8-2電與電磁法第八章02TEMa

1、瞬變電磁法的理論與應(yīng)用瞬變電磁法的理論與應(yīng)用2010年年11月月一、前言一、前言(歷史回顧歷史回顧) 瞬變電磁法是利用電磁感應(yīng)原理尋找地下良導(dǎo)體的瞬變電磁法是利用電磁感應(yīng)原理尋找地下良導(dǎo)體的一種地球物理方法。一種地球物理方法。 瞬變電磁法最早由地球物理學(xué)家瞬變電磁法最早由地球物理學(xué)家 WaitWait于于 19511951年提年提出，于出，于19531953年獲得專利權(quán)。年獲得專利權(quán)。 19601960年原蘇聯(lián)研制出第一臺共圈式瞬變電磁裝置年原蘇聯(lián)研制出第一臺共圈式瞬變電磁裝置（MPPOMPPO型）。型）。 1962年年Mclaughlin 和和 Dolan研制出固定發(fā)射回線、移研制出固定發(fā)射

2、回線、移動接收回線的瞬變電磁儀，并利用該儀于動接收回線的瞬變電磁儀，并利用該儀于1964到到1970年在塞浦路斯和南美洲取得了找礦效果。從而年在塞浦路斯和南美洲取得了找礦效果。從而推動了電磁法的進一步發(fā)展。推動了電磁法的進一步發(fā)展。 自自80年代以來，瞬變電磁法獲得了比較大年代以來，瞬變電磁法獲得了比較大的發(fā)展?，F(xiàn)已成為一種重要的電磁方法。的發(fā)展?，F(xiàn)已成為一種重要的電磁方法。 在我國瞬變電磁法研究應(yīng)用在在我國瞬變電磁法研究應(yīng)用在20世紀(jì)世紀(jì)70年年代開始代開始,經(jīng)歷了經(jīng)歷了30多年多年,涌現(xiàn)出一批著名的專涌現(xiàn)出一批著名的專家學(xué)者如樸化榮家學(xué)者如樸化榮,牛之璉牛之璉,曾孝箴曾孝箴,羅延中羅延中,

3、蔣蔣邦遠(yuǎn)邦遠(yuǎn),劉顯耀劉顯耀,何朝明等何朝明等(排名不分先后排名不分先后)他們他們?yōu)槲覈乃沧冸姶欧ㄑ芯亢蛻?yīng)用做出很大為我國的瞬變電磁法研究和應(yīng)用做出很大貢獻。為今天的研究和應(yīng)用打下了堅實的貢獻。為今天的研究和應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 瞬變電磁法或稱時間域電磁法是以不接地回瞬變電磁法或稱時間域電磁法是以不接地回線或接地線源通以脈沖電流為場源，以激勵線或接地線源通以脈沖電流為場源，以激勵探測目的物感應(yīng)二次電流，在脈沖間隙測量探測目的物感應(yīng)二次電流，在脈沖間隙測量二次場隨時間變化的響應(yīng)。二次場隨時間變化的響應(yīng)。 二次場從產(chǎn)生到結(jié)束的時間是短暫的。這就二次場從產(chǎn)生到結(jié)束的時間是短暫的。這就是是“瞬

4、變瞬變”或或“過渡過程過渡過程”名詞的由來。名詞的由來。 在西方地球物理界，時間域電磁法的代號是在西方地球物理界，時間域電磁法的代號是TDEM(TDEM(Time Domain ElectroMagnetic induction ) )， 瞬變電磁法的代號是瞬變電磁法的代號是TEM(Transient TEM(Transient electromagnetics)electromagnetics)，有時，有時TDEMTDEM即指即指TEMTEM，但反過來，但反過來TEMTEM代替代替TDEMTDEM的極少。的極少。 原蘇聯(lián)與原蘇聯(lián)與TEMTEM相關(guān)的方法，在我國直譯為相關(guān)的方法，在我國直譯為過

