瞬变电磁实例(专业教学)
瞬变电磁
9/22/2011
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瞬变电磁法的野外工作方法
装置类型的选择 目的物参数估计； 地质环境； 电磁噪声； 回线大小的选择 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)； 中心回线装置发射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； 在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点 距为5~10m的重叠回线工作；
动势 ;
I − − − 电流强度 ; N , S − − − 发射线圈匝数和面积 ;
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n , s − − − 接收线圈匝数和面积 ;
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三、瞬变电磁法的野外工作方法
1、装置类型: 装置类型:
(1)单线框装置： (1)单线框装置：单线框装置是瞬变电磁测量系统中最简单的一 单线框装置 其主要特点是发射器和接收器为同一线框，既做为发射框， 种，其主要特点是发射器和接收器为同一线框，既做为发射框，同时 又作为接收框。线框形状可以是正方形，亦可为矩形， 又作为接收框。线框形状可以是正方形，亦可为矩形，线框边长一般 200m之内 视具体情况而定( 之内， 在200m之内，视具体情况而定(图a). (2)共线框装置： (2)共线框装置：共线框装置是指发射框和接收框具有完全相同的 共线框装置 几何形状和尺寸，但两线框相互独立布置在同一位置上( b)． 几何形状和尺寸，但两线框相互独立布置在同一位置上(图b)．
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一、概述
(1) 瞬变电磁法 瞬变电磁法(TEM）: 是利用不接地回线或接地电极向地 ） 下发送脉冲式一次电磁场， 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。 时间分布，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。 (2) 按其工作空间可分为：航空瞬变电磁法、海洋瞬变电磁 按其工作空间可分为：航空瞬变电磁法、 法、地面瞬变电磁法、井地瞬变电磁法、矿井瞬变电磁 地面瞬变电磁法、井地瞬变电磁法、 法。 (3) 瞬变电磁法主要用来探测地下 瞬变电磁法主要用来探测地下1Km范围内的异常情况。 范围内的异常情况。 范围内的异常情况
煤矿边界断层导水性的瞬变电磁法勘察实例
西部 探矿 工程
２ ０ １ ３ 年 第 ６期
煤 矿 边 界 断 层 导 水 性 的 瞬 变 电磁 法 勘 察 实 例
尹 金柱 ， 吴 有 信
（ 安徽 省煤 田地 质局 物探 测量 队 ， 安徽 宿 州 ２ ３ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要： 煤 田导水性 构造是 引起 煤 田水 害 问题 的 主要 因素 之一 ， 对煤矿 边界 断层 的导 水性勘 查与评估
２ 瞬变 电磁 法勘探基 本原 理 ２ ． Ｉ 基 本原理
能力 ； 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 。
２ ． ２ 大 回线定 源装置
大 回线定 源装 置是 采 区 瞬变 电磁 法 常 用 的一 种 装
置， 由于一次性 布置 发射 框 ， 可 在 框 内进 行 多个 测 点 的
数据采集 ， 因而效率 较高 。在框 内一定 区域 内磁场垂 直 分量可 以近 似认为 是均匀 的 ， 大 回线 定源装 置在 回线 中 心的 Ｉ ／ ３面积 内 ， 无需做 场源 校正 。但现在 也有 在框 内
瞬变 电磁 法是 在地表 敷设不 接地线 框或 接地 电极 ，
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ 一 ｉ ０ — ２ ２ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ 一 Ｏ ３
越来 越广泛Biblioteka 的应用 。 本 文通过 对煤 矿边界 断层 的面积性 勘探 、 数据 采集 与处理 ， 在数据 反演 的基 础上 ， 利用 电性 切 片技术 、 电性 数据体 技术 和解 释性处理 技术 等 ， 依据 不 同富水情 况 的
电性 差异性 ， 对边 界断层 的整 体富水 特征 和局部 富水性 进行 分析 和研究 。
CUGTEM—矿井瞬变电磁仪简介资料实用PPT课件
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断层边界
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第一代瞬变电磁仪
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瞬变电磁法原理 矿井瞬变电磁法简介 矿用型瞬变电磁仪应用案例 附件：矿用型瞬变电磁仪技术指标
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瞬变电磁法原理
瞬变电磁法原理
技术原理
瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地壳中岩
（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不
