在石油钻井领域尤其是海上钻井中,随钻电磁波测量技术因其在地质导向和边界探测中具有重要价值而得到广泛开发和应用。然而传统的随钻测量技术均采用同轴发射和接收天线,虽然可以确定油气储层的位置,但由于缺乏方位灵敏性,无法提供各向异性储层的定向信息,因而不足以对各向异性地层进行评价。自2000年开始,随着定向随钻测量的引入,产生了新一代定向测井仪器。这些仪器除含有轴向天线外,还有倾斜和横向天线,能够精确测量地层各向异性、倾斜角和方位角,提高了地层界面预测和地质导向的能力。本文通过研究电磁波在各层介质中的反射和透射规律,导出介质层中电磁波的解析表达式,计算电磁波电阻率随钻测量的幅度衰减和相移,分析定向电磁测量对地层界面的灵敏性。同时计算随钻电阻率仪器激发的电磁场随仪器方位变化的关系,分析方位电阻率成像的规律。首先,本文从麦克斯韦方程出发,将测井仪器发射源简化为一个磁偶极子,其在层状地层中产生的电磁场可以分解为电场矢量垂直于入射面的线性极化波(TE波)和平行于入射面的线性极化波(TM波),通过研究这两种波在各层介质中的反射和透射规律,利用边界条件得出磁偶极子在水平层状介质中的解析表达式,并以此为基础计算电磁波随钻测量的幅度衰减和相移。其次,采用不同目的层厚度的三层和多层地层模型,计算定向幅度衰减随仪器方位变化的关系,分析方位电阻率成像的分辨率。结果表明,当目的层厚度较大时,通过成像可以确定地层边界；但当厚度逐渐减小,成像效果变差,甚至可能曲解真实地层情况,影响测井决策。最后,根据电磁波随钻测量的幅度衰减和相移表达式,结合方位电阻成像,分析定向电磁测量对地层界面的灵敏性,研究地层相对倾角和接收天线倾角对电磁测量的影响。计算结果表明,线圈距和目的层厚度越大、频率越低、目的层和围岩电阻率差别越大,定向电磁测量的探测范围越大;随着地层倾角和接收天线倾角的增加,定向电磁响应在接近地层界面时的变化越明显,对地层界面的灵敏性越强。同时分析定向电磁测量信号的方位分辨特性,实现对地层界面的准确预测。以上工作和结论对方位电阻率测井具有实际意义,为分析定向电磁响应和方位电阻成像提供了理论基础。