，在地面收到的需经双程时。但是频域的场是已建立的稳态场，和时间无关，当介质固定了，除和频率有关外，还和极距有关，即场区不同探测能力也不同，到了近区和频率无关，只取决于极距，转为几何（直流）测深。一般来说，适当极距的一条完整的频测曲线就是全域曲线，高频部分对应远区、中频部分对应中区、低频部分对应近区。要探测大深度，就必须降低频率，同时增加极距，尽量缩小近区；就是说不增加极距仅降低频率达不到进一步增加探测深度的目的，极距成了探测深度的关键（这和MT 不一样）。随着极距的增加，信号一般随距离的平方或立方反比衰减，要提取信号又成了难题。这样，采用人工源提高信噪比的优势不复存在，就不如利用天然场实现探测更大的深度。时域场是瞬变场，虽可看成多频测深，但已将频域转换为时域，观测的是二次场，只有经一定的时间感应后涡流才能到达一定深度，并在地面接收到相应时间的感应场，书中从几个方面论述探测一定深度需双程时。对TEM 关断效应提出了普适算法，既可适合不同关断时间初始点的选取，又适应发射波形的变化。至于小回线可探测大深度问题，是因为聚焦能量，不能套用大回线公式，按笔者推导的公式正好比大回线公式计算的结果大得多，符合对大回线公式的实用校正系数。当然，对小回线还应做更多工作，像互感与自感的问题等。最后将FEM 与TEM 作一对比，以便读者系统了解其异同。
▲ 四川某煤矿巷道超前探水剖面图
四川某煤矿在建巷道超前探测的TEM 视电阻率扇形断面图，在前200m 左右的右侧有低阻异常带，推断为含水部位，经超前钻探证实，异常带水量较大。
第6 章 电磁场数值模拟计算
本章阐述的二维与三维数值计算方法，由于我们对其研究开始较早，主要反映阶段研究成果，所写内容已不属前沿。现在这方面虽有很大提高，但本章涉及的资料、展现的思路仍可供读者参考。
▲ 地形影响改正实例
总之，本书除阐述了一般电磁法探测理论外，更侧重于对探测理论的思考、探测方法的灵活应用。
本书的出版得到了中煤科工集团西安研究院有限公司学术著作出版基金的资助。
cizikeshafd
本文摘编自《电磁测深法原理与应用》（陈明生,石显新著． 北京：科学出版社,2020． 5）一书“前言”，有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-064808-2
责任编辑：王 运 姜德君
本书是关于有源频率域电磁测深和时间域电磁测深的专著,阐述了有源电磁法的理论基础、方法技术。全书由六章组成。第1 章介绍了电磁测深理论基础;第2 章讨论了频率域电磁测深;第3 章讨论了时间域电磁测深;第4 章介绍了电磁测深法资料反演解释,对广义逆矩阵反演方法作了较全面系统的阐述;第5 章对电磁法有关问题进行了讨论,阐明作者的观点与认识;第6 章介绍了电磁场二维与三维数值模拟计算。本书除阐述一般电磁法探测理论外,更侧重于对探测理论的思考、探测方法的灵活应用。本书可作为地球探测与信息技术、环境与工程地球物理、固体地球物理、工程地球物理、资源勘查工程等专业本科生、研究生的教材,也可供从事这方面工作的科研、工程技术人员参考。
（本文编辑：刘四旦）
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
