瞬变电磁原理、仪器及应用讲述
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 解释
瞬变电磁法解释
什么是瞬变电磁法？
瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，用于探查地下的电性和磁性特征。
它利用瞬变电磁场在地下介质中传播的特性来获取地下结构的信息。
这种方法通常通过发送短脉冲电流来产生瞬变电磁场，并测量感应的电磁响应。
通过分析接收到的信号，可以推断地下介质的电导率、磁导率和形态等特征。
瞬变电磁法在石油勘探、地质灾害预测和地下水资源评估等领域具有重要应用价值。
瞬变电磁法的原理
在瞬变电磁法中，发送器通过电流脉冲产生瞬变磁场。
这个瞬变磁场会在地下介质中感应出涡流，产生感应电场和磁场。
接收器会测量感应电场和磁场的变化，并将这些信号转化为数字数据。
这些数据可以用来分析地下介质的电磁性质。
不同类型的地下介质对瞬变电磁场的响应不同，因此可以通过分析信号来识别地下结构的特征。
瞬变电磁法的应用
瞬变电磁法在以下领域具有广泛的应用：
•石油和矿产资源勘探
•地下水资源评估
•地质灾害预测（例如地震和滑坡）
•环境地质研究。
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。
ATEM瞬变电磁测量系统资料
ATEM瞬变电磁测量系统资料ATEM瞬变电磁测量系统是一种用于瞬变电磁场测量和分析的设备。
本文将介绍ATEM系统的基本原理、应用、技术特点等方面的资料。
基本原理ATEM瞬变电磁测量系统基于瞬态电磁法的测量原理，通过测量地下物质对瞬变电磁场的响应，来推断地下结构、岩性、水文地质等信息。
其主要原理可以概括为：1.激发源在地面上放置一对互相平行的电流线圈，利用一台高压脉冲发生器产生电流或电压突变信号激发电流线圈。
2.地下结构接受到电磁波后会发生电流及电荷分布，导致感应线圈中出现电势差，记录线圈输出的信号，进而反演出地下结构信息。
ATEM系统能够采集高时间分辨率的数据，并且对地下岩石、矿物、液体等亚表面结构特征的探测具有较高精度和可靠性。
应用场景ATEM瞬变电磁测量系统被广泛应用于地下水文地质、矿产资源勘探、土地利用规划、道路、桥梁、隧道、地铁等工程中的地质隐患分析等领域。
具体应用场景包括：•地下水资源勘探：对水源地水资源分布情况进行探测，帮助水利部门进行水资源管理和规划，保障城市及农业用水需求。
•矿产资源勘探：通过刻意的激发源、观测线选点的选择，透过地表特定的负荷电流等方法，可在照明状况相同下，从地下找到某些特定矿产的含量等信息。
•土地利用规划：系统可用于动态监测地下管道和建筑物等结构体至设立的埋深水平、及时跟踪物质运移和稳滞域进程，实现土地利用规划的科学化和经济化。
•隧道、地铁及其他工程钻探：对于排列较密、位置相近难以保证钻探施工安全的工程钻井，ATEM能够在一定范围内将被测量目标高度度量出来，从而对钻探的目标和步骤提供保障。
技术特点ATEM瞬变电磁测量系统具有以下技术特点：1.采样速度快：系统可以实现多通道数据采集，采样速度可达数百万个采样点每秒。
2.数据准确：ATEM系统可以实现高分辨率的振幅测量和高精度、高分辨率的时间同步测量，从而实现数据准确性。
3.信噪比高：系统设计了具有良好抗干扰的电路和软件算法，有效提高了信噪比。
瞬变电磁法简介
瞬变电磁法简介第三节瞬变电磁法（TEM）一、方法原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。
当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。
在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。
研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。
瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。
瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。
由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。
二、地球物理前提由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。
检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。
