电磁法讲稿(TEM)
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TerraTEM瞬变电磁仪讲解
H
0.55
L2 I1
1
5
3）大定回线源装置发送线框依据探测深度，在100m×200m至
300m×600m范围内选用，长边应平行地质体走向铺设，供电电流一
般为10~30A。在发送框内、外用轻便线圈观测 两个正交分量
dBx / dt
dBz / dt
4）在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点距为5~10m的重
2.6大定源回线
又称为大固定发射一移动接收组合，简称为大回线。在野 外，地面大定源观测装置常用矩形大回线作为发射源，在 回线外或者回线内测量垂直磁场产生的感应电动势。为由 观测的感应电动势获得地下电阻率的变化规律。
R
R
R
RR
T
常用组合大致应用范围：
1、重叠回线和中心回线常用于普查，勘探深度中等。 2、大定源回线常用于详查，或者要求勘探深的任务。 3、分离回线常用于踏勘和浅部探测任务。
叠回线工作。
五、瞬变电磁应用领域
1、金属矿产勘查、断裂构造勘查 2、隧道超前探测、岩溶探测、陷落柱探测、煤田矿井涌水、
突水通道勘察
3、探测积水、非积水采空区 4、岩体渗漏通道、地下水勘查 5、地表探测公路、铁路隧道工程中的不良地质构造、堤渗漏
隐患探测。
六、TerraTEM瞬变电磁仪产品组成
50A大功率发射机
Rx Tx
图C.2 单一回线
2.4分离回线(偶极回线)：分离回线装置（图C.4）由两回线组成，回线分
离的距离取决于所要探测的深度。此装置的信号较弱，但对垂直异常体特
别敏感，并能很好地镜像不规则目标体。 优点： 1、主要响应为一单峰，异常形状较简单。 2、可观测多个分量，能较精确地提供目的物倾角和深度信息。 3、设备较轻便，适用于航电异常检查等深度浅、工作地区分散的工作。 缺点：1、一般发射磁矩小，信号电平低。2、勘探深度小。
tem原理与应用培训讲学
图7 TEM测深装置 （a）电偶源；（b）磁偶源；（c）线源；（d）中心回线
中心回线的接收线圈位于发射线圈的
中心，常用于1km以内的测深；其它三种 用于探测深部构造，偶极矩大致等于目标 层深度。用(a)、(b)、(c)装置测量时，接收 回线Rx与发射回线Tx相对位置不变而沿测 线整体移动观测，用（d）装置测量时， Tx不动，Rx沿测线移动观测。
t
的视电阻率定义为：
2r4 Bz 3Iasin t
（b）近区（晚期）视电阻率
当感应数
2
r
1
时，称为近区晚期。
瞬变电过程可以划分 为发射、电磁感应和接收三部分。当发射回线 中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论， 发射回线中电流的突然变化将在其周围产生磁 场、称为一次磁场。一次磁场在传播过程中， 如遇到地下良导体，将在其内部产生感应电流， 称涡流或二次电流。
图8 采用混合坐标的TEM剖面图
4.1-2 瞬变场衰减曲线
该曲线横轴代表时间道号，纵轴为观测 场值。衰减曲线可绘制在双对数坐标（图9） 或单对数坐标（图10）中。
图9 瞬变场衰减曲线 （双对数）
图10 瞬变场衰减曲线 （单对数）
4.1-3 视电阻率拟断面图
以测点为横轴，时间道号为纵轴，以视电 阻率为记录值,绘制等值线图（图11)。拟断面 图直观的绘出沿测线地电断面电性变化特征。 图11中低阻异常区对应硫铁矿脉。
4.2-1 TEM远、近区视电阻率 对于瞬变电磁测量, 所测垂直磁感
应强度对时间的变化率, 在特定的场区下 所得均匀半空间的渐近表达式都是显函 数 , 可按传统方法定义视电阻率。
(a)远区（早期）视电阻率
当感应数 2r 1 时，称为远
区早期。在这种条件下, 对均匀半 空间电磁场值进行近似, 得出均匀 半空间电阻率关于电磁场值的反 函数, 称为远区或早期视电阻率。 对于观测值为 B z 的电偶源瞬变场
中心回线的接收线圈位于发射线圈的
中心，常用于1km以内的测深；其它三种 用于探测深部构造，偶极矩大致等于目标 层深度。用(a)、(b)、(c)装置测量时，接收 回线Rx与发射回线Tx相对位置不变而沿测 线整体移动观测，用（d）装置测量时， Tx不动，Rx沿测线移动观测。
t
的视电阻率定义为：
2r4 Bz 3Iasin t
（b）近区（晚期）视电阻率
当感应数
2
r
1
时，称为近区晚期。
瞬变电过程可以划分 为发射、电磁感应和接收三部分。当发射回线 中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论， 发射回线中电流的突然变化将在其周围产生磁 场、称为一次磁场。一次磁场在传播过程中， 如遇到地下良导体，将在其内部产生感应电流， 称涡流或二次电流。
