瞬变电磁

4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
4.1 绪论
二、瞬变电磁的发展
瞬变电磁法是时间域电磁法之一，随时域 方法而出现，它是发展在后而发展很快的电 法勘探分支方法。 将瞬变电磁信号用于地质勘探的设想，早 在20世纪30年代就有人提出。最早的时域电 磁法在西方称为Elrtna法，它基于L.W.Blna在 1933年获得的发明专利，该法利用电磁脉冲 激发供电偶极形成电磁场，用电偶极测量电 场。
否则， ; 早期瞬变电磁场用的较少。
晚期视电阻率
/ r ; u 0 mr 0 0 3/2 E (t ) ( ) 40t t BZ (t ) m0 0 3/2 ( ) t 20t t
特点： 1、晚期场与 成反比，在导电性差的大地上，磁 场经早期衰减，已衰减殆尽的缘故。 2、晚期场与位置无关，表明晚期场等效烟圈电流 已扩散到无限远、无限深处了。 3、晚期磁场随时间迅速衰减。
全域电阻率
4.2.3 模型响应特征
不同发射线框边长的瞬变响应特征的比较
0.1 0.01 0.001 0.0001 1E-005 1E-006 1E-007 1E-008
Vz(v) 1E-009
1E-010 1E-011 1E-012 1E-013 1E-014 1E-015 1E-016 1E-017 1E-006 1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 Tx 10 50 100 200 500
穿透深度： TD 2 t / 0 趋附深度： TD 2 / 0
当不满足早、晚期条件时，计算结果有误 差。 过去多用晚期公式，现有“全域电阻率” 公式。现其定义、算法不一。也是近似算法， 且在远区有多解性。但总是一种进步。 使用现有设备从感应电动势计算视电阻率 问题甚多。
全域电阻率
特点： 1、早期场与成正比，大，产生涡流的能力差 ， 磁场衰减快，由此激发 的涡旋电场便越强。 2、早期场随距离增加衰 减快，表明早期场主要 集中在发射场源附近。 3、早期磁场随时间线性 变化；早期电场与时间 无关。
早期视电阻率
4 2 r E E (t ) 3m 5 2 r BZ (t ) B ; 9m t 当 / r 0时， ；（早期，远区条件）
4.1 绪论
4.1 绪论
一、基本原理 利用不接地回 线向地下发射脉 冲式一次电磁场， 用线圈观测由该 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（脉冲 场源）。
4.1 绪论
4.1 绪论
思路： 观测断电后感应电磁场 随时间、空间的变化。瞬 变场的延迟时间特性与地 下地质体的几何参数及电 性参数有关。良导地质体 的规模越大、导电性越好， 瞬变场的强度就越大、衰 减越慢、延迟时间就越长； 反之则瞬变场的强度小、 衰减快、延迟时间短。 感应电磁场强：反映导电性 断电时间：反映深度


