瞬变电磁测深法
瞬变电磁法的简介、发展概况和发展方向
一、瞬变电磁法简介瞬变电磁测深法(Transient electromagnetic methods)或称作时间域电磁法(Time doman electromagnetic methods)，简写为TEM或TDEM。
它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场；在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。
瞬变电磁法的测量原理是利用不接地回线(或电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(或电场)，即在发射回线上供一个电流脉冲方波，方波后沿下降的瞬间，将产生一个向地下传播的一次瞬变磁场，在该磁场的激励下在地质体内产生涡流，其大小取决于该地质体的导电能力，导电能力强则感应涡流强。
在一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个过渡过程(衰减过程)，该过渡过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。
在地表用接收线圈接收二次磁场，该二次磁场的变化，将反映地下介质的电性情况，在接收机中按不同的延迟时间测量二次感应电动势，得到二次场随时间衰减的特性。
瞬变电磁法都是通过一次磁场激发二次涡流场来分析地下的各种地质情况，但时间域电磁法相对于频率域电磁法的最大区别在于瞬变电磁测深法是在一次场断电后测量纯二次场，不存在一次场的干扰。
另外，从傅立叶变换可知，一个阶跃形脉冲实际上是由各种高频和低频谐波叠加而成的，产生的场是一种宽频带电磁波场，因此与频率域电磁法相比，瞬变电磁测深法具有以下优点:(1)断电后观测纯二次场，可以进行近区观测，减少旁侧影响，简化了测量数据资料的处理工作，提高了探测能力和精度;(2)可用加大功率的方法增强二次场信号，提高信噪比，从而增加勘探深度;(3)穿透高阻层能力强;(4)由于采用人工源方法，随机干扰影响小;(5)采用重叠回线装置工作，可以避免地形影响;(6)线圈形状、方位要求相对不严格，测地工作简单，工效高;(7)由于测磁场，受静态位移的影响小;(8)通过多次脉冲激发，场的重复观测叠加和空间域多次覆盖技术的应用，可以提高信噪比和观测精度;(9)可以通过选择不同的时窗窗口进行观测，有效地压制各种噪声，可以获得不同勘探深度的信号，使剖面与测深工作与一体。
瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法在地下矿山水文地质调查工作中的应用
瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法在地下矿山水文地质调查工作中的应用1、技术应用背景随着国家对安全生产的高压监管，尤其地下矿山的安全生产工作显得格外重要。
地下矿山中特别一些水文地质条件复杂大水矿山的防治水工作在矿山日常安全生产工作中的重要性不言而喻。
做好防治水工作的重要前提是对矿山的水文地质条件要有深入的了解，通过过去投入钻探、地质调查和矿山生产过程中积累的地质资料等已基本掌握矿山的水文地质条件，为更好服务矿山的防治水工作，目前可以通过物探方法例如瞬变电磁法和可控源音频大地电磁测深法对矿区范围400m深度以浅的主要含水构造异常和含水体异常，推断含水构造走向、含水体位置进行勘查。
为矿山安全生产与防治水工作提供技术依据。
2、工作区位置济南市莱芜金牛矿业开发公司金牛铁矿建矿时间为1993年，目前为年产20万吨的小型铁矿。
矿山位于济南市莱芜区城区西约6km，行政区划属莱芜区牛泉镇，工作区东距莱芜—泰安高速公路（S26）莱芜西出入口约1.5km，北侧有省道（S330）公路通过，莱芜—牛泉的简易公路穿过工作区，交通条件便利。
3、地球物理特征通常情况下，同一地层（或电性特征差异不明显的不同地层）受梯度增温和上伏地层压力影响，在反演电阻率断面图上表现为：①电阻率值沿地层倾斜方向（以下简称横向）无明显变化，等值线横向无明显弯曲（理想状态下为一条直线）②沿地层层面法线方向（以下简称纵向）电阻率等值线呈均匀梯度变化，通常随深度增加电阻率值逐渐增大。
电性特征差异明显地层间的整合接触（或平行不整合接触）会破坏纵向电性的均匀变化，其在反演电阻率断面图上通常表现为：①电阻率值横向无明显变化，等值线无明显弯曲②电阻率值纵向变化明显，等值线在地层接触面位置处呈密集层状分布。
4、工作方法4.1测地工作测量工作主要是为本次可控源音频大地电磁测量和瞬变电磁法布设工作提供精度可靠的测量成果。
利用RTK测量技术实施平面测量和高程测量。
4.1.1 技术标准《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2016）《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009-2010）4.1.2 仪器设备测地工作采用国产中海达RTK接收机1台套，仪器编号为：337。
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
