大功率長(zhǎng)偶極與環(huán)狀電流源電磁波響應(yīng)特征對(duì)比

許 誠(chéng)，底青云，付長(zhǎng)民，王妙月

1中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國(guó)科學(xué)院工程地質(zhì)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049

大功率長(zhǎng)偶極與環(huán)狀電流源電磁波響應(yīng)特征對(duì)比

許 誠(chéng)1，2，底青云1，付長(zhǎng)民1，王妙月1

1中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國(guó)科學(xué)院工程地質(zhì)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049

為了在深部第二成礦帶找礦，需要進(jìn)一步提高電磁法可控源的強(qiáng)度，因此，一種新的大功率固定發(fā)射源的電磁法正在孕育之中.該方法采用長(zhǎng)偶極源或者環(huán)狀電流源，為了提高發(fā)射源的強(qiáng)度，偶極長(zhǎng)度L或者環(huán)狀源半徑R需要非常大.然而，電磁場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)度不僅僅依賴于發(fā)射源，當(dāng)L或者R為數(shù)十公里時(shí)，接收點(diǎn)的位置遠(yuǎn)離發(fā)射源，電離層對(duì)電磁場(chǎng)的影響不可以忽略.電離層的影響既可能是增強(qiáng)信號(hào)，也可能是削弱信號(hào)，這依賴于不同類型源產(chǎn)生的電磁波.本文利用三維積分方程法對(duì)包含電離層、空氣層、固體地球?qū)樱ê?jiǎn)稱地－電離層模型）的線狀和環(huán)狀大功率電流源電磁波響應(yīng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，對(duì)兩種源的電磁波的響應(yīng)特征進(jìn)行了對(duì)比研究.研究表明雖然磁性源的發(fā)射效率高于電性源，但是由于發(fā)射源在波導(dǎo)區(qū)產(chǎn)生的直達(dá)波經(jīng)電離層的反射波要產(chǎn)生相長(zhǎng)相消干涉，波導(dǎo)區(qū)的場(chǎng)特征既和發(fā)射源的特征有關(guān)，也和電離層有關(guān).對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于x方向的水平長(zhǎng)偶極源電離層對(duì)電磁場(chǎng)Ex和Hy的影響是使場(chǎng)的幅值增強(qiáng)，即波導(dǎo)場(chǎng)的Ex和Hy的衰減是減緩的.而對(duì)于水平環(huán)狀電流源，電離層對(duì)水平方向的電磁場(chǎng)的影響是使場(chǎng)的幅值減弱，即波導(dǎo)場(chǎng)的Ex和Hy的衰減是增大的.為此，認(rèn)為采用大功率固定源在波導(dǎo)場(chǎng)工作時(shí)應(yīng)該采用線狀電流源.

“地－電離層”模式，長(zhǎng)偶極與環(huán)狀電流源，大功率，電磁波場(chǎng)

