瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介
瞬变电磁法原理
瞬变电磁法原理
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,简称TEM)是一种地球物理勘探方法,利用地下电阻率差异来探测地下结构的一种有效手段。
瞬变电磁法原理是基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组,通过在地面上设置发射线圈和接收线圈,利用电磁场的感应效应来获取地下介质的电阻率信息。
在瞬变电磁法中,发射线圈产生的瞬时电流会在地下引起瞬时变化的磁场,这个瞬时变化的磁场会感应出地下的涡电流。
这些涡电流会产生自己的磁场,而这个磁场又会感应出接收线圈中的感应电压。
通过测量这个感应电压随时间的变化,就可以得到地下介质的电阻率信息。
瞬变电磁法原理的关键在于瞬时变化的电磁场。
由于地下介质的电阻率不同,对瞬变电磁场的响应也不同,因此可以通过测量感应电压的变化来推断地下的电阻率分布。
一般来说,导电性较好的地层会对瞬变电磁场产生较大的响应,而绝缘性较好的地层则会对瞬变电磁场产生较小的响应。
瞬变电磁法原理的优势在于其对地下较深部分的探测能力。
由于瞬变电磁法所产生的磁场变化非常快,因此可以感应出地下较深部分的涡电流,从而获取较深部分的电阻率信息。
这使得瞬变电磁法在地下水资源、矿产资源、地质构造等方面有着广泛的应用前景。
总的来说,瞬变电磁法原理是基于电磁感应定律和麦克斯韦方程组,利用瞬时变化的电磁场来感应地下介质的电阻率信息。
通过测量感应电压随时间的变化,可以推断地下的电阻率分布,从而实现对地下结构的探测。
瞬变电磁法在地下深部探测方面具有独特的优势,对于地质勘探、矿产资源勘查等具有重要的应用价值。
瞬变电磁法原理介绍
瞬变电磁法原理介绍瞬变电磁法俗称TEM (Time domain electromagnetic methods )法,属时间域电磁感应方法。
其探测原理是:在地面布设一回线,并给发送回线上供一个电流脉冲方波,在方波后沿下降的瞬间,产生一个向地下传播的一次磁场,在一次磁场的激励下,地质体将产生涡流,其大小取决于地质体的导电程度,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,由地面的接收回线接收二次磁场,该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。
如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t),就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。
如果地下没有良导体存在时,将观测到快速衰减的过渡过程;当存在良导体时,由于电源切断的一瞬间,在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断,所观测到的过渡过程衰变速度将变慢,从而发现地下导体的存在。
瞬变电磁法特图3-1 瞬变电磁法原理示意图(1)对高阻层的穿透能力强,在高阻屏蔽地区用较小的回线可达到较大的探测深度,同时对低阻层有较高的分辨能力,利于在高阻围岩地区开展水文电法工作。
(2)瞬变电磁法一次磁场和被测磁场在时间上是分开的,所以,分辨率较高,并且可以在近区观测。
(3)方法本身受地形影响小。
使用回线源实现了装置的对称性,z x t>0Tx t=t 12t=t t=t 3可以减少断面的不均匀性和地层倾斜的影响。
工作中根据实际情况采用了大回线源装置,用探头接收。
大回线装置的Tx采用边长较大的矩形回线,Rx采用小型线圈(或探头)沿垂直于Tx长边的测线逐点观测磁场分量dB/dt值。
地下感应涡流向下、向外扩散的速度与大地导电率有关,导电性越好,扩散速度越慢,这意味着在导电性较好的大地上,能在更长的延时后观测到大地瞬变电磁场。
从“烟圈效应”的观点看,早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的,反映浅部电性分布;晚期瞬变地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。
瞬变电磁法的基本原理
瞬变电磁法的基本原理
瞬变电磁法是电磁勘察的经典技术,具有无损检测、快速检测、深度较深等优点。
