瞬变电磁法的野外工作方法
浅析瞬变电磁法在煤田地质勘查中的应用
（ 吉林 省煤 田地质物探公司，吉林 长春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ）
摘 要 ： 叙 述 了瞬 变 电磁 法 的基 本 原 理 、野 外 工作 方法 、特 点和 应 用 范 围。 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ ８ ０ ２ 一 （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ０ ４ — ０ ２
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ 一 ｌ １ — ２ ５
即发 射 系 统 和 接 收 系统 依 点 移 动 并 观 测 记 录结 果 ，又可 分 为 以 下类 型 ：ａ ） 同点 类 型 ：包 括 中心 回 线组 合 ，同一 回线组合 ，重叠 回线组 合 。该 类 型指 发 射 回线 的 中心 点 与接 收 回线 的 中心 点 重 合 ；ｂ ） 分 离
瞬变 电磁 法基 于时 间 上 的可 分性 ，主要 可 以分 为 以下 ３种 ：地 面 动 源类 、地 面定 源类 和 地 一井 类 型 ， 下 面分 别介 绍 。
２ ． １ ． １ 地 面动 源 类
简称 Ｔ Ｅ Ｍ） ，又称 时间域 电磁法 。瞬变 电磁法是 １ 种时
间域电磁感应方法 ， ２ ０ 世纪 ３ ０ 年代 ，该方法被提出应 用 于地质构造 上 。２ ０世纪 ５ ０年代 ，该 方法 正式应用 于 寻找矿体 。２ ０ 世纪 ７ ０年代 ，该方法 应用 于中 国煤炭资 源勘探 ，并 在随后 的几十 年 中得 到迅猛 发展 。 瞬变 电磁 法是 利用 不 接地 回线或 者接 地 线 源 向观 测 体 发射 一次 脉 冲 ，并 记 录观 测 体 的感应 电磁场 产生 电压 随 时间而 产 生 的变化 。随时 间推 移 ，该 变化 的衰 减快 慢及 强度 大 小 ，与被 观、 ？ 贝 《 体 的介 质性 质 及 物理 特 性 直接相关 ，从而判 断其规 模大小 ，特性状况 等资 料 。 由于上 面两 次 的过程 是极 短 暂 的 ，所 以该方 法 被
野外作业中瞬变电磁法的影响因素及其相关问题研究
野外作业中瞬变电磁法的影响因素及其相关问题研究作者：左蓉丽来源：《山东工业技术》2013年第10期【摘要】瞬变电磁法除具有穿透高阻层能力强及随机干扰影响小等优点外，该法还明显地具有：（1）断电后观测纯二次场，可以进行近区观测，减少旁测影响，增强电性分辨能力；（2）可用加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而增加勘探深度；（3）通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域拟地震的多次覆盖技术应用，提高信噪比和观测精度；（4）可选择不同的时间窗口进行观测，有效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度的地质信息等一系列优点。
【关键词】瞬变电磁；影响因素；随机干扰；地质信息；电磁信号；电磁噪音；干扰源0 引言影响瞬变电磁法的因素很多，必须对其进行分析和研究，以便针对不同的地质目的，采取相应的措施，以减弱其影响。
概括地讲主要有瞬变电磁系统中的电磁噪声、灵敏度、回线边长、地质噪声、地形影响等五种因素。
1 瞬变电磁法的特点与同属于感应类电磁法的频率域电磁法相比，瞬变电磁法具有以下特点：1.1 可以使用同点装置，这种装置的体积效应小，横向分辨率高1.2 观测纯异常，消除了频率域的装置耦合噪声，受地形起伏影响小1.3 由于可根据信号到达时间了解信号源的深度，根据信号的时间特性了解信号源的导电性，因而区分导电覆盖层和导电围岩的能力比较强1.4 线框敷设的方位、形状以及发收距等方面的误差影响相对较小，因而，测地工作简单、工作效率高1.5 由于发射场能量分布于较宽的频带上，信噪比往往较低，更容易受天然和人为干扰电磁信号的影响近代科技的发展促进了TEM的快速发展，尤其是由于电子计算技术的引用，对于仪器系统抑制噪声、减小观测误差、资料处理及正反演均有了较大的进展。
当前，TEM向着深部盲矿、解决深部构造及工程勘察的方向发展。
2 瞬变电磁法的影响因素2.1 瞬变电磁系统中的电磁噪声电磁噪声限制了观测弱信号的能力，从而在许多情况下亦限制了探测深度。
常用物探方法的工作原理
常用物探方法的工作原理1、瞬变电磁法：时间域电磁法（Time domain Electromagnetic Methods）或称瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods），简写为TEM。