PROTEM_37瞬变电磁测深系统及应用实例
PROTEM -37瞬变电磁测深系统及应用实例3 3 中国地震局地质研究所论著2001B0016。
詹 艳 赵国泽 梁竞阁 汤 吉 邓前辉 李文军 赵俊猛(中国地震局地质研究所,北京 100029)范宏瑞 赵永贵 李 群(中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029)摘 要 PRO TEM -37仪器具有分辨率高、动态范围大、抗干扰能力强、探测深度较大等优良性能。
简要介绍了该仪器的测深原理、工作装置、野外施工步骤以及资料的处理解释。
对TEM 和M T 资料的联合反演作了有益的尝试。
介绍了该仪器在探测地下洞穴、勘察金属矿以及煤田水文地质调查等方面的3个实例。
关键词 瞬变电磁 PRO TEM -37仪器 电性结构1 引言瞬变电磁法(TEM )是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法。
其基本原理是测量强大的脉冲源(如方波的下降沿或上升沿)所感生的随时间变化的二次场。
由于这些变化的二次场是脉冲源所感生的涡流场在地下扩散过程中的电磁散射场,因此包含了丰富的地电信息,通过对这些信息的提取和解释,从而达到探测地下电性介质的目的。
加拿大G eonics 公司的新型瞬变电磁法仪器PRO TEM -37,具有分辨率高、动态范围大、抗干扰能力强、探测深度范围大(可探测到地下1km 以下)等优良性能。
本文将对该仪器的使用方法及其应用效果作简要介绍和讨论。
2 测量原理2.1 方法原理简介 TEM 使用的人工场源通常有两种:一种是电源,它是向具有一定间距的一对电极发射电流,产生一次电场信号;另一种是磁源,它是通过向地面铺设的大回线发射大电流,产生一次磁场信号。
PRO TEM -37属于磁源的观测系统,通常使用矩形线圈来发射电流。
对应于磁场源观测系统的工作装置有多种,PRO TEM -37仪器中主要采用中心回线装置,其观测原理由图1所示。
由发射机向铺设在地面的水平矩形线圈Tx 中发送周期性双极性方波大电流,当电流突然中断时(对应于方波正极性的下降沿和负极性的上升沿),即形成阶跃脉冲源。
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：()()2125031400I 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:15210.55L 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。
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
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：()()2125031400I 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:15210.55L 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。
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
瞬变电磁法的探测深度问题.do
１ 引 言
电法 勘 探 的 探 测 深 度 问 题 ， 一直是地球物理勘 探的研究内容 之 一 ．其 重 要 性 是 不 言 而 喻 的 ， 因为 无论是施工设计还 是 资 料 解 释 ， 都需要估算所用的 方法 、 装置和仪器等能否达到目的层 ， 以完成地质任 对于野外作业 中 观 测 到 的 不 同 极 距 、 不 同 频 率、 务； 不同采样时间的数 据 ， 需要确定它们包含了哪一深 度范围内 的 地 质 信 息 ， 以 便 给 出 正 确 的 解 释 结 果． 由于对深度的估算 如 此 重 要 ， 故在电法和电磁法勘 探每一种方法的发 展 过 程 中 ， 都伴随着对探测深度 直流电法作为发展最早 、 最成 熟的 方 的研究 ．例如 ， 法之一 ， 早在１ ９ ７ １ 年， Ｒ ｏ ａ ｒ ａ ｏ就发表 了 有 ｙ和 Ａ ｐ ｐ ．此 后 经 过 包括温 Ｂ ｈ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ａ ｒ ａ和 Ｓ ｅ ｎ（ １ ９ ８ １）对 轴 向 电 极 （ ｙ ［ ２］ 施 仑 贝 尔、 两 极、 轴 向 偶 极）装 置 ， 纳、 Ｂ ａ ｒ ｋ ｅ ｒ
１ ５ ８ ４
地 球 物 理 学 报（ ） Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅＪ ． Ｇ ｅ ｏ ｈ ｓ ． ｐ ｙ
５ ２卷
