复合电偶源瞬变电磁张量测量
LOTEM方法技术
l近区场特点 l当γ≤Ηm时, 一般不测量 早期信号，而主要测量晚期 信号。 l它 的 晚期 并不在波 区，涡 流在断面中连续地扩大及衰 减，建场必然也与单个层(包 括薄层)有关，这就使得我们 有可能用纵向电导为S的等效 薄层替换断面。可见，近区 建场测深的晚期建场特征有 了详细分层的可能 。
− r2
y2
∞ 0
λ R1*
J1(λr)dλ
Hz0
=
PE 4π r2
⋅ sin θ
y
x
P(x,y) Ex
r
Hz
0θ
y
AB
h1,ρ1
x
h2,ρ2
ρn z
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均匀大地计算近区和远区瞬变测深曲线
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二层地电断面近区和远区瞬变测深曲线
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二层介质的“烟圈”系统
l当垂直图面流动的感 应电流抵达层界面时， 感应电流随着时间的增 加开始向上扩散。这 样，在观测点上就可以 接收到来自界面处以及 发射装置和接收装置之 间的总体信息。随着时 间的延长，即到晚期， 感应电流进一步向深部 扩散，其分布趋于均匀。
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近区瞬变测深曲线
在二层地电断面上赤道偶极装置瞬变测深 电场晚期视电阻率曲线
r /h = 1/4 1
基底为绝缘介质，τ /h 〉20 - 30晚期电阻 11
率趋近与横轴成 63026′角的渐近线。
在二层地电断面上赤道偶极装置瞬变测深 磁场晚期视电阻率曲线
r /h =1 1
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µρ ==2πr 2>π>r14 ⋅ εt τ 3τABsn sinθ I
瞬变电磁测深法
四）瞬变电磁测深法（水文地质工作手册）1、 方法原理简介瞬变电磁测深法(简称TEMS)是一种时间域电磁法。
基于电性差异，以阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间(断电后)，利用线圈或接地电极测量由地下介质产生的感应二次场（二次涡流场）随时间的变化，达到寻找目标地质体的地球物理勘探方法。
其数学物理基础为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。
一次脉冲信号。
二次场信号表示为：52M q Vμ⋅⋅=(1) 式中：0μ为磁导率；M 为发送线圈磁矩；q 为接收线圈等效面积；ρ为地层电阻率；t 为时间。
从上式中可以看出，二次场信号与34ρ ，54t 成反比，当探测地下良导电地质体时。
在往地面敷设的发送回线中通以一定的脉冲电流。
使回线中间及周围一定区域内便会产生稳定的磁场(称一次场或激励场)，如果一次电流突然中断，则一次磁场随之消失，使处于该激励场中的良导电地质体内部由于磁通量Φ的变化而产生感应电动势d dt ε=-Φ (据法拉第电磁感应定律)，感应电动势在良导电地质体中产生二次涡流，二次涡流又由于焦耳热消耗而不断衰减，其二次磁场也随之衰减(见图1)。
由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，导电性越好，二次场衰减越慢；导电性越差，二次场衰减越快。
因此，通过研究二次场的衰减规律便可达到探测地下地质异常体的目的。
图1 TEM 法工作原理示意图瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中由于传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
传播深度：d= （2）传播速度：zd V t ∂==∂ （3） 式中：t — 传播时间；σ —介质电导率；0μ— 真空中的磁导率。