1 引 言

20世紀(jì)50年代提出的大地電磁測(cè)深法（MT）［1－2］具有探測(cè)深度大、成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用.然而MT法使用天然場(chǎng)源，隨機(jī)性較大，信號(hào)微弱，易受到其它電磁干擾，包括工業(yè)文明的電磁干擾的影響.為了采集到可靠的信號(hào)，要求迭加次數(shù)很多，采集時(shí)間很長(zhǎng)，嚴(yán)重影響到MT探測(cè)效率，一般只用于普查.可控源音頻大地電磁法（CSAMT）［3－5］是在大地電磁法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工移動(dòng)電性源測(cè)深法.人工電性源電磁法的電磁信號(hào)得到了增強(qiáng)，提高了抗電磁干擾的能力，自20世紀(jì)70年代以來，有了很大的發(fā)展，在資源、環(huán)境、工程地質(zhì)探測(cè)中也得到了廣泛的應(yīng)用［6－15］.但是它也存在一些缺點(diǎn)，例如電性源的發(fā)射設(shè)備比較笨重，在高山區(qū)移動(dòng)發(fā)射源十分困難，探測(cè)水平距離一般小于10km，有效探測(cè)深度范圍一般小于1.5km.淺層礦產(chǎn)等資源已日趨枯竭，為了滿足人們對(duì)資源的需求，需發(fā)展深部第二成礦帶找礦探測(cè).由于MT和CSAMT法的上述不足，發(fā)展大功率固定源CSAMT（FBPCSAMT）方法被提出.這一方法的基本思想是采用一個(gè)固定的人工源發(fā)射極低頻電磁信號(hào)（0.1～300Hz），發(fā)射功率足夠大，使得可以在大范圍內(nèi)（大到全國(guó)范圍內(nèi)）同時(shí)采集大功率固定源發(fā)射的電磁信號(hào).20世紀(jì)80年代，美國(guó)和蘇聯(lián)分別建立了極低頻發(fā)射臺(tái)，用于地球物理研究.蘇聯(lián)科學(xué)家利用位于科羅拉半島的發(fā)射臺(tái)，在數(shù)千公里以外的地區(qū)進(jìn)行了大量的測(cè)量研究，尤其在地震觀測(cè)方面的研究取得了很好的效果［16］.為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)地下深度10km范圍內(nèi)電性細(xì)結(jié)構(gòu)，以滿足在深部第二成礦帶找礦的需要的目標(biāo)，首先需要一個(gè)功率足夠大的人工固定源.現(xiàn)有的電磁源有兩種，一種是電性源，由A、B電極向地下供電，A、B電極間的長(zhǎng)度為L(zhǎng).電性源發(fā)射電磁波的功率取決于源的強(qiáng)度IL（其中I為供電電流，L為A、B電極間的距離）以及A、B電極的接地電阻，接地電阻越小，發(fā)射的效率越高.另一種是磁性源，由一個(gè)軸向和地面垂直的環(huán)狀線圈發(fā)射電磁波，發(fā)射的功率取決于源的強(qiáng)度IS，S為環(huán)狀線圈的面積，這種源不存在接地問題，因此不會(huì)產(chǎn)生因接地不好而造成的功率損失.但是無論是電性源，還是磁性源，要能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)勘探區(qū)的電性源強(qiáng)度IL和磁性源強(qiáng)度IS，都必須足夠大，在發(fā)射電流I一定的條件下，要求L很長(zhǎng)，面積S很大.假設(shè)磁性源線圈的長(zhǎng)度和電性源L一樣長(zhǎng)，則磁性源的面積為S＝L2/4π，因此在L很長(zhǎng)的條件下，磁性源的強(qiáng)度IS＝IL2/4π，和電性源的強(qiáng)度IL比起來要大得多，此外由于前述接地電阻的問題，對(duì)于電性源，要實(shí)現(xiàn)高的電流相對(duì)于磁性源也更困難.單從發(fā)射源的強(qiáng)度一種因素考慮，似乎要想發(fā)展FBPCSAMT方法，采用磁性源更為有利.

當(dāng)采用大功率固定源發(fā)射電磁波，試圖在大范圍內(nèi)同時(shí)觀測(cè)人工源信號(hào)，用于探地目的時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)的收發(fā)距離上接收的電磁信號(hào)也包括了電離層的反射信號(hào).遠(yuǎn)距離接收點(diǎn)上接收的電磁信號(hào)是從源直接發(fā)射的、在空氣中傳播的直達(dá)信號(hào)與電離層的反射信號(hào)以及地下的反射信號(hào)干涉的結(jié)果.由于電磁波在空氣中的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固體層中的衰減，最終遠(yuǎn)距離上接收的電磁信號(hào)主要是空氣中的直達(dá)波和電離層的反射波的干涉結(jié)果.這種干涉結(jié)果應(yīng)該既和發(fā)射特征有關(guān)，也和電離層的電性結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此干涉結(jié)果的場(chǎng)特征存在不同特征的可能性.