图1-2为732 材料道顺层方向视电阻率断面图，从图上可以看出有两个主 要的低阻异常区，即图中所标注的B和C异常区。B异常区位于390米标注处，C异 常区位于300米标注处。这两处异常可解释为断层对盘局部裂隙发育且充水的反 映。总体上看在顺煤层方向上断层与煤层的边界反映较为明显，即图中8 电阻 率等值线对应的位置（图中红虚线所示位置），到732材料道的均匀距离约为45 米。
瞬变电磁仪——以PROTEM为例[1]
![瞬变电磁仪——以PROTEM为例[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/1d441a6ea98271fe910ef950.png)
瞬变电磁仪——以PROTEM为例Transitional EM Instrument——As Example by PROTEM刘国栋（北京欧华联科技责任有限公司 BOST in China）摘要：本文以PROTEM瞬变电磁仪为例，讨论了如何提高瞬变电磁仪发射系统的发射偶极矩，以及关断时间，电流脉冲宽度等对二次场（瞬变场）的影响；同时也讨论了对接收系统的技术要求，其中包括分辨率，动态范围，三分量接收和叠加等问题。
此外，还讨论了瞬变电磁法在矿产资源，地下水，煤田和油气田以工程和环境勘探等方面的应用问题。
Abstract: In this paper, it has been described that how to improve the transmit dipole moment of transmitting system and also introduces the effect on secondary field（transitional field）brought by the turn-off time and width of current impulse by taking PROTEM for example. It described the technical requirement of receiving system in which included resolution，dynamic range，three-component and data stacking. Beside the cases study including the applications for mineral, underground water, seam layer as well as oil and gas explorations.一、引言最近几年来瞬变电磁法在国内发展很快，在矿产资源勘探、煤田储水构造和地下水探测以及工程勘探等方面获得广泛应用。
矿井瞬变电磁培训课件
矿井瞬变电磁法的数据处理和解释方法
矿井瞬变电磁法的现场工作
03
观测方案
矿井瞬变电磁法观测方案应包括观测目的、观测内容、观测点布设、观测时间、采样率和数据处理等。
测量步骤
矿井瞬变电磁法测量步骤包括电源接入、发射线圈布置、接收线圈布置、数据采集和数据处理等。
将矿井瞬变电磁法与地震、电法等其他地球物理方法进行联用，综合多种信息进行地质解译。
联用研究
将矿井瞬变电磁法与地质、采矿等其他学科进行一体化研究，从多角度、多层次研究矿井地质构造和矿产资源开发利用。
一体化研究
矿井瞬变电磁法与其他地球物理方法的联用及一体化研究
THANKS
感谢观看
将一个激励线圈通以交变的电流，使其周围产生交变的磁场
将该交变磁场视为“一次场”，通过测量“一次场”在大地中产生的涡旋电流随时间的变化规律，推断地下岩层的电阻率和磁导率分布情况
通过改变线圈的放置方向和移动线圈的位置，可以获得不同方向和深度的地质信息
数据处理
去除噪声，修正系统误差，提取有用信号
解释方法
矿井瞬变电磁法可以监测土壤、地下水和空气中的重金属含量，为环境保护和治理提供科学依据。
03
矿井瞬变电磁法在环境保护和考古研究中的应用
02
01
矿井瞬变电磁法的安全防护
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在使用矿井瞬变电磁法进行探测前，必须对仪器进行全面检查，确保仪器工作正常且符合安全标准。
操作前检查
对矿井内部和周围环境进行勘察，确保没有安全隐患和障碍物影响探测工作。
现场勘察
操作时必须保持与井壁、顶板、底板等井下固定设施的安全距离，防止因操作不当而引发事故。
瞬变电磁原理 ppt课件
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）
瞬变电磁原理
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。
瞬变电磁原理
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。
V d t
2
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。
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。
瞬变电磁法实例
• 1 理论基础
• 1 . 1 基本原理
• 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法 ,其数学物
理基础是导电介质在阶跃变化的激励磁场激发 下引起涡流场的问题 .它的测量原理是利用不 接地回线向地下发送一定波形的一次脉冲磁场 , 在该一次磁场的激励下 ,地下导电体中将产生 涡流 ,随之产生一个衰变的感应电磁场 (二次 场 )向上传播 ,在地表用线圈接收到二次场随时 间变化的特征 ,将反映地下导电体的电性分布 情况 ,据此判断地下不均匀体的赋存位置、形 态和电性特征 .