它是基于地球的磁场瞬变信号的原理,通过安装在地面的磁场探测器,利用地球的磁场受到磁性物体的叠加,形成磁场瞬变信号,然后将瞬变信号通过线缆传送到计算机中进行处理,可以精确地探测出地下磁性体的大小、位置和磁性等信息。
瞬变电磁勘探可以进行快速、全面、准确的地下磁性体探测,它在水文、工程、地质等方面具有广泛的应用。
瞬变电磁法的基本原理是:地球自身有一个恒定的磁场,当磁性物体出现在地球表面时,地球的磁场就会受到影响,这些受影响的磁场能够形成一个瞬变信号,这个信号能够通过电线传播到安装在地表的传感器上,然后把这些信号传输到计算机上进行深入分析,以获得磁性物体的具体信息。
瞬变电磁法报告
瞬变电磁法报告引言瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)是一种非侵入性地下物探方法,广泛应用于矿产勘探、地质调查和水资源评价等领域。
该方法通过测量地下介质对电磁场的响应,可以获取地下的电阻率和电导率等信息,从而推测地下的地质结构和水文特征。
本报告将介绍瞬变电磁法的原理、仪器设备、数据处理方法以及其在勘探领域的应用情况。
原理瞬变电磁法是基于法拉第电磁感应定律和电磁场传播理论的。
其核心原理是在地下埋设主发射线圈和用于接收电磁信号的线圈,通过给主发射线圈施加瞬变电流,产生瞬变电磁场。
这个瞬变电磁场会感应地下的电流,进而产生感应电磁场,其中电磁场的传播过程会导致接收线圈中电磁信号的变化。
通过测量接收线圈中的电磁信号变化情况,可以推测地下介质的电阻率和电导率等物理参数。
仪器设备瞬变电磁法的仪器设备主要包括发射线圈和接收线圈两部分。
发射线圈通常由一对同心圆线圈组成,中间隔离一段距离,并通过一个高电压电流源施加瞬变电流。
接收线圈通常也是一对同心圆线圈,与发射线圈对应放置。
为了减少噪音干扰,接收线圈一般会使用差分模式进行测量。
此外,为了提高测量精度,仪器还包括数据采集设备、控制器和电缆等。
数据处理方法瞬变电磁法的数据处理主要分为两个步骤:预处理和解释处理。
预处理主要包括数据校正和数据滤波。
校正过程主要是对接收线圈信号进行校正,去除仪器和噪音引起的偏移。
滤波过程主要是对数据进行滤波处理,去除高频噪音和低频漂移等。
解释处理是根据已校正并滤波的数据,利用数学模型和反演算法对地下电阻率进行推测。
常用的解释处理方法包括二维反演、三维反演和测深等。
应用情况瞬变电磁法在矿产勘探、地质调查和水资源评价等领域有广泛的应用。
在矿产勘探中,可以利用瞬变电磁法探测地下的矿床和矿体分布情况,帮助寻找矿产资源。
在地质调查中,可以利用瞬变电磁法推测地下构造和地质体分布,辅助地质勘探和地质灾害预测。
瞬变电磁法
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(4)分离式线框装置: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)
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(5)双线框装置:发射和接收线框分别由两个大小相同而
5)、法的资料处理和解释
从瞬变电磁场的传播过程来看,存在早期、晚期场
2、全区视电阻率计算 之分,早期瞬变电磁场是内近地表的感应电流产生的,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。由于地磁场性质的不同,早期
或者晚期定义之公式也不相同。常用的重叠回线装置若采用 晚期场计算公式,会造成中早延时段视电阻率增大,产生很
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
1) 划分地层结构与隐伏构造 2002年3月,某地质队为调查某市新建垃圾场的地层结构与隐伏构
造,在拟建区开展了瞬变电磁法的探测工作。
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
1) 划分地层结构与隐伏构造
经野外探测、计算机的分析处理、钻探验证后,准确地探测出拟建 垃圾场区的地层结构与隐伏构造。右图为其中的3#测线剖面图。在测点4 处进行了钻探。钻探结果为:0~1.7米为耕植土,1.7~3.0米为含碎石 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
状和尺寸,但两线框相互独立布置在同一位置上(图b).
