自从电磁波电阻率测量技术推出以来，该技术得到了广泛的应用。最初，电 磁波测量技术仅利用相位差来求取地层电阻率，通常使用的发射频率为2MHz。 后来，由于相位差反映的地层电阻率探测深度较浅的原因，2MHz电磁波的幅 度衰减也被同时用来求取地层电阻率，以获得更深的探测深度。为了进一步提高 探测深度，400KHz等更低的工作频率也被逐渐采用，并同时测量获得2MHz、 400KHz的相位差和幅度衰减电阻率、获得多种不同探测深度的电阻率测量结果。
幅度衰减和较低工作频率(如400、100KHz等)的使用大大地增加了电磁 波电阻率测量的探测深度，但是幅度衰减电阻率的测量精度较差，测量的地层电 阻率动态范围很小。例如国外大多数公司给出的2MHz幅度衰减电阻率测量动态 范围不超过100Ω·m，400KHz的测量动态范围更小；实际上，幅度衰减电阻率 测量能达到高精度的电阻率测量范围往往在10Ω·m以内。如图2中所示，某三 发双收天线系统EMWR-T3R2在2MHz、400KHz时的幅度衰减Att与地层电阻 率Rt的变化曲线；从该图不难看出，当地层电阻率大于10Ω·m以后，幅度衰减 随地层电阻率增大变化很小，幅度衰减-地层电阻率转换曲线几乎为一条水平直 线。
另外，电磁波电阻率测量仪器的测量信号即电压信号VT，既包含由发射天 线在接收天线中产生的感应电动势，又包括电路零信号VZ和天线系统基值信号 VSE(或叫天线系统零信号或天线系统误差)，其中接收天线中的感应电动势包括 发射天线与接收天线之间的互感电动势VM(或叫互感信号)和来自地层的感生电 动势VF。互感电动势、电路零信号和天线系统基值信号与地层电阻率无关，它 们对幅度衰减-地层电阻率转换曲线和相位差-地层电阻率转换曲线有较大影响。 也就是说，电磁波电阻率测量信号中包含发射天线与接收天线之间的互感信号、 电路零信号和天线系统的基值信号，它们与地层电阻率无关，在求取地层电阻率 时应予以消除。
现有电磁波电阻率测量的补偿处理方法(参见美国专利文献No.5594343) 能消除电路、天线系统的增益(含幅度和相位)变化，尤其是温度引起的漂移变 化(包括发射电流的变化)。该补偿处理能消除这些漂移的原因，是基于这些变 化与地层感生电动势是乘积关系的假设，但是互感信号、电路零信号和天线系统 的基值信号与地层感生电动势不是乘积关系，因此该补偿处理不能消除互感信 号、电路零信号和天线系统的基值信号。因而导致幅度衰减电阻率和相位差电阻 率等测量精度较低、动态范围较小。

为了克服实际地质勘探中电磁波信号处理中存在的上述技术难题，本发明提 出了一种提高电磁波电阻率测量精度和扩展电阻率测量动态范围的方法，该方法 普遍用于测井领域，特别适合于随钻电阻率测井。
依据本发明的提高电磁波电阻率测量精度和扩展电阻率测量范围的方法，其 包括以下几个步骤：
(1)首先，在某些位置上设置至少一个发射天线以及在另一些位置处至少 设置两个接收天线；
(2)依次向每个发射天线中通以交变电流，在地层中激发电磁波，使用接 收天线测量电磁感应电动势；
(3)对接收天线所测量的电磁感应电动势进行处理，获得幅度衰减和相位 差，并经过转换处理得到地层视电阻率。
其特征在于：
a.计算发射天线-接收天线之间互感电动势；
b.实施消除互感电动势的幅度衰减-电阻率转换图版和相位差-电阻率转换 图版的计算方法；
c.确定天线系统基值信号和仪器电路零信号的测量值；
d.从实际测井电压信号中消除与地层电阻率无关的互感电动势、电路零信 号、天线系统基值信号；
e.计算相位差、幅度衰减及使用该相位差；
f.使用消除了互感电动势的幅度衰减-电阻率转换图版和相位差-电阻率转 换图版对该相位差、幅度衰减进行地层电阻率转换，该转换结果提高了电磁波电 阻率测量精度和扩展电阻率测量范围。
进一步地，根据公式(1)的解析解或有限元数值解法来计算发射天线-接收 天线之间互感电动势VM。当发射、接收天线绕制在绝缘棒上时，互感电动势VM 有以下解析表达式：