图8 采用混合坐标的TEM剖面图
4.1-2 瞬变场衰减曲线
该曲线横轴代表时间道号，纵轴为观测 场值。衰减曲线可绘制在双对数坐标（图9） 或单对数坐标（图10）中。
图9 瞬变场衰减曲线 （双对数）
图10 瞬变场衰减曲线 （单对数）
4.1-3 视电阻率拟断面图
以测点为横轴，时间道号为纵轴，以视电 阻率为记录值,绘制等值线图（图11)。拟断面 图直观的绘出沿测线地电断面电性变化特征。 图11中低阻异常区对应硫铁矿脉。
4.2-1 TEM远、近区视电阻率 对于瞬变电磁测量, 所测垂直磁感
应强度对时间的变化率, 在特定的场区下 所得均匀半空间的渐近表达式都是显函 数 , 可按传统方法定义视电阻率。
(a)远区（早期）视电阻率
当感应数 2r 1 时，称为远
区早期。在这种条件下, 对均匀半 空间电磁场值进行近似, 得出均匀 半空间电阻率关于电磁场值的反 函数, 称为远区或早期视电阻率。 对于观测值为 B z 的电偶源瞬变场
国外瞬变电磁法
（Smith等，1998）
TerraAir、GEOTEM和PROTEM37实测对比显示：对于地下 浅部导体， PROTEM37的晚期信噪比最好（50000:1）， TerraAir次之（500:1）， GEOTEM最低（仅为25:1）。 数字模拟结果显示：导体埋藏加深，地面TEM系统的晚期信 噪比优势将减弱，而半航空TEM系统始终强于航空TEM系统。
（Fountain等，2005）
INPUT系统和 MEGATEM系统对 Perserverance矿体的 响应信号对比
（Smith等，2003）
固定翼时间域AEM偶极矩的变化
（Smith等，2003）
阿比蒂比型矿 体
偶极矩与固定翼时间域AEM有效勘探范围
（Smith等，2003）
固定翼时间域AEM进展
Voisey’s Bay
Ni-Cu-Co矿床平面图（a） 和纵剖面图（b）
(Balch，2000)
西延带矿化7＋00W测线 的电磁响应图 (Balch，2000) 西延带矿化向南陡倾，覆 盖层厚达90m。 UTEM剖面表明，所探测 到的是一个陡倾导电体， 延深大且高电导。 GEOTEM剖面也显示出强 烈响应，X分量峰值达 1250ppm。HEM响应的同 相分量（CP-I和CX-I）仅 10ppm，表明这种方法的 穿透深度有限。异相分量 （CP-Q和CX-Q）受到厚 覆盖层的强烈影响
20世纪50年代——低阻异常填图——硫化物勘探
电子技术和计算机 技术的发展 测量精度和灵敏度 大为提高
20世纪80年代以后
延伸至构造地质填图和水文地质研究等领域
二、 西方TEM的发展及其主要进展
1.航空瞬变电磁系列 （1）固定翼航空瞬变电磁系统 （2）直升机航空瞬变电磁系统
瞬变电磁(TEM)检测方法
J 、 J 、 J 分别为管外介质、防腐层和管内介质的磁导率、电导率与介电常数； G、 G 为管体的磁导率与电导率。
2．数学模型 管道外介质的电导率和磁导率远远小于金属管道的电导率和磁导率， 利用瞬 变电磁响应的时间可分性， 实际检测中可以在恰当的时窗范围内只考虑金属管道 与管内介质的响应。此外，将金属管道及其管内介质作为一个外径相同的等效柱 体来考虑，在管外观测时二者所产生的瞬变电磁响应相同。等效柱体与金属管道 及其管内介质之间的参数关系如下：
6
位置的分布情况，确定检测间距，一般情况下应当采用基本检测点距基础上适当 加密的措施，必要时可进行全覆盖（点距不大于被检管道埋深的 2 倍）检测。 B. 对于根据管道日常管理中汇集的管道穿孔及泄漏、介质腐蚀性等数据判 断可能发生腐蚀较严重的管段，可按 25m～50m 基本点距基础上适当加密的方式 布设测点。防腐（保温）层破损、缺陷点及其两侧、阴极保护失效部位、杂散干 扰显著地段及怀疑发生腐蚀的管段应布置加密检测点。弯头或接头两侧、土壤介 质明显变化处、 环境因素明显分界处、 第三方破坏频发处可适当布置加密检测点。 C. 也可以根据管道运行方要求进行抽检。 抽检时需考虑检测位置的代表性， 一般应布置在根据管壁腐蚀影响因素、 维修历史/记录和其他任何管壁腐蚀/破裂 历史等资料所分析的腐蚀可能性较大的管段位置上。 检测点位置测量：瞬变电磁（TEM）检测设计中还应包含定位测量的内容， 具体方法可根据管道运行方对定位测量精度的要求按相关标准确定。 2．现场检测作业 (1) 操作数据采集器 无论使用 GBH-1 或者使用其他脉冲瞬变电磁仪采集数据时， 要按照相应说明 书中规定的步骤操作仪器和附属设备。 (2) 实地布设检测点 根据实地情况布设测点，必要时可适当调整，要避免布置在靠近强干扰源、 强磁场、有金属干扰物的地方。观测前，应首先校对测点号是否正确，随即作好 现场记录，对干扰、周围地物以及必要的点位移动情况要详细记录。 (3) 安放发射-接收回线 在已确定的观测点上安放发射-接收回线使其平面接近水平，回线中心偏离
