1960年Cantwell,T.提出地下介質(zhì)電性是張量阻抗，1972年Vozoff,K.,對(duì)張量阻抗方法進(jìn)行了系統(tǒng)歸納。 
張量阻抗與電磁場(chǎng)的關(guān)系為： 

稱為張量阻抗關(guān)系式。 
除了極高頻率之外，Ez分量很小，很難觀測(cè)到，因此張量阻抗關(guān)系歸結(jié)為： 

      
可見(jiàn)，在二維或三維構(gòu)造情況下，電場(chǎng)Ex不僅由Hy感應(yīng)出，而且部分還由Hx感應(yīng)出。由Hy感應(yīng)的Ex依賴于張量阻抗Zxy，由Hx感應(yīng)的Ex依賴張量阻抗Zxx，張量阻抗值Zyx，Zyy也有類似依賴關(guān)系。 
我們的目的是在地面觀測(cè)不同頻率的電磁場(chǎng)信號(hào)Hx，Hy，Ex和Ey，然后求解地下不同深度的張量阻抗要素值Zxy，Zyx，Zxx和Zyy。根據(jù)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)原理可知，從兩個(gè)代數(shù)方程式（公式4）是無(wú)法解出四個(gè)張量阻抗要素值的。若有解，至少要有兩組相互***的變化磁場(chǎng)值H1和H2，共同組成四個(gè)方程式，即： 

    
    
（所謂相互***的變化磁場(chǎng)是指極化方向不同或極化類型不同的變化磁場(chǎng)） 
聯(lián)立該四個(gè)方程式便可解出四個(gè)張量阻抗要素值 
    
    
由于標(biāo)量阻抗可控源法CSAMT在地面只觀測(cè)一個(gè)磁場(chǎng)水平分量Hy和一個(gè)電場(chǎng)水平分量Ex，因此無(wú)法解出四個(gè)張量阻抗要素。要解出四個(gè)張量阻抗要素的必要條件是：（1）在地面要觀測(cè)互為垂直的四個(gè)電磁場(chǎng)分量Hx，Hy和Ey，Ex；（2）在觀測(cè)的電磁場(chǎng)信號(hào)中至少要有兩組極化方向或極化類型不同的磁場(chǎng)信號(hào)?；诖?，德國(guó)Metronix公司于2010年研制成功張量可控源電磁法儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，并投入市場(chǎng)。其中包括張量可控源發(fā)射裝置，接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及反演軟件系統(tǒng)。 
張量可控源電磁法發(fā)射裝置，分為旋轉(zhuǎn)偶極發(fā)射裝置和交替偶極發(fā)射裝置 
旋轉(zhuǎn)偶極發(fā)射裝置可以發(fā)射不同極化方向、不同強(qiáng)度和不同頻率的變化磁場(chǎng)，以組成類似于公式(6)和(7)的方程組，從而解出四個(gè)張量阻抗值Zxx，Zyy，Zxy和Zyx，其原理是： 
發(fā)射裝置是由三個(gè)接地電極（U、V、W）組成三對(duì)偶極發(fā)射裝置（圖2），也即三個(gè)電極分別與張量發(fā)射機(jī)TXM-22的三個(gè)極性開(kāi)關(guān)連接，在脈沖寬度調(diào)制控制器的控制下同時(shí)向地下分別發(fā)送不同頻率、不同強(qiáng)度和不同極性的電流I1，I2和I3。 

圖2  全區(qū)張量CSAMT發(fā)射裝置 

由于I1，I2和I3同時(shí)注入地下，因此它們?cè)诘叵陆M成一個(gè)在給定頻率下的合成電流矢量 。當(dāng)改變I1，I2和I3中的任何一個(gè)電流強(qiáng)度和極性時(shí)，合成電流矢量 的方向、即磁場(chǎng)極化方向隨之改變，因此張量發(fā)射裝置可以產(chǎn)生任意極化方向的磁場(chǎng)信號(hào)。在******況下、即發(fā)射電流I1，I2，I3之間成倍數(shù)關(guān)系改變，極性成正負(fù)關(guān)系改變時(shí)，可以發(fā)射六種不同方向的合成電流矢量，它們是 
= 0°=180°,    = 120°=-60°,    = 60°=-120°, 
  = 30°=-150°,  = 150°=-210°，  = 270°=-90° 
可形成六種不同極化方向的磁場(chǎng)信號(hào)H1，H2，H3，H4，H5和H6。這樣方程組（4）便可擴(kuò)展成包括發(fā)射磁場(chǎng)H1和H2的方程組（8），包括發(fā)射磁場(chǎng)H1和H3的方程式（9）， 