$V_M=V_M\left(T_K{R}_L\right)=-\frac{\mathrm{j\omega }{\mathrm{\mu n}}_{T_K}{n}_{R_L}{S}^{2}I}{2\pi L_{T_K{R}_L}^3}$ 公式(1)
式中：j-虚数单位；ω-发射角频率；μ-磁导率；-第K个发射天线TK 的匝数；-第L个接收天线RL的匝数；S-发射、接收天线的面积；I- 发射电流强度；-第K个发射天线TK与第L个接收天线RL之间的距离。
更进一步地，消除互感电动势的幅度衰减-电阻率转换图版和相位差-电阻率 转换图版的计算方法为，首先按照公式(2)从总感应电动势中消除互感电动势， 然后按照公式(3)和(4)计算幅度衰减-电阻率转换图版和相位差-电阻率转换 图版；
VT＝VM+VF                                   公式(2)
其中，VT为总感应电动势、VM为互感电动势，以及和VF为地层感生电动势；
$\mathrm{Attenuation}=20\mathrm{Lo}{g}_{10}\left|\frac{V_T\left(T1R1\right)}{V_T\left(T1R2\right)}\right|\left(\mathrm{dB}\right)$ 公式(3)
$\mathrm{PhaseShift}={\phi }_{V_T\left(T1R2\right)}-{\phi }_{V_T\left(T1R1\right)}\left(\mathrm{degrees}\right)$ 公式(4)
式中：VT(T1R1)是发射天线T1在接收天线R1中产生的总感应电动势， VT(T1R2)是发射天线T1在接收天线R2中产生的总感应电动势，是 VT(T1R1)的相位，是VT(T1R2)的相位，Attenuation和PhaseShift 分别为发射天线T1在接收天线R1和R2中产生的幅度衰减和相位差；其它 发射天线在接收天线R1、R2产生的幅度衰减和相位差同样用公式(3)和公 式(4)，但应用其它发射天线替换T1。
进一步地，将天线系统吊离地面一定高度后通过测量确定天线系统基值信 号，并还需在车间加温测试记录天线系统基值信号随温度变化的曲线。
进一步地，将测量电路的输入端短路或接地或与天线系统断开，将测量电路 的输出信号作为电路零信号，并进行加温测试记录随温度变化的曲线。
更进一步地，实际电磁波电阻率测井的电压信号中包含互感信号VM、电路 零信号VZ、天线系统的基值信号VSE与地层感生电动势VF，根据公式(5)，从 测井总的电压信号VT中消除互感信号VM、电路零信号VZ、天线系统的基值信 号VSE，得到与地层电阻率有关的感生电动势VF；
VT＝VM+VZ+VSE+VF                公式(5)。
更进一步地，利用消除了互感信号VM、电路零信号VZ、天线系统的基值信 号VSE得到的感生电动势VF，并利用公式(3)、(4)计算幅度衰减和相位差；
$\mathrm{Attenuation}=20\mathrm{Lo}{g}_{10}\left|\frac{V_T\left(T1R1\right)}{V_T\left(T1R2\right)}\right|\left(\mathrm{dB}\right)$ 公式(3)
$\mathrm{PhaseShift}={\phi }_{V_T\left(T1R2\right)}-{\phi }_{V_T\left(T1R1\right)}\left(\mathrm{degrees}\right)$ 公式(4)