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。
试谈瞬变电磁法的应用
试谈瞬变电磁法的应用一、瞬变电磁法的概述瞬变电磁法（简称TEM法）属于时间域电磁法，由于该方法是纯二次场测量，故与传统直流电法勘探相比较，具有对低阻异常体反映灵敏，勘探深度大，受地形影响小，工作效率高等优势。
瞬变电磁法开始只应用于金属矿勘探，上世纪90年代以后随着仪器的数字智能化发展，瞬变电磁法才开始应用于煤田水文探测中，如查明断层和陷落柱等构造的含导水性、地下采空区勘查、评价含水层富水性、结合水文钻孔预测矿井涌水量、矿井迎头超前探测等方面都取得了良好的效果。
地面瞬变电磁法多采用大定源回线装置，探测深度较大。
瞬变电磁法主要有：（1）地面动源类。
即发射系统和接收系统依点移动并观测记录结果，又可分为以下类型：同点类型：包括中心回线组合，同一回线组合，重叠回线组合。
该类型指发射回线的中心点与接收回线的中心点重合；分离回线类型：发射线圈与接收线圈相隔一段距离且同时移动；双回线类型：因使用步骤繁琐，使用效果不明显，故此方法极少使用，在此不做赘述。
（2）地面定源类。
不移动发射源，只移动接收线圈，并观测记录结果，又可分为以下类型：（大定源组合：发射回线边长一般较长；偶极定源组合：发射回线边长较小。
（3）地一井类。
发射回线在地面敷设，在井中逐点移动探头进行观测，可以在地面开孔，也可以是在坑道中开孔。
二、瞬变电磁法的特点及野外工作的要求2.1瞬变电磁法的特点瞬变电磁法能够在脉冲间隙中进行测量，这主要和这种方法不容易受到其他物质和磁场的干扰有关。
在使用这种方法的过程中，不同的脉冲强度是由不同的频率所合成的，这就使得脉冲在相同的时间场中有着不同的传播速度，勘察的深度也会不一样。
下面我们就具体的谈一下这种方法在空间和时间上的可分性特征。
（1）在提高煤炭資源勘察精确度的方法中，频率域法主要是通过提高自身精确度来实现的，但是瞬变电磁阀则是通过提高自身的灵敏度来实现，并成功的实现了提高精确度向提高灵敏度方面的转变。
（2）由于采空区的围岩区域地形差异比较大，所以如果采用原始的勘测方法，就容易受到地形的倾向而降低精确度，如果采用瞬变电磁法则能够避免这一问题。
瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介
瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介摘要：瞬变电磁法是地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一，它基于电性差异，主要用于寻找低阻目标物，研究浅成至中深层地电结构。
具有较高的抗干扰能力和分辨率。
关键词：瞬变电磁;装置;回线;野外工作技术1原理及优点瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种人工源的时间域电磁法。
它的基本原理是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，即在导电率为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的阶跃脉冲电流，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，在一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个衰减过程，在此过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。
在地表用接收线圈或接地电极观测该二次电磁场的空间和时间分布。
在瞬变过程的早期阶段，频谱中高频成分占优势，因此涡旋电流主要分布在地表附近，由于趋肤深度的高频效应，阻碍电磁场向地下深部传播，因此早期阶段的瞬变场主要反映地层的浅部地质信息。
在晚期阶段，高频成分被导电介质吸收，低频成分占主导地位，在这一阶段，局部地质体中的涡流，实际上全部消失，而各层产生的涡流磁场之间的连续相互作用使场平均化，这时瞬变场的大小主要依赖于地电断面总的纵向电导。
由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与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、不受静态位移影响、操作简便迅速、穿透高阻层能力强、不受接地电阻影响、地形影响小、对低阻地质体反应灵敏、生产效率高、可作大面积长距离堤防普查等优点。