5、渡過程法。過渡過程法。 從方法機理來說，頻率域方法和時間域從方法機理來說，頻率域方法和時間域方法沒有本質(zhì)的不同。前者研究諧變場方法沒有本質(zhì)的不同。前者研究諧變場特點，后者研究不穩(wěn)定場特點。特點，后者研究不穩(wěn)定場特點。 兩者可借富里葉變換相聯(lián)系。在某些條兩者可借富里葉變換相聯(lián)系。在某些條件下，一種方法的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為另一件下，一種方法的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為另一種方法的數(shù)據(jù)。種方法的數(shù)據(jù)。 二、瞬變電磁法的特點及應(yīng)用二、瞬變電磁法的特點及應(yīng)用范圍范圍 前面提到的觀測是在脈沖間隙中進行不前面提到的觀測是在脈沖間隙中進行不存在一次場源的干擾，這稱之為存在一次場源的干擾，這稱之為時間上時間上的可分性；的可分性

6、； 脈沖是多頻率的合成，不同的延時觀測脈沖是多頻率的合成，不同的延時觀測的主要頻率不同，相應(yīng)時間的場在地層的主要頻率不同，相應(yīng)時間的場在地層中的傳播速度不同，調(diào)查的深度也就不中的傳播速度不同，調(diào)查的深度也就不同，這稱之為空間的可分性。同，這稱之為空間的可分性。 瞬變電磁法的特點就基于這兩個可分性瞬變電磁法的特點就基于這兩個可分性 由上述兩種可分性必導(dǎo)致以下具體特點：由上述兩種可分性必導(dǎo)致以下具體特點： 把頻率域法的精確度問題轉(zhuǎn)換成靈敏把頻率域法的精確度問題轉(zhuǎn)換成靈敏度問題，加大功率靈敏度可以增大信噪度問題，加大功率靈敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；比，加大勘探深度； 在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地

7、形起伏影在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地形起伏影響的假異常；在低阻圍巖區(qū)，由于是多響的假異常；在低阻圍巖區(qū)，由于是多道觀觀測，早期道的地形影響也較易分道觀觀測，早期道的地形影響也較易分辨；辨； 可以采用同點組合可以采用同點組合( (同一回線，重疊回同一回線，重疊回線等線等) )進行觀測，使與探測目標(biāo)的耦合最進行觀測，使與探測目標(biāo)的耦合最緊，取得的異常強，形態(tài)簡單，分層能緊，取得的異常強，形態(tài)簡單，分層能力強；力強； 線圈點位、方位或接收距要求相對不線圈點位、方位或接收距要求相對不嚴(yán)格，測地工作簡單，工效高；嚴(yán)格，測地工作簡單，工效高； 有穿透低阻覆蓋的能力，探測深度大；有穿透低阻覆蓋的能力，探測深度大

8、； 剖面測量與測深工作同時完成，提供剖面測量與測深工作同時完成，提供了更多有用信息，減少了多解性。了更多有用信息，減少了多解性。 由于這些特點伴隨儀器的數(shù)字化和智能由于這些特點伴隨儀器的數(shù)字化和智能化，功率的增大，數(shù)學(xué)模型計算正反演化，功率的增大，數(shù)學(xué)模型計算正反演的應(yīng)用，解釋水平的提高與經(jīng)驗的豐富。的應(yīng)用，解釋水平的提高與經(jīng)驗的豐富。 現(xiàn)在瞬變電磁法不僅是剖面的方法，也現(xiàn)在瞬變電磁法不僅是剖面的方法，也是測深的方法，可以解決的地質(zhì)問題相是測深的方法，可以解決的地質(zhì)問題相應(yīng)擴大。應(yīng)擴大。 礦產(chǎn)勘探礦產(chǎn)勘探 構(gòu)造探測構(gòu)造探測 水文與工程地質(zhì)調(diào)查水文與工程地質(zhì)調(diào)查 環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測 考

9、古、考古、UXOUXO等。等。 幾乎涉及物探工作的各個領(lǐng)域，特別需幾乎涉及物探工作的各個領(lǐng)域，特別需 要指要指出的是近年在找水、市政工程、土壤鹽堿化和出的是近年在找水、市政工程、土壤鹽堿化和污染調(diào)查以及淺層石油構(gòu)造填圖都有良好的報污染調(diào)查以及淺層石油構(gòu)造填圖都有良好的報導(dǎo)。導(dǎo)。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，可以解決的根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，可以解決的地質(zhì)問題有：地質(zhì)問題有：二、方法原理二、方法原理 瞬變電磁法的測量裝置由發(fā)射和接收兩瞬變電磁法的測量裝置由發(fā)射和接收兩部分組成。部分組成。 瞬變電磁法的工作過程可以劃分為發(fā)射、瞬變電磁法的工作過程可以劃分為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收三部分。電磁感應(yīng)和接收三部分。 當(dāng)發(fā)射回