式中：VT(T1R1)是发射天线T1在接收天线R1中产生的总感应电动势， VT(T1R2)是发射天线T1在接收天线R2中产生的总感应电动势，是 VT(T1R1)的相位，是VT(T1R2)的相位，Attenuation和PhaseShift 分别为发射天线T1在接收天线R1和R2中产生的幅度衰减和相位差；其它 发射天线在接收天线R1、R2产生的幅度衰减和相位差同样用公式(3)和公 式(4)，但应用其它发射天线替换T1。
优选地，利用消除了互感信号的幅度衰减-电阻率转换的计算图版和相位差- 电阻率转换的计算图版进行幅度衰减对电阻率的转换和相位差对电阻率的转换。
使用本发明提出的提高电磁波电阻率测量精度和扩展电阻率测量动态范围 的方法，能够消除天线系统互感电动势、电路零信号和天线系统基值信号，利用 消除这些信号后获得的相位差-地层电阻率转换图版和幅度衰减-地层电阻率转 换图版，能够提高电磁波电阻率测量的精度和扩展电阻率测量的动态范围，特别 对于幅度衰减电阻率测量的效果更加明显，例如幅度衰减电阻率测量的动态范围 能扩展一个数量级，即从几十欧姆米扩展到几百欧姆米。
附图简要说明
图1为由三个发射天线和两个接收天线组成的天线系统EMWR-T3R2的示 意图；
图2为含有互感信号的幅度衰减-电阻率转换示意图形；
图3为含有互感信号的相位差-电阻率转换示意图形；
图4为消除互感信号后计算得到的幅度衰减-电阻率转换示意图形；
图5为消除互感信号后计算得到的相位差-电阻率转换示意图形；
图6为未消除互感信号时的三层地层模型电阻率响应示意图形；
图7为电阻率响应转换采用了图4和图5所示图形的消除互感信号后的三层 地层模型电阻率响应示意图形。

下面结合附图，对本发明提出的固定式亚临界压力注汽锅炉进行详细描述。
下面参照附图，详细说明提高电磁波电阻率测量精度和扩展电阻率测量动态 范围的方法及其中各个步骤。
在图1中，示出由三个发射天线和两个接收天线组成的天线系统 EMWR-T3R2，其中T1、T2、T3为发射天线，R1和R2为接收天线，且T2、 T3关于接收天线R1和R2之间的中点对称。在图2中，示出含有互感信号的幅 度衰减对地层电阻率转换关系，其中Attenuation为幅度衰减，单位dB，Rt为地 层电阻率，单位ohm.m，AttT1F0.4MHz为发射天线T1以工作频率0.4MHz(即 400KHz)工作并在两个接收天线R1、R2中产生的幅度衰减-地层电阻率转换曲 线，AttT1F2MHz为发射天线T1以工作频率2MHz工作并在两个接收天线R1、 R2中产生的幅度衰减-地层电阻率曲线，AttT2F0.4MHz、AttT2F2MHz分别为发 射天线T2产生的幅度衰减-地层电阻率曲线。在图3中，示出含有互感信号的相 位差对地层电阻率的转换关系，其中PhaseShift为相位差，单位为度， PhiT1F0.4MHz为发射天线T1以工作频率0.4MHz(即400KHz)工作并在两个 接收天线R1、R2中产生的相位差-地层电阻率转换曲线，PhiT1F2MHz为发射天 线T1以工作频率2MHz工作并在两个接收天线R1、R2中产生的相位差-地层电 阻率转换曲线，PhiT2F0.4MHz、PhiT2F2MHz分别为发射天线T2产生的相位差 -地层电阻率转换曲线。在图4中，示出消除互感信号后计算得到的幅度衰减对 地层电阻率的转换关系。在图5中，示出消除互感信号后计算得到的相位差对地 层电阻率转换关系示意图形。在图6中，示出没有消除互感信号时的三层地层模 型电阻率响应示意图形，其中纵坐标Resistivity为视电阻率或模型电阻率，单位 ohm.m，横坐标Depth为深度，单位m，Rt为地层模型电阻率，Rm为泥浆电阻 率。该图采用了EMWR-T3R2的远发射天线(T1)及另一个对称的发射天线T2 并与两个接收天线R1、R2构成的对称双发双收系统T2R2，转换采用了图2和 图3所示的图版。在图7中，示出消除互感信号后的三层地层模型电阻率响应示 意图形，电阻率响应转换采用了图4和图5所示的关系，同样该响应曲线基于 EMWR-T3R2的远发射天线(T1)及另一个对称的发射天线T2并与两个接收天 线R1、R2构成的双发双收系统T2R2。