它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
其数学物理基础都是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起的涡流场的问题。
其工作原理为：通过地面布设的线圈，向地下发射一个脉冲磁场（一次场），在一次场磁力线的作用下，地下介质将产生涡流场。
当脉冲磁场消失后，涡流并没有同步消失，它有一个缓慢的衰减过程，在地表观测涡流衰减过程所产生的二次磁场，即可了解地下介质的电性分布。
该二次场衰减过程是一条负指数衰减曲线，如图1所示。
图1 二次场衰减曲线图一般来说，对于导电性差的地质体，二次场初始值较大，但衰减速度较快；反之，导电性良好的地质体，二次场初始值小，但衰减速度慢（图2)。
瞬变电磁场这一特性构成了TEM区分不同地质体的基本原理。
二次场的衰减曲线早期主要反映浅层信息，晚期主要反映深部信息。
因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。
图2 瞬变电场随时间衰减规律与地质体导电性的关系仪器野外工作方法及原理见图3。
主机通过发射线圈向地下发射烟圈状磁脉冲，当磁脉冲遇到不均匀导电介质时形成涡流场，仪器断电后，涡流场衰减过程中形成的二次场以烟圈状辐射，接收线圈接收到返回地面的二次场信号并将其传输给主机进行处理、显示。
图3 仪器工作原理图瞬变电磁法的特点表现为可以采用同点组合进行观测，使与探测目的物耦合最紧，取得的异常响应强，形态简单，分层能力强；在高阻围岩区不会产生地形起伏影响的假异常，在低电阻率围岩区，由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；线圈点位、方位或接发距要求相对不严格，测地工作简单，工作效率高；有穿透低电阻率覆盖层的能力，探测深度大；剖面工作与测深工作同时完成，提供了更多有用信息。
瞬变电磁
电站建成前后的变化，而在乌江某地应用瞬变电磁法做了一些实验。
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
2）界定地下水位
图中X轴方向的数值表示测点距离，Y轴方向的数值表示视深度值。
在X轴方向530、550、570处的附近，某勘测设计研究院设有钻孔13#、 14#、15#。经钻探验证，地下水位线大约在125米深度处。图中所标示的地 下水位线（黑线）基本上与之吻合；其所反映的地质结构经某勘测设计院的 地质专家鉴定基本上符合实际情况。
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(6)固定发射移动接收装臵（大回线外组合、大回线内组合）：该
装臵由一个固定的大线框和一个可移动的多绕层小线框组成，大线框为
发射框、小线框为接收框。发射线框通常为矩形，长边约600m以上，有
时可达1～2km;接收框，通常为正方形，边长在lm以内;观测点可布臵在 发射框内或外。该装臵可通过调节接收线框方位进行三分量观测，是目
粘土，3.0～12.9米为强风化白云岩，12.9～15.8米为断层破碎带（角砾 岩），15.8～26.3米为中风化白云岩。 将瞬变电磁法的成果图与钻探结果进行对比，显然能够说明应用瞬 变电磁法可以开展地层结构与隐伏构造的调查工作。
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
2）界定地下水位 2000年11月期间，某勘测设计研究院为界定乌江两岸地下水位在乌江某
一、概述
SIROTEM-3瞬变仪器
一、概述
TerraTEM瞬变仪器
一、概述
PROTEM瞬变电磁系统
一、概述
该产品为瞬变电磁仪接收机专 用天线，天线等效面积大、信噪比 高、敷设方便、不受地形限制
PTT-40瞬变电磁仪接收天线
采空区地质勘查中瞬变电磁法的应用分析
113地质勘探Geological prospecting采空区地质勘查中瞬变电磁法的应用分析刘攀飞，李 庚，刘 梁（江西省地质矿产勘查开发局九0二地质大队，江西 新余 338000）摘 要：采空区是引发地质灾害的一个非常重要的因素之一，因此需要将它的地质勘查工作充分重视起来，并且做到高效与准确。
瞬变电磁法的优势显著，不仅有着非常高的分辨率，并且其与探测地质体的耦合性也相对较好，对于低阻地质体的相关反应非常灵敏。
该方法施工成本低，实际施工起来方便快捷，工作效率高。
瞬变电磁法是探测煤矿采空区位置的一个非常有效的措施，本文在首先分析瞬变电滋法的前提下，通过实例的方式，对瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用与效果进行了相对深入的研究与分析。