10、路中的穩(wěn)定電流突然切斷后，當(dāng)發(fā)射回路中的穩(wěn)定電流突然切斷后，根據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射回路中的電流根據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射回路中的電流突然變化，必將在其周圍產(chǎn)生磁場，該突然變化，必將在其周圍產(chǎn)生磁場，該磁場稱為一次磁場。磁場稱為一次磁場。 一次磁場在向周圍傳播過程中，如遇到一次磁場在向周圍傳播過程中，如遇到地下的良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將向其內(nèi)部激地下的良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將向其內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱渦流或二次電流。發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱渦流或二次電流。 由于二次電流隨時間變化，因而又在其由于二次電流隨時間變化，因而又在其周圍產(chǎn)生新的磁場，稱為二次磁場。如周圍產(chǎn)生新的磁場，稱為二次磁場。如圖圖1所示。所示。

11、由于良導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電流的熱損耗，二由于良導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電流的熱損耗，二次磁場大致按指數(shù)規(guī)律隨時間衰減。形次磁場大致按指數(shù)規(guī)律隨時間衰減。形成如圖成如圖2所示的瞬變磁場。所示的瞬變磁場。ttIVTransmitter CurrentReceiver Output VoltageT4T4T4T4T4tVReceiver Sampling When Transmitter Current Is Off(a)(c)(c)t1234. 11 12 13 . 21 22 .tVariable Sampling Gate LocationsSubsampling at Each LocationTinis 3

12、Tisnis 7nis 1 二次磁場主要來源于良導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電二次磁場主要來源于良導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電流，因此它包含著與良導(dǎo)體有關(guān)的地質(zhì)流，因此它包含著與良導(dǎo)體有關(guān)的地質(zhì)信息。信息。 二次磁場通過接收回線的觀測，并對所二次磁場通過接收回線的觀測，并對所觀測的數(shù)據(jù)進行分析與處理。觀測的數(shù)據(jù)進行分析與處理。 以此來解釋地下的良導(dǎo)體的地質(zhì)屬性和以此來解釋地下的良導(dǎo)體的地質(zhì)屬性和及相關(guān)的物理參數(shù)。及相關(guān)的物理參數(shù)。 圖圖3是地面瞬變電磁系統(tǒng)，其發(fā)射裝置是是地面瞬變電磁系統(tǒng)，其發(fā)射裝置是一個大發(fā)射線框，接收裝置是可以移動一個大發(fā)射線框，接收裝置是可以移動的小型線框。的小型線框。根據(jù)法拉第根據(jù)法拉第(Farad

13、ay)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)發(fā)射回線的電磁感應(yīng)定律，當(dāng)發(fā)射回線的穩(wěn)定電流突然切斷后一段時間內(nèi)，地下良導(dǎo)（礦）穩(wěn)定電流突然切斷后一段時間內(nèi)，地下良導(dǎo)（礦）體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在良導(dǎo)體內(nèi)擴散過體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在良導(dǎo)體內(nèi)擴散過程可分三個階段程可分三個階段 為了維護導(dǎo)體內(nèi)原磁場，在斷電初，感應(yīng)電流為了維護導(dǎo)體內(nèi)原磁場，在斷電初，感應(yīng)電流集中分布于導(dǎo)體表面，形成表面電流（集中分布于導(dǎo)體表面，形成表面電流（Grant and West，1965，Weaver，1970）。該階段）。該階段稱為稱為早期時間早期時間。 隨著導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗，表面電流開始隨著導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗，表面電流開

14、始向?qū)w內(nèi)部擴散，見圖向?qū)w內(nèi)部擴散，見圖4。其擴散速度一般與。其擴散速度一般與導(dǎo)體的電導(dǎo)率成反比關(guān)系，該階段稱為導(dǎo)體的電導(dǎo)率成反比關(guān)系，該階段稱為中期中期。圖4球形導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流分布示意圖 當(dāng)導(dǎo)體感應(yīng)電流擴散經(jīng)過一段時間后，當(dāng)導(dǎo)體感應(yīng)電流擴散經(jīng)過一段時間后，便進入所謂的便進入所謂的晚期階段晚期階段。 其感應(yīng)電流的每個線電流的阻抗和感抗其感應(yīng)電流的每個線電流的阻抗和感抗均趨于于漸近值是晚期階段的主要特征，均趨于于漸近值是晚期階段的主要特征，此時導(dǎo)體內(nèi)的電流分布趨于相對的穩(wěn)定，此時導(dǎo)體內(nèi)的電流分布趨于相對的穩(wěn)定，熱損耗速度減慢，表現(xiàn)為與感應(yīng)電流相熱損耗速度減慢，表現(xiàn)為與感應(yīng)電流相對應(yīng)的二次磁場衰