2装置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。
瞬变电磁自其发展以来，工作方式多种多样．例如：重叠回线装置、中心回线装置、同一回线装置、偶极装置等。
瞬变电磁法资料
第1章概述瞬变电磁法，是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。
1、原理瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method)也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
它是建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。
它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在其激发下，地下地质体中产生的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场。
该信号和地下地质结构的电性特征有着直接的关系。
通过研究瞬变场随时间的变化规律，从而达到解决地质问题的目的。
其工作原理见图1。
其衰减过程一般分为早、中和晚期。
早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。
通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法是在没有一次场背景情况下观测研究二次场，简化了对探测目标产生异常的研究。
该方法以其装置轻便、受旁侧影响小、高工效、低成本等特点已被广泛用于金属矿和煤田地质勘探、工程物探、地下水与地热勘探、采空区与岩溶发育带探测及环境灾害地质调查研究等诸多领域。
由于方法本身的属性，不宜在高压超高压输变电线路、铁路等强干扰源附近采集资料，这也为相关规范、技术规程所规定。
2、优点瞬变电磁法探测具有如下优点⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法；⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响；⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强；⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用瞬变电磁法（Transient Electromagnetic，TEM）是一种地球物理勘探技术，它可以非侵入式地探测地下电导率分布，用于工程勘查、矿产勘查、环境地质勘查等领域。
在铁矿采空区勘查中，瞬变电磁法可以通过探测采空区的电导率变化来确定矿山的底部形态和大小，以及未采区域里的矿体分布情况。
本文将介绍瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用。
1. 瞬变电磁法原理瞬变电磁法利用时间变化的磁场激发地下感应电场，并测量电场响应，从而确定地下电导率分布。
瞬变电磁法仪器由一个发射线圈和一个接收线圈组成。
发射线圈通过电流激发磁场，瞬间改变电流方向，产生变化的磁场。
接收线圈测量这个变化磁场对地下物质的感应电场响应，这个响应信号被记录下来并处理成电场数据。
地下介质的电导率决定了电场信号的衰减速率，低电导率的区域会使电场信号衰减得更慢。
因此，瞬变电磁法可以通过测量地下电场响应来确定地下物质的电导率分布，进而推断地下各种物质的分布情况。
2. 应用案例针对铁矿采空区的特点和难点，瞬变电磁法可以通过以下3个方面在采空区勘查中发挥重要作用：确定采矿区域底部形态和大小、分析采空区漏斗区漏斗角度和深度、检测未采区域里的矿体分布情况。
（1）确定采矿区域底部形态和大小由于瞬变电磁法能够探测地下电导率的分布情况，因此可以通过在采空区内进行大量采集瞬变电磁法数据，确定采矿区域的底部形态和大小。
采用瞬变电磁法探测采空区，可以准确探测出采空区的底部形态和大小，避免了在采空区下进行钻探等传统勘探方法可能出现的安全问题和勘探难度较大的情况。
（2）分析采空区漏斗区漏斗角度和深度瞬变电磁法可以通过对采空区漏斗区进行测量，分析矿区漏斗区的形态和大小，根据漏斗区的建立和发育条件判断漏斗深度和漏斗倾角，从而推断矿区内矿体的分布情况。
这样一来，就可以有效提高采矿效率和采矿安全性。