由(2)式得：72210t h p π-=⨯， (4) 在中心回线下，时间与表层电阻率之间的关系可写为：()()212031400I L t ηπρμ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= (5) 联立(4)(5)式，可得中心回线装置估算极限探测深度H 的公式为:1210.55L I Hρη⎛⎫ ⎪⎝⎭= (6)mR N η=式中:I — 发送电流；L — 发送回线边长；1ρ—上覆电阻率；η—最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数及观测时间段有关。
ATEM瞬变电磁测量系统资料
QR7.3-01-02新产品(项目)开发论证报告技( 09 ) – 06 号会签总工程师销售部工艺/标准化技术部生产部财务部QR7.3-01-03新产品(项目)开发立项报告技（ 09 ）- 06号立项依据技（09）- 06号《新产品(项目)开发论证报告》立项产品（项目）JGSB-1轻便工程测井系统技术研究及应用项目负责蔡耀泽成员陈仁才、王振国、张林、陈红、邹美邻、李彬宝、潘雷、蓝微、陈平中新开发产品（项目）型号、名称的申请技术部：根据《新产品(项目)开发论证报告》技（09）- 06号，请给予该产品（项目）的型号和名称。
项目负责：日期：2009.06.19新开发产品（项目）型号和名称的通知项目组：产品型号：JGSB-1产品名称：轻便工程测井系统标准化：日期：2009.06.21新开发产品（项目）试制批号的通知生产部：试制批号：10906 预计投产日期：试制数量：1 预计完成日期：2011.06.30技术部： 日期：2009.06.24会 签 总工程师 项目负责销售部 技 术 部生 产 部财务部注：本报告一式五份：生产部一份；财务部一份；销售部一份；项目组一份；技术部一份QR7.3-01-05新产品(项目)开发设计任务书技（ 09 ）- 06号3、采用标准：1、GB/T 5095.1-1997 电子设备用机电元件2、GB/T 6587.3(4)(5)-1986 电子测量仪器3、GB/T 4457.4-2002 机械制图4、GB/T 18185-2000 仪器可靠性技术要求5、Q/CDY078-2002 企业标准QR7.3-01-05新产品(项目)开发设计任务书技（09）- 06号4、产品设计的主要原理（用框图或流程图的形式简要描述）：图一轻便工程测井系统原理框图QR7.3-01-09新产品(项目)鉴定报告重地仪鉴字（11） 06 号项目类别：测井仪器项目名称：轻便工程测井系统规格型号： JGSB-1试制单位：专仪分厂开发一室鉴定时间： 2011.07.26组织鉴定单位：专仪分厂技质部重庆地质仪器厂技术质量管理部QR7.3-01-09新产品(项目)鉴定报告重地仪鉴字（ 11 ）- 06 号产品型号JGSB-1产品名称轻便工程测井系统鉴定时间2011.07.26鉴定地点分厂会议室一、鉴定形式：□国家级鉴定□省、市级鉴定□专家鉴定√厂评定委员会评定√厂内部检测验证□其它：二、参加鉴定（评定）人员：职务姓名职称单位签字主任周寅伦高级工程师总厂厂部副主任王振国高级工程师总厂技质部成员朱力高级工程师总厂技质部蔡跃泽高级工程师设计 1 室陈仁才高级工程师设计 2 室王桂梅高级工程师设计 4 室廖水平高级工程师设计 3 室张益胜高级工程师设计 3 室张林高级工程师结构设计室杨京民工程师销售部胡泽彬工程师分厂技质部秦国菲工程师分厂技质部共 4 页/ 第 1 页QR7.3-01-09新产品(项目)鉴定报告重地仪鉴字（11）- 06号共 4 页/ 第 2 页QR7.3-01-09新产品(项目)鉴定报告重地仪鉴字（ 09 ）- 15 号共 4 页/ 第 3 页QR7.3-01-09新产品(项目)鉴定报告重地仪鉴字（11）- 06号日期：共 4 页/ 第 4 页QR8.2.3-12重庆地质仪器厂例行试验报告单QR8.2.3-02重庆地质仪器厂产品检验报告编号检验员：秦国菲日期：2012.06.13ATEM 瞬变电磁测量系统检验记录主要检验指标如下：一、接收机电压测试：№： Z11110001二、发射机电流发射测试：№： Z11110009三、GPS功能检测。
