第2章 地球曲率對LMT資料的影響研究

大地電磁測深法（MT）是從導電性的角度研究地殼和上地幔結構不可缺少的地球物理探測方法，于20世紀50年代初期由Tikhonov（1950）和Cagniard（1953）分別提出。它是一種被動場源的電磁測深方法，以天然電磁場為場源，當交變電磁場以波的形式在地下介質傳播時，由于電磁感應作用，地表觀測相互正交的電場和磁場將包含地下介質視電阻率分布的信息。同時，由于電磁場具有趨膚效應，因此不同周期長度的電磁場信號具有不同的穿透深度，這是大地電磁測深法的基本原理。所以，通過研究大地對不同長度周期的大地電磁場的頻率響應，可以計算研究地下電性結構。

寬頻帶大地電磁測深法存在的一個很關鍵的問題是缺乏有效的低頻或超低頻信號，因此無法獲得足夠的深部信息，導致不能清晰地反映深部地質體特別是低阻高導層的厚度和底界。長周期大地電磁測深法（LMT）是對寬頻大地電磁測深法的補充和擴展，是從導電性角度研究地殼和巖石圈結構不可或缺的方法之一。實踐表明，LMT技術能夠彌補大地電磁測深法對低頻響應的不足，可記錄到長達2 ×10⁴ s的低頻大地電磁信號，其探測深度可達下地殼乃至巖石圈底界面。隨著深部探測特別是巖石圈深部研究的需要，近年來，LMT技術開始在國內得以逐步應用，但是從MT方法擴展到LMT方法，在應用上有些問題需要考慮。在MT方法中，我們假定地面是平面，把地球外部的電磁波看作垂直入射的平面波。研究結果表明（Wait，1954；Price，1962；Madden，1964；Dmitriev，1979），對于地殼和上地幔這一深度范圍內的探測，場源的平面波模型和水平層狀介質模型是適用的。為了探測地球更深部的電性結構，地球的球狀形態可能會對LMT電磁場響應產生影響，可能會導致反演結果的可靠性降低，因此需要在層狀球體介質模型下探討地球曲率的影響。前期工作中，部分研究者（Wait，1962）研究了在周期小于10³s的情況下，地球曲率對大地電磁測深法的影響，而Srivastava（1966）通過計算平面波入射到均勻球體和平面波入射到層狀介質球體的視電阻率和相位曲線，并和平面波入射到水平層狀介質且考慮了場源效應的計算結果進行比較，認為對于周期小于1天的電磁波，可以忽略地球曲率的影響。

本章主要研究基于層狀球體介質模型的長周期大地電磁正演理論，計算了若干典型的理論模型，重點分析了地球曲率對長周期大地電磁響應的影響，為后續章節LMT資料處理和反演解釋提供理論依據。