关键词：采空区；地质勘查；瞬变电磁法中图分类号：P631.325 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）15-0113-2收稿日期：2020-08作者简介：刘攀飞，生于1989年，男，汉族，江西上饶人，本科，物探工程师，研究方向：瞬变电磁。
作为引发地质灾害的重要因素之一，煤矿采空区会对煤矿的安全造成非常严重的潜在性隐患，而且严重影响着本地的经济发展以及社会稳定。
基于此，开展采空区探测的相关工作也逐渐发展成为了地质勘探中十分重要的一个任务。
瞬变电磁法作为探测采空区探测的最佳方式之一，有必要对其进行深入的研究与分析。
1 瞬变电磁法概述1.1 瞬变电磁勘探原理所谓瞬变电磁法，它也属于一种时间域电磁感应法，其向地下发送一次脉冲场主要是通过不接地回线，或者是接地回线源来逐步实现的，其有关感应以及接受等等环节是通过一次脉冲场间歇期间发挥回线或者是电偶极的效用来完成的。
这个二次场主要是由于地下良导地质体受到电磁感应所引起的涡流减少的一种非稳电磁场。
通过观察到的二次场，对实际的衰减特征与处理之处的各种相关数据进行深入与客观的分析，以此也可以有效的判断出地下地质体的电性特征、赋存的位置以及形态等等。
瞬变电磁法操作规程
瞬变电磁法操作规程瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM法）是一种地球物理勘探方法，通过测量地下的电磁响应来研究地下的物质结构和岩石性质。
TEM法具有探测深度大、分辨率高、成图速度快等优点，因此在矿产勘探、地下水资源评价、环境调查等领域得到了广泛应用。
下面是瞬变电磁法操作规程的一般步骤，供参考：一、前期准备1. 确定勘探区域：根据勘探目标和预测研究，确定具体的勘探区域范围。
2. 清理工作现场：清理勘探区域内的杂物和障碍物，确保安全和顺利进行。
二、设备选择与布置1. 选择合适的测量设备：根据勘探区域的地质条件和勘探目标，选择适合的瞬变电磁仪器和相关设备。
2. 布置电磁发射线圈：根据勘探区域的具体情况，确定电磁发射线圈的布置方式和位置，确保覆盖整个勘探区域。
3. 安装接收线圈：根据测量要求和研究目的，确定接收线圈的布置方式和位置，进行合理安装。
三、数据采集与处理1. 启动仪器：根据仪器的操作说明，正确启动瞬变电磁仪器，并进行调试和校准。
2. 数据采集：按照预定的采样间隔和采样点位置，在勘探区域内进行数据采集。
采集过程中要保持仪器稳定，并记录相关数据和信息。
3. 数据处理与解释：将采集到的数据导入电脑，进行数据处理、反演和解释。
根据勘探目标和研究要求，进行合理的数据处理和解释。
四、结果分析与评价1. 数据分析：通过分析处理后的数据，提取地下物质结构和岩石性质的信息，进行结果分析和解读。
2. 结果评价：根据分析结果和研究要求，对勘探区域内的地下结构和性质进行评价，判断勘探目标的可行性和成果的可信度。
五、报告撰写与提交1. 撰写勘探报告：根据勘探实验的目标、过程和结果，撰写详细的勘探报告，包括勘探区域的地质评价、数据处理与解释方法、结果分析等内容。
2. 提交报告：将勘探报告提交给相关的领导和专家，以供参考和评审。
六、设备维护与整理1. 设备维护：对使用的瞬变电磁仪器和相关设备进行维护和保养，检查仪器的各项指标和功能是否正常。
瞬变电磁法实习报告
一、实习背景瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种广泛应用于地球物理勘探中的方法，其基本原理是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用线圈接收地下介质产生的二次电磁场，从而探测地下介质的变化。
本次实习旨在通过实际操作，了解瞬变电磁法的基本原理、仪器使用方法、数据处理流程以及实际应用。
二、实习目的1. 熟悉瞬变电磁法的基本原理和理论；2. 掌握瞬变电磁仪器的操作方法；3. 学会瞬变电磁法的数据采集、处理和解释；4. 增强野外实际操作能力，提高对地球物理勘探工作的认识。
三、实习内容1. 瞬变电磁法基本原理和理论（1）瞬变电磁法原理：瞬变电磁法是利用地下介质对脉冲电磁场的响应来探测地下介质的变化。
当脉冲电磁场作用于地下介质时，地下介质中的自由电荷会在电磁场的作用下产生运动，从而形成二次电磁场。
通过接收二次电磁场，可以了解地下介质的电性结构。
（2）瞬变电磁法理论：瞬变电磁法理论主要包括麦克斯韦方程组、电磁波传播理论、电磁感应理论等。
麦克斯韦方程组描述了电磁场的运动规律，电磁波传播理论描述了电磁波在介质中的传播特性，电磁感应理论描述了地下介质对电磁场的响应。