瞬变电磁法
山西平鲁某煤矿CSAMT及TEM反演结果对比
六. 其他
新型TEM探头
国产新 TEM-7K 探头特性曲线
ZONGETEM/3探头特性曲线
TEM-7K,TEM/3和空心线圈野外实测曲线对比
50
100
150
NanoTEM的算术等间隔实测数据曲线-a
NanoTEM的算术等间隔实测数据线-b
TEM算术等间隔实测数据曲线
算术等间隔实测数据曲线局部放大-a
算术等间隔实测数据曲线局部放大-b
算术等间隔实测数据曲线局部放大-c
算术等间隔实测数据曲线局部放大-d
各种TEM装置
五. 电偶源瞬变电磁法
b.几个相邻回线的观测结果．
5. 小心矿外异常的干扰
三．起码目前还不宜采用ＴＥＭ法的地区
a. 工业电网密集分布区； b. 有大量高层建筑区； c. 正在进行地下采矿的地面； d. 交通繁忙的道路旁； e. 地下金属管线分布区； f. 不满足半空间条件地区； g. 高阻区找无填充物的空洞等．
四．使用ＴＥＭ法时需要注意的几个问题
a.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
b.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
c.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
２．合理的选择发射电流：一般情况下，电 流越大越好，但不要信号饱和和超出仪器的 最大观测值。有时，电流太大导致铁淦氧棒 磁化导致二次场衰变缓慢。
３．Tx＜ ２０m× ２０m，时，不宜使用有 铁淦氧磁心的探头，最好改用空心线圈。
瞬变电磁法的应用
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简 称TDEM或TEM。瞬变电磁法是以不接地回线源通或接地电 偶源以脉冲电流激励大地后,观测地下感生的二次电流场的一 种探测方法。它可以在一次脉冲电流间断时（50%占空比） 测量它的一系列二次感生电流随时间变化的值，也可以在电 流方波反向时（100%占空比）测量它的一系列二次感生电流 随时间变化值。由于二次场从产生到结束的时间短暂的,又是 不断地衰变的，这就是“瞬变”一词的由来。早期，俄罗斯 称“过渡过程”法，西方早期叫脉冲电磁法（PEM）或电磁 脉冲法（EMP），在原苏联过渡过程法与建场法混称。
第三章瞬变电磁法
（2）边长为 2l 的正方形回线轴上的一次场的垂直分量为：
H 1 ( z ) = H 1 (0) 2 (1 + z 2 / l 2 )( 2 + z 2 / l 2 )
1 2
= H 1 (0) f ( z / l )
(3 .1 .2 )
（3）对于回线场的主剖面（位于边长为 2l 的正方形回线平面内，通过回线中心， 并平行回线一边的测线）上的一次场的垂直分量为：
5 2
Iµ 0 2 b 4 20π π ρ 2 t
3 5 2
(3.1.10)
τ0≤0.01 即早期，τ0≥3 即晚期，两者之间的中期没有简单的表达式。
（2）中心回线 在单匝圆形回线中部，场近于均匀的部分，用接收线圈进行观测，其垂直分量响 应为：
εI =
3IAR f I (τ 0 ) σa3
− 14τ 1 + 6π 0 −e 6τ 0 πτ 0
§3.2 野外工作方法
3.2.1 常用装置类型及功能 常用装置类型及功能
瞬变电磁法用于找矿勘查能够较准确地确定地质体的倾向、埋深、走向等。野外 工作装置形式繁多，并是电磁法中唯一能进行同点发射—接收的方法。根据勘查任务 的不同可非常灵活地选用装置，常用的装置组合有以下几种（图 3.2.1） 。
Tx (w) Rx Tx Rx
Tx
RxLeabharlann (w) 1中 中 回 实 中 中
2重 重 回 实 中 中
3 偶 偶 -偶 偶 中 中
A (L) Rx (w) Rx B (w) Tx 4大 大 大 中 中
图 3.2.1 TEM 常用测量装置 常用测量装置
T
Rx
(w)