• 针对工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出了几种典型的地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 .
ａ.松散层中的地下水问题 .
在第四系松散地层中 ,古河道和砂砾石透镜 体是较好的含水层 ,它们呈高阻反映 ,由正 演计算可知 ,瞬变电磁法对高阻层的探测能 力较低 ,因此 ,在实际工作中遇到此类地下 水问题时一般不用瞬变电磁法进行勘查 .
• 测量采用 1 0 0ｍ×1 0 0ｍ重叠回线装置 进行 ,频率 2 5Ｈｚ,叠加次数 2 56次 ,点距 1 0 0ｍ .
• 共测量两条剖面 ,Ⅰ剖面沿黄河北岸由西 南至东北方向进行 ,全长约 1 1ｋｍ ,在Ⅰ 剖面异常较明显段 70～ 1 0 0号点之间以 北约 70 0ｍ处进行了Ⅱ剖面的测量 ,该剖 面全长 3ｋｍ .
5结语
• 针对实际工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出几种常见的典型地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 ,为野 外实际地下水勘查工作提供了有益的参考 .
• 提出瞬变电磁法用于地下水勘查的数据处理和 资料解释分析方法 ,并研制出了一套计算机程 序 ,具有较高的实用价值 .
4 . 3 东阿隐伏岩溶水水源地勘探
应用中的瞬变电磁法
北京欧华联科技有限责任公司应用中的瞬变电磁法—PROTEM瞬变电磁仪主要内容一、瞬变电磁法原理二、如何实现瞬变电磁法原理三、观测装置及初始场四、初始场与导体耦合问题五、不同地质结构的瞬变电磁响应六、野外工作七、资料解释及应用实例八、井中瞬变电磁法尊敬的用户：您好！您是PROTEM瞬变电磁仪或瞬变电磁法用户，相信您在使用中已经取得了很多宝贵经验。
过去10余年PROTEM瞬变电磁仪在我国已得到广泛应用，已成为矿产资源勘探，工程勘探和煤矿水患预测的重要手段，获得了大量的成功实例。
为了提高瞬变电磁法应用水平，促进瞬变电磁法的发展，我公司编辑了《应用中的瞬变电磁法》一文，供您参考。
并希望得到您的指正。
北京欧华联科技有限责任公司2014年11月13日一、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。
实验报告（瞬变电磁法）
实验报告（瞬变电磁法）第一篇：实验报告 (瞬变电磁法)瞬变电磁法野外数据采集实验报告专业：勘察技术与工程学号：060231 33姓名：郭猛猛瞬变电磁法野外数据采集一、实验目的1.掌握瞬变电磁法的工作布置及观测方法；2.了解瞬变电磁法法在良导体或高阻体上的视电阻率异常特征。
二、实验器材瞬变电磁仪一台，电源一个，多匝线框两个三、实验原理瞬变电磁法称时间域电磁法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。
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,断电后感应流由于热损耗而随时间衰减。
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。
瞬变电磁仪的观测系统采用宽频带观测方式。
因此，为了压制随机干扰，提高信噪比，采用多次叠加技术。
瞬变电磁法的探测深度除与介质导电性以及发射磁矩有关外，还与时窗选择有关。
一般来说，中心频率越低，其时窗越往晚期方向伸延，这虽然有利于晚期信号的观测，从而有利于对深部信息的采集，但由于早期信号观测不足导致浅部信息大量丢失。
反之，中心频率越高其时窗向早期方向伸延这有利于对浅部信息的采集，但由于时窗的限制，其有效勘查深度亦受到限制。
因此，在工作中根据具体的地质，地球物理条件，选择适当的中心频率是非常重要的。
对于重叠回线装置，在均匀半空间条件下，其感应电动势为：由式可见V与t有着复杂的关系。
在剖面测量中，基本的测量参数就是用发射电流归一的感应电动势值：V/I。
四、实验内容在校园内找一片空旷的地方进行瞬变电磁法的模拟实验。
矿井物探-3(矿瞬变电磁)