， ｔ ｈ ａ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｎ ｓｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｎ ｅ ｒｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｉ ｍ ｅｗ ｉ ｌ ｌｂ ｅｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅｓ ａ ｍ ｅｄ ｅ ｔ ｈ ｉ ｎｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｙ ｇ ｇｔ ｑ ｐ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｔ ｒ ａ ｔ ｕ ｍ． Ｔ ｈ ｅｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍｄ ｅ ｔ ｈｏ ｆ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｓｔ ｈ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅｔ ｈ ａ ｔａ ｎｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｙｓ ｐ ｇ ｇ ｗ ａ ｖ ｅｇ ｏ ｅ ｓ ｔ ｏａ ｎ ｄｂ ａ ｃ ｋｆ ｒ ｏ ｍｓ ｏ ｍ ｅｄ ｅ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｉ ｎｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ． Ｔ ｈ ｅｍ ｉ ｎ ｉ ｍ ｕ ｍｄ ｅ ｔ ｈ ｉ ｓ ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ｐ ｐ ， ， ｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒｔ ｈ ｅｂ ｏ ｄ ｉ ｅ ｓｅ ｍ ｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎｕ ｅ ｒｓ ｕ ｂ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｍ ａ ｅｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｒ ａ ｔ ｕ ｓ ′ ｓｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｈ ｐ ｐ ｙｂ ｙａ ｐ ｐ ｉ ｎｌ ａ ｔ ｅｔ ｉ ｍ ｅ ．Ｔ ｈ ｅｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｔ ｉ ｍ ｅａ ｎ ｄｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ａ ｎｂ ｅｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄｆ ｒ ｏ ｍｔ ｉ ｍ ｅ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｑ ｙｃ ｑ ｙ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ． ｙｓ ｐ ｇ ，Ｄ ，Ｆ 犓 犲 狑 狅 狉 犱 狊 ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｅ ｔ ｈｏ ｆｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｔ ｇ ｐ ｇ ｙ ｙ 狔 ， Ｔ ｉ ｍ ｅ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ ｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｑ ｙａ ｙ 工作的基 础 上 ， 应用时域有限差分（ 、 时 频 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ）
瞬变测深
瞬变电磁法是时间域电磁法(Time--omainelectromagneticmethod,TDEM)的一个分支。它是在时间域中分析 电磁场的建立或衰减过程，达到研究岩层电性沿铅直方向变化的一种电磁
h1
轴成斜率为（即63度26分）的一条直线；当
N 0
时，尾支渐近线与横轴成斜率为-2的一条直线, （即-63度26分） 。
10 7 2t 2
上式中，r为收发距，是量纲为长度单位的参数
在瞬变电磁测深中，可用 / 比值作为理论曲线 的横坐标，代替电磁测深中收发距r与波长λ 之比值，这里
10 7 t
根据前面的推导，有
( m)
1 2
( ikr )e
2
ikr
第七节
瞬变电磁测深法
虽然早在1937年苏联学者A.P.Kraev就提出了瞬变电磁法(Transient
Electromagnetic sounding, 缩写为TEM)，但只在近十年来它才引起勘探 地球物理学家的重视，从而使它从理论研究和实验探索迈入了实际应用阶