瞬变电磁法
中线回线全域电阻率
啊
在晚期感应电动势ε(t)∝t-2/5，在双对数坐标 上的响应曲线呈68.2°下降直线。电阻率越 大，早、中期的时间短，且幅度大，电阻率 越小，早、中期的时间长。图2.2.1给出中心 回线下回线半径100m的两层大地的电动势时 间特性曲线。
4、高阻围岩中水平导电板的瞬变电磁
第2章 瞬变电磁法的反演方法
1、基于烟圈理论的最简化反演 根据M.N.Nabighian的推导，蒋邦远提出了 一种简单的、快速近似反演方法。 该方法的基本原理如下；均匀半空间地表 线圈激发的阶跃瞬变响应可，则上式中之速度v 为时间t所对应地层之速度。
否则， ; 早期瞬变电磁场用的较 少。
晚期视电阻率
/ r ; u 0 m r0 0 3 / 2 BZ (t ) m0 0 3 / 2 E (t ) ( ) ; ( ) 40t t t 20t t
特点： 1、晚期场与成反比，在导电性差的 大地上，磁 场经早期衰减，已衰减 殆尽的缘故。 2、晚期场与位置无关， 表明晚期场等效烟圈电 流 已扩散到无限远、无限 深处了。 3、晚期磁场随时间迅速 衰减。
他指出，任一时刻的 涡电流产生的磁场可等 效为一个水平环状的线 电流产生的磁场。 地下涡电流向下、 向外扩散的现象---“烟圈 效应”。
“烟圈”的半径和深度 为： r 8c 2 t /( 0 ) a 2 ; d 4 t / 0 d 2 c 2 2 0.546479 ; v t t 0 8 早期瞬变电磁场由浅部 涡流产生 反映浅部电性； 晚期瞬变电磁场由深部 涡流产生 反映深部电性； 观测研究瞬变电磁场随 时间的变化规律，可探 测 大地电性的垂向变化 瞬变电磁测深的原理。 观测研究同一时间瞬变 电磁场沿剖面的变化规 率 可探测大地电性沿剖面 变化 瞬变电磁探测 地下电阻率不均匀体的 原理。
tem原理与应用
图12 瞬变场等值线平面图
4.2 TEM视电阻率的计算 对瞬变电磁测量, 仪器所采集的数 据通常为感应电动势, 即磁感应强度垂 直分量的时间变化率。但是直接从变化 率曲线上很难看出所反映的地电断面结 构, 通常都要根据正演公式转算成视电 阻率。视电阻率的变化规律基本反映了 地电结构, 对定性定量解释都有很大意 义。下面以电偶源TEM为例给出各种视 电阻率的定义。
图3 用电路理论表示的瞬变电磁法测量系统
式中，τ=L/R为矿体线圈的时间常数。由此 式可以看出，线圈内的感应电流是随指数规 律衰减的。 矿体中的感应电流将在接收线圈中产生 二次磁场，线圈中的感应电动势与二次磁场 随时间的变化率成正比，其表达式为：
通过上式可以看出，对于导电性差的 矿体，时间常数τ较小，二次场初始值较大， 但衰减速度较快；反之，导电性良好的矿 体，时间常数τ较大，尽管二次场初始值小， 但衰减速度慢（图4)。瞬变电磁场这一特 性构成了TEM寻找地下矿体的基本原理。
式中K为随导体而变的常至数，σ为电导率， μ为磁导率。下表给出了几种常见几何形态的 良导矿体时间常数计算公式。
多数情况下，矿体时间常数可由它对应 的瞬变场衰减曲线近似求得。在瞬变场衰减 晚期，其衰减曲线可近似表示为： A(t)=A0e-t/τ
式中A(t)为t时刻瞬变场之值，A0为衰减 初始值，t为衰减时间，τ为时间常数。由衰 减曲线求时间常数的方法是在衰减曲线晚期 时间段上提取两个不同时间道所对应的观测 值，然后由下式计算该异常体近似的时间常 数。 t2 t1 ln A t1 / A t2
由于二次电流随时间变化，所以在其周 围又产生新的磁场，称二次磁场（如图1所 示）。由于良导体内感应电流的热损耗，二 次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成如 图2 所示的瞬变磁场。
TEM法(瞬变电磁法)
-3 0 0
GDP-32 TEM结果
400m*400m
700 750 800 850 900 950 1000
-4 0 0
-5 0 0
400
-6 0 0
200
0 -100
-7 0 0
0
-200 -300
-8 0 0
-9 0 0
-200
-400
-1 0 0 0
-400
-500
-1 1 0 0
-600
-600
TEM一次场和二次场波形图
GDP-32II TEM 二次波形图
Time (uSeconds)
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
50
100
150
Bin Number
各种TEM的 装置形式
TEM三分量测量装置
h 28
t
TEM法的电阻率与深度计算
TEM法的电阻率计算与所使用的装置有关，就 中心回线而言，其近区的计算公式为