Tx 5 反 偶 大 -回 实 中 中
瞬变电磁信号检测原理及仪器
瞬变电磁信号检测原理及仪器瞬变电磁信号检测原理本章主要阐述瞬变电磁信号的特点及主要的噪声源，结合这些特点简要阐明几种主要检测方法及原理。
1 瞬变电磁信号的特点1．1 信号的动态范围第3章中已提起，局部导电体上用接收线圈观测到的感应电压的时间特性决定于可见，其异常幅度及衰减速度很大程度上决定于导体的时间常数τ值。
对于良导电矿体而言，由于τ值较大，尽管初始响应的幅值并不很大，但衰减却相当慢，典型的衰减时问范围从100~200μS至10－20mS,并跨越近二个级次。
在测深工作中，时间范围决定于探测深度，探测n×10m至1Km的地电体，其时间范围需要n x 10μS到n×102ms左右,探测油气田构造时，探测深度达1－5Km，其时间范围为n ms至n x10s，所跨越的时间范围就更大。
在这么宽的时间范围内，信号衰减的规律如图6-1所示，在早期，信号幅值高而且衰变速度很快；在晚期的信号很弱，衰减速度却慢得多。
对于同一个观测点而言，从早期到晚期的信号幅值从n x 105μV变到0．n μV，如此大的动态范围内的信号一般都要求准确测定。
显然，并不是每一个测点都是如此，异常的幅值除了与τ值有关外，还与地质对象的规模产状埋深及观测点位置等几何因子有关。
1．2 对信号的分辨如图6－l所示，瞬变信号在早、中、晚期的衰变速度差别相当大。
为了在很宽的时间范围内围内不失真地准确确定瞬变衰减特性，除了在足够宽的时间范围内必须有足够的测道外，各测道之间的间隔及采样门宽(t g）应随测道不同而有所改变。
如图6－1所示，在早期，信号幅值高而且衰减速度快，因此采样时间间隔及门宽都必须相当窄才能保证足以精确地分辨信号的衰减特性；在晚期，采样间隔及门宽应增大，以适应弱信号慢衰变的特性。
l．3 信号的频带瞬变电磁方法实际上是宽频的电磁系统。
在理论上频谱可以无限延伸，其中包括了频域电磁方法的整个频带(n~n×104Kz)。
磁偶源瞬变电磁法多种偏移距全期视电阻率计算及校正方法研究
磁偶源瞬变电磁法多种偏移距全期视电阻率计算及校正方法探究磁偶源瞬变电磁法作为一种地球物理探测方法，可以有效地得到地下介质的电性信息。
然而，由于地下介质复杂性和数据获得方式的非抱负性，瞬变电磁法数据中常存在着各种偏移，极大地影响了视电阻率的得到和诠释。
本文通过接受多种偏移距离的计算和校正方法，对瞬变电磁法数据进行处理，从而提高视电阻率计算的精度和可靠性。
详尽来说，我们使用了反演、双偏移距法以及最小二乘法对数据进行处理，得到了不同偏移距上的视电阻率计算结果。
同时，针对不同偏移距数据的特点，我们提出了相应的校正方法，包括脱耦校正、数据微调校正、卷积模型校正等，有效地消除了数据中的各种偏移，提高了视电阻率的精度和可靠性。
关键词：磁偶源瞬变电磁法；偏移距；视电阻率计算；校正方法；反演；脱耦校正；数据微调校正；卷积模型校正。
正文：1. 探究背景和意义地球物理探测是一种得到地下介质结构信息的重要手段，其中瞬变电磁法作为一种新型探测方法，可以利用瞬态电磁场感应原理得到地下介质的电性信息，具有非接触、高灵敏度、高区分率等优点，被广泛应用于油气勘探、水文地质、岩土工程等领域。
瞬变电磁法的基本原理是利用瞬态电磁场在时间和空间上的变化规律，通过测量地下感应电场及其随时间的变化状况，推断地下介质的电阻率。
而这个过程本身就极其复杂，受到多种因素的影响，包括地下介质的结构、导电体的位置和性质、设备的选择和使用等等。
这些因素对数据质量的影响往往表现为各种偏移，使得瞬变电磁法数据中的视电阻率计算结果误差较大，难以准确地反映地下介质的实际状况。
因此，对瞬变电磁法数据进行偏移校正是分外必要的。
本文将结合试验资料和理论分析，探究磁偶源瞬变电磁法多种偏移距全期视电阻率计算及校正方法，旨在提高瞬变电磁法数据的可靠性和精度，更好地服务于实际工程应用。
2. 探究方法和流程本文接受多种偏移距计算和校正方法对瞬变电磁法数据进行处理，包括反演、双偏移距法以及最小二乘法，并针对不同偏移距的数据特点提出相应的校正方法，包括脱耦校正、数据微调校正、卷积模型校正等。