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(3)环式线框装置接: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,由于每个单扎线圈可看作是一个磁偶极子,
煤矿瞬变电磁法的基本原理
煤矿瞬变电磁法的基本原理
煤矿瞬变电磁法是一种地球物理勘探技术,其基本原理是利用变化的电磁场在地下物质中引起的感应电流的变化来推断地下结构和地质特征。
瞬变电磁法的原理可以归结为以下几个步骤:
1. 发射电磁场:在地表上放置一个发射线圈,通过电流激发线圈产生变化的电磁场。
2. 感应电流产生:地下物质对电磁场的变化会产生感应电流。
地下物质的电导率和磁导率决定了感应电流的大小和分布。
3. 接收电磁信号:在地表上放置接收线圈,接收感应电流产生的变化信号。
4. 数据采集和处理:将接收到的信号传输到数据采集设备上,然后通过数学模型和计算方法对数据进行处理,将其转化为地下结构和电性特征的信息。
根据瞬变电磁法的原理,可以通过分析感应电流的变化来推断地下的物质性质和特征,如地层的厚度、电导率和磁导率等,进而对煤矿区域进行勘探和评估。
瞬变电磁法原理
瞬变电磁法原理瞬变电磁法(Transient Electromagnetic method,简称TEM)是一种地球物理勘探方法,利用瞬变电磁场在地下介质中传播的特性,来获取地下介质的电性信息。
瞬变电磁法原理的核心在于利用瞬变电磁场的感应效应,通过对地下介质中的电导率进行探测,从而揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。
瞬变电磁法的原理可以简单概括为,在地面上设置一个发射线圈,通过传输电流产生瞬变电磁场,这个瞬变电磁场会穿透地下介质并感应出地下介质中的电磁响应。
接收线圈则用来接收地下介质中的电磁响应,通过分析接收信号的变化,可以推断地下介质的电导率分布情况,从而得到地下介质的电性信息。
瞬变电磁法原理的核心在于瞬变电磁场的感应效应。
当发射线圈传输电流时,会在地下产生一个瞬变电磁场,这个瞬变电磁场会穿透地下介质,并感应出地下介质中的电磁响应。
地下介质中的电磁响应受到地下介质电导率的影响,不同的地下介质具有不同的电导率,因此它们会对瞬变电磁场产生不同的响应。
通过接收线圈接收地下介质中的电磁响应,并分析接收信号的变化,就可以推断地下介质的电导率分布情况。
瞬变电磁法原理的关键在于对接收信号的分析。
接收线圈接收地下介质中的电磁响应,这个响应信号包含了地下介质电导率的信息。
通过对接收信号的分析,可以得到地下介质的电导率分布情况,从而揭示地下介质的电性信息。
瞬变电磁法通过对地下介质的电性信息进行探测,可以帮助地质勘探人员了解地下构造和岩矿成矿体的情况,为资源勘探和地质灾害预测提供重要的科学依据。
总之,瞬变电磁法原理是利用瞬变电磁场的感应效应,通过对地下介质的电性信息进行探测,来揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。
通过对发射线圈传输的瞬变电磁场和接收线圈接收的电磁响应进行分析,可以得到地下介质的电导率分布情况,从而揭示地下介质的电性信息。
瞬变电磁法在资源勘探和地质灾害预测中具有重要的应用价值,是一种非常有效的地球物理勘探方法。
瞬变电磁
瞬变电磁法1、概述顺便电磁法(TEM)属于时间域电磁法,它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异,以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源,地下发射一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法。
其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次电磁场,并在地下导电岩矿体中产生感应电流:断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减,有一个瞬变的过程。
可以通过判断和分析二次的时空变化特征,来判断地下地质体的电性特征,找出其位置,产状和埋深等特征。
具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。
近几十年来,我国科学技术快速进步,经济迅猛发展,各项基础建设稳步展开,对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。
同时,各项建设中遇到了许多工程问题,如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。
这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展,而顺便电磁法的出现,利用其测量方面的优势,已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法,并且在深部地质构造研究,工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。
可以很好地保证资源供给,减少经济损失,加快建设进度。