15、減的速度大大減緩對應(yīng)的二次磁場衰減的速度大大減緩（圖（圖2）。）。 導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流以及與對應(yīng)的二次磁場導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流以及與對應(yīng)的二次磁場隨時間的變化率取決于導(dǎo)體的電導(dǎo)率、隨時間的變化率取決于導(dǎo)體的電導(dǎo)率、尺寸大小及形狀。尺寸大小及形狀。 早期早期導(dǎo)體表面的電流分布僅于導(dǎo)體的形導(dǎo)體表面的電流分布僅于導(dǎo)體的形狀和大小有關(guān)，狀和大小有關(guān)，而與導(dǎo)體的電導(dǎo)率幾乎而與導(dǎo)體的電導(dǎo)率幾乎無關(guān)。無關(guān)。瞬變電磁場的物理過程可用電路理論解釋，如圖瞬變電磁場的物理過程可用電路理論解釋，如圖1所示。其發(fā)射、導(dǎo)（礦）體和接收分別由三個線圈所示。其發(fā)射、導(dǎo)（礦）體和接收分別由三個線圈模擬，如圖模擬，如圖5，其中，其中M01

16、表示線圈表示線圈I0與線圈與線圈I1之間的之間的互感，互感，R和和L表示模樣導(dǎo)體線圈的阻抗和感抗。表示模樣導(dǎo)體線圈的阻抗和感抗。 假定發(fā)射線圈中有電流強度為假定發(fā)射線圈中有電流強度為I0（t）的）的方波電流輸入，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則方波電流輸入，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則導(dǎo)體線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為：導(dǎo)體線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為： （1） (GrantandWest，1965)，其中，其中LR為導(dǎo)體線圈的時間常數(shù)。為導(dǎo)體線圈的時間常數(shù)。 由（由（1）看出，導(dǎo)體線圈內(nèi)的感應(yīng)電流是）看出，導(dǎo)體線圈內(nèi)的感應(yīng)電流是隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減。隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減。0,)(/0011teLIMtIt 在在t0時刻，即為

17、衰減初期，導(dǎo)體內(nèi)感時刻，即為衰減初期，導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電流強度為：應(yīng)電流強度為： 顯而易見，此時的感應(yīng)電流僅與一次磁顯而易見，此時的感應(yīng)電流僅與一次磁場的穿過導(dǎo)體線圈的磁通量（場的穿過導(dǎo)體線圈的磁通量（M01I0）以）以及導(dǎo)體的形狀和尺寸（及導(dǎo)體的形狀和尺寸（L）有關(guān)，而與導(dǎo)）有關(guān)，而與導(dǎo)體的電導(dǎo)率（體的電導(dǎo)率（1R）無關(guān)。）無關(guān)。LIMI0011)0( 導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電流將在接收線圈中產(chǎn)生導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電流將在接收線圈中產(chǎn)生二次磁場，線圈輸出電動勢與二次磁場二次磁場，線圈輸出電動勢與二次磁場隨時間的變化率成正比關(guān)系，其表達式隨時間的變化率成正比關(guān)系，其表達式為：為： （2） 式中：式中：(t)為單位脈

18、沖函數(shù)。為單位脈沖函數(shù)。)()()(/1201012ttetLMMIttIMte0t 分析式（分析式（2）可知，對于導(dǎo)電性差的地質(zhì)體，其）可知，對于導(dǎo)電性差的地質(zhì)體，其時間常數(shù)時間常數(shù)值很小，二次場初始值較大，但衰減值很小，二次場初始值較大，但衰減速度較快；速度較快； 反之，導(dǎo)電性良好的礦體，時間常數(shù)反之，導(dǎo)電性良好的礦體，時間常數(shù)值較大，值較大，盡管二次場初始值小，但衰減速度慢（圖盡管二次場初始值小，但衰減速度慢（圖6）。）。 瞬變電磁場的這一物理特性構(gòu)成了利用瞬變電瞬變電磁場的這一物理特性構(gòu)成了利用瞬變電磁法尋找地下良導(dǎo)體的基本原理。磁法尋找地下良導(dǎo)體的基本原理。圖圖6瞬變電場隨時間衰減規(guī)