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简称TDEM或TEM。瞬变电磁法以接地导线 或不接地回线通以脉冲电流，以激励探测目的物感 生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的 响应的一种电磁探测方法。由于二次场从产生到结 束的时间是短暂的，这就是“瞬变”一名词的由来， 俄罗斯称“过渡过程”，西方早期叫脉冲电磁法 （PEM）或电磁脉冲法（EMP），在原苏联过渡过 程的早期与建场法混在一起。
探测深度公式为
h 28
t
TEM多窗口电压剖面
160
G a m b e ll E E /C A T E M G e o p h y s ic a l S u r v e y A r e a C , L in e 0 e
建场法( TEM、TDEM、瞬变电磁测深法)
RH0=1,2,5,9,10,20,80,100,200,500,800,1000 VOLT: RHO THICK 100 1000 RHO 500 1000
R=15000m
0.001
0.01
0.1
1
10
1E+002 1E+003 1E+004
1E+003 1E+002 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 1E-005 1E-006 1E-007 1E-008 1E-009 1E-010 1E-011 1E-012 1E-013 1E-014 1E-015 1E-016 1E-017 0.001 0.01 0.1 1 10 1E+002 1E+003 1E+004
时间衰减的信号曲线，从而获得在测点处由浅至深的
地电信息
电磁法勘探技术
方法特点
•大功率场源，资料采集精度高 •类似地震的多道采集方式 •提取剩余场技术 •直观的拟地震电性断面显示技术
•不受表层高阻层屏蔽影响
电磁法勘探技术
瞬变响应的观测值在远区条件下与电阻率成正比，
即：
Bz (t ) ~ t
在近区条件下与电阻率的3/2次方成反比，即： Bz (t ) 3 ~ 2 t 而对于直流电测深来说： V ~ 对于大地电磁测深：
• 综合解释提交的主要图件:
• 综合解释报告。
电磁法勘探技术
汇报内容
• • • • • 野外施工方法及原理 理论模拟结果 资料处理 效果分析 资料归档
塔中4口深井电测视电阻率曲线
塔参1
塔中162
塔参1、塔中162井微电性曲线与井旁剖面对比 电磁法勘探技术
塔参1井
第六讲TerraTEM瞬变电磁仪讲解
Rx
Tx
图C.4 分离回线
2.5井中接收装置：井中接收装置（图C.5）对深度上传导率的细微变化有 着极高的灵敏度。为得到深部的有效信息，必须要配备大定源发射装置。 井中接收装置在内置传感器中安装有三分量探头，能对三个方位进行探测， 这样能帮助用户绘制三维目标体图像。
Tx
图C.5：井中接收装置 Rx
第六讲
瞬变电磁法及其应用
主讲人：杨双安 河南理工大学资源环境学院
一、概念
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是利用不接地回线或电极 向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电 极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二 次电磁场的空间和时间分布，从而来解决有关地 质问题的时间域电磁法。
叠回线工作。
五、瞬变电磁应用领域
1、金属矿产勘查、断裂构造勘查 2、隧道超前探测、岩溶探测、陷落柱探测、煤田矿井涌水、
突水通道勘察
3、探测积水、非积水采空区 4、岩体渗漏通道、地下水勘查 5、地表探测公路、铁路隧道工程中的不良地质构造、堤渗漏
隐患探测。
六、TerraTEM瞬变电磁仪产品组成
50A大功率发射机
H
0.55
L2 I1
1
5
3）大定回线源装置发送线框依据探测深度，在100m×200m至
300m×600m范围内选用，长边应平行地质体走向铺设，供电电流一
般为10~30A。在发送框内、外用轻便线圈观测 两个正交分量
dBx / dt
dBz / dt
4）在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点距为5~10m的重
Rx Tx
图C.2 单一回线
TEM瞬变电磁法简述
TEM瞬变电磁法简述瞬变电磁法或称时间域电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM），是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，以不接地回线（磁偶源）向被测地质体发射脉冲式电场作为场源（一次场）。
以此来激励地下介质的二次涡流场，并对二次场进行观测。