段。其主要优点是它的分辨力特别是低阻层的分辨力高，而又不受高阻层
由于
U 或
1 t 0时，概率积分函数 (U ) ，而
3M 1 E (t ) 2 r 4
e
U2 2
与u和 U 相比又为高阶无穷小，所以。
3
换言之，当电源接通（或断电）后，电场的跃变为
3M1 2r 4
当 t加大时
3M 1 E (t ) 2 r 4 (U ) 2 e
瞬变电磁测深中数据处理偏差及修正方法
瞬变电磁测深中数据处理偏差及修正方法龙建钢;谢兴楠;吴小平;柳建新【摘要】The transient electromagnetic sounding method is often processed with the step wave model by using square pulse wave activate source. This operation will result in obvious deviation in theory. The authors suggested using single pulse (function) active source electromagnetic sounding method for processing data and explaining the square pulse active source. Practice shows that this means is feasible.%瞬变电磁测深方法中通常采用阶跃波激励方式的模型进行处理.在实际应用中,为了便于重复观测,一般采用方波形式进行激励,采用阶跃波模型进行数据处理和解释；这种处理方式理论上存在比较大的偏差.为了修正这种偏差,通过理论计算,建议采用单脉冲电磁测深方法来处理方波激励源的电磁测深结果.实例分析表明,该方法是可行的.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】4页(P553-556)【关键词】阶跃波;方波;电磁响应;单脉冲电磁测深方法;视电阻率【作者】龙建钢;谢兴楠;吴小平;柳建新【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙 410083;有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室,湖南长沙 410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙 410083;华东有色地质勘查局,江苏南京 210007;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室,湖南长沙 410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】P631.3瞬变电磁测深是地球物理勘探中一种比较常用的时间域测深方法。
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。
瞬变电磁测深法
图10.4.2 矩形框磁力线
图10.4.4 穿过Tx中心的横断面内电流密度等值线 Tx=800×400m
图10.4.3中示出了不同时刻穿过发射回线中心的横断面上地下感应电流密 度等值线。
从图中可以看到．等效 电流环很象从发射回线“吹” 出来的一系列“烟圈”因此， 人们将地下涡旋电流向下、 向外扩散的过程形象地称为 “烟圈效应”。
4. 测区、测网的选择
测区范围应根据工作任务和测区的地质及地球物理工作程度合理确定， 应主要考虑以下因素： 1）探测目标的大小、埋深及与围岩的电性差，为了保证所得异常的完整 性，周围要有一定范围的正常背景场，以便分析对比。 2）测区范围应尽可能包括已知区。 3）大定源回线装置不同发送回线的测区范围相衔接时，必须有一定的重 叠面积。
2）中心回线装置发送回线边长按该区测深工作所需要的探测深度、覆盖层平均 电阻率、干扰电平及发送电流合理选定，也可以参照
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
• TEM
• 优点：
• 观测纯二次场，消除了频率域中装置耦合噪声；
其噪声源主要来自外界。
•
对导电围岩覆盖层分辨率高。对大地：
3 2
• 对薄导电层： S 3
• 在高阻围岩条件下，地形引起的假异常小；
• 重叠回线提高了对地质体的横向分辨率。
• 缺点：
• 不能完整地记录曲线；
• 曲线首支畸变 1
• 1）曲线特点： • 电测深曲线：曲线首支水平，曲线尾支45°直线上升。 • 大地电磁测深：曲线首支震荡趋向于，曲线尾支63°直线上升。 • CSAMT：曲线首支震荡趋向于，曲线尾支45°直线上升。 • 瞬变电磁测深法：曲线首支于，曲线尾支63°直线上升。
瞬变电磁与电阻率测深法在断裂勘查中的研究
瞬变电磁与电阻率测深法在断裂勘查中的研究摘要：研究瞬变电磁与电阻率法在断裂勘察中的应用，通过这两种方法探测地质断裂构造，对两种方法的应用进行比较，综合得出结论关键词：瞬变电磁；电测深；断裂勘察；电阻率测深法1引言瞬变电磁法勘探深度大、穿透高阻能力强，抗干扰性好，观测位置自由，能够获得不同时窗进行观测，采纳瞬变电磁法与电阻率法进行探测能够获得不同深度的地质信息进行观测，获得不同深度的地质信息优点，因此在众多工程领域得到广泛采用。