相比无法探测到更浅部的异常体，在浅部形成20m左
右的盲区。
矿井地球物理勘探
（6）矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备（采煤机械、
变压器、金属支架等）的影响较大，需要在资料处理解
释中进行校正或剔除。 （7） 多解性问题。
线框位置
矿井地球物理勘探
溜子道：从图6-1-7中可以看出，顶板上方低阻异常带之间连通性也 较好、分布范围较大集中在距联络巷210～270m、350～400m以及 450～550m三个区域中，其异常深度较浅，异常范围不大，大部位于 顶板向上50m以内，只是在240m处顶板深度75m、和120m存在一个深度 较大的异常。溜子道相邻为34221工作面，该工作面已回采完毕，其 顶板因采动冒落，裂隙发育，且位于深部，所以其上方及相邻顶板水 量减小。所以推断溜子道上方岩层弱富水。
3.1.1 基本原理
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。
矿井地球物理勘探
§3.1 矿井瞬变电磁法基本原理
3.1.1 基本原理
t<0 Tx
x
z
矩形框磁力线
-60
-60
-70
-70
-80
-80
-90
-90
-100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
-100
矿井地球物理勘探
§3.3 矿井瞬变电磁法应用实例
3.3.2 巷道掘进迎头超前探实例
顺 层 方 向 探 测 视 电 阻 率 等 值 线 图
110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
瞬变电磁实例03
• 该区成矿与岩体发育密切相关。在与火 成岩体的接触带部位 ,矿化强烈 ,因而寻 找区内隐伏岩体是找矿方向之一。 • 据物性资料 ,测区内火成岩体电阻率一般 小于 2 0 0Ω . m,跳马涧组碎屑岩出露区 电阻率一般较高 (大于 1 0 0 0 Ω. m),火成 岩体电阻率与跳马涧组碎屑岩差异明显 , 寻找隐伏岩体具有物性前提。 • 本次工作的观测装置为边长 1 0 0米的重 叠回线 ,发送脉冲频率为 2 5Hz,点距 50 m。
• 图 3为瞬变电磁法 2 2线视电阻率拟断面 图及推断地质剖面图。 • 图中 1 50～ 1 70号点为火成岩体出露段 , 该地段视电阻率小于 1 0 0Ω . m;在 1 1 0～ 1 2 5号点之间视电阻率呈低阻反映 , 与两侧观测点的电阻率值相差甚远 ,推断 该处较浅部位有隐伏岩体存在。 • 在 35～ 45号点之间 ,晚期道视电阻率很 低 ,推断认为是岩体埋藏较深的反映。
• 2. 2 江西大余荡坪钨矿宝山坑口找矿勘查 应用 • 1 996年 5月至 6月 ,受江西大余荡坪钨矿委 托 ,在宝山坑口外围三个区 (北区、西南区、 南区 )进行了瞬变电磁法勘探工作。 • 要求勘探深度达 6 0 0～ 70 0 m,一般物探方 法难度很大 ,而瞬变电磁法在高阻地区具有 勘探深度大的特点 ,因此本次工作选择该方 法。 • 据已有地质资料 ,测区内铅锌多金属矿体赋 存于石炭纪灰岩和花岗岩接触带的矽卡岩中 , 因而圈定灰岩和花岗岩接触带是这次工作的 重点。
• 其中 ,M为发送磁矩 ,ρ为岩石视电阻率 ,t 为延时。 • 由 (1 )式可知 ,接收信号的强弱不仅与发 送磁矩 M和延时 t有关 ,而且还与回线下 半空间岩石综合电阻率 ρ有关。 • 因而可利用采集的数据求取各个测点不 同深度的岩石视电阻率 ,利用岩石视电阻 率差异来探测和分辨地下地质体。
瞬变电磁实例
• 在有源频率域电磁感应法中记录点问题 是不可避免的。
• 而在时间域瞬变电磁法中由于观测的是 一次场断开后的二次场 ,故可实现频率域 中无法实现的同点装置 ,它与地质探测对 象有最佳耦合 ,回线的中心点就是记录点 , 同点装置是时间域方法本质上的优点 ,这 也是我们在时间域寻求探测地下洞体的 原因。
• 除了采用同点装置外 ,探测地下洞体还应 使用尽可能小的发送回线、尽可能大的 发送电流、高灵敏度的探头及高灵敏度 抗干扰能力强的接收机。
• 2 地下洞体的响应特征与全期视电阻率