近年來，對(duì)固定電性源考慮電離層影響后稱為WEM的大范圍內(nèi)的電磁波特征的許多研究［16－24］發(fā)現(xiàn)，對(duì)于x方向的水平電性源在考慮電離層的影響后，水平電磁場(chǎng)分量Ex，Hy存在波導(dǎo)場(chǎng)，即在遠(yuǎn)距離上接收Ex，Hy場(chǎng)的衰減要比不考慮電離層影響時(shí)慢得多.即考慮電離層后，從電離層反射回的波和空氣中直達(dá)波干涉作用是一種相關(guān)干涉，干涉結(jié)果使波場(chǎng)得到加強(qiáng).

為了研究發(fā)射特征對(duì)干涉結(jié)果場(chǎng)特征的影響，本文開展了長(zhǎng)偶極源和環(huán)狀電流源的波導(dǎo)場(chǎng)特征響應(yīng)的對(duì)比研究.為此，計(jì)算了水平x方向的電性源激發(fā)的波導(dǎo)場(chǎng)Ex，Hy分量場(chǎng)的衰減特征，以及垂直方向的磁性源激發(fā)的波導(dǎo)場(chǎng)Ex，Hy分量場(chǎng)的衰減特征.本文是對(duì)比研究結(jié)果的一個(gè)歸納，發(fā)現(xiàn)在波導(dǎo)區(qū)電性源使波導(dǎo)區(qū)直達(dá)波和電離層反射波產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉，使波場(chǎng)的衰減緩慢，而磁性源使波導(dǎo)區(qū)直達(dá)波和電離層反射波產(chǎn)生相消干涉，使波場(chǎng)衰減加速.這個(gè)結(jié)果表明雖然磁性源的發(fā)射效率比電性源高，但由于電離層的影響，開展WEM工作時(shí)在能選到高阻源區(qū)的條件下，電性源更為有利.

2 方法原理

常規(guī)的地球物理電磁法勘探通常研究的是地球半空間模型，研究的尺度較小，不需要考慮電離層的影響，一般采用比較成熟的二維有限元法、有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬和反演研究.而對(duì)于本文提到的采用大功率可控源，遠(yuǎn)距離的電磁波場(chǎng)的研究必須考慮電離層的影響.這是一個(gè)大尺度的全空間問題，常規(guī)的有限元法、有限差分法計(jì)算單元數(shù)量巨大，在此應(yīng)用受到很大的限制.文獻(xiàn)［18］采用從俄羅斯購(gòu)買的軟件，文獻(xiàn)［23］采用美國(guó)猶他大學(xué)的軟件，做過包含電離層、空氣層和地球介質(zhì)的一維層狀介質(zhì)的積分解的計(jì)算，但是沒有考慮介質(zhì)的橫向不均勻性.作者所在課題組開展了對(duì)包含電離層、空氣層和地球介質(zhì)的一維水平層狀介質(zhì)電磁波傳播的理論研究，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件［25－26］.

由于CSAMT法實(shí)際上是一個(gè)三維問題，即便采用傳統(tǒng)意義上的三維有限元法、有限差分法也存在一定的困難.20世紀(jì)90年代以來，以一維層狀介質(zhì)為背景的三維積分方程法以及三維積分方程和有限元法相結(jié)合的方法取得了重大的突破［27－29］.三維積分方程法不僅能夠考慮層狀介質(zhì)，而且可考慮固體介質(zhì)內(nèi)的橫向不均勻性［30－39］.而且三維積分方程法只對(duì)異常體進(jìn)行剖分，極大地提高了計(jì)算效率.

