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何继善与双频地电场理论(2)

时间:2010-09-18 14:42 来源:未知 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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  一般认为,电磁感应耦合效应是频率域激电方法的主要缺点,特别是在进行频谱测量时,强的电磁感应耦合效应常使工作难以进行。在国家自然科学基金项目《直接、同时、分别提取和利用激电效应和电磁耦合效应》研究报告中(1992),何继善从理论和数值计算、模拟实验等方面证明,电磁感应耦合效应对时间域激电和频率域激电的影响是相同的。但在时间域,由于供电和测量是不同步的,因此可通过增加测量的延迟时间来压制电磁感应耦合效应。在频率域,由于供电和测量同步进行,因此较难在测量时消除电磁感应耦合效应。国内外对此问题虽有很多研究,仍都限于室内资料处理。这既需增加野外工作,又要增加室内工作。

    研究表明,电磁感应耦合效应主要集中于测量波形的上升沿和下降沿上,在频谱分析中表现为高频分量。激电效应则为电化学的充放电过程,表现为低频分量。因此,在测量时,利用合适的控制信号,使接收机对测量波形的上升沿和下降沿放弃采样,然后检波积分求出视幅频率或其它参数。在实验室和野外工作中,这种方法都取得了良好的应用效果(He Jishan, Tran saction of NFsoc, 1995, No.1),是目前唯一的实用的直接去耦方法。

    由于电磁感应耦合效应在双频波上的特殊表现形态,可以通过方波相干方法消除它。图2是该方法的示意图,上图为含电磁感应耦合效应的双频波形,下图则为低频方波相干后波形。可见图中上升和下降沿的电磁感应耦合效应强度相等,符号相反,检波积分后互相抵消而激电效应却基本不受影响。这种方法被称为方波相干去耦法,是双频激电中独特的去耦方法。它不仅适用于层状大地模型,当存在二、三维地质体时也同样存立,因而具有广泛的应用前景。据有关专家鉴定,该方法在学术上居国际领先水平。地球物理学报已接受发表这一成果。

 

 

    异常源性质的评价是地球物理方法中又一个难题。通常的方法能够告诉人们地下可能存在与周围物质不同的地质体,即存在异常。但令人困惑的是该异常地质体是什么?其规模和产状如何?即准确性是大多数地球物理方法所无法回答的。在这方面,激发极化法的研究使人们看到了一线曙光。这方面的进展是通过频谱测量和激电非线性效应的应用获得的(包括接触极化曲线、非接触极化曲线等方法),而双频道激电法对这两个方面都有明显的效果和优点。

    在频谱测量中,既可测量振幅谱,也可测量相位谱,通过反演求出各种视参数,换算得真参数,如时间常数等,便可评价异常源的性质。这是通常的作法。但双频道激电法可以不作这样测量,而是利用高低频率相位差的相对大小来确定地下极化体的性质。图3是一个模型实验结果。从图可见,磁黄铁矿和石墨都可引起Rs(百分频效应)异常,所以仅仅根据Rs异常不能区别二者。然而双频相位测量却能提供新的信息。在磁黄铁矿上,高频相位(φH)大于低频相位(φL);在石墨上,φL>φH,当磁黄铁矿和石墨同时存在时,这种关系仍然存在,因此利用双频相位的相对大小便可区别硫化矿物和石墨,而这是在不增加野外工作量情况下取得的。

     

 

    对激电非线性效应,国内外研究多集中于电流密度较大时的情况。何继善教授则独辟蹊径,建立了电流密度较小时矿物—电解质溶液系统的等效电路模型。借助于非线性数学理论,推导出该电路的过电位响应,为研究非线性激电提供了基本的理论指导。在此基础上,分析计算了双频电流作用下该电路的过电位响应,发现了一些特殊的现象,且得到实验结果的证明。图4是黄铁矿标本的实验相位谱曲线。结果表明,在双频电流作用下,各种矿物的激电频谱都将出现锯齿状非线性特征。不同矿物这种特征是不相同的。利用这些差别便可区别不同的矿物,因而可能发展为一种经济的评价激电异常源性质的方法。科学通报(1994,No.5)发表了这一研究成果;地球物理学报亦将发表更全面的研究成果。

    近年来,这位新中国独立培养起来的科学家不仅继续发展着双频地电场理论,逐步将其扩展至多频伪随机电磁测深领域,而且将眼光放到了更高、更远的未来,并在可控源音频大地电磁测深、伪脉冲电磁波成象、小波理论和信号分离、地震波速成象等领域做出了无可争议的贡献,得到了国内外专家的承认和高度评价。美国加州大学(伯克利)、犹它大学、亚利桑那大学,加拿大的多伦多大学以及欧洲许多著名学府,日本京都大学、东京大学等多次提供费用邀请他去讲学。美国加州大学(伯克利)还聘他为该校教授中晋升高级(uplever)教授的书面评审人。

     

 

    近年来,何继善又提出了地电磁场探测的前沿课题,将电磁波的运动学和动力学研究提上了日程,撰文论述了电磁导弹在地学中的应用前景,引起了学术界的广泛关注。


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