（3）检测未采区域里的矿体分布情况瞬变电磁法也可以在采空区内检测未采区域里的矿体分布情况。
PROTEM47瞬变电磁仪在探查工作面顶板砂岩含水性的应用
PROTEM47瞬变电磁仪在探查工作面顶板砂岩含水性的应用一、PROTEM47瞬变电磁仪简介PROTEM47瞬变电磁仪是由加拿大公司发明的一种先进的地下水文勘探仪器，主要用于地下水位、地下水质和地下水含量的检测。
PROTEM47瞬变电磁仪采用瞬变电磁法原理，通过导电率异常的检测来实现地下水文勘探。
该仪器具有数据采集速度快、分辨率高、数据解释简便等特点，因此在矿山勘探和地下水资源勘察中得到了广泛的应用。
1. 工作原理PROTEM47瞬变电磁仪利用瞬变电磁法原理，即通过在地面上放置一个发射线圈产生强磁场，然后测量地下介质对这个强磁场的响应。
由于地下介质的导电性与含水性有密切关系，因此根据地下介质对磁场的响应情况可以推断出地下介质的含水性情况。
在探查工作面顶板砂岩含水性时，PROTEM47瞬变电磁仪首先在地面上放置发射线圈，然后运用接收线圈测量地下介质对磁场的响应，最后根据响应数据分析出砂岩含水性情况。
2. 应用流程（1）布置测点在进行探查工作面顶板砂岩含水性的测量前，需要根据实际情况合理布置测点。
通常情况下，测点布置应覆盖整个工作面范围，保证数据的全面性和准确性。
（2）进行测量在测点布置完成后，即可进行测量工作。
PROTEM47瞬变电磁仪进行测量时需要保持稳定的电磁场，并且应配合其他辅助设备进行数据采集和记录，以确保数据的准确性。
（3）数据解释和分析测量完成后，需要对采集到的数据进行解释和分析。
根据数据的变化情况和地质条件，可以初步判断砂岩的含水性情况。
3. 应用效果PROTEM47瞬变电磁仪在探查工作面顶板砂岩含水性方面的应用效果显著。
PROTEM47瞬变电磁仪具有数据采集速度快、分辨率高的特点，可以对大范围的砂岩进行高效的探查工作；PROTEM47瞬变电磁仪的数据解释简便，即使是非专业人员也能迅速准确地了解数据的含义；PROTEM47瞬变电磁仪的应用效果经过实际验证，对于砂岩含水性的判断准确性高、可靠性强。
瞬变电磁原理与应用课件
无损探测
瞬变电磁法是一种非接触式探 测方法，对地下目标进行无损 探测，不会破坏地质结构。
成本低
瞬变电磁法所需设备相对简单， 成本较低，便于推广应用。
瞬变电磁法的局限性
受地形影响较大
瞬变电磁法在复杂地形和地表覆盖地 区的应用受到一定限制，探测精度和 可靠性可能下降。
对高阻覆盖层穿透能力以探测深部目标。
对低阻目标敏感度低
瞬变电磁法对低阻目标体的敏感度较 低，可能难以识别和区分。
数据处理和解释难度较大
瞬变电磁法的数据处理和解释涉及到 多个参数和复杂的地球物理特征，需 要专业知识和经验。
瞬变电磁法的发展趋势与展望
智能化探测
多方法综合应用
随着人工智能和机器学习技术的发展，未 来瞬变电磁法有望实现智能化探测，提高 数据处理的自动化程度和精度。
瞬变电磁法的应用领域
矿产资源勘探
瞬变电磁法可以用于寻找金属矿、煤炭等矿产资源，通过测量和分析 二次磁场的变化，可以推断出矿体的位置和埋深等信息。
工程地质勘察
瞬变电磁法可以用于工程地质勘察，如公路、铁路、桥梁、建筑等工 程的场地勘察，了解场地地质构造和岩土性质等信息。
水文地质调查
瞬变电磁法可以用于水文地质调查，如地下水资源的勘探、地下水污 染的监测等，了解地下水的分布和流动规律等信息。
瞬变电磁法在矿产资源勘探中的应用
总结词
高效、准确
详细描述
瞬变电磁法在矿产资源勘探中应用广泛，通过测量地下介质的电性特征，能够高效准确地探测出矿产 资源的分布和储量，为矿产资源开发提供重要的技术支持。
瞬变电磁法在地下水勘探中的应用
总结词
快速、无损
详细描述
瞬变电磁法在地下水勘探中具有快速、 无损的优势，通过测量地下介质的电 导率变化，能够快速准确地确定地下 水的位置和储量，为地下水资源开发 提供重要的技术手段。
第六讲TerraTEM瞬变电磁仪讲解
Rx
Tx
图C.4 分离回线
2.5井中接收装置：井中接收装置（图C.5）对深度上传导率的细微变化有 着极高的灵敏度。为得到深部的有效信息，必须要配备大定源发射装置。 井中接收装置在内置传感器中安装有三分量探头，能对三个方位进行探测， 这样能帮助用户绘制三维目标体图像。
Tx
图C.5：井中接收装置 Rx
第六讲
瞬变电磁法及其应用
主讲人：杨双安 河南理工大学资源环境学院
一、概念