2瞬变电磁与电阻率法用于勘探的基本原理地质断裂勘察在煤炭开采、建筑地基施工、隧道施工以及各种水利工程中具有广泛应用。
瞬变电磁法也称时域电磁法，简称TEM，利用不接地回线或接地原线向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场间歇期间，利用线圈或接地电极观察地层中所产生的二次涡流场，对这些数据进行分析获得地层的断裂情况。
它利用物理学中的电磁感应定律进行勘探，电磁波具有随距离衰减的特性，衰减过程分为早、中和晚期三个阶段，早期电磁场对应于频率中的高频，衰减速度快，趋肤效应深度小，晚期成分对应于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大，检测人员通过测量断电之后各时间段之内二次场随时间的变化规律可以获得地表下不同深度的地点特征。
3瞬变电磁与电阻率法用于勘探发展历史将瞬变电磁法应用于地质勘探最早是在前苏联，到1950年以后，建立了全面的理论体系和施工方法。
苏联采用这种方法在领土进行广泛探测，对其油气探测做出了很大贡献。
60年代以后，对原来的技术进行了局部改进，之后俄罗斯生产的瞬变电磁仪销往世界众多国家。
在西方，采用的瞬变电磁法出现于1930年以后，但是这种方法效果并没有超过地震反射法，原因可能是脉冲激发的瞬变电磁相应频率比较低，无法进行有效地识别。
瞬变电磁法在美国的大规模采用是在1970年以后，在地热调查中广泛采用了长偏移法，之后研究者对瞬变电磁法进行了大量研究，1980年以后，由于计算机技术的进步，瞬变电磁法在演示模拟方面有较大进步，出现了很多这方面的研究成果。
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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：()()2125031400I 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:15210.55L 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。
一般为0.2～0.5 nV/m 2； R m —最低限度的信噪比； N — 噪声电压。
瞬变电磁测深的最佳工作装置是中心回线装置，发送回线边长和发送电流可参照公式(6)合理确定。
时窗范围t 的确定，取决于测区内所要探测的目标物的规模及电性参数的变化范围，地电断面的类型及层参数，勘探深度等诸多因素，具体时窗范围应通过生产试验确定。
由于瞬变电磁测深是在一次场断电后测量二次场，不存在一次场源的干扰。
此外，阶跃脉冲实际上是由各种高频谐波叠加产生的宽频带电磁波，与频率域电磁法相比瞬变电磁法具有以下优点：(1)断电后观测的二次场，可以进行近区观测，减少了旁侧影响，增强了电性分辨能力；(2)可采用加大功率的方法增强二次场信号，提高信噪比，增加勘探深度；(3)穿透高阻层的能力强；(4)采用人工源方法，随机干扰影响小；(5)采用重叠回线装置，可以避免地形影响；(6)线圈形态、方位要求相对不严格，测地工作简单、工效高；(7)测量磁场受静态位移的影响小；(8)通过多次脉冲激发，场的重复观测叠加和空间域多次覆盖技术的应用，可以提高信噪比和观测精度。
由于该方法具有探测深度大、对地层分辨能力高、受旁侧影响或体积效应小，以及工效高、成本低等特点，因而在寻找油气田、煤田、深部有色金属矿、地热田、地下水以及地质构造研究等方面取得了引人注目的成果。
其解决的主要地质问题有一下几方面：a) 金属矿产及某些非金属矿产勘查；b) 地质构造研究；c) 煤田、油气田以及地热田勘查；d) 水文地质及工程地质勘查；e) 寻找地下管线及地下人文遗迹。
2、方法应用条件及注意事项确定瞬变电磁测深法的地质任务或施工项目，在考虑勘查工作需要的前提下，首先要分析是否具有一定的地电条件，勘查目标与围岩之间是否存在明显的电性差异。
对于方法的有效性分析，正演模拟法是论证方法有效性和开展野外试验工作的依据，正演所选取的地电断面类型及参数要以已知地段及不同工作区的实际断面为参考，一般可由正演模拟求得最佳工作装置及其尺寸。
值得注意的是，凡属下列情况之一者，只宜列为试验项目:(1)寻找深部矿、难识别矿及间接寻找目标物等情况下，尚未进行瞬变电磁法试验工作，方法有效性尚不明确的新区。
(2)外来电磁噪声干扰较严重，使用现有仪器及观测方法的效果受到影响的地区。
(3)探测目标与围岩之间的电性差异较小，或探测目标物的相对规模不大，埋深较大，不能肯定是否能测出目标物异常响应的地区。
注意事项：(1)测区、测网和比例尺测区范围应根据工作任务和测区的地质矿产及以往物化探工作程度合理确定。
并考虑以下因素:a)探测目标物的规模、埋深及与围岩的电性差异，应保证所得到的异常完整性及周围有一定范围的正常背景场；b) 测区范围应尽可能包括已知区，不同年度的测区相衔接；c) 大定源回线装置不同发送回线的测区范围相衔接时，必须有一定的重迭面积。
测深法装置，开展面积性工作时，常用比例尺和测网密度参照表1。