2. 瞬变电磁仪器操作方法（1）仪器准备：在野外进行瞬变电磁法测量前，首先需要对仪器进行准备，包括检查仪器设备是否完好、电池电量是否充足、线缆连接是否牢固等。
（2）仪器操作：瞬变电磁仪器的操作主要包括以下步骤：①设置测量参数：根据实际需求设置测量参数，如发射频率、脉冲宽度、采样率等。
②布设测线：根据设计好的测线，将发射线圈和接收线圈按照一定距离进行布设。
③数据采集：启动仪器，进行数据采集。
采集过程中，注意观察仪器状态，确保数据采集质量。
④数据传输：将采集到的数据传输至计算机，以便后续处理。
3. 瞬变电磁法数据处理和解释（1）数据处理：瞬变电磁法数据处理主要包括以下步骤：①数据预处理：对采集到的原始数据进行预处理，如去除噪声、校正时间等。
公路隧道工程勘测中瞬变电磁法的应用论文.doc
勘探的目标体与围岩存在着明显电性差异，完全具备开展瞬变电磁测深法工作的地球物理前提条件。
因此，利用此法查明地下采空区、岩溶及其分布是有效和可行的。
冬末春初勘测，没有植被和农作物生长，有利于瞬变电磁法收、发线框的进行。
不利因素是测区内地形复杂，部分地段为厂房等建筑物，唐津高速和开凤路横穿隧道，为外业工作的开展带来不便;测区内有高压电线及信号发射塔存在，对瞬变电磁法工作信号带来不利影响。
针对上述不利因素采取了多次叠加增强信号强度等措施确保野外工作的顺利完成，并获取高质量的采集数据。
2野外工作方法与技术2．1方法原理瞬变电磁法是基于地下探测目标体与围岩间存在着明显的导电性差异，利用不接地中心回线向地下发送一次磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，通过测量线圈观测地下异常体所产生的二次涡流磁场感应电动势的物探方法。
其物理基础是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起二次涡流场，通过观测和研究二次涡流产生的磁场在接收线圈中的感应电动势强度随时间的变化规律，获取探测地电分布的信息。
由于感应二次场的衰变规律与地下地质体导电性有关，导电性越好，二次场衰减越慢;反之，二次场衰减越快。
所以通过研究瞬变场随时间的变化规律，便可实现探测地下地层、采空区及岩溶分布的目标。
2．2仪器设备及工作参数此次野外工作投入使用仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WTEM-2Q瞬变电磁仪。
本次勘探最大深度不超过60m。
野外正式观测前，进行了多匝小线圈的中心回线装置和重叠回线装置的对比试验，重叠回线装置的电压曲线在首支出现了“饱和”现象，其在尾支处亦没有表现出完整的衰减形态，因此，中心回线装置更有利于该区工作，因此最终采用了中心回线装置，多匝小线圈观测方式，即:发射线圈尺度为2m×2m，20匝;接收线圈尺度为1m×1m，20匝。
工作参数主要包括发射频率、采集时窗和叠加次数、增益、供电电流等。
(1)发射频率:供电频率的选择一般和勘探深度及抑制50Hz 工频干扰有关。
莫撼：瞬变电磁法基本理论与工作技术
瞬变电磁法基本理论与工作技术莫撼（东华理工学院江西抚州344000）1 瞬变电磁法概述及发展概论瞬变电磁法（Transient electromagnetic method,简称TEM法）以接地导线或不接地回线通以脉冲电流做为场源，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。
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。
在国外，前苏联50年代基本建立了瞬变电磁法解释理论和野外施工的方法技术，60年代前苏联三十多个瞬变电磁法队在全国各个盆地进行普查，并成功地发现了奥伦堡地轴上的大油田。
前苏联理论研究方面也一直走在世界前列，50~60年代由JI.J.Ba等人成功地完成了瞬变电磁法的一维正、反演。
70~80年代前苏联地球物理工作者又在二、三维正演方面做了大量工作。
80年代初，前苏联学者提出了电磁波拟地震波的偏移方法，他吸取了“偏移成像”的广义概念，在电磁法中确定了正则偏移和解析延拓偏移两种方法。
80年代末，前苏联一些学者如KameHecKNN,又从激发极化现象理论出发，研究了时间域瞬变电磁法的激电效应特征及影响，成功地解释了瞬变电磁法晚期段电磁响应的变号现象。
目前，由俄罗斯生产的大功率瞬变电磁法仪器已在我国石油系统打开市场。
欧美名国虽然于50年代就提出了该方法，并做了一定的试验工作，大规模发展该方法始于70年代。
