瞬变电磁原理ppt课件

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瞬变电磁法特点就基于这两个可分性。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁响应过程(1)
在导电率为s、磁导率为μ的均匀地质体表面敷设面积为S 的矩形发射回线中供以阶跃电流。
It
1 0
t t
0 0
在电流断开之前(t<0时),发射电流在回线周围
的地质体和空间中建立起一个稳定的磁场。
瞬变电磁原理
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均匀大地瞬变电磁响应过程(2)
瞬变电磁原理
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均匀大地瞬变电磁响应过程(4)
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。
瞬变电磁法基本原理(1)
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法基本原理(2)
瞬变电磁法或称时间域电磁法(Transient Electromagnetic Method,简称TEM), 利用不接地回线(线圈)向被测地质体发射 脉冲式电场作为场源(一次场),以激励被 测地质体产生二次场,在发射脉冲的间隙利 用接收回线(线圈)接收二次场随时间变化 的响应。从接收的二次场数据中分析出地质 体异常导电体的位置,从而达到解决地质问 题的目的。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法基本原理(3)
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法基本原理(4)
前面提到测量数据是在脉冲间隙中得到 的,理论上不存在一次场源的干扰,这称之 为时间上的可分性。
根据傅立叶变换理论可知,方波脉冲可 视为许多不同频率的组合,不同延时观测的 主要频率成分不同,相应时间的场在地质体 中的传播速度不同,调查深度也就不同,这 称之为空间的可分性。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法的“烟圈”理论 (4)
“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为:
r 8c2t/0(a25-3-1)
d4 t/0 (5-3-2)
式中:a为发射线圈半径,c2(8/)20.546479 当发射线圈半径对于“烟圈”半径很小时,可得 tanθ=d/r≈1.07,θ≈47°,故“烟圈”将沿47°倾斜锥面扩散, 其向下传播的速度为:
V d t
2
Fra Baidu bibliotek0t (5-3-3)
从式(5-3-1)到式(5-3-3)可以看出:感应涡流扩散的速 度与地质体电导率和磁导率有关。导电性和磁导率越好,扩 散速度越慢,在导电性和导磁性较好的地质体上,能在更长 的延时后观测到大地瞬变电磁场。
瞬变电磁原理
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矿井瞬变电磁法特点(1)
• 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,反应浅部电性分布,晚期 瞬变电磁场是由深部的感应电磁场产生的,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,可以探测大地电位的垂 向变化,这便是瞬变电磁测深的原理。
由此可见,研究电磁场的瞬变过程可得 到不同电导率地层系列的地质信息及总纵向 电导,也可以分离出断面中的高导电带。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法的“烟圈”理论 (1)
瞬变电磁法物理基础是电磁感应原理,据此理 论,在电导率和磁导率均匀的地质体上,敷设输入 阶跃电流的回线,当发送回线中电流突然断开时, 在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开 电流前存在的磁场,此瞬间的电流集中在回线附近 的地质体表面,并按指数规律衰减。随后,面电流 开始扩散到地质体下半空间中,在切断电流后的任 意晚期时间里,感应涡流呈多个层壳的环带状,随 着时间的延长,涡流场将向下及向外扩散。感应涡 流场在地质体表面引起的磁场为整个“环带”各个涡 流层的总效应,这种效应可以用一个简单的电流环 等效,表现为一系列与发送线圈同形状并且向下向 外扩散的电流环,通常称之为“烟圈”。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法的“烟圈”理论 (2)
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。
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。
瞬变电磁原理
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均匀大地瞬变电磁响应过程(4)
决定瞬变过程状态的基本参数是场的瞬 变时间。瞬变时间t依赖于地质体的导电性和 发—收距离。在近区和高阻岩石区,瞬变时 间很短——几十~几百毫秒。在断面中赋存 着良导地质体时这一过程变缓。在远区,瞬 变时间可达到几十秒,而在良导地质体上有 时达到一分钟或更长。
瞬变电磁原理
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瞬变电磁法的“烟圈”理论 (3)
任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以 等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚 关断时,该环状线电流紧接发射回线,与发射回线 具有相同的形状。随着时间的推移,该电流环向下 、向外扩散,并逐渐变形为圆电流环。附图示意了 发射电流关断后不同时刻地下等效电流环的分布。 从图中可以看到,等效电流环很像从发射回线中“吹 ”出的一系列“烟圈” 。
在t=0时刻,将电流突然关断,由该电 流产生的磁场也立即消失。一次场的剧烈变 化通过空气传至回线周围的地质体中,并在 地质体中激发出感应电流以维持发射电流断 开之前存在的磁场不会立即消失。
瞬变电磁原理
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均匀大地瞬变电磁响应过程(3)
由于介质的欧姆损耗,这一感应电流将迅速衰 减,由它产生的磁场也随之迅速衰减,这种迅速衰 减的磁场又在其周围介质感应出新的强度更弱的涡 流。这一过程继续下去,直至地质体的欧姆损耗将 磁场能量消耗殆尽。这便是地质体中的瞬变电磁过 程,伴随这一过程的地磁场就是地质体的瞬变电磁 场。
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