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是利用不接地回线或电极 向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电 极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二 次电磁场的空间和时间分布，从而来解决有关地 质问题的时间域电磁法。
叠回线工作。
五、瞬变电磁应用领域
1、金属矿产勘查、断裂构造勘查 2、隧道超前探测、岩溶探测、陷落柱探测、煤田矿井涌水、
突水通道勘察
3、探测积水、非积水采空区 4、岩体渗漏通道、地下水勘查 5、地表探测公路、铁路隧道工程中的不良地质构造、堤渗漏
隐患探测。
六、TerraTEM瞬变电磁仪产品组成
50A大功率发射机
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、外用轻便线圈观测 两个正交分量
dBx / dt
dBz / dt
4）在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点距为5~10m的重
Rx Tx
图C.2 单一回线
瞬变电磁仪的功能特点
瞬变电磁仪的功能特点什么是瞬变电磁仪瞬变电磁仪（Transient Electromagnetic Instrument，简称TEM）是一种应用电磁学原理，利用电磁感应效应，在大地上进行物探工作的设备，常被用于矿产找矿勘探、水资源调查等领域。
瞬变电磁仪的工作原理瞬变电磁仪的工作原理是利用几何上突变、瞬间变化的电磁场来进行探测。
其探头（发射线圈和接收线圈）会在地面或水面上，产生一个短暂的电磁脉冲，这个电磁脉冲会随着时间的推移逐渐衰减，并且会在传导媒质（如岩石、土壤、地下水、矿物等）中产生电流，从而生成一个被瞬变电磁仪探头接收到的电压信号，通过信号处理，可以得到地下介质的电阻率、电导率等信息。
瞬变电磁仪的功能特点深度透明性瞬变电磁仪探测的深度较深，可以在一定程度上透视地下深层物质，深度可达数百米甚至千米，非常适用于深层矿产、地下水、油气等资源探测。
空间分辨率高瞬变电磁仪能够实现空间分辨率较高的探测。
其探头能够非常准确地控制电磁脉冲的能量和时间，并能够在一定程度上确定探头的间距，因此可以实现对不同位置的地下介质进行精细化探测和成像。
可以探测几乎所有的岩石类型和地下介质瞬变电磁仪可以探测几乎所有的岩石类型和地下介质，包括磁性岩石、非磁性岩石、含矿岩石、含盐岩石、含水岩石、土壤等，因此适用范围较广。
可以在复杂地质环境下工作瞬变电磁仪可以在复杂地质环境下工作，如在存在地下复杂构造、油气层、地下水等情况下进行探测，能够有效地避免传统方法存在的探测盲区和误差。
操作简便、效率高瞬变电磁仪操作简便，不需要像传统爆炸法勘探那样进行预先的准备工作，只需要在探测点部署探头即可进行工作，因此效率相对较高。
总结瞬变电磁仪是一种利用电磁学原理进行地下探测的设备，具有深度透明性、空间分辨率高、可以探测几乎所有的岩石类型和地下介质、可以在复杂地质环境下工作、操作简便、效率高等特点，在矿产探测、水利勘测、地质环境监测等领域有着广泛的应用前景。
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)。
第六讲TerraTEM瞬变电磁仪讲解
-250泄 水 巷 掘 进 头 瞬 变 电 磁 超 前 探 测 视 电 阻 率 断 面 图
超 75
前 70 探 测 65
距 60 离
55
（ m）
50
45
40
35
30
25
20
15
超 前 偏 左 45度
正前方
超 前 偏 右 45度
超 前 偏 左 20度
超 前 偏 右 20度
掘进头超前探
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 右帮侧探
8
（二）TerraTEM的特点优势介绍
1、便携式接收机和发射机为一体的独特设计，设计紧凑，携 带方便，封闭性很好；发射电流10A,外置可达50A。
2、可做当前瞬变电磁方法所有的工作装置，包括同一回线、 重叠回线、中心回线、分离回线、用户自定义装置等等。
2.1重叠回线：重叠回线（图C1）可用于大多数地质条件下的测量。此 装置探测效率高、噪音低、对深部目标体灵敏度高（在测线上的点距 取决于线圈半径）。回线一旦选定，对于半径50m或更小的回线，决 定其工作效率的主要是在测量点间的移动。两回线间最少要偏移1m以 消除可能的超顺磁作用，装置的探测深度一般是线圈直径的2-3倍。
物探预测掘进头前方24—43m为低阻区（兰色区），重点低阻区位于巷道前 方偏右部位。实际钻探时朝巷道正前及正前偏左、偏右方向均布置了钻孔， 正前钻探时进尺37m出水，偏右方向钻孔水量（17m3/h）明显比其它方向大。
