瞬变电磁实例ppt课件

• 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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• 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 %,
• 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。
• 如按不同的延迟时间测量二次感生电动 势 V(t)就得到了二次场随时间衰减的特 性曲线 ,用发送电流归一化后成为 V(t) / I 特性曲线。
• 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。
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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。
• 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。
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Fra Baidu bibliotek
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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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• 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。
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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。
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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。
• 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
• 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。
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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。
• 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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• 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。
• 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。
• 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。
• 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。