19、律與礦體導(dǎo)電性關(guān)系圖瞬變電場隨時間衰減規(guī)律與礦體導(dǎo)電性關(guān)系圖“煙圈煙圈”假設(shè)介紹假設(shè)介紹1979年美國地球物理學(xué)家MNNabiglliall提出了利用等效代換法計算均勻大地的晚期瞬變電磁響應(yīng)的概念及計算方法。這種概念使人們能夠從物理意義上去理解瞬變電磁場的擴散規(guī)律，在滿足晚期的條件下，其計算精度也是令人滿意的。四、瞬變電磁法的野外工作方法四、瞬變電磁法的野外工作方法 1.瞬變電磁法地面測量裝置有以下幾種種：瞬變電磁法地面測量裝置有以下幾種種： (1)單線框裝置：單線框裝置： 單線框裝置是瞬變電單線框裝置是瞬變電磁測量系統(tǒng)中最簡單的一種。磁測量系統(tǒng)中最簡單的一種。其主要特點是發(fā)射器和接收器為同一

20、其主要特點是發(fā)射器和接收器為同一線框。既做為發(fā)射框同時又作為接收線框。既做為發(fā)射框同時又作為接收框?？?。線框形狀可以是正方型，亦可為矩形。線框形狀可以是正方型，亦可為矩形。線框邊長一般在線框邊長一般在200m之內(nèi)視具體情之內(nèi)視具體情況而定況而定(圖圖la)。 (2)共線框裝置共線框裝置 共線框裝置是指發(fā)射線框和接收線共線框裝置是指發(fā)射線框和接收線框具有完全相同的幾何形狀和尺寸。但兩線框相互布框具有完全相同的幾何形狀和尺寸。但兩線框相互布置在同一位置上置在同一位置上(圖圖1b)。 （3）環(huán)式線框裝置：）環(huán)式線框裝置： 接收線框位于發(fā)射線框內(nèi)中心接收線框位于發(fā)射線框內(nèi)中心位置的形式稱環(huán)狀線框裝置。

21、其尺寸比發(fā)射線框小的位置的形式稱環(huán)狀線框裝置。其尺寸比發(fā)射線框小的多通常接收線框由多芯導(dǎo)線組成多扎線框。由每個多通常接收線框由多芯導(dǎo)線組成多扎線框。由每個單扎線圈可看作是一個磁偶極子。因此這種接收器又單扎線圈可看作是一個磁偶極子。因此這種接收器又稱偶極接收器稱偶極接收器(圖圖1c)。 (4)分離式線框裝：分離式線框裝： 發(fā)射線框與接收線框保持特定發(fā)射線框與接收線框保持特定距離分別布置的測量系統(tǒng)稱分離式線框裝置。該裝置距離分別布置的測量系統(tǒng)稱分離式線框裝置。該裝置有兩種形式。一種是發(fā)射和接收線框尺寸大小完全相有兩種形式。一種是發(fā)射和接收線框尺寸大小完全相同。另一種是接收線框為偶極接收器同。另一種

22、是接收線框為偶極接收器(圖圖ld）。）。(5)雙線框裝置雙線框裝置 : 雙線框裝置是由兩個大小相同，平行而相雙線框裝置是由兩個大小相同，平行而相鄰的線框并聯(lián)構(gòu)成，該裝置如圖鄰的線框并聯(lián)構(gòu)成，該裝置如圖le所示。雙線框即做發(fā)射線所示。雙線框即做發(fā)射線框，又做接收線框，工作方式類似于單線框裝置。發(fā)射和框，又做接收線框，工作方式類似于單線框裝置。發(fā)射和接收線框分別由兩個大小相同而又獨立的雙線框組成。工接收線框分別由兩個大小相同而又獨立的雙線框組成。工作方式類似于共線框裝置。雙線框裝置抗干擾能力強。但作方式類似于共線框裝置。雙線框裝置抗干擾能力強。但施工不方便，使用時受到限制。施工不方便，使用時受到限