掘进头超前探测灰岩破碎区
-250泄 水 巷 掘 进 头 瞬 变 电 磁 超 前 探 测 视 电 阻 率 断 面 图
第六讲
瞬变电磁法及其应用
主讲人：杨双安 河南理工大学资源环境学院
应用中的瞬变电磁法
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。
在穿透过程中若遇到导电介质便在其中产生涡流（感应电流），涡流又产生二次场（瞬变场）（图1c）。
在发射电流A突然关断的瞬间，由于发射线圈的感抗作用，A不能立即关断，要经历一段时间，称其为关断时间t off。
t off之后开始观测二次场（图2a，图2e）。
在t off之后发射线圈还有一个弱震荡过程，为避免振荡过程影响，在PROTEM的接收回路中设置有噪声抑制（图4），此外接收线圈还要离开发射线圈一定距离。
2.仪器装置图3 瞬变电磁仪装置图图4 瞬变电磁仪接收机电路框图（以PROTEM为例）3.感应探头和磁通门磁力仪探头：磁通门探头测量的是导电介质中涡流产生的磁场，感应线圈探头测量的是磁场变化率。
对于探测块状的、高导硫化矿体而言，在初始磁场作用下其产生的二次磁场较强，衰减慢，磁通门探头优于感应线圈探头。
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瞬变电磁原理、仪器及应用第1章绪论 (1)1.1 瞬变电磁法发展概况 (1)1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2)第2章瞬变电磁法探测原理 (4)第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7)3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7)3.2ATEM-II瞬变电磁接收机 (10)第4章瞬变电磁响应分析 (17)4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17)4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17)4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18)4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20)4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20)第5章瞬变电磁野外工作方法 (22)5.1 回线组合选择 (22)5.2 发射电流的选择 (24)5.3 发射脉冲宽度的选择 (25)5.4 关断时间的影响 (26)5.5 发射边长的选择 (27)5.5 接收最早取样时间的选择 (29)5.7 接收线圈的频率选择 (30)第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31)6.1数据质量判别 (31)6.2 数据处理 (33)6.2.1 平滑滤波 (33)6.2.2 近似对数等间隔取样 (34)6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37)6.4 数据成图 (40)第7章 ATEM系统野外应用 (42)7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42)7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44)7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45)7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49)7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52)第1章绪论1.1 瞬变电磁法发展概况在1933年，美国科学家L.W.Blan最早提出利用电流脉冲激发供电偶极形成时间域电磁场，采用电偶极测量电场，并命名为“Eltran”法，于当年获得美国发明专利，该方法提出后美国石油公司做了很多野外实验，希望得到类似地震反射法的结果。
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识别的分辨率，使得“Eltran”法的幻想破灭。