在发射脉冲的间隙利用接收回线（线圈）接收二次场，通过分析二次场随时间的变化特征，来获取地下介质的电性特征（电阻率），推断目标体的空间赋存位置、产状、埋深等信息。
图1瞬变电磁法原理图如图1所示，在地面布设发送回线，并给发送回线上供一个电流脉冲方波，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。
该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地表传播，在回线一定范围内接收回线接收二次磁场。
1.2 TEM如何实现测深在瞬变过程早期阶段，高频谐波占主导地位。
由于高频的趋肤效应，涡旋电流主要集中在导电介质的表层附近且阻碍电磁场向地质体深处传播。
所以早期阶段主要反映地质体断面上部地质信息。
随着时间的推移，高频成分被导电介质吸收，从而低频成分占主导地位。
它在导电地质体中激发出很强的涡旋电流。
然而由于热损耗，这些涡旋电流场很快就消失了。
在瞬变过程的晚期，局部地质体中的涡流实际上全部消失，而在各个地层中的涡流磁场之间连续的相互作用使场均匀化和使电流均匀分布，晚期场将依赖于断面的总纵向电导。
1.3 TEM如何探测地质体信息在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场的强度。
地质体介质被激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地质体介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，即二次场的大小与地下介质的电性有关：（1）低阻地质体感应二次场衰减速度缓慢，二次场电压较大；（2）高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。
根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断被测地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势（即二次电位），因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法，是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断相关地质现象的一种有效的地质勘探手段。
TEM法(瞬变电磁法)
中心回线 TEM 正演结果之一
中心回线 TEM 正演结果之二
0
(m)
-5
-10 30
(m)
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
水泥管(直径30cm) 碎石(2m*2m*2m) 空洞(1m*o.5m*1m) 钢管(直径10cm) 碎石(1.5m*1.5m*1.5m)
福建某海湾围堰NanoTEM探测
-100
-200
4500
5000
5500
6000
6500
辽宁清远红透山GDP-32II 验收试验结果
-100 -200
GDP-32 TEM结果 200m*800m
GDP-32 CSAMT结果
200 600 400 600 800 1000
-300
GDP-32 TEM结果
400m*400m
700 750 800 850 900 950 1000
TEM法的电阻率计算与所使用的装置有关，就 中心回线而言，其近区的计算公式为
探测深度公式为
h ≈ 28 ρ × t
TEM多窗口电压剖面 多窗口电压剖面
160 140
Gambell EE/CA TEM Geophysical Survey Area C, Line 0e TEM dBz/dt (uV/Am2)
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简称TDEM或TEM。瞬变电磁法以接地导线 或不接地回线通以脉冲电流，以激励探测目的物感 生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的 响应的一种电磁探测方法。由于二次场从产生到结 束的时间是短暂的，这就是“瞬变”一名词的由来， 俄罗斯称“过渡过程”，西方早期叫脉冲电磁法 （PEM）或电磁脉冲法（EMP），在原苏联过渡过 程的早期与建场法混在一起。
电磁法讲稿06(TEM)
• 由图中可见测线中部为高阻区,两侧为低 阻区。 • 参照实地的地质资料,高电阻区对应流纹 英安斑岩体,低电阻区为绿岩。 • 根据钻孔资料,金矿赋存于流纹英安斑岩 体内,绿岩中的低电阻区为含水层。 • 经ＴＥＭ圈闭的异常区得到了矿方钻孔 资料的验证。