2、研究现状2.1、研究历史对勘测工程工作的种种困难,把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。
最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利,用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。
随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。
在50年代,前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究,同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。
前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法,更在70、80年代开展了大量的测量工作,特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步,这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。
瞬变电磁法
瞬变电磁法
瞬变电磁法是以时变电磁法为基础的一种测量方法,用于测量地下物质的集体性物理参数,如地层密度、水位变化和地下水的渗透率等。
它是地球物理测量方法中最常用的一种,用于探测地下分布状况,有助于人们对地下物质的性质和分布进行详细的了解。
瞬变电磁法的基本原理是利用特殊的装置,在地面上不断发射和接收时变的电磁波,在接收端可以检测到地下物体的信号反射,然后根据信号强度和持续时间,推断地下物体的参数,以及地面上电磁信号传播衰减规律。
瞬变电磁法是一种非接触性的探测方法,在探测深度和范围比较大的情况下,可以获得比较精确的测量结果。
瞬变电磁法主要包括发射、接收和计算三部分,发射部分是运用电子器件将电能变为电磁波,同时将其发射到地下;接收部分是接收来自地下的电磁信号,并将其转换为电信号输出;计算部分是根据接收到的信号,通过计算方法得到电磁属性的信息。
瞬变电磁法用于探测地下物体的几何特性,经常用于探测深层发育环境,用于表征水位变化、渗透率变化,以及地下资源运动态变化,如油气流动、岩溶洞穴生成等。
它可以用于钻探灾害监测,也可以用于地质灾害预测,比如岩溶型地质灾害和水文地质灾害等。
瞬变电磁法拥有广阔的应用前景,它可以用于地下水资源的勘探、评价和管理,可以用于环境监测,用于定位水补给点,可以用于污染源的探测,用于油气勘探、水文勘探,以及地震活动和火山灰等活动的监测等等。
瞬变电磁法是一种新兴的测量技术,只要安装简单,易于操作,测量效果可靠,准确性较高,而且受社会及科技进步的不断推动,其应用技术也会得到持续改善,可以被广泛应用到工程实践中去,为人们对地下物质的性质和分布提供重要的参考。
应用中的瞬变电磁法
北京欧华联科技有限责任公司应用中的瞬变电磁法—PROTEM瞬变电磁仪主要内容一、瞬变电磁法原理二、如何实现瞬变电磁法原理三、观测装置及初始场四、初始场与导体耦合问题五、不同地质结构的瞬变电磁响应六、野外工作七、资料解释及应用实例八、井中瞬变电磁法尊敬的用户:您好!您是PROTEM瞬变电磁仪或瞬变电磁法用户,相信您在使用中已经取得了很多宝贵经验。
过去10余年PROTEM瞬变电磁仪在我国已得到广泛应用,已成为矿产资源勘探,工程勘探和煤矿水患预测的重要手段,获得了大量的成功实例。
为了提高瞬变电磁法应用水平,促进瞬变电磁法的发展,我公司编辑了《应用中的瞬变电磁法》一文,供您参考。
并希望得到您的指正。
北京欧华联科技有限责任公司2014年11月13日一、瞬变电磁法原理1. 频率域原理(图1a)图1 a表示频率域电磁法连续变化的初始场在导体中产生的二次场方向反抗初始场的变化。
b表示时间域电磁法在发射电流关断之前的稳定的初始场。
C表示时间域电磁法在发射电流关断之后在导体中感应的涡流及其产生的二次场。
Tx是发射线圈,Rx是接收线圈2. 时间域原理图1(b)表示稳定电流产生稳定磁场(关断前),在导体中不产生涡流。
图1(c)表示稳定磁场突然关断,便产生磁场反对关断,此磁场称为一次场。
该一次场在导体中感应出变化的涡流,该变化涡流产生二次场,即瞬变场。
瞬变场(涡流)在导体中分布符合趋肤效应,即高频在表面,低频在内部,瞬变场随时间按指数衰减,即高频衰减快,低频衰减慢。
瞬变场幅度和衰减的快慢取决于导体的电导率值和大小,即导体的时间常数(以后讲)。
所以观测瞬变场的幅度及其随时间衰减过程便可确定导体的电导率和大小。
二、如何实现上述原理1. 产生初始场和二次场图2 初始场和瞬变场形成过程及衰减发射机向发射线框输入脉冲电流A,A不变时在发射线周围产生稳定的初始场(见图1b),当发射电流A突然关断时,则发射线圈产生瞬时变化的初始磁场并向地下穿透。
瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介
技术平台
科技经济市场
浅谈自动喷水灭火系统的设计与施工
刘柳
(哈尔滨工业大学建筑设计研究院深圳分院,广东 深圳 518048)
摘 要:对自动喷水灭火系统设计中常见的容易忽视的问题进行探讨,对施工中应注意的几点问题提出看法。力求设计者
和施工单位对此类问题引起重视。
关键词:自动喷水灭火系统;喷头;配水管道;报警阀