在積分方程法中，可以將一個(gè)三維非磁性介質(zhì)層狀地電模型看成是由電導(dǎo)率為σn的一維層狀背景介質(zhì)和異常電導(dǎo)率為Δσ的三維異常介質(zhì)組成，即介質(zhì)的電導(dǎo)率為σ＝σn＋Δσ.電磁場(chǎng)可以表示成由背景場(chǎng)和異常場(chǎng)的和構(gòu)成：

En和Hn分別表示由給定源在層狀背景介質(zhì)中產(chǎn)生的背景電場(chǎng)和背景磁場(chǎng).Ea和Ha分別表示由異常電導(dǎo)率Δσ的存在而產(chǎn)生的異常電場(chǎng)和異常磁場(chǎng).對(duì)于背景場(chǎng)En和Hn可以通過層狀介質(zhì)積分解理論求得.對(duì)于異常場(chǎng)Ea或Ha，可以表示為在非均勻異常區(qū)域D上剩余電流的積分［28］：

對(duì)于電離層、空氣層、固體層耦合模式已經(jīng)得到了電性源格林函數(shù)的解［25－26］，在此基礎(chǔ)上自編了基于（1）、（2）、（3）式的三維積分方程正演程序.

為了開展磁性源激發(fā)的場(chǎng)和電性源激發(fā)的場(chǎng)的對(duì)比研究，需要計(jì)算磁性源電磁場(chǎng)的基本公式.磁性源產(chǎn)生的場(chǎng)很容易由電性源產(chǎn)生的場(chǎng)的公式得到.對(duì)于電性源的場(chǎng)，電性源的矢量位A，電場(chǎng)E，磁場(chǎng)H滿足下述方程：

對(duì)于環(huán)狀電流源，引入磁性源的矢量位A＊，則A＊，E，H滿足下述方程：

式中－iωεμM′為磁性源，比較（4）、（5）式可知，求磁性源的電場(chǎng)相當(dāng)于求電性源的磁場(chǎng)，求磁性源的磁場(chǎng)相當(dāng)于求電性源的電場(chǎng).

3 “地－電離層”模式三層介質(zhì)線狀和環(huán)狀電流源場(chǎng)的特征

3.1 波場(chǎng)的頻率響應(yīng)特征

為了認(rèn)識(shí)“地－電離層”模式層狀介質(zhì)模型的電磁場(chǎng)在過渡區(qū)、波導(dǎo)區(qū)的波場(chǎng)特征，進(jìn)行了圖1模型的長(zhǎng)偶極源和環(huán)狀電流源激發(fā)下，遠(yuǎn)距離在α＝0°（接收點(diǎn)沿平行于坐標(biāo)軸x方向，對(duì)于長(zhǎng)偶極源偶極方向平行于x方向）和α＝90°（接收點(diǎn)沿垂直于長(zhǎng)偶極源的y方向）方向上電磁波場(chǎng)隨頻率變化的特征模擬.

圖1中的源分兩種類型：x方向展布的長(zhǎng)度L的線狀電流源，其兩端點(diǎn)坐標(biāo)A（x，y，z）＝（－25km，0，200km）和B（x，y，z）＝（25km，0，200km）；周長(zhǎng)為L(zhǎng)的環(huán)狀電流源，中心點(diǎn)位于O（x，y，z）＝（0，0，200km）.供電電流200A.

圖1 地－電離層模式三層介質(zhì)模型Fig.1 Three layers earth－ionosphere model

圖2 α＝0°方向接收點(diǎn)x＝200km處電場(chǎng)分量的頻率響應(yīng)（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.2 Electric field corresponding with frequency at x＝200km（a）Linear current source；（b）Circle current source.

圖3 α＝0°方向接收點(diǎn)x＝800km處電場(chǎng)分量的頻率響應(yīng)（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.3 Electric field corresponding with frequency at x＝800km（a）Linear current source；（b）Circle current source.

圖4 α＝0°方向接收點(diǎn)x＝200km處磁場(chǎng)分量的頻率響應(yīng)（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.4 Magnetic field corresponding with frequency at x＝200km（a）Linear current source；（b）Circle current source.