• 3.3 煤田水文地质调查 • TEM方法是煤田水文地质调查的一种主 要的探测手段,图7是山东兖矿集团兴隆庄 煤矿某采区ＴＥＭ探测的视电阻率-视深 度等值线图。 • 从图中可明显地看出两个低阻异常区(1,2 号)。 • 这两个低阻异常区解释为可能含水区,其 结果已得到钻孔资料的证实,并应用于煤 矿的安全生产。
• (2) 测量系统放置。 • 在设计确定之后,测量发射框的位置、各 条测线及测点位置,并建立测桩号。 • 铺设发射框,摆放发电机、发射机。 • (3) 同步和测定测量参数。 • 在测量系统设置完以后,启动发电机和发 射机,系统预热,按所设计的使用基频,使发 射机和接收机同步,测定关断时间,确定发 射电流等。
• 由图中可明显地看出3个高阻异常体,其位 置分别为65Ｗ,45Ｗ,15～5Ｗ,将这3个异常 体解释为地下空洞。
• 这个结果已为Jenny Wren矿后来的数据 所证实。
• 3.2 金属矿探测 • 1997年8月我们利用ＰＲＯＴＥＭ-37仪 器在澳大利亚西部卡尔古利地区ＪＥＮ ＥＴＩＶＹ金矿进行了ＴＥＭ测量工作。 • 采取中心式测量方式,沿两条测线测量,线 距40ｍ,点距20ｍ。 • 两条测线的结果相似,图6所示是该金矿区 的视电阻率-深度剖面图。
（5）
• 其中ｔ为TEM的时间,ｆ为ＭＴ的频率。
• ＴＥＭ视电阻率ρτ转换成有效视电阻率 ρeff的公式为:
（6）
• 其中α为常数(α=0.15),ｋ=2.3,利用上述两 式可将观测的ＴＥＭ视电阻率ρτ转换成 可与ＭＴ视电阻率对比的数据。
瞬变电磁法
瞬变电磁法（TEM）1.基本原理瞬变电磁法也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，激励电流便形成了一次磁场，瞬间断开“关断”脉冲。
这一随时间突变的磁场在管体中激励起随时间变化的“衰变涡流”，从而在周围空间产生与一次场方向相同的二次“衰变磁场”，二次磁场穿过接收回线中的磁通量随时间变化，在回线中激励起感生电动势，通过测得的感应电动势来判断管道的畸变。
2．国内外发展现状最早提出关于时间域电磁法是西方的“Eltran”法，它基于美国科学家L.W.Blan在1933年的专利，该方法利用电流脉冲激发供电偶极形成电磁场，用电偶极测量电场，此方法提出后，石油公司做了很多野外实验，希望得到类似地震反向法的结果，但由于脉冲激发的瞬变电磁响应频率较低，在沉积盆地难以得到能够识别的分辨率，因此没能达到预期效果。
在上世纪30年代末，前苏联的A.П.Краев才提出将瞬变电磁信号应用于地质构造测深，而利用瞬变电磁法寻找导电矿体，最早是由加拿大地球物理学家J.R.Wait于1951年提出，并于1953年获得专利权。
直到50~60年代，原苏联科学家完成了瞬变电磁法的一维正、反演问题，建立了瞬变电磁法（亦称建场法）的解释理论和野外工作方法，瞬变电磁法才步入实用阶段；80年代以后，随着计算机技术的发展，G.W.Hohmem、A.P.Raiche、B.R.Spies与M.N.Nabighian等学者发表了大量论文，促进了二、三维正演模拟技术的发展。
我国的瞬变电磁法研究起始于上世纪70年代初，其中较早开展这项研究工作的有朴化荣、曾孝箴与王延良等人，推出了均匀大地上空时间域电磁响应，并将脉冲式航电仪器用于地质填图和找矿；1977年地矿部物化探勘查研究所的蒋邦远等将脉冲电磁法用于勘探良导体金属矿；1985年牛之琏将脉冲电磁法用于金属矿勘探，并取得了明显的效果；随后北京矿产地质研究所、中国地质大学、中国有色金属工业总公司矿产地质研究院、中南工业大学、西安地质学院等单位进行研究。
瞬变电磁实例03(TEM)
2 TEM法的应用实例 法的应用实例 2 . 1 琼海市沙洲岛 TEM法找水实例 法找水实例 • 1994年 7月 ,受海南某公司委托 ,在琼海市 年 月 受海南某公司委托 在琼海市 NW1 km的万泉河畔 ,包括沙洲岛及附近 的万泉河畔 包括沙洲岛及附近 水域面积仅 0 . 30 km2 范围内 ,投入了瞬 投入了瞬 变电磁法勘测剖面 4条。 条 • 据区域地质资料 ,测区处于控制官塘温泉 测区处于控制官塘温泉 断裂的北东端延伸部位 ,因而地质上具有 因而地质上具有 寻找地下冷热水的断层通道。 寻找地下冷热水的断层通道。
• 沙洲岛 5线电位多测道剖面图 (图 1 )显 线电位多测道剖面图 图 显 示 ,在 1 0至 1 6号点之间有一明显高电位 在 至 号点之间有一明显高电位 异常存在。 异常存在。 • 早期异常较弱 ,晚期异常较强 ,异常具有 晚期异常较强 异常具有 不对称性。 不对称性。据此推断 ,认为该地段存在一 认为该地段存在一 条倾向于小号点的断层。 条倾向于小号点的断层。 • 于是 ,在 1 1号点附近设计钻孔验证。实 号点附近设计钻孔验证。 在 号点附近设计钻孔验证 际钻孔揭露分别在 1 39. 8m至 1 53. 8m和 至 和 2 48m至 2 6 3. 9m两处遇到断裂破碎带 , 至 两处遇到断裂破碎带 日涌水量 1 0 0 0 t,水温 2 8. 5℃。 水温 ℃
