第六讲TerraTEM瞬变电磁仪

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50 45 40 35 30 25 20 15 10 7 5 3 2 1
视 电 阻 率 值 色 界 图
图 四
超 前 偏 右 45度 超 前 偏 右 20度




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10
图 例 :
瞬 变 电 磁 勘 探 点
视 电 阻 率 等 值 线
2005--2--5
验 证 : 低 阻 区 为 灰 岩 破 碎 区 , 超 前 钻 探 时 37m处 出 水 。 正 前 偏 右 钻 孔 出 水 量 明 显 比 其 它 方 向 大 ( 17m3/h) 。
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
2.6大定源回线

又称为大固定发射一移动接收组合,简称为大回线。在野 外,地面大定源观测装置常用矩形大回线作为发射源,在 回线外或者回线内测量垂直磁场产生的感应电动势。为由 观测的感应电动势获得地下电阻率的变化规律。
R T
R
R
R
R
常用组合大致应用范围:
1、重叠回线和中心回线常用于普查,勘探深度中等。 2、大定源回线常用于详查,或者要求勘探深的任务。 3、分离回线常用于踏勘和浅部探测任务。
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。
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
优点: 1、为瞬变电磁法特有组合,它与目的物耦合最紧。 2、发射线圈逐点移动不会有激发盲区。 3、发射磁矩和接收磁矩较大。 缺点: 1、分辨率相对较低,因为只能观测垂直分量。 2、设备较重,铺线麻烦。 3、人文导体较多处很难铺开。
Rx
Tx
图C.1:重叠回线
2.2单一回线(同一回线):单一回线(图C.2)很容易安装,并能快速布 置及移动。但与重叠回线比较,更容易受到噪声影响。
Rx
Tx
图C.2 单一回线
2.4分离回线(偶极回线):分离回线装置(图C.4)由两回线组成,回线分 离的距离取决于所要探测的深度。此装置的信号较弱,但对垂直异常体特 别敏感,并能很好地镜像不规则目标体。 优点: 1、主要响应为一单峰,异常形状较简单。 2、可观测多个分量,能较精确地提供目的物倾角和深度信息。 3、设备较轻便,适用于航电异常检查等深度浅、工作地区分散的工作。 缺点:1、一般发射磁矩小,信号电平低。2、勘探深度小。
2004--09--30
验 证 : 正 前 34m偏 左 为 一 钻 孔 ( 漏 水 ) , 对 应 低 阻 区 。
掘进头正前方 32—40m段为低阻区,此低阻区来源于巷道正前偏左方向, 偏右方向及巷道右帮无异常。经查地质资料,此处存在一个平面图上漏标 的钻孔,怀疑系钻孔漏水所致。经钻探及实际巷道掘进,证实此结论。
超 前 探 测 距 75 70 65 60 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
视 电 阻 率
离 55 ( m) 50 45 40 35 30 25 20 15
值 色 界 图
图 五
超 前 偏 右 45度 超 前 偏 左 45度 正 前 方 超 前 偏 左 20度 超 前 偏 右 20度
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
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。
中功率,主机
接收线圈(探头)
(一)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、大定源回线、分离回线、用户自定义装置等等。 3、500KHz的高速采样率以最小2微秒速度进行采样,大大提高了近地表分辨 率,丰富的时间门窗口,最大可达144个。 4、大动态范围,可达156dB。分辨率:28位。 5、极低的关断时间,在发射线圈40m×40m,电流2A情况下,≤2微秒 。 6、15英寸触摸屏液晶显示器配合完整的数据处理和初步解释软件,可实时 显示采集数据、采集发射波形、分析信号噪音、监控数据采集的质量、数据处 理。 7、具有仪器自检功能。 8、可单道或者三道接收。
(二)TerraTEM的特点优势介绍
3、500KHz的高速采样率以最小2微秒速度进行采样,大大提 高了近地表分辨率。 Window Number
1 234 5 6 7 8 9 10 11
(b)
Time (ms)
TerraTEM的特点优势介绍
4、极低的关断时间,在发射线圈40m×40m,电流2A情况下, ≤2微秒 。
掘进头超前探测漏水钻孔
-250泄 水 巷 掘 进 头 瞬 变 电 磁 超 前 探 测 视 电 阻 率 断 面 图
超 前 探 测 距 离 ( m)
55 50 45 40 35 30 25 20 15 超 前 偏 左 45度 正 前 方 超 前 偏 左 20度 55 50 45 40 35 30 25 20 15 右 帮 侧 探 65 60 65 60 75 70 75 70
低 阻 区
35 30 25 20 15
40 35 30 28 24 20 18 16 14 12 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
视 电 阻 率 值 色 界 图
图 三
正 前 方 正 前 偏 右 30度
右 帮
掘 进 头 前 探
侧 帮 平 探
20
图 例 :
瞬 变 电 磁 勘 探 点
视 电 阻 率 等 值 线
22
七、瞬变电磁法实际工作案例
(一)超前探测、顶底板突水构造探测
掌子面上探测照片
隧道侧壁溶 洞
掌子面上充泥裂隙
掌子面上夹泥塌方
掌子面上夹泥断裂带
-250泄 水 巷 掘 进 头 瞬 变 电 磁 勘 探 视 电 阻 率 断 面 图
超 前 探 测 距 离 ( m)
55 50 45 40 35 30 25 20 15 正 前 偏 左 30度 55 50 45 40 70 65 60 70 65 60
L2 I1 H 0.55
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 dB / dt dB / dt z x 两个正交分量 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 叠回线工作。
二、瞬变电磁方法原理