23、制。 (6)固定發(fā)射移動接收裝置固定發(fā)射移動接收裝置 該裝置由一個固定的大線框和該裝置由一個固定的大線框和一個可移動的多繞層小線框組成。大線框為發(fā)射框、小線一個可移動的多繞層小線框組成。大線框為發(fā)射框、小線框為接收框。發(fā)射線框通常為矩形。長邊約框為接收框。發(fā)射線框通常為矩形。長邊約600m以上，有以上，有時可達時可達12km;接收框通常為正方形，邊長在接收框通常為正方形，邊長在1m以內(nèi)；觀以內(nèi)；觀測點可布置在發(fā)射框內(nèi)或外。該裝置可通過調(diào)節(jié)接收線框測點可布置在發(fā)射框內(nèi)或外。該裝置可通過調(diào)節(jié)接收線框方位進行三分量現(xiàn)測，是目前較普遍的觀測方法之一方位進行三分量現(xiàn)測，是目前較普遍的觀測方法之一(圖圖1

24、f)。 2、觀測參數(shù)觀測參數(shù) 瞬變電磁儀器系統(tǒng)的一次場波形、瞬變電磁儀器系統(tǒng)的一次場波形、觀測道數(shù)及其時窗范圍、觀測參數(shù)觀測道數(shù)及其時窗范圍、觀測參數(shù)及其計算單位等，各個廠家的儀器及其計算單位等，各個廠家的儀器之間有所差別。之間有所差別。 盡管各種儀器絕大多數(shù)都是使用接盡管各種儀器絕大多數(shù)都是使用接收線圈觀測發(fā)送電流脈沖間歇期間收線圈觀測發(fā)送電流脈沖間歇期間的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓V(t)V(t)值。值。 就觀測讀數(shù)的物理量及計量單位而言，就觀測讀數(shù)的物理量及計量單位而言，大概可以分為三類：大概可以分為三類： 用發(fā)送脈沖電流歸一化的參數(shù)：儀器用發(fā)送脈沖電流歸一化的參數(shù)：儀器讀數(shù)為讀數(shù)為V(t)/I

25、V(t)/I值，以值，以作計量作計量單位。單位。 以一次場感應(yīng)電壓以一次場感應(yīng)電壓V V歸一的參數(shù)：歸一的參數(shù)：例如加拿大例如加拿大CroneCrone公司的公司的PEMPEM系統(tǒng)，觀測系統(tǒng)，觀測值是用一次場剛剛將要切斷時刻的感應(yīng)值是用一次場剛剛將要切斷時刻的感應(yīng)電壓電壓V V1 1值來加以歸一。值來加以歸一。 并令并令V V1 1 ， 計量單位無量計量單位無量綱，稱之為綱，稱之為CroneCrone單位。單位。 歸一到某個放大倍數(shù)的參數(shù)：例如加拿歸一到某個放大倍數(shù)的參數(shù)：例如加拿大的大的EMEM3737系統(tǒng)，野外觀測值為：系統(tǒng)，野外觀測值為： m=V(t)m=V(t)G G 2 2N N 式

26、中式中V(t)V(t)為接收線圈中的感應(yīng)電壓值；為接收線圈中的感應(yīng)電壓值；G G為前置放大器的放大倍數(shù)；為前置放大器的放大倍數(shù)； 2 2N N 為儀器公為儀器公用通道的放大倍數(shù)，用通道的放大倍數(shù)，N=1N=1、2 2、9 9。 m m值以值以mVmV計量。計量。 為了便于對比，在整理數(shù)據(jù)中，無論用哪為了便于對比，在整理數(shù)據(jù)中，無論用哪種儀器，一般都要求換算成為下列幾種導(dǎo)種儀器，一般都要求換算成為下列幾種導(dǎo)出參數(shù)，并以這幾種參數(shù)作圖。出參數(shù)，并以這幾種參數(shù)作圖。 (1) (1) 瞬變值瞬變值dB(t):dB(t): dB(t)/dt=V(t)/SdB(t)/dt=V(t)/S，以，以nV/mnV