1 自动喷水灭火系统设置场所 对于自动喷水灭火系统的设置场所,《建筑设计防火规范》 及《高层民用建筑设计防火规范》中有明确规定,这里特别要提 到很多设计人员会忽视的几条: 1.1 设置有送回风道(管)的集中空气调节系统具有较大的 火灾蔓延传播危险,即使为多层建筑,多为旅馆、商店、展览且使 用人员较多,有的室内装修还采用了较多难燃或可燃材料,这些 场所人员流动性大、对环境不太熟悉且功能复制,有的建筑内的 使用人员还可能较长时间处于休息、睡眠状态。装修材料的烟生 成量及其毒性分解物较多、火源控制较复杂或易传播扩散火灾 及烟气。 1.2 自动扶梯的底部,虽然只有高规对其做了强制要求,但 笔者认为多层建筑的自动扶梯最底部多会堆积货物,上次扶梯 布置喷头可起到隔烟、阻火的作用。 1.3 超高层的住宅及高层商住楼的走廊,由于超高层建筑的 疏散相对困难,火灾一旦发生,后果严重;而商住楼,多为办公和 住宅合用,人员相对复杂,装修情况复杂,可能会在楼内堆积货 品,一旦发生火灾,蔓延较快。因此,设计中应考虑到此部分应设 置自动喷水灭火系统。 2 不同建筑环境对自动喷水灭火系统的要求及选择 对于环境温度不低于 4℃,且不高于 70℃的场所应采用湿 式系统,该系统也是我们最常用的系统。但是由于我国北方地区 冬天的温度低于 4℃,而有的地下车库等场所也并没有设置室 内采暖系统或在入口设置热风幕,因此该环境条件下比较适宜 采用干式系统或预作用系统。
瞬变电磁法原理
瞬变电磁法原理瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法,它利用地球瞬变电磁场的变化来探测地下的电性结构。
瞬变电磁法原理是基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组的理论基础上发展起来的。
在地球物理勘探中,瞬变电磁法具有较高的探测深度和分辨率,被广泛应用于矿产勘探、地下水资源调查、环境地质调查等领域。
瞬变电磁法原理的核心是通过地面上的发射线圈激发电磁信号,然后利用接收线圈测量地下介质对电磁信号的响应。
在瞬变电磁法中,发射线圈产生的电磁信号会在地下的不同介质中发生反射、折射和散射,这些过程会导致接收线圈接收到不同的电磁信号。
通过分析接收到的电磁信号,可以推断地下介质的电性特征,从而实现地下结构的探测。
瞬变电磁法原理的实现过程可以简单描述为,首先,发射线圈施加电流激发电磁信号,然后接收线圈测量地下介质对电磁信号的响应。
接收到的信号经过放大、滤波等处理后,得到地下介质的电性特征信息。
通过分析这些信息,可以绘制出地下电性结构的剖面图,从而为地质勘探工作提供重要的参考依据。
瞬变电磁法原理的关键在于对地下电磁响应的准确解释和分析。
地下介质的电性特征会对电磁信号产生不同的响应,这种响应与地下介质的电导率、介电常数等物理性质有关。
因此,通过对接收到的电磁信号进行反演处理,可以推断地下介质的电性结构,包括电导率、介电常数等参数。
这些参数对地质勘探具有重要的意义,可以帮助勘探人员判断地下是否存在矿产、地下水资源的分布情况等。
总的来说,瞬变电磁法原理是基于地球物理学和电磁学的理论基础,通过对地下电磁响应的测量和分析,可以实现对地下电性结构的探测。
瞬变电磁法在地质勘探、水资源调查、环境地质调查等领域具有重要的应用价值,可以为勘探工作提供重要的技术支持和科学依据。
随着科学技术的不断发展,瞬变电磁法原理和技术将继续得到改进和完善,为地下结构的探测提供更加精准和可靠的技术手段。
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。
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。
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。
瞬变野外方法
瞬变电磁法简易的野外方法及
理论依据
一、测量深度h和供电电流I及线圈边长b的关系,测量深度h 和供电电流大小线圈连长有关。
(1)同供电电流的关系,一般电流增大32倍,测量深度只增加2
一般实际勘测深度h取同发射线圈边长b和电流I有关。
从经验上勘探深度h≈3b。
经验说明:(回线电流≥10A)勘探深度为回线边长的3倍以上(经验)。
回线边长一般取100~400m,常用200m。
二、供电频率的选择
(1)供电频率的选择一般和勘探深度及抑制50Hz工频干扰有关。
就50Hz工频来说,一般选择供电频率应是50Hz的约数或是50Hz 的倍(指我国工业电多用50Hz)。
(2)常选用的频率有:2.5、6.25、25Hz三种。
三、供电方式的选择
常用的一般选择方式1,为双极性占空比为1:1方波,有利消除多种干扰。
四、线圈组合装置的选择及其克服干扰措施
(1)常用的重叠回线装、中心回线装置、大定源回线装置
(2)为了克服强电磁干扰(天电干扰和人为干扰)及为减弱覆盖层耦合,采用双回线组合装置(发射接收电缆分开)。
(3)为克服某些地区近地表超顺磁物质的效应
所谓顺磁效应就是超顺磁响应引起的不正常瞬变场导致大地似乎比实际情况更为导电,从而晚延的电阻率值比预计的要低。
一般是在红土覆盖的地区,或地表含有磁铁矿,赤铁矿等。
采用的方法:偏移回线合装置和内——回线组合装置偏3m,严重地区15m(发射线圈和接收线圈)少用。
(4)详见说明书
*点距一般10~20m,有矿地段点距5~10m,异常复杂地段加密到2.5~5m。