      
      

      
      
以及包括磁場(chǎng)H1和H4， H1和H5， H1和H6的三個(gè)方程組；包括H2和H3，H2和H4，H2和H5，H2和H6的四個(gè)方程組；包括H3和H4，H3和H5，H3和H6的三個(gè)方程組；包括H4和H5，H4和H6的兩個(gè)方程組；以及包括H5和H6的方程組；總計(jì)共可組成15個(gè)方程組，從而可解出15組四個(gè)張量阻抗要素值。為了在接收點(diǎn)處獲得強(qiáng)的電磁場(chǎng)信號(hào)，每對(duì)合成電流矢量的夾角應(yīng)在45°- 135°之間。在數(shù)據(jù)處理中選擇15組張量阻抗要素中質(zhì)量***好的一組求取其主軸方位，計(jì)算TE模式和TM模式下的視電阻率和阻抗相位曲線以及其它MT參數(shù)。 
在實(shí)際應(yīng)用中，如果測(cè)區(qū)內(nèi)布置有大量的、面積性分布的接收裝置，應(yīng)采用旋轉(zhuǎn)偶極發(fā)射裝置相繼發(fā)送六個(gè)方向的合成電流矢量是***佳選擇，此時(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)的任何一點(diǎn)都能觀測(cè)到***佳的電磁場(chǎng)信號(hào)以及15組張量阻抗要素值。如果測(cè)區(qū)內(nèi)僅沿剖面線布設(shè)接收裝置，可采用交替偶子發(fā)射裝置，分別發(fā)送兩個(gè)互為垂直的電流矢量，但只能獲得一組張量阻抗要素值。 
交替偶極發(fā)射裝置 
在交替偶極發(fā)射裝置中發(fā)射機(jī)分別（非同時(shí)）向互相垂直的兩對(duì)偶極子***電流，在地下建立兩組互為垂直或夾角大于45°的電流矢量和相應(yīng)極化方向的兩組磁場(chǎng)，此時(shí)按公式（6）和（7）只能解出一組四個(gè)張量阻抗要素值。***簡(jiǎn)單的偶極發(fā)射裝置如圖3所示。其它組合也可組成交替偶極發(fā)射裝置 ，如圖4所示。 

  
圖3  交替偶極發(fā)射裝置                          圖4  交替偶極發(fā)射裝置 
在圖4中，如果令電極U的方向?yàn)?°，那么電極W和電極V的連線方向便為90°。如果發(fā)射機(jī)先向電極U供電，則電流矢量為0°，然后再向電極W、V同時(shí)供電，則其電流矢量為90°，結(jié)果便是交替偶極發(fā)射方式（圖4中***頭所示）。如果同時(shí)向電極U供電I1，向電極W供電-I3，向電極V供電I2=0，并且I1=-I3，此時(shí)電流便從V向W流動(dòng)，則合成電流矢量方向?yàn)?0°（令電極U的方向?yàn)?°）。***終兩個(gè)合成電流矢量夾角為90°，也是交替偶極發(fā)射裝置（圖4中黑箭頭所示）。野外施工中首先發(fā)射六個(gè)方向的合成電流矢量，然后選擇發(fā)射電流***大的、近于垂直的兩個(gè)發(fā)射方向以形成交替偶極發(fā)射裝置。 
在圖3中如果只給一對(duì)偶極子供電，便簡(jiǎn)化為標(biāo)量可控源電磁法CSAMT，此時(shí)在地面只需觀測(cè)磁場(chǎng)分量H和與其相垂直的電場(chǎng)分量E，按公式（2）計(jì)算測(cè)點(diǎn)下方的視電阻率值。 
3）張量可控源發(fā)射裝置的特點(diǎn) 
可根據(jù)確定好的發(fā)射頻率和發(fā)射時(shí)間同時(shí)向發(fā)射機(jī)和接收機(jī)預(yù)置工作列表（包括發(fā)射的波形、***大電流強(qiáng)度和發(fā)射角度、頻率、疊加次數(shù)及每個(gè)發(fā)射頻率工作起、止時(shí)間等），便可根據(jù)野外接收和發(fā)射人員約定的開(kāi)始時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行工作列表內(nèi)的所有頻率的發(fā)射和數(shù)據(jù)采集工作； 
發(fā)射裝置可任意組合，發(fā)射和接收由高精度GPS同步； 
可任意編輯發(fā)射波形，可使用國(guó)產(chǎn)50Hz，400V三相發(fā)電機(jī)做動(dòng)力源 
由于GPS模塊可存儲(chǔ)時(shí)間信號(hào)，因此在GPS信號(hào)盲區(qū)仍可進(jìn)行***同步； 
由于發(fā)射系統(tǒng)的控制器TXB-07與接收系統(tǒng)主機(jī)性能一致，因此兩者之間高度同步，于是疊加過(guò)程可以在時(shí)間域進(jìn)行，這樣大大提高了數(shù)據(jù)處理速度。 
由于可控源場(chǎng)強(qiáng)可控，在電磁干擾大的地區(qū)也能獲得高質(zhì)量的觀測(cè)結(jié)果，這與CSAMT法一樣。 
張量可控源電磁法接收系統(tǒng) 
接收系統(tǒng)由兩個(gè)或三個(gè)磁場(chǎng)傳感器（MFS-07e），兩對(duì)電場(chǎng)傳感器（不極化電極）和一臺(tái)ADU-07e主機(jī)組成，是標(biāo)準(zhǔn)的大地電磁測(cè)深儀。發(fā)射裝置和接收系統(tǒng)之間由高精度GPS同步（圖5），也可由事先輸入的工作列表同步。 