• (2 )重叠回线装置与探测目标体耦合良好 , 重叠回线装置与探测目标体耦合良好 异常幅值大 ,形态简单 ,横向分辨率较高 , 形态简单 横向分辨率较高 适合于构造填图和岩体接触带圈定 适合 构造填图和岩体接触带圈定 ; • (3)施工工效高 ,在大范围普查扫面和水上 施工工效高 在大范围普查扫面和水上 施工时比较优越 ; • (4)地形影响相对其它电法要求较低。 地形影响相对其它电法要求较低。 地形影响相对其它电法要求较低 • 当然 ,要取得好的效果 ,必须根据实际地 要取得好的效果 必须根据实际地 质条件和需要解决的地质问题 ,选测好观 选测好观 测参数 ,并把握施工质量 ,才能达到预期 并把握施工质量 才能达到预期 目的。 目的。
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• (3)视电阻率ρτ（ｔ）值，以Ωｍ计量。 • (4)视纵向电导Sτ（ｔ）值，以S(西门子) 计量。
3、瞬变曲线特征
• 采用不同装置观测瞬变场时，所得到的 瞬变曲线具有不同的特征。 • 下图给出了良导直立脉状体上方不同装 置上的磁场曲线的异常特征。 • 假设各装置的发射框与接收框之间中心 点连线与岩脉走向垂直，其对应的磁场 新剖面曲线特征好下：
• (1) 瞬变值B(t): • B(t)=dB(t)/dt=V(t)/SＲＮ，以 nV/m2计量，这里SＲ表示接收线圈 的面积，N为接线圈的匝数。 • 有时采用B(t)/I，以nV/ m2Ａ计量。 • (2) 磁场B(t)值： • 由对B(t)取积分得到B(t)值，以 pw/ m2 计量。
四、瞬变电磁法的野外工作方 法
• 1、测量装置
• 2、观测参数 • 瞬变电磁仪器系统的一次场波形、 观测道数及其时窗范围、观测参数 及其计算单位等，各个厂 家的仪器 之间有所差别。 • 尽管各种仪器绝大多数都是使用接 收线圈观测发送电流脉冲间歇期间 的感应电压V(t)值。
• 就观测读数的物理量及计量单位而言， 大概可以分为三类： • ①用发送脉冲电流归一化的参数：仪器 读数为V(t)/I值，以μＶ／Ａ作计量 单位。 • ②以一次场感应电压V１归一的参 数：例如加拿大Crone公司的PEM系统， 观测值是用 一次场刚刚将要切断时刻的 感应电压V1值来加以归一。 • 并令V1 ＝１０００， 计量单位无量 纲，称之为Crone单位。
• 根据法拉第电磁感应定律，当发射回线 的稳定电流突然切断后一段时间内，地 下良导（矿）体内将产生感应电流，感 应电流在良导体内扩散过程可分三个阶 段： • 为了维护导体内原磁场，在断电初，感 应电流集中分布于导体表面，形成表面 电流（Grant and West，1965，Weaver， 1970）。该阶段称为早期时间。
• 假定发射线圈中有电流强度为I0（t）的 方波电流输入，根据电磁感应定律，则 导体线圈内产生的感应电流为：
•
I 1 (t )
M 01 I 0 L
e
t /
,t 0
（1）
• 其中τ＝L／R为导体线圈的时间常数。 • 由（1）看出，导体线圈内的感应电流是 随时间按指数规律衰减。
• 在t＝0时刻，即为衰减初期，导体内感 应电流强度为：
• ③归一到某个放大倍数的参数：例如加拿 大的EM－37系统，野外观测值为： • m=V(t)· ·2N G • 式中V(t)为接收线圈中的感应电压值； G为前置放大器的放大倍数； 2N 为仪器公 用通道的放大倍数，N=1、2、…、9。 • m值以mV计量。 • 为了便于对比，在整理数据中，无论用哪 种仪器，一般都要求换算成为下列几种导 出参数，并以这几种参数作图。
• 4、施工技术
• 4.1 测量装置的选择 • 共线框、环式线框和固定发射
• 4.2、测网设计
5、干扰与控制
五、瞬变电磁法的资料外理与 解释
e (t ) M 12 I t (t ) t e
t /
t 0 （2） I0 [ (t ) ] • L • • 式中：S（t）为单位脉冲函数。
M 01 M 12
• 分析式（2）可知，对于导电性差的地质体， 其时间常数τ值很小，二次场初始值较大， 但衰减速度较快； • 反之，导电性良好的矿体，时间常数τ值较 大，尽管二次场初始值小，但衰减速度慢 （图6）。 • 瞬变电磁场的这一物理特性构成了利用瞬 变电磁法寻找地下良导体的基本原理。
• 随着导体内感应电流的热损耗，表面电 流开始向导体内部扩散，见图4。
• 其扩散速度一般与导体的电导率成反比 关系，该阶段称为中期。 • 当导体感应电流扩散经过一段时间后， 便进入所谓的晚期阶段。 • 其感应电流的每个线电流的阻抗和感抗 均趋于于渐近值是晚期阶段的主要特征， 此时导体内的电流分布趋于相对的稳定， 热损耗速度减慢，表现为与感应电流相 对应的二次磁场衰减的速度大大减缓 （图2）。