在α＝0°方向上長(zhǎng)偶極源電場(chǎng)分量Ex和環(huán)狀電流源電場(chǎng)分量Ey的頻率響應(yīng)分別如圖2和圖3所示.圖中給出了不考慮電離層影響的半空間的結(jié)果（“o”狀線）和考慮電離層影響的地電離層模式的結(jié)果（實(shí)線）.電場(chǎng)的頻率響應(yīng)曲線表明當(dāng)接收點(diǎn)離開發(fā)射源一定遠(yuǎn)的距離時(shí)，考慮電離層線狀源的電場(chǎng)幅值比不考慮電離層的電場(chǎng)的幅值大很多，而環(huán)狀電流源電離層對(duì)高頻帶電場(chǎng)Ey起到了削弱的作用.

在α＝0°方向上長(zhǎng)偶極源磁場(chǎng)分量Hx和環(huán)狀電流源磁場(chǎng)分量Hy的頻率響應(yīng)分別如圖4和圖5所示.圖中給出了不考慮電離層影響的半空間的結(jié)果（“o”狀線），和考慮電離層影響的地電離層模式的結(jié)果（實(shí)線）.磁場(chǎng)的頻率響應(yīng)曲線同樣表明當(dāng)接收點(diǎn)離開發(fā)射源一定遠(yuǎn)的距離時(shí)，考慮電離層的線狀源的磁場(chǎng)幅值比不考慮電離層的磁場(chǎng)的幅值大很多，而環(huán)狀電流源電離層對(duì)高頻帶磁場(chǎng)Hx起到了削弱的作用.

在沿α＝90°方向上電磁波場(chǎng)隨頻率變化的響應(yīng)特征和α＝0°方向上的結(jié)果是一致的，當(dāng)接收點(diǎn)離開發(fā)射源一定遠(yuǎn)的距離時(shí)，考慮電離層線狀源的電磁場(chǎng)幅值比不考慮電離層的磁場(chǎng)幅值大很多，而環(huán)狀電流源電離層對(duì)高頻帶電磁場(chǎng)起到了削弱的作用，這里不再贅述.

圖5 α＝0°方向接收點(diǎn)x＝800km處磁場(chǎng)分量的頻率響應(yīng)（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.5 Magnetic field corresponding with frequency at x＝800km（a）Linear current source；（b）Circle current source.

3.2 給定頻率波場(chǎng)衰減特征

在α＝0°方向上電場(chǎng)隨距離（35km≤x≤2500km）的衰減特征分別在圖6和圖7中給出.圖中曲線表明在考慮電離層影響的“地－電離層”模式中，電離層對(duì)電性源場(chǎng)Ex的影響使波導(dǎo)區(qū)的場(chǎng)得到加強(qiáng)，而對(duì)磁性源場(chǎng)Ey的影響使波導(dǎo)區(qū)得到削弱.在小收發(fā)距離時(shí)，電離層的影響還沒有，此時(shí)地面半空間模型響應(yīng)與考慮電離層影響的模型響應(yīng)一致.隨著收發(fā)距離增加，電離層影響增大，兩者頻率響應(yīng)分離.

在沿α＝0°方向上不同頻率衰減特征分別在圖8和圖9中給出.圖中曲線表明電離層使電性源激發(fā)的磁場(chǎng)Hy在波導(dǎo)區(qū)得到加強(qiáng)，磁性源激發(fā)的Hx得到減弱.

在沿α＝90°方向上場(chǎng)的衰減特征與α＝0°的類似，只是衰減的幅度要大些.

圖6 α＝0°方向接收點(diǎn)頻率5Hz時(shí)電場(chǎng)隨距離變化曲線（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.6 Electric field corresponding with distance at frequency 5Hz（a）Linear current source；（b）Circle current source.