电偶源瞬变电磁测深研究_四_瞬变电磁测深视电阻率
・煤田物探・电偶源瞬变电磁测深研究(四)——瞬变电磁测深视电阻率陈明生 田小波 (煤炭科学研究总院西安分院 710054) 摘要 给出了由电偶源垂直磁场H z(t)计算全区(期)视电阻率的数值计算方法;将时间范围扩展到几十秒,以满足大偏移距(r)探测大深度的需要。
模拟计算结果显示,全区视电阻率能清晰地反映地电断面的结构,有助于定性定量解释。
关键词 电偶极源 瞬变电磁法 视电阻率中国图书资料分类法分类号 P6311325作者简介 陈明生 男 59岁 研究员 硕士 应用地球物理1 引言对瞬变电磁测深,我们所采集的数据是电磁场的强度,例如感应电动势,这既可以是磁感应强度水平分量的时间变化率,也可是磁感应强度垂直分量的时间变化率。
不过人们最常用的还是磁感应强度垂直分量的变化率,即5B z5t。
所绘制的随时间变化的曲线称为时域衰减曲线或瞬态响应曲线。
但是直接从衰减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电阻率。
场强和地电阻率的关系一般是比较复杂的,很难以显函数表示。
但是我们可以借助于均匀半空间的正演公式在特定条件下的渐近式直接计算电阻率,或采用数值方法求取。
这样求取的电阻率对均匀大地,或者对曲线的首支、尾支才可能是真电阻率,而一般情况下只能称为视电阻率。
视电阻率和真电阻率关系密切,它的变化规律基本反映了地电结构,对我们的定性定量解释都有很大意义。
2 瞬变电磁测深远、近区视电阻率对电偶极源瞬变电磁测深,所测垂直磁感应强度对时间的变化率5B z5t,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[1],可按传统方法定义视电阻率。
211 远区(早期)视电阻率在瞬变电磁测深中,当感应数Λ=2Πrµ1时,称为远区或早期。
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。
对于观测资料为5B z5t的电偶极源瞬变场的视电阻率定义为:Θ5B z5tΣ=2Πr43Ia sinΗ・5B zt。
瞬变电磁测深法
/ r 或 u 2r / 0
V晚
20 4t
( 0Msn )2 / 3 5t z
1000
100
10
1
0.01
0.1
1
10
100
3）同点回线装置
重叠回线装置：边长为L，供电电流强度为I
测得的感应电压：
V (t) Bz S N t
S 线圈面积 N匝数
表达 式为：
6.32
103
L
5. 大回线内组合
优点：
1） 划分异常比较详细 2） 勘探深度大
缺：
1） 对陡峭倾斜矿激发不利 2） 方形回线太大，铺设不便
图6 大回线回线内组合装置示意图
3.5.5 野外工作技术
1. 装置类型的选择
1）一般准则 2）目的物参数的估计 3）地质环境 4）电磁噪声
2. 回线大小的选择
1）重叠回线装置是适用与轻便型仪器的工作装置，一般情况下回线边L=H，H 为探测目标的最大埋藏深度。
1) 均匀大地的瞬变电磁响应过程
在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表
面敷设面积为零的矩形发射回线在回线中供以
I t 0 I (t) 0 t 0
的阶跃脉冲电流。
瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是载流线圈或 回线形式的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。
发射的电流脉冲波形主要有矩形波、梯形波和半正弦波， 不同波形有不同的频谱，激发的二次场频谱也不相同。
• 2）各种方法特点：
• 直流电测深法
• 优点：
• 1）理论方法技术简单、成熟； 2）对浅层的地质异常体分辨能力强；
• 3）对高阻、低阻体均反映良好； 4）抗干扰。
• 缺点：
电法勘探方法种类及优缺点
可控源音频大地电磁法(CSAMT)编辑利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。