80年代以来，随着计算机技术的发展，欧美名国在瞬变电磁法的二、三维正演模拟技术方面所作工作（有限元、有限差分、积分方程及混合方法直接解时间域热传导方程或者先解频率域亥姆霍兹方程，再进行域的转换）日臻完善，代表性人物有G.W.Hohmann,P.Weidelt,G.F.West,A.P.Raiche,B.R.Spies,J.H.Knight,San Filippo,T.J.Lee等一大批学者。
国内瞬变电磁法开始于70年代初，由长春地质学院、中国有色金属工业总公司矿产地质研究院、地矿部物化探勘查研究所、中南工业大学、西安地质学院、北京矿产地质研究所和中国地质大学等单位分别在方法理论、仪器及野外试验方面做了一些工作，目前已比较完整地建立一维正、反演及方法技术理论，并自行研制了一些功率较小、勘探深度较浅的单一方法仪器，大功率、多功能瞬变电磁法仪器主要依赖进口。
瞬变电磁法野外常用工作装置
20cm
80
Rx
20cm
Tx
20cm
80 79 78
分离回线装置示意图
77 76 75 74
Tx
Rx
剖面曲线
• 典型目标体的中心装置剖面曲线ห้องสมุดไป่ตู้• 典型目标体的重叠装置剖面曲线 • 典型目标体的偶极装置剖面曲线
重叠回线的 异常特征
球体异常 特征曲线
中心回线 异常特征
围岩与圆柱 体电导率比 值为180的综 合异常特征
围岩的异 常特征
圆柱体异常 特征
重叠回线的 异常特征 中心回线 异常特征
空气中直立圆柱体上重叠回线和中心装置下 的异常特征
直立薄板异 常特征（重 叠）
倾斜45度薄 板异常特征 重叠）
两个直立薄 板异常特征 （重叠）
厚直立薄板 异常特征 （重叠）
水平薄板异 常特征(重叠)
倾斜45 度
偶极装置板状体 异常特征 收发距20cm 回线边长10cm 埋深5cm 薄板异常特征 （偶极装置）
90度
重叠回线的异 常特征 偶极装置 异常特征
重叠回线的 异常特征
偶极装置 异常特征
偶极装置 异常特征
球体偶极不同收发距的异常理论曲线
水平薄板异 常特征 (偶极)
直径8cm，高 41.7cm的钢圆柱， 埋深5cm时，采用重 叠装置时异常曲线
水平圆柱的异 常特征
水平圆柱和板 组合异常特征 （重叠）板厚 0.5cm ，半覆盖
瞬变电磁法野外常用工作装置
单位：中国大学仪器科学与电气工程学院 地球信息探测仪器教育部重点实验室 报告人： 很扯淡
2008年 8月 8日
瞬变电磁法野外常用工作装置
同一回线 内一回线 分离回线
瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用
瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用摘要：本文针对目前瞬变电磁法勘探中存在的问题进行了探讨，分析了地球物理勘探本身都存在多解性，再加上勘探区的各种人文设施干扰，地形高差较大，导致异常出现多解性，所圈定的采空积水区的位置及边界范围等可能存在一定偏差，这就需要对瞬变电磁法的理论和资料处理进行更深入的研究和探索，从而更好地为矿井水文地质勘探工作服务。
关键词：水文地质灾害；测网布置；地球物理测试abstract: aiming at the transient electromagnetic method in the exploration into the several problems, analyzes the exploration geophysical itself has multi-solutions, plus the exploration of human facilities interference, terrain difference is bigger, lead to abnormal appear multiple solution, and tagged goaf water of the location and boundary scope may exist certain deviation, that required the transient electromagnetic method of theory and data processing further study and exploration, so as to better for hydrological geology exploration work service mine.keywords: hydrogeology disasters; the nets decorate; the earth’s physical test中图分类号：f407.1文献标识码：a 文章编号：1、野外施工方法技术1．1试验过程回线边长与匝数的选择由地质探测任务决定。
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
直流电法、高密度和瞬变电磁法简介