圖5  張量可控源電磁法（TC***T）組成 
左圖為接收系統(tǒng)，右圖為發(fā)射系統(tǒng) 

由于張量可控源電磁法主要用于詳查和精查階段，測(cè)點(diǎn)距離一般為20m-150m，所以可采用帶***站的接收系統(tǒng)，即一臺(tái)ADU-07e主機(jī)帶三個(gè)***站，同時(shí)完成四個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)任務(wù)（圖6）。主機(jī)與***站之間由電纜同步。如果有幾臺(tái)ADU-07e同時(shí)觀測(cè)，工作效率非常高。 
接收系統(tǒng)可***應(yīng)用于MT和AMT觀測(cè)。 


圖6  一臺(tái)主機(jī)可同時(shí)完成四個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè) 
張量可控源電磁法的主要特點(diǎn) 
1）正如前述，張量可控源發(fā)射裝置可以產(chǎn)生任意極化方向的磁場(chǎng)信號(hào)，因此可以求解測(cè)點(diǎn)下的多組張量阻抗要素值，這不僅適合探測(cè)二維、甚至三維的地質(zhì)體，而且可選擇質(zhì)量***高的張量阻抗要素值進(jìn)行反演解釋。標(biāo)量可控源電磁法（CSAMT）僅適合探測(cè)一維地質(zhì)結(jié)構(gòu)。 
2）由于張量可控源發(fā)射裝置建立的合成電流矢量方向I ⃑可控，也即發(fā)射的***佳場(chǎng)強(qiáng)位置是可控的，因此在發(fā)射裝置周圍區(qū)域內(nèi)均可布置接收系統(tǒng)，并能接收到***強(qiáng)的電磁場(chǎng)信號(hào)。所以它比CSAMT的觀測(cè)范圍大的多（圖7）。 
3）張量可控源場(chǎng)源強(qiáng)度可控，可進(jìn)行多次疊加，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)都可獲得多組張量阻抗要素值，因此在電磁噪聲環(huán)境較強(qiáng)的地區(qū)也能觀測(cè)到高質(zhì)量數(shù)據(jù)。 

圖7  在旋轉(zhuǎn)偶極發(fā)射裝置的周圍空間遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)都可布置接收系統(tǒng) 

4）當(dāng)CSAMT發(fā)射偶極子位于地下高導(dǎo)體之上并與其走向一致時(shí)，發(fā)射的電磁場(chǎng)能量部分被高導(dǎo)體吸收，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)處的電磁場(chǎng)減弱，信噪比降低，但張量可控源發(fā)射裝置由于發(fā)射的電磁場(chǎng)方向是可變的，所以可以避免這一問(wèn)題。 
5）張量可控源發(fā)射的是三維電流體系，能有效探測(cè)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造（圖8）。 

圖8  張量可控源發(fā)射裝置在地下建立的三維電流體系 
6）張量可控源可以測(cè)量發(fā)射電流和接收電流的頻率和強(qiáng)度，用以計(jì)算近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的地下電性結(jié)構(gòu)，由于這些電流是近于垂直的所以對(duì)高阻層敏感（反演軟件正在編制中）。 
7）可與同測(cè)點(diǎn)的MT數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演，相互約束，增加勘探深度。 
8）發(fā)射機(jī)輕便，僅重35kg，輸出電壓&plu***n;560V，***大輸出電流&plu***n;40A，如果外加變壓器，輸出電壓可升至1000V以上，此時(shí)發(fā)射機(jī)很重，需要卡車裝載。