CSAMT采用可控制人工场源。
测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1-2km。
测量是在距离场源5—10km 以外的范畴进行．此时场源可以近似为一个平面波。
2优点编辑由于该方法的探测深度较大(通常可达2k m)，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点：第一。
使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比——卡尼亚电阻率．增强了抗干扰能力，并减少地形的影响。
第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深．提高了工作效率．一次发射可同时完成7个点的电磁测深。
第三．探测深度范围大，一般可达1~2km。
第四，横向分辨率高。
可以灵敏地发现断层。
第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。
与MT和AM T法相同，CSAMT法也受静态效应和近场效应的影响．可以通过多种静态校正方法来消除“静态效应”的影响。
3前景编辑CSAMT法一出现就展示了比较好的应用前景．尤其是作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决深层的地质问题，如在寻找隐伏金属矿、油气构造勘查、推覆体或火山岩下找煤、地热勘查和水文工程地质勘查等方面．均取得了良好的地频率测深法[频率测法]freque ncy soundi ng method是指频率在几十周/秒到几万周/秒的音频范围内，通过改变交变磁场频率的办法探测岩层电阻率随深度的变化以了解地质构造和找矿的一种人工场源电磁法。
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电阻率沿电场向量方向随场源变化的轨迹。 假设场
源偶极子旋转，总场视电阻率沿所测电场方向的轨
迹就是一个椭圆，其长轴和短轴的长度分别对应最
大和最小总场的电阻率（ ρｍａｎ，ρｍｉｎ） ，表达式如下：
ρｍａｘ ＝
Ｐ
２ １
＋ Ｐ２３
＋
Ｐ２１ ＋ Ｐ２３ － Ｐ２２ ，
（８）
ρｍｉｎ ＝
Ｐ
２ １
＋
Ｐ
２ ３
－
Ｐ２１ ＋ Ｐ２３ － Ｐ２２ ；
瞬变电磁法最常用的解释方法就是把观测场值 转换成视电阻率曲线，然后进行反演解释，而视电阻 率定义的好坏与否取决于能否真实地反映出地下介 质的变化情况。 瞬变电磁法视电阻率定义是参照直 流电法的视电阻率定义，虽然含义相同，但是半空间 场值与半空间电阻率存在着复杂的隐性函数关系， 难以用解析法推导出视电阻率与场之间的显式反函 数， 只能使用各种近似定义方法或精确定义近似计 算的方法［４ ６］ 。 早期、晚期视电阻率虽然计算方法 简单，但是在不满足条件时存在一段不确定的区域， 无法用具体函数表示，严重影响数据解释。 为了更
（９）
由于椭圆面积是由坐标不变量变化而成的，因此它
也具有坐标不变量的性质：
πρｍａｘ ρｍｉｎ
＝
πＰ
２ ２
。
（ １０）
如图 ２ 所示，当电场向量在方位角 ϕ ＝ （ α－β）
时，总场视电阻率达到最大值；而电场向量在方位角
ϕ ＝ （α－β＋π ／ ２） 时，总场视电阻率达到最小值。 其
中 α 是对称主轴的方位角；β 表示电场向量与电流
Ｅ（ｔ）表示在 ｔ 时刻接收的总电场向量。 该总电场是
一次场和二次场的叠加，随着时间推移，二次场慢慢
衰减，总电场在晚期会趋向直流张量电阻率法对应
的电场值。
根据式（ １） 仅能获取单个场源的电场信号，不足
以求取张量视电阻率的各个元素，必须使用两个不
同方向的电偶极子（ 如图 １ 所示相互垂直的场源 ＡＢ
·５３５·
获取不同极化方向的电场信号增加信息量，减少单 一信号在探测复杂结构下的不确定性；同时，引入张 量视电阻率到时间域电磁法中，结合各个坐标不变 量不同特性，全面分析三维地质体张量测量的数据， 以期为实现瞬变电磁法张量测量提供一定的理论基 础。