在本发明中，本发明基于以下方面。
1)发射天线在接收天线中产生的互感电动势的计算。
互感电动势，或叫互感信号，也叫直耦信号，是发射天线直接在接收天线中 耦合产生感应电动势，它仅与各天线之间距离、工作频率、天线系统的结构和材 料等参数有关，与地层电阻率无关。这些参数一旦确定，互感电动势保持不变， 为恒定值。互感电动势实际上就是天线系统在空气或真空背景中的感应电动势。
当天线绕制在绝缘棒上时，发射天线T1在接收天线R1中产生的互感电动 势VM可用以下公式计算：
$V_M\left(T1R1\right)=-\frac{\mathrm{j\omega \mu }{n}_{T1}{n}_{R1}{S}^{2}I}{2\pi L_{T1R1}^3}---\left(1\right)$
式中：j-虚数单位；ω-发射角频率；μ-磁导率；nT1-发射天线T1的匝数； nR1-接收天线R1的匝数；S-发射、接收天线的面积；I-发射电流强度；LT1R1 -发射天线T1与接收天线R1之间的距离。其它发射天线在接收天线R1和R2 中产生的互感电动势与公式(1)相同，但相关字母符号应被替换。
当天线绕制在金属棒(如钻铤)或金属棒开有槽时，互感电动势就不会有式 (1)那样的解析表达式。此时互感电动势需要用数值方法求解Maxell方程组获 得，求解的数值方法有很多种，如有限元、有限差分法、积分方程法等。表1 是用有限元方法求得的三发双收天线系统EMWR-T3R2各发射-接收天线之间的 互感电动势幅度，其中|VM(T1R1)|表示发射天线T1在接收天线R1中产生的互感 电动势幅度，表中其它表达式的含义依次类推。
表1EMWR-T3R2各发射-接收天线的互感电动势幅度
 F(频率)   |VM(T1R1)|   (V)   |VM(T1R2)|   (V)   |VM(T2R2)|   或|VM(T3R1)|   (V)   |VM(T2R1)|   或|VM(T3R2)|   (V)  400KHz   4.8429e-005   2.4967e-005   7.0771e-004   1.7165e-004  2MHz   2.3984e-004   1.2368e-004   3.5022e-003   8.4955e-004
2)相位差-电阻率和幅度衰减-电阻率的转换图版计算
在理论上，接收天线中总感应电动势VT包括互感电动势VM和地层感生电 动势VF：
VT＝VM+VF                     (2)
表2是三发双收天线系统EMWR-T3R2的各发射-接收天线之间总感应电动 势幅度|VT|。
表2EMWR-T3R2各发射-接收天线在不同电阻率地层中的总电动势幅度


在实际测量中，互感电动势和地层感生电动势是混合在一起的，无法分 开，因此在以前的电磁波电阻率仪器中，幅度衰减和相位差对地层电阻率转 换图版的计算均采用接收天线中的总感应电动势VT。发射天线T1在接收天 线R1和R2中产生的幅度衰减Attenuation和相位差PhaseShift的计算公 式为：
$\mathrm{Attenuation}=20\mathrm{Lo}{g}_{10}\left|\frac{V_T\left(T1R1\right)}{V_T\left(T1R2\right)}\right|\left(\mathrm{dB}\right)---\left(3\right)$
$\mathrm{PhaseShift}={\phi }_{V_T\left(T1R2\right)}-{\phi }_{V_T\left(T1R1\right)}\left(\mathrm{degrees}\right)---\left(4\right)$