27、/m2 2計量，計量， V(t)V(t)表示接收線圈的感應(yīng)電壓；表示接收線圈的感應(yīng)電壓； S S表示接收線圈的面積；表示接收線圈的面積； N N為接線圈的匝數(shù)。為接線圈的匝數(shù)。 有時采用有時采用B(t)/IB(t)/I，以，以nV/ mnV/ m2 2計量。計量。 (2) (2) 磁場磁場B(t)B(t)值：值： 由對由對dB(t)dB(t)取積分得到取積分得到B(t)B(t)值，值， 以以pw/ mpw/ m2 2 計量計量 (3)(3)視電阻率視電阻率（）值，以（）值，以計量。計量。 (4)(4)視縱向電導(dǎo)視縱向電導(dǎo)S S（）值，以（）值，以S(S(西門子西門子) )計量。計量。3、瞬變曲

28、線特征、瞬變曲線特征 采用不同裝置觀測瞬變場時，所得到的采用不同裝置觀測瞬變場時，所得到的瞬變曲線具有不同的特征。瞬變曲線具有不同的特征。 下圖給出了良導(dǎo)直立脈狀體上方不同裝下圖給出了良導(dǎo)直立脈狀體上方不同裝置上的磁場曲線的異常特征。置上的磁場曲線的異常特征。 假設(shè)各裝置的發(fā)射框與接收框之間中心假設(shè)各裝置的發(fā)射框與接收框之間中心點連線與巖脈走向垂直，其對應(yīng)的磁場點連線與巖脈走向垂直，其對應(yīng)的磁場的剖面曲線特征好下：的剖面曲線特征好下：（1）單線框、共線框）單線框、共線框和環(huán)式線框和環(huán)式線框:在直立巖脈上兩側(cè)出在直立巖脈上兩側(cè)出現(xiàn)雙峰正異常，其波現(xiàn)雙峰正異常，其波谷位于巖脈頂部中心谷位于巖脈頂部

29、中心（圖（圖2a）。）。（2）分離式線框裝置）分離式線框裝置:在巖脈頂部為單值負(fù)在巖脈頂部為單值負(fù)異常，并介于兩個正異常，并介于兩個正異常之間（圖異常之間（圖2b）。）。(3)雙線框裝置：三峰雙線框裝置：三峰正異常，最大正異常正異常，最大正異常位于巖脈頂部，兩側(cè)位于巖脈頂部，兩側(cè)為低值正異常（圖為低值正異常（圖2c）固定發(fā)射移動接收式：磁場垂直分量曲線在巖脈頂固定發(fā)射移動接收式：磁場垂直分量曲線在巖脈頂部出現(xiàn)正、負(fù)異常，在靠近發(fā)射線框一側(cè)為正異常，部出現(xiàn)正、負(fù)異常，在靠近發(fā)射線框一側(cè)為正異常，負(fù)異常位于遠(yuǎn)離發(fā)射線框一側(cè)，正負(fù)異常之中點對負(fù)異常位于遠(yuǎn)離發(fā)射線框一側(cè)，正負(fù)異常之中點對應(yīng)巖脈頂部中心

30、位置（圖應(yīng)巖脈頂部中心位置（圖2d）；磁異常水平分量曲）；磁異常水平分量曲線為一對稱單峰正異常，峰值點對應(yīng)巖脈頂部中心線為一對稱單峰正異常，峰值點對應(yīng)巖脈頂部中心（圖（圖2e） 4、施工技術(shù)、施工技術(shù) 瞬變電磁法野外施工要注意兩個問題，瞬變電磁法野外施工要注意兩個問題，即裝置的選擇和測網(wǎng)設(shè)計。該兩個問題即裝置的選擇和測網(wǎng)設(shè)計。該兩個問題需要根據(jù)具體的地質(zhì)情況、勘探的目的需要根據(jù)具體的地質(zhì)情況、勘探的目的和要求，通過野外試驗來確定，這里就和要求，通過野外試驗來確定，這里就其共性問題加以介紹。其共性問題加以介紹。 4.1 測量裝置的選擇測量裝置的選擇 共線框、環(huán)式線框和固定發(fā)射共線框、環(huán)式線框和固

31、定發(fā)射移動接收裝置是電磁法勘探使用較多的測量裝置。移動接收裝置是電磁法勘探使用較多的測量裝置。前兩種裝置具有施工方便、信號較強的特點，但是異常較前兩種裝置具有施工方便、信號較強的特點，但是異常較為復(fù)雜，淺層影響較大。為復(fù)雜，淺層影響較大。后一種裝置的特點是異常易于分辨，淺層影響小，但是布后一種裝置的特點是異常易于分辨，淺層影響小，但是布置線框時費時，尤其是在地形起伏地區(qū)。置線框時費時，尤其是在地形起伏地區(qū)。由于發(fā)射線框固定，測量過程簡單、快速。由于發(fā)射線框固定，測量過程簡單、快速。目前較為流行的共線框和環(huán)式線框尺寸為目前較為流行的共線框和環(huán)式線框尺寸為100m100m。固定式大線框有兩種，分別