１ 基本理论
１．１ 张量视电阻率的定义 标量视电阻率定义常用于共线装置，广泛应用
在前人研究的基础上，进一步开展多场源电偶 源瞬变电磁法的研究。 电偶源瞬变电磁张量测量的 场源至少由两个不同极化方向的电偶源组成，通过
收稿日期： ２０１５⁃０９⁃１０ 基金项目： 深圳市战略新兴产业发展专项资金（ ＣＸＺＺ２０１２０６１８１６５６０８９４７）
３期
朱伟国等：复合电偶源瞬变电磁张量测量
表 １ 坐标不变量 Ｐ２ 在半空间的对比
不变量 Ｐ２ ／ （Ω·ｍ）
ｔ／ ｓ
Ｐ２
Ｐ２（ Ｔ．Ｇ Ｃａｌｄｗｅｌｌ）
０．００１ ０．００１３７４ ０．００２５９３ ０．００３５６２ ０．００４８９４ ０．００９２３７ ０．０１２６９ ０．０２３９５ ０．０３２９０３ ０．０４５２０４ ０．０６２１０２ ０．０８５３１７ ０．１１７２１ ０．１６１０２６ ０．２２１２２２ ０．３０３９２ ０．５７３６１５ ０．７８８０４６ １．０８２６３７ ２．０４３３６ ３．８５６６２ ５．２９８３１７ ７．２７８９５４
和 ＣＤ） ，获取相应的电流密度以及总电场向量，就
能计算出视电阻率张量
ρａ
Ｊｙ１ Ｊｘ２ ）
×
æＥｘ１（ ｔ） Ｊｙ２ － Ｅｙ１（ ｔ） Ｊｘ２
ç èＥｘ２（ ｔ） Ｊｙ２
－
Ｅｙ２（ ｔ） Ｊｘ２
Ｅｙ１（ ｔ） Ｊｘ１ Ｅｙ２（ ｔ） Ｊｘ１
－ －
Ｅｘ１（ ｔ） Ｊｙ１
连续、更全面地解释多个场源产生的张量数据，文中 引入张量视电阻率［６ ７］ 作为解释参数。
外国学者 Ｂｉｂｂｙ 首次提出张量视电阻率的定 义，并且引入到多场源偶极子直流电法中，数值模拟 结果表明张量视电阻率在解释地下结构时有效地避 免了标量视电阻率引起的歧义［７ ８］ ；Ｂｉｂｂｙ、Ｈｏｈｍａｎｎ 研究应用视电阻率张量解释三维多源偶极子直流电 阻率数据，数值模拟得出多源测量结合直流张量视 电阻率的解释在许多方面优于单极—偶极法［９］ ；Ｌｉ、 Ｐｅｄｅｒｓｅｎ 将多场源和张量视电阻率应用到直流电法 中，克服了单场源带来的场源依赖性［１０］ ；Ｃａｌｄｗｅｌｌ 引 入张量视电阻率到时间域电磁法，通过数值模拟来 分析三维地下介质的响应特征［１１ １２］ 。 在国内，关于 电偶源瞬变电磁法，国内学者研究了 ＬＯＴＥＭ 从数 值模拟到实际应用，但均是采用单一场源，且观测的 信号也仅限于磁场的变化信号，几乎没有涉及电场 以及多源装置的情况［１３ １４］ 。
量，δ 是与距离相关的变量，函数 ｆ（ ｒ ／ δ） 是与时间相 关的电场准静态误差函数［１６］ 。
通过张量视电阻率的 定 义， 计 算 出 电 阻 率 为
２００ Ω· ｍ 均匀半空间以下坐标不变量值， 与 Ｔ． Ｇ Ｃａｌｄｗｅｌｌ 的计算结果［１２］ 进行对比，结果见表 １。
模型计算表明，文中通过定义计算出的不变量
复合电偶源瞬变电磁张量测量
朱伟国１，席振铢２，韩雪１
（１．广东省地质物探工程勘察院，广东 广州 ５１０８００； ２．中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 ４１００８３）
摘 要： 复合电偶源瞬变电磁张量测量能够有效解决单一电偶源在复杂三维电性结构体的瞬变场响应失真的问题。 采用复合电偶源瞬变电磁张量的坐标不变量 Ｐ２ 研究均匀大地介质和一维典型层状介质，计算结果表明，坐标不变 量 Ｐ２ 参数不论在早期或晚期都能准确反映一维介质的电性规律。 对于复杂的三维地质体，采用坐标不变量 Ｐ２ 以 及张量电阻率的极大值 ρｍａｘ 和极小值 ρｍｉｎ 组成的旋转椭圆表征三维电性结构的特征，用低阻长方体模型进行正演 模拟，计算结果表明：不同时间窗口坐标不变量 Ｐ２ 的响应以及极大值 ρｍａｘ 和极小值 ρｍｉｎ 的旋转椭圆，不但可以准确 反映出地下三维结构的变化情况，而且能够直观地勾画出异常区域边界的变化范围，这为后期的资料解译提供了 理论指导。 关键词： 复合电偶源；张量电阻率；坐标不变量；旋转椭圆 中图分类号： Ｐ６３１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １０００－８９１８（２０１６）０３－０５３４－０７