直流电法、高密度电法和瞬变电磁法比较矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。
1直流电法技术的基本原理直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。
它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。
图1电法勘探工作原理示意图一个点电源0在均匀介质中的电场形态为球形（见图2），每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性（电阻率）有关。
此时通过直流电法仪测得A、B两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。
矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。
巷道顶底板直流电测深法装置形式地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具固定MN法（施伦贝尔装置）工作布置方式为A---M-O-N---B，即以0点为中心，两边对称布置A、M、N、B四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。
na（施伦贝谢尔）图1施伦贝谢尔对称四极测深法三极装置（常用于井下迎头超前探测）工作布置方式为A---M —0—N—B （*）。
即以0点为中心，两边对称布置M、N两个电极，A、M、N三极由近及远逐步移动，B极位于无穷远处。
图2 三极测深法示意图上述两种装置中A、B、均为供电电极，用于向岩层供电；M、N均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。
通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。
矿井高密度电法巷道顶底板电测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。
瞬变电磁法在露天边坡下旧巷探测中的应用
瞬 变 电磁法 工作过 程 可 以划 分 为发射 、电磁感
应和接收 ３ 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 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
个过渡过程 ， 过渡过程产生的磁场向地表传播 ， 在地
工作人员和作业设备的安全。为了保障开采作业的
安全， 需 要 了解 和 掌握其 井工 老采 区的分 布情况 、 以 及空 间位 置 ， 以便在 开采设计 和管理上采取 相应 的安 全措施 。 为此 ， 应用 瞬 变 电磁 法对 矿坑北 部分 区域进
行 了物探研究。 本文是探测数据资料的总结与分析。
１ ） 回线组合选择。瞬变电磁法野外工作有动源
回线组合方式（ 包括重叠 回线、 中心 回线等 ） 、 定源回
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图 １ 等 效 电 流环
地下发射一次瞬变磁场 ，通常是在发射线圈上供一
个 电流方 波 ， 可在地 下产 生稳 定 的磁场分 布 ， 当 电流 方波关 断后 ， 地 球介 质将 产生 涡流 ， 其大小 取决 于地 球介 质 的导 电程 度 。 该 涡流 不能立 即 消失 ， 它将 有一
关键 词 ： 瞬变 电磁 法 ； 探测 ； 应 用 中图分类号 ： Ｐ６ ３ １ ． ３ ＋ ：
１ 前 言
文献标识码 ： Ｂ
文章编 号： １ ６ ７ １—９ ８ １ ６（ ２ ０ １ ３ ） ０ ８— ０ Ｏ ４ ４ —０ ４ 表接 收线 圈把磁 场 的变化 转化为 感应 电压 的变化 。 瞬 变 电磁法 的测深 原理 又可 以“ 烟圈” 效应形 象 地加 以 阐明 ， 如图 １ 所示 ， 地表 接收 的二次 电磁 场是 地下感 应 涡流 产生 的 ，其 涡流 以等效 电流 环 向下并 向外 扩散 ， 形如 “ 烟 圈” 。随着 时间 的推移 ， “ 烟 圈” 的 传播 与分 布将受 到地 下介 质 的影 响 ， 这样从 “ 烟 圈效 应” 的观点 看 ， 可得 早期瞬 变 电磁 场是 近地 表感 应 电 流产生 的 ， 反 映浅部 电性 分布 ； 晚期 瞬变 电磁场 主要 是 由深 部 的感应 电流产生 的 ， 反 映深部 的 电性分 布 。 因此 ，观测 和研 究大 地瞬变 电磁 场 随时 间的变化 规 律， 可 以探 测大 地 电性 的垂 向变化 ， 这 便是 瞬变 电磁