在30年代末，前苏联的А.П.Краев提出将瞬变电磁信号应用于地质构造测深，在1946年，А.Н.Тихонов等人作了论证，此后由Л.Л.Ваянъян建立远区建场测深方法(ЗСД),它主要采用电偶源(通以方波的接地导线)，在距源r处用接收线圈测垂直分量，了解磁场的建立过程，初期发射－接收距r≤(4~6)H，(H为高阻基底上部沉积岩的总厚度)，这是一种以分析地层深度变化特征的方法，此法主要用于地震探测油田效果不理想的地区。
在西方，1951年首先由学者J.R.Wait提出利用瞬变电磁场法寻找导电矿体的概念。
60年代В.В.Тикшаев、В.А.Сидоров等人将发射－接收距改成r≤0.7H，建立近区建场测深方法(ЗСБ)。
在同时期，前苏联科学家Ю.В.Якубовский、В.К.Коваленик及Ф.М.Камецкий等人创立了应用于勘查金属矿产的过渡过程法(МПП)。
60年代以后，建场法和过渡过程法得到更广泛及成功的应用和发展，该方法步入实用阶段。
20世纪60年代前苏联在全国各个盆地进行普查，发现了奥伦堡地轴上的大油田。
60年代中期到70年代末这段时间，人们认识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时，这种方法有了快速发展，随之如“短偏移”、“晚期”、“近区”这类方法迅速发展起来。
美国等西方国家在20世纪70～80年代，短偏移法一直处于实验和研究阶段，未被广泛应用，而长偏移法得到了应用，特别是在地热调查和地壳结构调查中。
比较有代表的学者：G.V.Keller，1977；Stemberg，1979。
随后，J.R.Wait，G.V.Keller，A.A.Kaufman 等科学家对瞬变电磁法一维正、反演计算及方法技术进行了大量研究。
20世纪80年代以后随着计算机技术的发展，在二三维正演模拟技术方面，G.W.Hohmem，A.P.Raiche，B.R.Spies，M.N.Nabighian等学者，发表了大量论文。
我国的瞬变电磁法研究起始于20世纪70年代初，较早开展这项工作的有原长春地质学院的朴化荣、曾孝箴、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。
随后中南工业大学、西安地质学院、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等单位进行研究。
通过国内学者的二十多年的努力，取得了一些有价值的研究成果和大量的应用实例，在理论和方法技术方面推动了TEM在我国的应用和发展。
仪器研制方面，专门用于时间域电磁法仪器：1953年出现第一专利，为Newmont 勘探公司申请，1962年Mclanghlin和Dolan研制出Newmont EMP-1型仪器，1964年EMP－1野外实验成功，1974年Crone公司推出偶极系统的商品仪器，1974年Newmont EMP正式用于野外，1977年CSIRO研制出SIROTEM－I，1972年Lamontagne研制出UTEM －1,1980年Geonics研制出EM－37，1996年EM-67等。
20世纪80年代末以后，多功能电法仪器相继问世，美国Zonge公司的GDP12、GDP16、GDP32,加拿大的V-5、V-6、V5-2000等。
我国从20世纪70年代开始研制的脉冲式航电仪用于野外实验研究，80年代地矿部物化探研究所的WDC系列瞬变电磁仪，西安物化探研究所的LC瞬变电磁仪，90年代中南工业大学的SD-2仪器，中国有色金属工业总公司的TEM-3S仪器，2001年，吉林大学研制的ATEM－II型瞬变电磁仪器系统。
1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域在发射电流脉冲间歇期间（断电）后，观测地下介质产生的感应二次场随时间的变化，既瞬变电磁响应，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性。
从傅里叶变换可知，一个阶跃脉冲是由各种高频和低频谐波叠加而成，产生的激发场（一次场）是宽频带电磁波，其瞬变电磁响应不同延时观测的主要频率成分不同，相应时间的场在地层中的传播速度不同，探测深度也就不同，这称之为空间的可分性。
瞬变电磁法的特点就基于这两个可分性。