表1(2)工作精度设计地面瞬变电磁法工作精度时，应遵循下述两点:a)应考虑能够观测与分辨勘查对象所产生的最弱异常，一般应使最大误差的绝对值小于任何有意义异常的1/3；b)应根据仪器的技术性能合理设计，其总精度不应超过现有仪器设备所能达到的精度。
地面瞬变电磁法工作的总精度以均方相对误差来衡量，分级列于表2。
表2对于使用晚期观测数据时，一般可采用不大于噪声电压3倍的均方绝对误差来衡量。
在要求高精度和进行定量计算时，可采用不大于噪声电压2倍的均方绝对误差来衡量。
工作精度可根据工作任务及工作装置的特点，以取得较好的地质效果和经济效益，可选择某一观测精度或A.B之间的中等精度。
(3)生产试验工作凡属新区开展工作，在正式生产之前，应首先进行生产试验工作，并在设计中明确试验任务、方法技术及工作量，其要求是:a) 了解矿区内已知矿体上的异常响应特征，包括异常强度、形态、范围、时间特性、时窗范围、地质噪声及信噪比等；b) 查明外来电磁噪声电平及干扰特征，选择和确定迭加次数；c) 检查工作精度、测网密度、工作装置及回线边长等选择是否合理。
(4)测地工作地面瞬变电磁法测地精度、测点位置的质量指标列于表3,表3 测地工作精度a)点距及发送回线边长大于100 m的测深装置在地面目标物明显的条件下，可用1 : 10000或更大比例尺的地形图定点，定位精度级别参照表3中B。
b)测深装置对于发送回线角点点位精度级别参照表3中B；对于接收回线角点及中心点点位精度级别参照表3中A，中心点要求观测高程。
(5) 电性参数测定和物理模拟试验a)为了解释异常，必须对区内各类岩(矿)石进行电性参数测定。
b)电性参数测定方法，应根据实际情况采用露头法、标本法或测井法及已知点测深反演法。
c)样品测定数量，每类岩(矿)石，一般不少于30块，严格测定条件，保证数据质量。
d)为更好地解释异常或解决某些特定的间题，应进行物理模拟或数值模拟工作。
物理模拟工作应根据野外的实际地电断面条件，符合相似性原理。
3、野外工作方法及资料处理解释(1）仪器与参数瞬变电磁测深仪器所观测到的二次场信号，有信号弱、频带宽、动态范围大的特点。
因此，要求仪器必须具有分辨率高，采样速度快，动态范围大的性能。
目前在国内比较流行的仪器有：加拿大Geonics公司的EM-37，TEM47，TEM57仪器；澳大利亚Geometics公司的SIROTEM-Ⅱ、Ⅲ仪器；美国Zong公司的GDP-12、16、32、32Ⅱ及加拿大Phoeix公司的V-5、6多功能电测站；地矿部物化探研究所的WDC-2智能化瞬变电磁仪；西安物化探研究所的LC瞬变电磁系统；长沙智通新技术研究所生产的SD-1和SD-2型瞬变电磁仪，中国有色金属工业总公司北京矿产地质研究所研制的TEM-3S仪。
这些仪器都各有特色，下面介绍一下仪器的性能与主要技术指标。
1、加拿大Geonics公司的EM-37，TEM47，TEM57仪器TEM47，最大勘探深度150m，统称PROTEM47TEM57-MK2，最大勘探深度500m，统称PERTEM57TEM-67，最大勘探深度1000m-1200m，统称PROTEM67加强型TEM67,最大勘探深度2000mTEM47Hp，井下探水，探测距离100m-120m，统称加强型PROTEM47HPBH43-3钻井内三维瞬变电磁仪，可在2,000m深钻孔内工作，探测半径120mPROTEM接收机具有24位瞬时分辨率，29位系统分辨率，270KHz 带宽，微秒级的30个采样门和XYZ三分量同时观测等特点，是时间域电磁系统的最佳选择。
技术指标：观测值：三分量感应磁场的衰减比，nv/m2电磁传感器：空心线圈道数：用单道接收线圈顺序测量或用三分量接收线圈同时测量时间门：在两个量级时间轴上20个门测量，或三个量级时间轴上30个门测量信号分辨率：24位，包括1个符号位，系统分辨率29位基本频率：0.3，0.75，3，7.0，30，75，285Hz（60Hz工频时）0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5Hz（50Hz 工频时）积分时间：0.5，2，4，8，15，30，60和120秒显示器：240×64点液晶显示数据管理：固态存储3300套数据，RS232输出同频：参考电缆同步或高稳定性石英钟同步工作温度：-40℃—+60℃电源：12V可充电电源，可连续工作8小时重量：15Kg体积：34×38×27cmTEM47发射机是最小、最轻便的发射系统，关断时间极短，可探测近地表异常。
PROTEM47（PROTEM接收机配以TEM47发射机）经常用于浅部几米到150m深的探测。
在这种模式下，可用单匝5m×5m到100m×100m发射线圈，关断时间可短至0.5μs，从而获得最高的浅表分辨率。
也可采用多匝发射线圈。
TEM47采用参考电缆同步，可满足浅部探测对高精度同步的要求。
无论在那种情况下，PROTEM47都使用高频接收线圈。
该接收线圈的带宽足以捕捉最早期的瞬态衰减信号。
当PROTEM47用于剖面测量时，采用8匝5m×5m移动式发射线圈，2.5A发射电流时，发射磁矩为500Am。
在基频75Hz、20-30个测量门时，该模式便成为最佳的浅部勘探的斯陵格兰姆电磁系统。