浅析瞬变电磁法在煤田地质勘查中的应用
浅析瞬变电磁法在煤田地质勘查中的应用随着我国经济的快速发展，煤田地质勘查方法也越来越多样化。
其中瞬变电磁法在煤田地质勘查中的应用已经越来越广泛，文章主要针对这一方法的基本原理及野外作业方法和使用范围做了详细分析，希望能够起到一定的指导意义。
标签：瞬变电磁法；地质勘查；应用前言瞬变电磁法能够在煤矿地质勘查中应用的前提就是煤田采空区。
所谓的采空区就是在煤炭开采的过程中，由于大量的挖取煤炭使得上部的覆岩层出现应力平衡被破坏的现象，同时会有充水现象的出现，这样采空区内的周围岩石电阻就会发生异常。
这种方法能够满足这一需求。
相比其他的勘察方法，这种方法具有分辨率高、检测深度高等特点，已经在矿区大量使用。
1 瞬变电磁法的基本原理在二十世纪三十年代，瞬变电磁法主要在地质构造上被大量使用，简单的来说这种方法也可以称为一种时间域电磁感应法。
虽然这种方法具有很多优点，但是在当时并没有引起人们的重视。
在二十世纪五十年代的时候，这种方法才在矿体中被应用。
直到二十世纪七十年代，这种方法才被使用在煤炭资源勘察中，慢慢地人们已经认识到这种方法对于煤炭勘察的有利作用，在几十年间也得到了快速的发展。
这种方法主要就是使用不接地回线向要观测的物体发出的脉冲，并能够记录下来被观测的物体电磁感应的变化。
随着时间的增长，这种变化以及强度的大小，就能够准确的判断出检测对象规模的大小等相关内容。
这种方法所勘测的结果和回线线圈的匝数有很大关系，也就是说线圈的匝数越多，能够探测的深度就越大。
根据这种方法的工作原理，相比其他的勘察方法，这种方法的勘察深度以及勘察结果的准确度都比较高，受周围物体的干扰也比较小。
这也是该方法能够在煤矿勘察中被广泛应用的主要原因。
2 瞬变电磁法野外工作方法2.1 瞬变电磁法分类2.1.1 地面动源类即发射系统和接收系统依点移动并观测记录结果，又可分为以下类型：（1）同点类型：包括中心回线组合，同一回线组合，重叠回线组合。
该类型指发射回线的中心点与接收回线的中心点重合；（2）分离回线类型：发射线圈与接收线圈相隔一段距离且同时移动；（3）双回线类型：因使用步骤繁琐，使用效果不明显，故此方法极少使用，在此不做赘述。
瞬变电磁法基本理论
瞬变电磁法基本理论瞬变电磁法[1][2]（Transient Electromagnetic Methods）的基础是电磁感应原理，场源为人工源，因为研究的是响应场与时间的关系，又被称为时间域电磁法（Time Domain Electromagnetic Methods）。
其人工场源分为2类：电偶源（即接地回线）和电磁源（即不接地回线）。
利用人工场源向地下发射一次脉冲场，在其激发下的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场（即一次场），在一次场激励下，地质体将产生涡流。
在一次场消失以后，涡流不会马上消失，它会有一个衰减的过程，此过程会产生一个衰减的二次磁场，并继续传播，再由接收回线接收二次场。
这样，通过分析二次磁场的信息变化，就可以得到地质体的电性分布情况。
图1 瞬变电磁法的原理图[3]对于层状大地的瞬变电磁场，在垂直磁偶源的情况下，其均匀半空间的计算公式如下[4]：1.1烟圈效应针对瞬变电磁法激发的磁场，美国科学家M.N.Nahighian 提出[4][5]：感应涡流场在地表的磁场值为地下各个“环带”涡流层的总效应，该效应等效于一个电流环。
人们形象的将其称为“烟圈效应”。
涡流的形状为向下、向外扩散的同心环状，涡流与地面成47°扩散，其密度最大值的扩散方向与地面夹角大概30°。
其扩散公式如下[7]:其原因可以做如下解释：从上面的原理部分我们可以知道，在一次场激励下，地质体将产生涡流，涡流会引发一个磁场。
这个迅速衰减的电磁场会在它的周围感应出一个更弱的涡流。
如此不断循环。
这一过程将会继续到磁场能量耗光。
为了克服烟圈效应提高探测精度，一些地质工作者对此进行了探索。
2011年，王大设等人设计了，基于烟圈效应的11点超前探观测系统设计，可以在不同巷道条件下使用。
2015年，杨聘卿等人基于烟圈效应，对于山西常蒋煤矿的老空积水危害问题，设计了一个精度较高的方案，经验证比较准确。
1.2视电阻率磁偶源条件下的早期视电阻率，指取的极限条件时，推导出的计算视电阻率。
瞬变电磁法工作布置
瞬变电磁法工作布置瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种非常重要的地球物理勘探方法，广泛应用于矿产资源勘探、地下水资源调查、环境地质调查等领域。
本文将介绍瞬变电磁法的工作原理和布置方式。
瞬变电磁法是利用电磁感应原理进行测量的一种方法。