因此与频率域电磁法相比具有以下特点：1.断电后观测二次场，可以近区观测，减少旁测影响，增强电性分辨能力；2.可用加大功率的方法增强二次场信号，提高信噪比，从而加大勘探深度；3.在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩区，由于是多道观测早期道的地形影响也较易分辨；4.可以采用同点组合（重叠回线，中心回线）进行观测，使与探测目标的耦合最紧，取得的异常响应强，形态简单，分层能力强；5.线圈形状、方位或接发距要求相对不严格，测地工作简单，工效高；6.有穿透低阻覆盖的能力，探测深度大；7．由于测磁场，受静态位移影响小；8．通过多次脉冲激发，响应信号的重复观测叠加和空间域多次覆盖技术的应用，提高信噪比和观测精度；9.剖面测量与测深工作同时完成，提供了更多有用信息减少了多解性。
由于瞬变电磁法这些特点，近几年在国内外得到迅速发展。
伴随仪器的数字化和智能化，功率的增大，数学模型计算正反演的应用，解释水平的提高与经验的丰富，可以解决的地质问题不断扩大。
如：矿产资源勘探、构造探测、工程地质调查、环境调查与监测以及考古等。
特别需要指出的是近年来在找水、市政工程、土壤盐碱化和污染调查以及浅层石油构造填图都有良好效果的报导。
目前几乎涉及了地球物理探测的各个领域包括空中和海洋，可见已成为重要的地球物理探测方法技术之一。
第2章瞬变电磁法探测原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods），又称时间域电磁法（Time Domain Electromagnetic Methods）简称TEM或TDEM。
是近年来发展很快的电法勘探分支方法，在国际上有人称作是电法的“二次革命”。
由于它是一种无损高分辨率电磁探测技术，而且不同于探地雷达，它利用探测的电导率数据成图，可提供解释出地下埋藏的金属物体及相关信息。
利用瞬变电磁信号进行地球物理探测，早在30年代就由前苏联科学家提出，50年代开始应用于矿藏勘探，在钻井、航空和海洋等领域取得了一些成果。
我国对瞬变电磁法的研究也十分重视，自80年代初开始分别在方法理论、仪器及野外试验方面已经做了大量工作。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈 (或称回线 )向地下发射一次瞬变磁场, 通常是在发射线圈上供一个电流方波 ,可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理 Nabighian(1979)又可以“烟圈”效应形象地加以阐明，如图2.1所示，地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的，其涡流以等效电流环向下并向外扩散，形如“烟圈”。
随着时间的推移，“烟圈”的传播与分布将受到地下介质的影响，这样从“烟圈效应”的观点看,可得早期瞬变电磁场是近地表感应电流产生的，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。
因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化，这便是瞬变电磁测深的原理。
瞬变电磁法工作过程可以划分为发射、电磁感应和接收三部分。
当发射回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场、该磁场称为一次磁场。
一次磁场在周围传播过程中，如遇到地下良导电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流（如图2.2所示）。
由于二次电流随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称二次磁场。
由于良导电矿体内感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，如图2.3所示的瞬变磁场。
二次磁场主要来源于良导电矿体内的感应电流，因此它包含着与矿体有关的地质信息。
二次磁场通过接收回线来观测, 并对所观测的数据进行分析和处理，进而来解释地下矿体及相关物理参数。
图2.2瞬变电磁法工作原理示意图图2.3瞬变电磁法发射和接收波形示意图近年来，瞬变电磁法在国内外得到迅速发展，可以解决的地质问题范围不断扩大 ，目前几乎涉足了地球物理勘探的各个领域包括空中和海洋，并且取得了显著的效果，可见已经成为不可缺少的地球物理勘探方法之一。
而且其作为勘探地上溶洞、空洞、断层、地裂缝、地下水、有色金属矿、地层软弱带以及浅层至中深层的地电结构，比其它物探方法能取得更为理想的地质效果，在工程地球物理勘探方面不失为一种快捷、精细，先进并行之有效的方法。