• 2 . 1 同点装置地下洞体的瞬变电磁响应 特征
• 地下各种洞体可近似看成是球体和圆柱 体或它们的组合 ,因此可用球体或圆柱体 作为洞体的模型。
• 进入 70、80年代后 ,随着国民经济建设和 煤炭工业的发展 ,老窑探测成为亟待解决 的难点问题。
• 已有的物探手段如地质雷达、瑞利波可 探测到深度在 50 m以内的洞体 ,再如孔 中孔间地震、电磁波、重力、声波测量 等可在钻孔周围一定范围内探测到地下 洞体。
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优选知识
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• 瞬变电磁法常用装置有多种 ,主要用于地 质构造、水文地质及寻找隐伏金属矿等。 探测地下洞体应选择合适的装置以获得 较高的分辨能力。
• 按照发送与接收相对位置的不同瞬变电 磁法的装置可分为同点装置与非同点装 置。
优选知识
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• 非同点装置都存在记录点问题 ,即异常所 对应的地质体的实际位置。
• 这是一个十分复杂的问题 ,目前还没有统 一的看法与结论。不解决记录点问题即 使有很高的分辨率也不能确定地下洞体 的确切位置。
• 在有源频率域电磁感应法中记录点问题 是不可避免的。
优选知识
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• 而在时间域瞬变电磁法中由于观测的是 一次场断开后的二次场 ,故可实现频率域 中无法实现的同点装置 ,它与地质探测对 象有最佳耦合 ,回线的中心点就是记录点 , 同点装置是时间域方法本质上的优点 ,这 也是我们在时间域寻求探测地下洞体的 原因。
• 除了采用同点装置外 ,探测地下洞体还应 使用尽可能小的发送回线、尽可能大的 发送电流、高灵敏度的探头及高灵敏度 抗干扰能力强的接收机。
优选知识
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• 2 地下洞体的响应特征与全期视电阻率
• 2 . 1 同点装置地下洞体的瞬变电磁响应 特征
• 地下各种洞体可近似看成是球体和圆柱 体或它们的组合 ,因此可用球体或圆柱体 作为洞体的模型。
六、瞬变电磁法探测地下洞体的有效 性
• 1 引言
• 地下洞体是比较特殊的地质现象 ,一般分为两种类 型:
• 一类是由人类活动造成 ,如地道、隧道、老窑等 ;
• 另一类是天然形成的 ,如岩溶、暗河、陷落柱等。
• 地下洞体分布多呈孤立状 ,赋存规律性不强 ,体积 较小难以探测 ,是可能造成较大地质灾害的隐患。
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• 地下洞体的电性由其中的充填物而定 ,可 分为低阻体与高阻体。当洞体充气时 σ→ 0 ,电阻率→∞ ,
• 在实际探测中表现为有限的高阻体 ,故作 为高阻模型分析。
• 上述模型实验是模型相对于围岩为低阻 时的结果 ,当球体或圆柱体相对围岩为高 阻时应有相反的结果。
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• 在一次场消失后 ,该涡流不能立即消失 , 它将有一个过渡 (衰减 )过程。
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• 该过渡过程又产生一个衰减的二磁场向 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。
• 如按不同线 ,用发送电流归一化后成为 V(t) / I 特性曲线。
• 进入 70、80年代后 ,随着国民经济建设和 煤炭工业的发展 ,老窑探测成为亟待解决 的难点问题。
• 已有的物探手段如地质雷达、瑞利波可 探测到深度在 50 m以内的洞体 ,再如孔 中孔间地震、电磁波、重力、声波测量 等可在钻孔周围一定范围内探测到地下 洞体。
优选知识