TEM方法是以接地导线或不接地回线通以脉冲电流做为场 源,以激励探测目的物感生二次电流,在脉冲间隙测量二 次场随时间变化的响应。瞬变电磁场在大地中主要以“烟 圈“扩散形式传播。
发射回线
T
均匀半空间
烟圈"
电导率σ =0.1S/m
三、瞬变电磁方法特点
1、TEM对电性差异反应灵敏。其响应与介质电阻率呈3/2次方 关系,较其它电法对介质电阻率更为灵敏(其它电法小于等 于一次方);尤其当电性差异不大时,较其它电法更显优势。 2、TEM为磁穿透,穿透能力强,能穿透高阻屏蔽层。 3、剖面工作与测深工作同时完成,提供了更多有用信息,减 少了多解性。 4、TEM为磁耦合方式时,几乎不受接地条件的限制。
四、野外工作技术
1. 装置类型的选择 1)一般准则 2)目的物参数的估计 3)地质环境 4)电磁噪声 2. 回线大小的选择 1)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。 2)中心回线装置发送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、干扰电场及发送电流合理选定,也可以参照
20
-50 -60 -70 -80 -90 -100
15 10 5 3 2 1
深 度
(m) -100
图 例 :
瞬 变 电 磁 勘 探 点
10
视 电 阻 率 等 值 线
图 七
瞬变电磁探测到50m处 巷道底板存在低阻区,在 此布置了4#放水(疏水降 压)孔,出水量为60m3/h。
评价工作面回采时水害安全性、圈定易突水地段





10
探 视 电 阻 率 等 值 线
图 例 :
瞬 变 电 磁 勘 探 点
2005-5-6
验 证 : 巷 道 往 前 掘 进 18m开 始 打 钻 , 正 前 打 钻 进 尺 18.5m, ( 即 物 探 迎 头 前 方 36.5m ) 时 出 水 , 水 量 75m3/h,为 断 裂 破 碎 带 。
Synchronisation connectors and status LEDS
LCD display
Battery pack
Display controls On/Off switch IO connector
Power connector
Tx connector Rx connector GPS antenna
关断时间t
TerraTEM的特点优势介绍
5、15英寸触摸屏液晶显示器配合完整的数据处理和初步解释 软件,可实时 显示采集数据、采集发射波形、分析信号噪 音、监控数据采集的质量、数据处理。 6、具有仪器自检功能。
采集发射波形窗口
实时诊断图示窗口
仪器选择应考虑因素
当今一流的电磁法和电法仪器必然是硬件和软件的完 美结合,以达到: 1、高分辨率,高信噪比。 2、宽频带,大动态范围。 3、高集成,多功能,低功耗。 4、操作简单,轻便灵活,现场实时显示结果。一台 好的仪器,也必须考虑到仪器的稳定性,使仪器的性 能和仪器的稳定性结合在一起。
15011工 作 面 下 风 道 瞬 变 电 磁 勘 探 ( 45度 斜 下 探 ) 视 电 阻 率 断 面 图
通 尺 位 置 ( m)
40
20 30 40
比 例 尺 : X=1: 2000
物探发现掘进头前方29—50m段为低阻区,巷道往前掘进18m开始打 钻 (灰岩巷道,保持超前距不小于10m),钻探进尺18.5m(即位于物 探掘进头位置前方36.5m)时出水,水量75m3/h。此段为断裂破碎带。
掘进头超前探测断裂破碎带
西 大 巷 4# 放 水 孔 附 近 瞬 变 电 磁 勘 探 视 电 阻 率 断 面 图
比 例 尺 : 1: 1000
确 定 疏 水 降 压 孔 位 置
( 西 )
0 -10 -20 -30 10 20 30
4#放 水 孔
40 50 60 70 80
( 东 )
90 100 -10 -20 -30
50 40 30
视 电 阻 率 值 色 界 图
煤 层 顶 板 -40 -50 -60 -70 L8顶 板 -80 -90 -40
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