圖7 α＝0°方向接收點(diǎn)頻率300Hz時(shí)電場(chǎng)隨距離變化曲線（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.7 Electric field corresponding with distance at frequency 300Hz（a）Linear current source；（b）Circle current source.

4 討論及結(jié)論

在3.1節(jié)中電性源和磁性源產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量在波導(dǎo)區(qū)的頻率響應(yīng)特征和3.2節(jié)中兩種源產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量在波導(dǎo)區(qū)的衰減特征表明，波導(dǎo)區(qū)場(chǎng)的強(qiáng)度不僅由源的強(qiáng)度決定，而且還與電離層的影響有關(guān).對(duì)于電性源水平x方向的源激發(fā)的電場(chǎng)Ex和磁場(chǎng)Hy，在波導(dǎo)區(qū)電離層的影響使它們的場(chǎng)值得到加強(qiáng).對(duì)于磁性源垂直方向（z方向）源激發(fā)的α＝0°方向上電場(chǎng)Ey，磁場(chǎng)Hx和α＝90°方向上的電場(chǎng)Ex，磁場(chǎng)Hy，在波導(dǎo)區(qū)電離層的影響使它們的場(chǎng)值不但沒有得到加強(qiáng)，反而被削弱.這是由于在波導(dǎo)區(qū)，接收點(diǎn)不僅接收到來自源的直達(dá)波，而且還接收到來自電離層的反射波（當(dāng)然也接到來自固體地球?qū)觾?nèi)返回的波，由于在固體層內(nèi)，波被電性體吸收嚴(yán)重，它們的強(qiáng)度比空氣層中的波強(qiáng)度小許多，這里給予忽略）兩種波在接收點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生相關(guān)或相消干涉，這取決于兩種波的傳播距離，也取決于激發(fā)的波的性質(zhì).在本文的情況中，電性源和磁性源激發(fā)的波在傳播距離上的差異是一致的，因此主要取決于兩種源產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在性質(zhì)上的差異.當(dāng)L為數(shù)十公里時(shí)候，接收點(diǎn)的位置遠(yuǎn)離發(fā)射源，此時(shí)電離層的影響不可忽略，電離層的影響既可能是增強(qiáng)信號(hào)，也可能是削弱信號(hào)，這取決于組成線狀源和面積性源的各個(gè)點(diǎn)狀源發(fā)射的信號(hào)經(jīng)電離層和空氣層傳播到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)的相位，這些不同相位的波疊加后，可能得到增強(qiáng)也可能減弱.

圖8 α＝0°方向接收點(diǎn)頻率5Hz時(shí)磁場(chǎng)隨距離變化曲線（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.8 Magnetic field corresponding with distance at frequency 5Hz（a）Linear current source；（b）Circle current source.

圖9 α＝0°方向接收點(diǎn)頻率300Hz時(shí)磁場(chǎng)隨距離變化曲線（a）線狀電流源；（b）環(huán)狀電流源.Fig.9 Magnetic field corresponding with distance at frequency 300Hz（a）Linear current source；（b）Circle current source.

對(duì)于電性源的結(jié)果，俄羅斯較早做了這方面的工作［18，21］，在和俄羅斯合作研究 WEM 在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用和申請(qǐng)國(guó)家WEM探地工程項(xiàng)目時(shí)，曾用俄羅斯的軟件進(jìn)行了應(yīng)用研究.底青云［23－24］利用猶他大學(xué)的電性源程序的計(jì)算結(jié)果及其分析表明，在不考慮空氣層的位移電流時(shí)，使用猶他大學(xué)電性源軟件計(jì)算的結(jié)果和俄羅斯軟件的結(jié)果是一致的.作者所在的課題組進(jìn)一步自行開發(fā)了電性源軟件，在不考慮空氣中的位移電流時(shí)，只考慮電離層影響的波導(dǎo)區(qū)場(chǎng)的特征，所得結(jié)果與俄羅斯和美國(guó)猶他大學(xué)的軟件的結(jié)果也是一致的；在考慮空氣層的位移電流后自行開發(fā)的軟件模擬結(jié)果有了一些新的特征，在波導(dǎo)區(qū)場(chǎng)增加的幅度更大［25］.這些軟件計(jì)算的結(jié)果一致性，表明對(duì)于水平方向x方向的電性源激發(fā)的Ex，Hy場(chǎng)分量在波導(dǎo)區(qū)的作用，使場(chǎng)得到加強(qiáng)的結(jié)果是可靠的.