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• 对于较大深度、较大范围、更为经济方 便的洞体探测 ,西安分院原煤炭部 1 991— 1 994年度课题“高分辨自动地电 阻率系统的研究”成果[1 ]所达到的最大 探测深度为 1 50 m,分辨率 5%～ 1 0 %,
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• 由图 3模型的响应曲线可见 ,均匀半空间
• 中的球体异常响应应为穹形异常 ,极大值 位于球心上方 ,球体埋藏变深 ,异常幅值 变缓、异常范围扩大 ;
• 随着球体埋深变浅异常幅度变陡有成双 峰的趋势。
圆柱体响应与球体近似 ,根据异常形态来 区分它们是不太可能的。
• 当有导电覆盖层存在时各种模型的异常 幅度减弱 ,这与预期的结果是一致的。
• 瞬变电磁法 (Transient Electromagnetic
Method,简写作 TEM)属时间域电磁感应 方法。
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• 其探测原理 (以重迭回线装置为例 )是在 发送回线上供一个电流脉冲方波 ,一般利 用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。
• 对于球体不在同点装置正下方等更为复 杂的情况 ,其瞬变响应可由模型实验[3]得 出。
• 实验所用的取样道、延迟时间及测线平 面图见表 1及图 2 ,模型材使用金属 (导电 率 :紫铜 5. 8× 1 0 7S/ m,铝 2 . 73×1 0 7S/ m) ,测点位置和深度 z用回线直径 L 做了归一化处理。
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• 即高阻体会使 V(t) / I衰减特性曲线呈现 • 低值 ;低阻体会使 V(t) / I曲线呈现高值 ,
• 设有一球体位于同点装置正下方 ,电导率 为σ,半径为 a,球心埋深为 h(h>a) ,在重迭 回线下其感生电动势[2 ]为 :
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• R、r分别为发送回线、接收回线的半径。当使 用边长分别为 L 与 l的回线时 ,
•
• 图 1是球体上方 B 图 1 球体上方的时间特 性曲线
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• 以老窑为例 ,由老窑造成的突水、瓦斯突 出、冒顶等事故严重地威胁着煤矿的安 全生产并且往往造成巨大的损失。
• 老窑向地面冒落形成的地面塌陷严重地 影响了当地居民的生产、生活与经济建 设。
• 因此探测这类地质体就成了地质勘探中 的一个重要课题。
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2
• 我国从50年代即开展了老窑探测方面的 研究 ,但由于老窑的物性异常显示较弱及 当时的技术发展水平 ,基本没有取得进展。
• Z/ I(B =d B/ dt=V(t) / SN,单位 n V/ Am2 ,S为 接收回线面积 ,N为接收回线匝数，随时间的变 化曲线 ,早期曲线按指数规律衰减 ,晚期曲线近 似按线性规律衰减。
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• 由此可估计出进入晚期的起始时间
• t=τ/ 2 ,利用 (3 )式便可估算出洞体σa2 值 , 当σ已知时可估计出洞体的大小。
• 其解释成果图件可直观准确地再现地下 洞体的形象 ,并具有地形校正、静态效应 识别及压制功能 ,以适应我国大部分矿区 的施工环境。
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• 但是高分辨自动地电阻率方法在接地困 难、施工场地狭小不能形成测线的情况 下不能有效地开展工作。
• 瞬变电磁法为探测这类地质体提供了一 种新的方法和手段 ,而且适应各种不同的 地面施工条件。