瞬变电磁原理ppt课件

（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。
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瞬变电磁法基本原理（3）
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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。
V d t
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0t （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。
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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。
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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。
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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；
瞬变电磁法基本原理（1）
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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。
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。
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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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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：
瞬变电磁法特点就基于这两个可分性。
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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。
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均匀大地瞬变电磁响应过程（2）
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。
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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。
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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” 。
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。
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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”。