對(duì)于垂直磁性源是否會(huì)在波導(dǎo)區(qū)，由于電離層的作用，會(huì)使場(chǎng)反而減弱，目前尚未找到有關(guān)的參考文獻(xiàn)的結(jié)果來旁證.按照電磁場(chǎng)格林張量的互易關(guān)系

表明，由r′處a方向電性源激發(fā)的在r″處產(chǎn)生的磁場(chǎng)Ha（r″）在b方向上的分量等于由r″處b方向磁性源激發(fā)的在r′處產(chǎn)生的電場(chǎng)Eb（r′）在a方向上分量的負(fù)值.這就是說可以用自行開發(fā)的電性源的軟件計(jì)算水平x方向的電性源激發(fā)的z方向的磁場(chǎng)Hz，它的特征應(yīng)該等于z方向的磁性源激發(fā)的x方向的電場(chǎng)Ex的特征.經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn)，得出的結(jié)果是一致的，證明了作者的磁性源軟件結(jié)果的正確性，這從另一個(gè)側(cè)面證實(shí)本文計(jì)算的結(jié)果是可靠的.為此，認(rèn)為當(dāng)采用大功率固定源在波導(dǎo)場(chǎng)工作時(shí)應(yīng)該采用線狀電流源.

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（本文編輯 汪海英）

The contrast of response characteristics between large power long bipole and circle source

XU Cheng1，2，DI Qing－Yun1，F(xiàn)U Chang－Min1，WANG Miao－Yue1
1 Key Laboratory of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing100029，China 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China

In order to prospect in the deep second metallogenic belt，we have to increase the strength of source.So an EM method using fixed high power source comes into being.To increase the strength of source，the length of a bipole source，or the radius of a circle source（called magnetic source in this paper）should be much larger.However，the strength of electromagnetic signal does not depend only on transmitting source.When Lor Ris tens of kilometers and receiving point is far away from source，the influence of ionosphere can′t be ignored.The ionosphere may strengthen or decrease the signal，depending on the waves excited by different sources.We modeled electromagnetic wave response in a three－layer earth－ionospheremodel with long bipole along xdirection and found that the ionosphere increases the amplitude of the Exand Hyfield，namely Exand Hyin the wave－guide field decay more slowly.But for the circle current source（magnetic source），ionosphere makes the amplitude of the field weaker，namely Exand Hyin the wave－guide field decays faster.For this reason，it is better to use long bipole source when working in the wave－guide field with a fixed large power source.

“Earth－ionosphere”mode，Long bipole and circle source，Large power，EM field

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.031

P631

2011－04－02，2012－05－10收修定稿

許誠(chéng)，底青云，付長(zhǎng)民等.大功率長(zhǎng)偶極與環(huán)狀電流源電磁波響應(yīng)特征對(duì)比.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（6）：2097－2104，

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.031.

Xu C，Di Q Y，F(xiàn)u C M，et al.The contrast of response characteristics between large power long bipole and circle source.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（6）：2097－2104，doi：10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.031.

國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201011079），國(guó)家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41004053）以及國(guó)家發(fā)改委重大科學(xué)工程項(xiàng)目聯(lián)合資助.

許誠(chéng)，男，1983年生，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士研究生，主要從事地球物理電磁法正反演研究.E－mail：xucheng@mail.iggcas.ac.cn