它通过在地面上放置一个发射线圈和一个接收线圈，通过发射线圈产生的瞬变电流激发地下的瞬变电磁场，然后通过接收线圈测量地下的瞬变电磁场响应。
根据地下介质的电导率差异，可以得到地下结构的信息。
在进行瞬变电磁法勘探时，需要合理布置发射线圈和接收线圈。
一般情况下，发射线圈和接收线圈应该保持一定的距离，以避免相互干扰。
同时，为了获得更好的测量效果，线圈的位置和方向也需要进行合理选择。
通常情况下，线圈应该布置在待勘探区域的中心位置，并且线圈的方向应该与地下结构的走向垂直。
在实际应用中，瞬变电磁法的工作布置需要考虑多种因素。
首先，需要根据勘探目的确定勘探区域的范围和布点密度。
对于大面积的勘探区域，可以采用网格状布点方式，以获得更全面的地下信息。
其次，根据地下介质的特点选择合适的发射线圈和接收线圈。
对于高电导率的地下介质，可以选择低频率的线圈；而对于低电导率的地下介质，可以选择高频率的线圈。
此外，还需要考虑地下介质的深度和复杂程度，以确定合适的测量参数。
瞬变电磁法的工作布置还需要考虑数据采集和处理的问题。
在进行数据采集时，需要保证线圈的稳定性和准确性，避免外界干扰对测量结果的影响。
在数据处理方面，需要进行合理的滤波和校正，以提高数据的质量和可靠性。
同时，还需要采用适当的解释方法，将测量数据转化为地下结构的信息。
瞬变电磁法是一种重要的地球物理勘探方法，通过合理的工作布置可以获得准确可靠的地下信息。
在实际应用中，需要根据勘探目的和地下介质的特点选择合适的线圈和测量参数，并进行数据采集和处理。
通过瞬变电磁法的应用，可以为矿产资源勘探、地下水资源调查等领域提供重要的支持和指导。
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瞬变电磁法的野外工作方法
1、装置类型:
(1)同一回线装置：单线框装置是瞬变电磁测量系统中最简单的一种，其主要特点是发射器和接收器为同一线框，既做为发射框，同时又作为接收框。
线框形状可以是正方形，亦可为矩形，线框边长一般在200m之内，视具体情况而定(图a). 优点：设备轻便。
缺点：勘探深度小。
(2)重叠回线装置：重叠回线装置是指发射框和接收框具有完全相同的几何形状和尺寸，但两线框相互独立布置在同一位置上(图b)．优点：发射线圈逐测点移动，不会激发盲区。
缺点：分辨率相对较低，人文导体较多处很难避开，设备较重，铺线较麻烦。
(3)中心回线装置：接收线框位于发射线框内中心位置的形式称环状线框装置，其尺寸比发射框小的多，通常接收线框由多芯导线组成多扎线框，由每个单扎线圈可看作是一个磁偶极子，因此这种接收器又称偶极接收器(图c) ．优点：1）是重叠回线的变型，具有重叠回线的优点。
2) 可观测水平分量，分辨率较高。
3) 接收回线可以避开管道等人为导体，在人为导体较多的测区，其数据质量优于重叠回线。
缺点：地质体的不均匀性影响较重叠回线大。
（4）分离回线装置：发射线框与接收线框保持一定距离分别布置的测量系统称分离式线框装置。
该装置有两种形式，一种是发射和接收线框尺寸大小完全相同，另一种是接收线框为偶极接收器（图d）。
该装置是将发射回线和接收回线分开，相隔一段距离，由于该装置在实际中应用效果不是很理想，因此，在常用的装置中一般不用该装置。
(5)双线框装置：双线框装置是由两个大小相同，平行而相邻的线框并联构成。
该装置如图e 所示，双线框即做发射线框，又做接收线框，工作方式类似于单线框装置;发射和接收线框分别由两个大小相同而又独立的双线框组成，工作方式类似于共线框装置。
双线框装置抗干扰能力强，但施工不方便，使用时受到限制。
(6)固定发射移动接收装置（大回线外组合、大回线内组合）：该装置由一个固定的大线框和一个可移动的多绕层小线框组成，大线框为发射框、小线框为接收框。
发射线框通常为矩形，长边约600m以上，有时可达1～2km;接收框，通常为正方形，边长在lm以内;观测点可布置在发射框内或外。
该装置可通过调节接收线框方位进行三分量观测，是目前较普遍的观测方法之一(图f).
优点：1）划分异常比较详细。
2）勘探深度大。
缺点：1）有激发盲区，有漏矿的可能。
2）方形回线太大，铺设不便。
2、回线大小的选择
增大发射回线和接收回线边长，将会增强信号强度，并延长有效信号的持续时间，从而有利于加大探测深度。
但二者的增大使野外工作难度增加，同时使测量结果受影响的范围扩大，从而降低了横向分辨率。
此外，增大接收回线边长时，不仅增大了有效信号强度，也使干扰信号强度增大。
因而，在保证预定勘探深度的情况下，一般都应选择尽可能小的回线边长。
模拟实验结果和野外实例表明：同点装置可以有把握地探测到线性尺寸相当于回线边长、埋深为2倍回线边长的良导体。
因此，采用同点装置时，应取回线边长等于或略大于0.5倍探测深度。
采用框—回线装置时，大定源发送回线边长可等于或略大于拟探测深度。