瞬变电磁

瞬变电磁法

1、概述

顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，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，有一个瞬变的过程。可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究，工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。

2、研究现状

2.1、研究历史

对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。随着计算机的发展，西方各国在瞬变电磁法的二三维正演模拟方面也取得很大的成就。

我国于20世纪70年代研究TEM法。长春地质学院地矿部物化探研究所、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属工业总公司及中国地质大学等单位都在方法理论仪器及野外试验方面进行了一定的工作，先后研发出瞬变电磁系统，取得了很大的研就成果。至今TEM法一直处于蓬勃发展和广泛应用阶段。总的来看，目前国内已比较完整地建立了TEM 法的一维反演及方法技术理论，并自行研制了一些功率较小的仪器。

2.2、仪器的发展现状

近十几年来，伴随着计算机技术的快速的发展，瞬变电磁仪经过五次改进更型。性能稳定、实用可靠的商品化瞬变电磁仪器始于70年代初期，最先推出商品仪器的为加拿大CRONE地球物理公司，目前国内外商品化仪器大约有十几种。

2.2.1国外瞬变电磁仪

加拿大CRONE地球物理公司的DigitalPEM系统，匹配2.4 kW和4.8 kW二种发射机，发射机的发射电流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls、1500Ls五种，发射线圈为任何状态、任何大地耦合条件下，发射机都可自动调整发射电流下降沿时间保持不变，接收传感器为棒状探头，探头脚架为可调式支架，能方便地调节探头地状态以满足测量三分量的要求，工作装置主要为中心回线、定源大回线和偶极~偶极。配有地~井TEM系统，井中三分量探头为分体式，即垂直分量和水平分量为二个探头，野外工作时每一激发回线状态下，分别测量垂直分量和水平分量，这样相对降低了工作效率，但大大增加了安全性，由于

分体式比整体式三分量探头长度短得多，因此减小了卡探头的几率。

加拿大GEONIC公司的EM系列，接收机型号为PROTEM，可与EM47、EM57、EM67发射机配套形成小、中、大功率TEM系统，发射机自测电流下降沿时间，接收机依据发射机的自测值置入电流下降沿时间，以确定采样延迟时间的零时刻，单分量低频接收线圈为直径100 cm空芯线圈，单分量750Hz高频接收线圈为直径70 m空芯线圈，三分量探头尺寸为70×70×30 cm，相对国内外其它品牌的瞬变电磁仪器而言，主要有三方面特色：①可同时进行三分量数据采集；②采用积分器采样，各采样道均为独立的积分器，信噪比较高；③EM47发射机：在40m×40m线圈的条件下，发射电流下降沿时间为2.5Ls。TDEM47系统是瞬变电磁法用于工程勘查的最佳仪器。三分量井中探头为一体探头。在国外使用的主要装置为定源大回线，同样也适用于中心回线装置。

澳大利亚联邦科学工业研究院的SIROTEM-0型瞬变电磁仪，为中功率仪器，接收探头为50×50×50 cm的立方体，该仪器除可用于中心回线、定源大回线装置外，还可用于重叠回线装置。目前该类型的仪器已停产。

加拿大多伦多大学的UTEM系统，发射电流波形为连续三角波，测量输出的参数为感应电动势二次场与一次场的比值，目前测量结果还无法转换成电阻率参数，该系统主要用定源大回线装置进行工作。配有三分量地-井TEM系统。加拿大凤凰公司的V8多功能电法仪，专门配套了用于TEM功能型号为T-4发射机，用电池组提供发射机电源，发射电流下降沿时间最短为6Ls，接收探头有二种型号，中频探头MTEM-AL，采样延时段20Ls~800 ms，高频探头FTEM-AL，采样延时段6Ls~8 ms，二种探头均为空芯线圈，该系统可用于浅层工程地质勘查。

美国ZONGE公司的GDP-32多功能电法仪，原系统中TEM常规数据采集方式的采样率为30.4Ls，配套的接收探头为频带8kHz，有效接收面积为10000m2，除此还配有NT-20型快速关断电流的小功率发射机和电池组供电的ZT-30型TEM发射机，新型的GDP-32接收机具有密集采样功能，采样率最高可达1.25Ls，等间隔密集采样最多可达2048个。该系统虽然配有快速关断电流的小功率发射机，但缺少配套的高频接收探头。

国外的瞬变电磁仪器主要有上述六种，相对功能较为完善、性能稳定可靠的是PEM型和EM系列，这二种型号的仪器为专一的瞬变电磁法仪器，都有三十年左右的历史，经逐步改进完善，发展到目前真正实用型的仪器。其它类型的TEM仪器都存在一定的缺陷，主要是发射电流下降沿时间未知，原因是在进行动源装置测量时，随大地与发射回线的耦合关系不同、回线形状变化，发射电流下降沿时间随之改变，而发射机不能自动调整下降沿时间保持不变或逐测点读取下降沿时间，另外有些系统没有配套的接收探头。

国内的瞬变电磁仪器，近年来由于市场的需求，多家大专院校、研究所和仪器生产厂家进行研制，目前勘查中或多或少在应用的有六、七种类型之多。

地球物理地球化学勘查研究所生产的IG-GETEM-20瞬变电磁仪，发射机的性能类似PEM系统，中功率发射机发射电流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls四种，小功率发射机可自测发射电流下降沿时间，采样率4Ls，采样窗口包括每个延迟时间级次10、14、20、30个采样道四种模式，目前该型号仪器为国内瞬变电磁仪中功能较完善、性能较稳定可靠的仪器。

上世纪末长沙智通技术研究所的SD-50系统，该系统的功能类似澳大利亚的SIROTEM 型瞬变电磁仪，电源为电池组，主要工作装置为重叠回线方式，发射电流基频25Hz、6.25Hz、2.5Hz三种。相对国内瞬变电磁仪而言，该类型仪器是性能较稳定的仪器，在有色系统应用较为广泛。主要缺陷是为了防止大地与回线耦合关系和回线的尺寸、形状发生变化，导致发射电流波形振荡，采用了较小的阻尼电阻，使装置的固有过渡过程较大，反映在解释结果的表征是计算的视电阻率在几欧姆米至几十欧姆米范围内，比其它电法的结果至少低一个数量