• 瞬变电磁法或称时间域电磁法是以不接 地回线或接地线源通以脉冲电流为场源， 以激励探测目的物感应二次电流，在脉 冲间隙测量二次场随时间变化的响应。 • 二次场从产生到结束的时间是短暂的。 这就是“瞬变”或“过渡过程”名词的 由来。 • 在西方地球物理界，时间域电磁法的代 号是TDEM，瞬变电磁法的代号是TEM，有 时TDEM即指TEM，但反过来TEM代替TDEM 的极少。
• 二次磁场主要来源于良导体内的感应电 流，因此它包含着与良导体有关的地质 信息。 • 二次磁场通过接收回线的观测，并对所 观测的数据进行分析与处理。 • 以此来解释地下的良导体的地质属性和 及相关的物理参数。 • 图3是地面瞬变电磁系统，其发射装置是 一个大发射线框，接收装置是可以移动 的小型线框。
• 由于这些特点伴随仪器的数字化和智能 化，功率的增大，数学模型计算正反演 的应用，解释水平的提高与经验的丰富。 • 现在瞬变电磁法不仅是剖面的方法，也 是测深的方法，可以解决 的地质问题相 应扩大。 • 根据国内外的经验，可以解决的地质问 题有：
• • • • • •
矿产勘探； 构造探测； 水文与工程地质调查； 环境调查与监测 考古等。 几乎涉及物探工作的各个领域，特别需 要指出的是近年在找水、市政工程、土 壤盐碱化和污染调查以及浅层石油构造 填图都有良好的报导。
二、方法原理
• 瞬变电磁法的测量装置由发射和接收两 部分组成。 • 瞬变电磁法的工作过程可以划分为发射、 电磁感应和接收三部分。 • 当发射回路中的稳定电流突然切断后， 根据电磁感应理论，发射回路中的电流 突然变化，必将在其周围产生磁场，该 磁场称为一次磁场。
• 一次磁场在向周围传播过程中，如遇到 地下的良导电的地质体，将向其内部激 发产生感应电流，又称涡流或二次电流。 • 由于二次电流随时间变化，因而又在其 周围产生新的磁场，称为二次磁场。如 图1所示。 • 由于良导体内的感应电流的热损耗，二 次磁场大致按指数规律随时间衰减。形 成如图2所示的瞬变磁场。
• ③可以采用同点组合(同一回线，重叠回 线等)进行观测，使与探测目标的耦合最 紧，取得的 异常强，形态简单，分层能 力强； • ④线圈点位、方位或接收距要求相对不 严格，测地工作简单，工效高； • ⑤有穿透低阻覆盖的能力，探测深度大； • ⑥剖面测量与测深工作同时完成，提供 了更多有用信息，减少了多解性。
I1 (0)
M 01 I 0 L
• 显而易见，此时的感应电流仅与一次磁 场的穿过导体线圈的磁通量（M01I0）以 及导体的形状和尺寸（L）有关，而与导 体的电导率（1／R）无关。
• 导体内的感应电流将在接收线圈中产生 二次磁场，线圈输出电动势与二次磁场 随时间的变化率成正比关系，其表达式 为：
• 导体内感应电流的以及与对应的二次磁 场随时间的变化率取决于导体的电导率、 尺寸大小及形状。 • 早期导体表面的电流分布仅于导体的形 状和大小有关，而与导体的电导率几乎 无关。 • 瞬变电磁场的物理过程可用电路理论解 释，如图1所示。其发射、导（矿）体和 接收分别由三个线圈模拟，如图5，其中 M01表示线圈I0与线圈I1之间的互感，R 和L表示模样导体线圈的阻抗和感抗。
• 原苏联与TEM相关的方法，在我国直译为 过渡过程法。 • 从方法机理来说，频率域方法和时间域 方法没有本质的不同。前者研究谐变场 特点，后者研究不稳定场特点。 • 两者可借富里叶变换相联系。在某些条 件下，一种方法的数据可以转换为 另一 种方法的数据。 •
二、瞬变电磁法的特点及应用 范围
瞬变电磁法的原理与应用
2006年2月
一、前言
• 瞬变电磁法是利用电磁感应原理寻找地下 良导体的一种地球物理方法。 • 瞬变电磁法最早由地球物理学家 Wait于 1951年提出，于1953年获得专利权。
• 1960年原苏联研制出第一台共圈式瞬变电 磁装置（MPPO－型）。
• 1962年Mclaughlin 和 Dolan研制出固定 发射回线、移动接收回线的瞬变电磁仪， 并利用该仪于1964到1970年在塞浦路斯 和南美洲取得了找矿效果。从而推动了 电磁法的进一步发展。 • 自80年代以来，瞬变电磁法获得了比较 大的发展。现已成为一种重要的电磁方 法。
• 前面提到的观测是在脉冲间隙中进行不 存在一次场源的干扰，这称之为时间上 的可分性； • 脉冲是多频率的合成，不同的延时观测 的主要频率不同，相应时间的场在地层 中的传播速度不同，调查的深度也就不 同，这称之为空间的可分性。
• 瞬变电磁法的特点就基于这两个可分性 • 由上述两种可分性必导致以下具体特点： • ①把频率域法的精确度问题转换成灵敏 度问题，加大功率灵敏度可以增大信噪 比，加大勘探深度； • ②在高阻围岩地区不会产生地形起伏影 响的假异常；在低阻围岩区，由于是多 道观观测，早期道的地形影响也较易分 辨；