式中：VT(T1R1)是发射天线T1在接收天线R1中产生的总感应电动势， VT(T1R2)是发射天线T1在接收天线R2中产生的总感应电动势，是 VT(T1R1)的相位，是VT(T1R2)的相位。其它发射天线在接收天线R1、 R2产生的幅度衰减和相位差同样用公式(3)和公式(4)，但应用其它发射 天线替换T1。
图2和图3分别是应用有限元数值方法并采用总感应电动势VT计算得到 的幅度衰减-电阻率和相位差-电阻率转换图版。
从图2可以看出，当地层电阻率Rt大于10ohm.m(对于400KHz)或地 层电阻率大于30ohm.m(对于2MHz)，幅度衰减对地层电阻率转换关系曲 线几乎成为一条水平直线，这是电磁波电阻率仪器幅度衰减电阻率测量动态 范围小、测量精度低的主要原因。从图3可以看出电磁波电阻率仪器的相位 差对地层电阻率变化远比幅度衰减对地层电阻率灵敏，因此电磁波电阻率仪 器相位差电阻率测量动态范围大、测量精度较高。
从表2的数值模拟数据可以看出，总感应电动势的幅度随地层电阻率的 增加而增大，如果不考虑电磁波的传播效应，这与电磁感应原理不符，因为 在理论上地层导电性越好(电阻率越低)，在地层中产生涡流就越强，从而在 接收天线中产生的电动势幅度就越大。从表2还可以看出，当电阻率较高(如 Rt＝100和1000ohm.m)时，随着电阻率增大，电动势幅度基本保持不变。对 比表1可以看出，这个不变电动势几乎就是发射天线与接收天线之间的互感 电动势。
表3是三发双收天线系统EMWR-T3R2的各发射-接收天线在消除互感电 动势后的地层感生电动势幅度|VF|。
表3EMWR-T3R2各发射-接收天线的电动势幅度(消除互感信号后)

从表3可以看出，在消除互感信号后，感应电动势幅度随着地层电阻率 的增加而减小，这就与电磁感应原理相吻合了。
为什么会出现幅度衰减对地层电阻率转换关系曲线几乎成为一条水平直 线？
从公式(2)、(3)并对比表1和表2，可以清楚地看出，互感电动势的幅度 很大，在地层电阻率0.1～1000Ω·m范围内，它占接收总电动势的绝大部分贡献。 与互感电动势信号相比，绝大部分地层产生的感生信号为一个小信号，在求幅度 衰减时，由两个接收天线中很大的互感信号各自加上一个小信号后再求比值的对 数，该值对小信号(与地层电阻率相对应)就不敏感了，即电阻率较高时转换曲 线几乎为一条水平直线。因此，这样求得幅度衰减难以准确获得高地层电阻率的 准确测量值。
同样互感信号的存在也降低了相位差对地层电阻率的灵敏度。
虽然互感电动势和地层感生电动势是混合在一起的，在实际测量中无法分 开，但由于互感信号与地层电阻率无关，并且在理论上也是恒定不变的，所以可 事先计算出该信号(计算方法见前一部分)，再从总的感应电动势中去除，然后 建立幅度衰减和相位差对电阻率的转换图版。
图4是消除互感信号后的幅度衰减-电阻率转换图版。对比图2和图4可以 清楚地看出，消除互感信号后，幅度衰减对地层电阻率的灵敏度大大地提高了， 从而可大大地提高电阻率的测量精度和扩展动态范围。从图中看，地层电阻率的 范围从几十欧姆米到几百欧姆米，幅度衰减均有明显反映。图5是消除互感信号 后的相位差-电阻率转换图版。比较图3和图5可以看出：在去除互感信号前， 不同频率、不同天线距的相位差，随着电阻率的增加，四条曲线是分离的，且两 种频率引起的分离程度大于两种天线距引起的分离，但在低阻时两种天线距的相 位差相差很小(基本重合)；在去除互感信号后，不同频率、不同天线距的相位 差，随着电阻率的增加，两种频率的相位差仍保持分离，但两种天线距的相位差 相差很小(基本重合)，这与前一种情况相反；无论是否去除互感信号，相位差 对电阻率的反映都很灵敏，但消除互感信号后，相位差对电阻率变化反映更灵敏 一些，也就是测量精度和动态范围都会有改进。
在电磁波电阻率测井或随钻测量时，用消除互感信号后的图版将测量得到的 相位差和幅度衰减转换成地层视电阻率。
3)电路零信号和天线系统基值的测量确定
