瞬变电磁培训讲解

烟圈理论 瞬变电磁法物理基础是电磁感应原理，据此理论，在电导率和磁导率均匀的大地 上，敷设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激 励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地 表，并按指数规律衰减。随后，面电流开始扩散到下半空间中，在切断电流后的任意 晚期时间里，感应涡流呈多个层壳的环带状，随着时间的延长，涡流场将向下及向外 扩散。感应涡流场在地表引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应，这种效应 可以用一个简单的电流环等效，表现为一系列与发送线圈同形状并且向下向外扩散的 电流环，通常称之为“烟圈”。在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体 受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场（按指数规律衰减）。地层介质被 激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地层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：低阻地质体感应二次场衰减速度缓慢，二次 场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰 减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁 仪接收的信号是二次涡流场的电动势（即二次电位），对二次电位进行归一化处理后。 因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法，是根据地质构 造本身存在的物性差异来间接判断相关地质现象的一种有效的地质勘探手段。 任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在 发射电流刚关断时，该环状线电流紧接发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着 时间的推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。图1-2示意了发射 电流关断后不同时刻地下等效电流环的分布。从图中可以看到，等效电流环很像从发 射回线中“吹”出的一系列“烟圈”，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的 过程形象的称为“烟圈效应”。
第二节 瞬变电磁概念
图3-1 瞬变电磁发射
图3-2 瞬变电磁接收
第二节 瞬变电磁概念
瞬变电磁概念的三个部分 （1）发射脉冲电流：脉冲电流产生稳定的磁场 （2）电磁感应：变化的磁场在闭合回线中会产 生感应电动势与感应电流 （3）接收感应电位：感Байду номын сангаас电位即感应电动势与 感应电流的商，即V/I
电磁感应定律
华胜煤业瞬变电磁技术培训
福州勘达源电子科技有限公司 2011年11月18号
前言
1、矿井物探的概念
矿井物探技术是一门根据地下岩层物理 性质的差异，借助一定的工作装置和专门的 物探仪器测量其物理场的分布状况，通过分 析和研究地下岩层物理场的变化规律，结合 有关地质资料解决一定的地质问题，为地质 工作者提供帮助一门技术。
闭合电路中，磁通量发生变化就会产生感应电 动势（感应电压）、感应电流。
图1 闭合电路通电后磁场分布
发射时序图
1：左边所示为一次发射与接 收对应时序图。 2：打个比方是照像机一样， 多照几次，几次的综合，然 后就是等效这次，这是提高 信号分析能力的方法，这就 是仪叠加次数的意思，一般 设为64就可以了，意思就是 重复了64次。 3：其发射频率为50HZ整数 倍，其抵消工频电的干拢。 4：抑制系数，代表每次接收 信号的各道数字平均的偏离 平均的大小，其偏离程度的 消掉，一般设为1，设的越大， 平均外消的越弱。 5:中间一幅图，就是盲区产 生的原因，因为电子开关有 时间效应的，其不是垂直下 降，这个时候就是一次场还 在慢 慢消失，二次磁场也的 接收，其造成二次磁场受到 一次磁场影响，其就是盲区 产生原因，其长度一般为15 米至20米左右
本安型瞬变电磁仪介绍 随着煤炭生产规模的扩大，煤矿井下水患及各种地质突发灾害不断发生，人力、 物力损失巨大，为此，迫切需要一种能用于煤矿井下的物探新方法。瞬变电磁法 （TEM）作为一种利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲 磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的电磁感应方法，它有着频率 域电磁法所不具备的许多优点，但同时由于电磁理论的复杂、对资料解释手段的滞后、 对理论基础及仪器要求较高、其研究的时间较晚等原因，瞬变电磁法在国内的应用仅 局限于科研单位，还没有广泛推广与应用，而将瞬变电磁法勘探用于矿井生产，更为 滞后。 矿井瞬变电磁法（MTEM）是利用井下巷道空间进行瞬变电磁应用的专门装备与技术。 矿井瞬变电磁采用同地面瞬变电磁法相同的工作原理，但又区别于地面方法。首先在 仪器设备上要求适应井下温度、湿度高以及含瓦斯复杂环境，并通过国家相关论证的 本质安全型瞬变电磁仪；其外在施工技术上矿井瞬变电磁受巷道空间限制只能采用多 匝数、小面积回线组合工作装置，虽然在探测深度上有很大限制，但却比地面瞬变电 磁更高的分辨率、体积效应小、旁侧影响小、测量速度快和轻便等优点。通过近20年 井下应用实践，矿井瞬变电磁技术凭借其对良导体敏感、非接触式、可多方位探测等 特点，在矿井水害探测与防治中取得良好的应用效果。本质安全型仪器极大推进了该 技术应用。
2、井下常用的几种物探方法
（1）地震勘探技术：反射波探测方法、面波探 测方法 （2）电磁法勘探技术：直流电法、高分辨电法、 高密度电法、 音频电透视、瞬变电磁 （3）无线电波坑透技术
第一部分 瞬变电磁法原理
第一节 瞬变电磁探测技术的物理基础 第二节 瞬变电磁概念
第三节 瞬变电磁系统组成
第一节 瞬变电磁物理基础
电磁法探测是以地层的电性差异为基础的。从电性上 分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高， 砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清 晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化 规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如 果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高; 如果 构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地 质体。 综上所述，当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时， 无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化 规律。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基 础的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。
4
3
2
1
TX/RX 掌 子 面
烟圈形状
第二节 瞬变电磁概念
瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地下岩（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 用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场， 在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极 观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规 律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一 支时间域的电磁法。