三、电磁波测井
电磁波测井是以岩矿石的导磁性及导电性差异为主要物质基础、以电磁感应原理为理论基础的一类测井方法。它通过井下仪器向周围发射电磁波，并在井下或邻近钻孔中接收电磁波。根据所接收的电磁波研究井孔剖面、井孔周围以及井孔之间的情况。所以这类方法可以在干孔或油基泥浆中进行工作。
电磁波测井中，一类方法为发射几十到几万千赫电磁波的低频电磁波测井。低频电磁波测井由井下仪器向周围发射一定频率的交流信号，建立起交变电磁场（称为一次场）。在这交变场的作用下，地层中产生感应交变场（称为二次场）。置于井下的接收器接收感应交变场（即二次场）。感应交变场的强弱与岩矿石的物理性质有关。其中利用岩矿石磁化率参数的电磁波测井为磁化率测井，利用岩矿石电导率参数的电磁波测井为感应测井。
电磁波测井中还有一类方法是通过井下仪器向周围发射频率为0.5～10MHz，甚至更高频率的电磁波，并在另外的井孔中接收发射器所发射的电磁波。这类方法在苏联早期被称为阴影法，后又称为无线电波透视法，我国称之为地下电磁波法（钻孔电磁波法，坑道电磁波法）。由发射器所发射的电磁波向周围介质传播时，因周围介质性质不同，被吸收程度有所不同。通过分析所接收的电磁波的强弱变化来研究井孔周围的情况。
下面分别讨论感应测井和钻孔电磁波法。
（一）感应测井
1.感应测井的原理
感应测井仪器包括井上部分和井下部分。其方框线路如图10-28所示。
（1）井下仪器。井下仪器由线圈和电子线路两部分组成。其线圈有发射线圈和接受线圈两种不同的线圈，分别相当于直流电阻率测井中的供电电极和测量电极。电阻率测井中有多种形式的电极系，感应测井也可采用单极线圈系、双线圈及聚焦多线圈等多种形式的线圈。
图10-28 感应测井线路方框图
发射线圈发射出的交变信号在其周围所形成的交变电磁场，在周围介质中引起涡流。涡流产生的磁场在接收线圈中感应出电动势，感应电动势的大小与岩矿石的电导率大小有关。这种感应电动势称为有用信号。在无限均匀各向同性介质中，通过测量这种有用信号，可以求出岩（矿）石的电导率。在井孔、井液及周围介质影响下，也即非均匀各向同性介质情况下，通过测量有用信号求出的是地下介质的视电导率，而不是某一种介质的真实电导率。另外，在接收线圈中，还接收到发射线圈和接收线圈直接耦合产生的电动势，这部分电动势称为无用信号，无用信号的大小与仪器结构、发射电流强度以及发射频率有关。可以通过多线圈系及相敏检波器消除无用信号。同时，多线圈系还可以补偿井液、围岩对有用信号的影响。
图10-28中T0、R0分别为主发射线圈和主接收线圈。这两个线圈的中点为感应测井记录点，T1、R1分别为补偿发射线圈和补偿接收线圈，用以补偿井孔影响。T2、R2分别为聚焦发射线圈和聚焦接收线圈，用以减少相邻层的影响。
井下仪器除发射线圈和接收线圈外，还有振荡器、放大器、检波器。振荡器产生频率稳定、幅度不变的交变信号，并通过发射线圈将其发射出去；放大器将接收线圈所接收到的信号加以放大；相敏检波器将无用信号滤掉，使有用信号通过。
（2）地面仪器。地面仪器包括记录面板和记录仪。通过记录面板的电子线路对井下送上来的信号进行处理，并将处理过的信号送至记录仪。记录仪将有用信号记录成视电导率曲线或视电阻率曲线。
2.感应视电导率曲线
（1）上、下围岩相同的单一电导率岩层。图10-29给出了不同厚度的低电导率岩层所对应的视电导率曲线。低电导率岩层σ=0.1Ω/m，围岩电导率σw=0.5Ω/m，H1=0.6m，H2=1.5m，H3=2.5m。
图10-30给出了不同厚度的高电导率岩层所对应的视电导率曲线。其高电导率岩层电导率σ=0.5Ω/m，围岩电导率σw=0.1Ω/m，H1=0.6m，H2=1.5m，H3=2.5m。