对低阻层厚度不同的反映情况（低阻分辨率问题） 三层H型地电模，三层模型从地表向下，电阻率依次为200 、10、200欧姆米，表层厚度180米，中间层厚度分别取5、 10、50、100米
250
240
all-time apparent resistivity(.m)
all-time apparent resistivity(.m)
2 5 V ( t ) 重叠回线： 6.32 103 L ( ) 3 t 3 I 仅有近区（晚期）（ 0 3）的计算公式 2 5 V ( t ) 中线回线： 6.32 103 AR 3 L ( ) 3 t 3 I 近区（ 0 3）的计算公式 2 4 3 8 3
4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点
I ; t 0 I (t ) 0; t 0
电流---磁场；电流断开---磁场消失； 磁场变化---介质中感应电流---感应磁场； 介质欧姆消耗---感应电流衰减--感应磁场衰减变化----感应出强度 更弱的电流； 这一过程一直进行，直至大地的 欧姆损耗， 将磁场能量消耗完 毕为止。
二、瞬变电磁的发展
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。
二、瞬变电磁的发展
3 瞬变电磁的特点
4.2 瞬变电磁基本理论
4.2.1、瞬变电磁场的扩散特点 一次磁场是以两种途径传播：
第一种激发方式是，电磁波首先在空气中以光速很快传播 到地表的每个点，然后有一部分电磁能量由地表传入地 下，这是根据惠更斯原理，波前上每个点都视为一个新 的球面波振源，故地表的每一个点都陆续成为波源，将 部分电磁波传入地中，在远区，这种一次磁场可以认为 是不均匀平面波，且沿铅直方向传播到地中。 第二种激发方式是，电磁能量直接从场源传播到地中，是 在导电介质中感应电流似“烟圏”那样，随时间推移逐 步扩散到地下深处。
200
200
160
150
120
100
80
40
5 10 50 100
50
5 10 50 100
0 1E-007 1E-006 1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
0 1E-007 1E-006 1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
t(s)
t(s)
磁场强度法全区视电阻率曲线对比图
3 瞬变电磁的特点
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。 由于上述诸多特点，且伴随仪器的数字化 与智能化，近些年来，瞬变电磁法在国内外 都得到了较快的发展，应用范围非常广泛， 并获得了明显的应用效果。
3 瞬变电磁的特点
存在问题： 1、对浅层的垂向分辨能力不强。因为采样时间不能 提得很早，最早的采样时间几微秒，电阻率100， 也难对20米深度分层； 2、同点装置边长越小，测的的视电阻率越小，与大 地电阻率不符； 3、现只有一维水平层状大地模型的定量解释方法。 4、信噪比较低，更易受天然或人文干扰电磁信号的 影响。
“烟圈”的半径和深度 为： r 8c 2 t /( 0 ) a 2 ; d 4 t / 0 d 2 c 2 2 0.546479 ; v t t 0 8 早期瞬变电磁场由浅部 涡流产生 反映浅部电性； 晚期瞬变电磁场由深部 涡流产生 反映深部电性； 观测研究瞬变电磁场随 时间的变化规律，可探 测 大地电性的垂向变化 瞬变电磁测深的原理。 观测研究同一时间瞬变 电磁场沿剖面的变化规 率 可探测大地电性沿剖面 变化 瞬变电磁探测 地下电阻率不均匀体的 原理。
4.2.2 视电阻率的定义
3m 2 u E (t ) [(u ) u (1 )e 4 2r 3
3 u2 2
]
u2 2
0 m 9 2 9 BZ (t ) [(1 2 ) (u ) ( 2u )e 4 2r u u u 2 r / ; 2 2 t / 0
4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点
第一种传播方式是瞬时建立的，由于大地的电抗作用， 第二种场的建立比较迟缓。早期，两者在时间上是 分开的，随着时间的推移，两种场相互叠加，随后 达到极大值。在晚期，第一种激发方式的场在各处 衰减殆尽，在地中第二种场占居主导地位，电磁场 以“烟圏”形式逐步扩散到深处，在每一地层中的 涡流都有产生和增加的过程以及达到最大后逐渐衰 减的过程，并且随深度的增加出现极大值的时间逐 渐向后推移。
４、单脉冲激发就可以得到多信息的整条瞬变 场衰减曲线，且对线圈点位、方位或接收距 要求相对不严格，测地工作相对简单，工效 高; ５、可以通过多次脉冲激发，进行多次叠加观 测，并采用空间多次覆盖技术，提高信噪比 和观测精度;
3 瞬变电磁的特点
６、可以选择不同的时间窗口进行观测，有效 地压制地质噪声，获得不同探测深度的信息; ７、利用该方法的测量系统，可实施地面、空 中、地下、水上、井中或坑道电磁法探测; ８、不受高阻层的屏蔽影响，能穿透高阻层， 对低阻层灵敏、分辨能力强，在低阻围岩区， 由于是多道观测，早期道的地形影响较易分 辨;
感应电动势法全区视电阻率曲线对比图
4.2.3 模型响应特征


对低阻薄层的反映情况 H型地电模型，三层模型从地表向下，电阻率表层和底层都 是200欧姆米，中间层电阻率分别为10、1、0.1 ,顶层厚度依 次为180米，低阻薄层厚度10米
1000
1000
all-time apparent resistivity(.m)
(u ) e
0
]
2
u
x2 2
dx
可见，瞬变电磁场与 ，t的关系复杂，通常研究 早期和晚期两种极限条 件下瞬变电磁场与 ，t的关系。
早期视电阻率
/ r 0; u BZ (t ) 9m 3m E (t ) ; 4 t 2r 2r 5
all-time apparent resistivity(.m)
100
100
10
0.1 1 10
10
0.1 1 10
1 1E-007 1E-006 1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
1
t(s)
1E-007
优势：
１、断电后观测纯二次场，消除了频率域的装 置耦合噪声，受地形起伏影响小。 ２、可采用不接地回线装置，适宜于在各种地 理环境下工作，在沙漠、冻土带更显其独到 特性; ３、可以采用同点装置(如重叠回线、中心回线 等)进行观测，达到与探测目标的最佳耦合， 取得的异常强，形态简单，分层能力强;
3 瞬变电磁的特点
4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点
美国地球 物理学家 M.N.Nabigh an研究了断 电后二次涡 流的分布情 况：
4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点
他指出，任一时刻的 涡电流产生的磁场可等 效为一个水平环状的线 电流产生的磁场。 地下涡电流向下、 向外扩散的现象---“烟圈 效应”。
4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点
晚期视电阻率
0 0 m r 2 / 3 0 20 m 2 / 3 B ( ) ; ( ) ; 4t 5tE 4t 5t BZ
E
t 当 / r 16时， ；（晚期，近区条件） 否则， ; 晚期瞬变电磁场用的较 多。
中线回线和重叠回线
瞬变电磁源自文库（TEM）
第四章 瞬变电磁法





4.1 绪论 4.2 瞬变电磁基本理论 4.2.1 瞬变电磁场的扩散特点 4.2.2 视电阻率的定义 4.2.3 模型响应特征 4. 2.4 三维模型的波场模拟 4.3 瞬变电磁的资料处理 4.4 瞬变电磁法的反演方法 4.4.1 基于烟圈理论的快速反演 4.5 航空瞬变电磁简介
t(s)
大地电阻率1.0欧姆米； 发射线框分别取10米 *10米、50米*50米、 100米*100米、500米 *500米，匝数为1， 发射电流强度为10安 培；接收线框面积为 1平方米，匝数为1， 接收时间范围从1.0e5秒到10秒，指数等 间隔0.1，共61个时刻 点。
4.2.3 一维模型的响应特征
二、瞬变电磁的发展
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。