密度方向的夹角，表达式分别为
·５３６·
物 探 与 化 探
４０ 卷
图 ２ 椭圆极化
ｔａｎ（２α） ＝ （ ρｘｙ ＋ ρｙｘ ） ／ （ ρｘｘ － ρｙｙ ） ， （１１）
ｔａｎ（２β） ＝ Ｐ３ ／ Ｐ１。
（ １２）
２ 均匀半空间的 Ｐ２ 特征
在均匀半空间中，张量视电阻率可用关于场源
电偶源瞬变电磁法又称为长偏移距瞬变电磁法 （ ＬＯＴＥＭ） ，它是利用接地电偶极子向地下供电，在 供电间歇期观测二次场变化情况的一种时间域电磁 法［１ ３］ 。 ＬＯＴＥＭ 一直都是采用单一的偶极发射装置 作为供电场源，但是这种发射场源仅能在地下建立 单一的电流矢量，适用于简单的层状介质，难以适应 探测复杂的三维结构体，而实际地质情况往往是复 杂的，因此，考虑采用多场源电偶源瞬变电磁法来满 足实际需求。
对称的极轴坐标系表示。 在极轴坐标系中，张量非
主轴分量为 ０。 在均匀半空间电阻率为 ρ 的视电阻
率张量可简化为二阶矩阵
ρａ（ ｔ）
＝
æ ρｒｒ ç è ρ θｒ
ρｒθ ö ÷
ρθθ ø
＝
æ ç
１
ç
è
－
ｆ（ｒ ／ δ） ２
０
０
ö ÷
÷
１ ＋ ｆ（ｒ ／ δ） ø
（ １３）
式中：ｒ 和 θ 分别表示极性坐标轴的径向和切向分
１０
２００．０００２６３ １９９．９９９７９９ ２００．０００００１ ２００．０００８２１ １９９．９９８４７６ ２００．００１０４７ １９９．９９９４６９ ２００．２４６８８２ ２０１．２０９４５ ２０３．５７１７４３ ２０７．０９０８０７ ２１０．３６７３６４ ２１２．０２７００３ ２１１．７４２１６２ ２１０．０９２７４４ ２０７．９００８４ ２０４．０２３８０８ ２０２．７０６２０１ ２０１．７７６１１３ ２００．７３０９８６ ２００．２９１０６ ２００．１８２４７ ２００．１１４０８９ ２００．０７１１９５
第 ４０ 卷第 ３ 期 ２０１６ 年 ６ 月
物 探 与 化 探
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．，２０１６
ｄｏｉ： １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．３．１５ 朱伟国，席振铢，韩雪．复合电偶源瞬变电磁张量测量［ Ｊ］ ．物探与化探，２０１６，４０（３） ：５３４－５４０．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｄｏｉ．ｏｒｇ ／ １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．３．１５ Ｚｈｕ Ｗ Ｇ，Ｘｉ Ｚ Ｚ，Ｈａｎ Ｘ．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｐｏｌｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｅｎｓｏｒ ｓｕｒｖｅｙ［ Ｊ］ ．Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１６，４０（ ３） ： ５３４－５４０．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｄｏｉ．ｏｒｇ ／ １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．３．１５
Ｐ２ 与前人计算结果基本一致，相对误差最大仅为 ０．７％，并且在整个时间间隔基本保持常数不变，接
近半空间电阻率。 可见，在均匀半空间下，相比于传
统视电阻率区分早、晚期，张量不变量 Ｐ２ 在有效时 间很好地反映出了半空间电阻率。
３ 层状介质的 Ｐ２ 特征
当地下介质的电阻率随着深度的变化而变化， 且接地线源可近似为电偶极子时，视电阻率张量矩 阵的求取可近似为关于发射装置的圆对称问题。 瞬 态视电阻率张量在极轴坐标系下是关于发射装置对 称的，于是通过变换可以得出瞬态视电阻率张量是