电路零信号是指测量电路没有输入信号时，测量得到的电路输出端的电压信 号。天线系统基值信号是指空气或真空背景中因天线系统及其机械结构材料为非 理想状况时产生的天线系统误差(注意它与互感信号不同)，又叫天线系统误差。
电路零信号既可在测井时通过电路实时测量并记录，也可在车间测试并记 录，测量方法是将测量电路的输入端短路或接地(与天线系统断开)，测量输出 端的输出信号。天线系统基值信号可以通过吊空测试(注意需要吊空一定高度以 消除大地的影响)，并减去互感信号后确定。电路零信号和天线系统基值的测量 确定也可以通过其它方法确定，如在美国专利文献No.4800496和No.7027923中 所披露的方法。
另外，电路零信号和天线系统基值信号还会随仪器测量电路和天线系统内部 的温度变化而变化，在车间通过加温测试确定随温度变化的曲线，在测井或随钻 测量时用于校正。
4)总测量信号和电阻率转换
在理想情况下或在理论上，电路零信号和天线系统的基值信号不存在或可以 忽略，但是实际上电路元件和天线系统的材料并非是理想情况，电路零信号和天 线系统的基值信号是不可忽略的，特别是电阻率较高时，来自地层的感生电动势 很小，因而产生很大影响，给电阻率测量带来较大误差。因此在实际仪器中，电 路测量获得的总的电压信号VT包括互感信号VM、电路零信号VZ、天线系统的 基值信号VSE与地层感生电动势VF，即：
VT＝VM+VZ+VSE+VF               (5)
由于互感信号VM、电路零信号VZ、天线系统的基值信号VSE均地层电阻率 无关，因此在将测量信号转换成地层电阻率前应该消除这三种信号(VM通过计 算得到、VZ和VSE通过测量得到，见1)和3)部分)，得到仅与地层电阻率有 关的地层感生电动势VF，这样以便提高电阻率的测量精度和扩展电阻率的测量 范围。
在从测量信号中消除互感信号VM、电路零信号VZ、天线系统的基值信号 VSE后，按照公式(3)、(4)计算相位差和幅度衰减，最后应用图4、图5将幅 度衰减和相位差转换为地层视电阻率。
下面用一个数值模拟实例来验证本发明提高电磁波电阻率测量精度和扩展 动态范围方法的效果。由于数值模拟中，测量信号中不包含电路零信号VZ、天 线系统基值信号VSE，因此下面例子中不必考虑消除这两个信号，但这不影响本 发明方法的效果验证。
为了减少曲线数量以便显示更清晰，采用EMWR-T3R2的远发射天线(T1) 及另一个对称的发射天线T2并与接收天线R1、R2构成的双发双收系统T2R2。 计算模型为三层无侵模型，目的层电阻率为500ohm·m，厚度为4m，围岩电阻率 为0.5ohm·m，井眼直径为20cm，泥浆电阻率Rm为1ohm·m。
图6是采用以前的方法即采用图2和图3转换图版计算获得的电阻率响应 (没有去除互感信号)，图7是采用本发明方法即采用图4和图5转换图版计算 获得的电阻率响应(去除了互感信号)。从图6的目的层中点读出AttT1F0.4MHz、 AttT1F2MHz、PhiT1F0.4MHz、PhiT1F2MHz电阻率响应值大约为：28ohm·m、 69ohm·m、110ohm·m、205ohm·m，而从图7的目的层中点读出相应电阻率响应 值为480ohm·m、500ohm·m、520ohm·m、490ohm·m。由此可见，采用本发明 方法消除互感信号后，大大地改进了幅度衰减电阻率的测量精度。同样，采用本 发明方法消除互感信号后，相位差电阻率的测量精度也得到了较大提高。
另外，尽管在上面已经清楚详细地描述了本发明提出的技术方案，但是参考本发 明的优选实施例，本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义 的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。因 此，所有参考本发明技术方案所做出的各种各样的修改，均应当落入本发明的保 护范围之内。