两组曲线均对应于岩层中线对称分布，且对应岩层中部有极值。总的来说对应低电导率岩层σs数值低，对应高电导率岩层σs数值大。对于厚度（H）大于2m的岩层，可用视电导率曲线半幅值点确定岩层界面。
（2）上、下围岩不同的单一电导率岩层。图10-31给出了上、下围岩不同时，不同厚度的低电导率岩层所对应的感应测井视电导率测井曲线。低电导率岩层的电导率σ=0.1Ω/m，围岩电导率σW1=0.5Ω/m，σW2=1Ω/m，岩层厚度H分别为0.6m、1.5m、2.5m。
因上、下围岩不同，所以视电导率曲线不对称，对应于低电导率地层σs有极小值。极小值点与岩层中点位置不对应，而是偏向于岩层电导率相对较小的围岩一侧。
感应测井可用来划分岩层和确定岩层的电导率。为从视电导率曲线求得岩层的电导率，需要进行井液校正、围岩校正等。
（二）钻孔电磁波法
钻孔电磁波法是地下电磁法的一个分支。该方法起源于苏联。我国于1959年引进了这种方法。近10多年来该方法在我国得到较快发展。钻孔无线电波透视法主要用于工程勘察和金属矿勘察。
图10-29 低电导率岩层视电导率曲线
图10-30 高电导率告层视电导率曲线
图10-31 上、下围岩不同时低电导率岩层的视电导率曲线
1.方法原理
钻孔电磁波法原理如图10-32所示。工作时，在一井孔中，由发射天线向周围发射一定幅度的、固定频率的高频电磁波。在另一井孔中用一接收天线接收经地下传来的电磁波。由发射天线所发射的电磁波在周围介质中传播时逐步被吸收。岩（矿）石吸收电磁波能量的大小主要取决于它们的介电常数ε、磁导率μ以及电导率σ。在当前，在该方法所使用的频率范围内，岩（矿）石吸收电磁波能量的大小主要取决于介质的电导率σ。空气和高阻岩石对电磁波吸收作用不大，而低阻金属矿和其他低阻介质对电磁波的吸收能力强。所以，在电磁波传播过程中，如遇到高电导率的岩（矿）石或为高电导率的水或黏土所充填的溶洞时，其能量被大量吸收。在这种情况下，在这些介质另一侧接收到的电磁波明显减弱，出现所谓阴影带。地下电磁波法就是根据这些阴影带的出现，来发现低阻矿体或溶洞并确定其位置的。
图10-32 钻孔电磁波法工作原理图
1—发射机；2—接收机；3—滤波器；4—重锤；5—地面控制箱；6—绞车；7—井口滑轮；8—电缆；9—天线
2.工作方法和成果图示
钻孔电磁波法工作时，将发射机和接收机分别置于不同的钻孔中。其工作方式可分为同步法及定点法两种。同步法是将发射机和接收机在两钻孔中同步向上（或向下）移动并进行测量。发射机和接收机在同一高度时称为水平同步，发射机和接收机置于不同高度进行同步测量时称为高差同步。定点法是将发射机（或接收机）固定于一井孔中某预定位置上，接收机（或发射机）在另一井孔中移动并同时进行测量。
通常该方法使用频率为0.5～10MHz的电磁波，有时使用高达20MHz，甚至40～50MHz的电磁波。频率越高，分辨能力越强，但穿透距离越短。
工作时沿井孔测量电场强度值，边测量边进行整理分析。根据测量电场值作出场强沿井孔的变化曲线。以纵轴表示井孔深度，以横轴表示电场强度。也可以作出沿井孔的屏蔽系数图，或先计算出沿井孔的电场正常分布曲线，之后将实测曲线画于其侧，画出阴影位置图。
3.应用实例
图10-33为一应用钻孔电磁波法在石灰岩地区确定溶洞的实例。
在我国某煤矿，其煤层围岩为茅口灰岩，厚度达数百米。灰岩中存在有溶洞以及地下暗河。为确保矿井安全，要查出充水溶洞位置以便合理防治。经在钻孔中进行电磁波测井，查出了溶洞位置，并估算出溶洞大小。而后，通过钻探加以验证，证实了溶洞的存在。ZK15、ZK16为验证孔；ZK16打到了低阻泥岩充填的溶洞；ZK15打到了充水溶洞。
图10-33 应用钻孔电磁波法确定溶洞实例