32、是固定式大線框有兩種，分別是300m600m和和400m800m。其中環(huán)式線框和固定發(fā)射移動接收裝置的其中環(huán)式線框和固定發(fā)射移動接收裝置的多繞層接收線框一般為多繞層接收線框一般為0.5m0.5m1m,其線框繞數(shù)在其線框繞數(shù)在300500匝之間。根據(jù)線框尺匝之間。根據(jù)線框尺寸大小，共線框和環(huán)式線框裝置又稱為小寸大小，共線框和環(huán)式線框裝置又稱為小線框裝置，固定發(fā)射移動接收又稱為大回線框裝置，固定發(fā)射移動接收又稱為大回線裝置。線裝置。一般來說，大線框發(fā)射可產(chǎn)生較強的一次場，探測深一般來說，大線框發(fā)射可產(chǎn)生較強的一次場，探測深度大。理論上可以證明，大線框可以獲得較高的信噪度大。理論上可以證明，大線框可

33、以獲得較高的信噪比。比。假設(shè)假設(shè)r rs s和和r rn n分別是分別是 接收線框到地質(zhì)目標(biāo)體和淺層非均接收線框到地質(zhì)目標(biāo)體和淺層非均勻干擾源之間的距離，則采用大線框裝置和小線框裝勻干擾源之間的距離，則采用大線框裝置和小線框裝置所獲得的信噪比分別近似為置所獲得的信噪比分別近似為(r(rn n/r/rs s) )4 4和和(r(rn n/r/rs s) )6 6。此外，采用大線框可以進行三分量觀測，有利于資料此外，采用大線框可以進行三分量觀測，有利于資料的對比和解釋。的對比和解釋。因此，固定發(fā)射移動接收已經(jīng)成為目前較為流行的瞬因此，固定發(fā)射移動接收已經(jīng)成為目前較為流行的瞬變電磁法的野外工作方法。

34、變電磁法的野外工作方法。 4.24.2、測網(wǎng)設(shè)計、測網(wǎng)設(shè)計 測線方向和點、線距是測網(wǎng)設(shè)計的主要內(nèi)容。測線方向和點、線距是測網(wǎng)設(shè)計的主要內(nèi)容。 一般來講，測線盡量與預(yù)測地質(zhì)體垂直。一般來講，測線盡量與預(yù)測地質(zhì)體垂直。 當(dāng)采用固定發(fā)射移動接收裝置時，發(fā)射線框的長邊當(dāng)采用固定發(fā)射移動接收裝置時，發(fā)射線框的長邊應(yīng)平行于地質(zhì)體走向，這樣可以獲得最佳電磁耦合。應(yīng)平行于地質(zhì)體走向，這樣可以獲得最佳電磁耦合。點距、線距一般取決于勘探目的和探測地質(zhì)體的大點距、線距一般取決于勘探目的和探測地質(zhì)體的大小。小。 通常在普查階段，線距應(yīng)小于地質(zhì)體的長度，點距通常在普查階段，線距應(yīng)小于地質(zhì)體的長度，點距應(yīng)保證兩個異常點的

35、記錄；在詳查階段，線距應(yīng)小應(yīng)保證兩個異常點的記錄；在詳查階段，線距應(yīng)小于地質(zhì)體的長度之半，點距應(yīng)保證于地質(zhì)體的長度之半，點距應(yīng)保證68個異常點的個異常點的記錄記錄當(dāng)采用共線框和雙線框裝置進行普查時相鄰測點線框當(dāng)采用共線框和雙線框裝置進行普查時相鄰測點線框一般不重疊（圖一般不重疊（圖3a），點距一般等于線框邊長；），點距一般等于線框邊長；詳查時，相鄰測點線框可重疊百分之五十（圖詳查時，相鄰測點線框可重疊百分之五十（圖3b）。）。當(dāng)使用固定發(fā)射移動接收式裝置普查時，線距當(dāng)使用固定發(fā)射移動接收式裝置普查時，線距800m。點距為點距為50m；詳查時，線距多為詳查時，線距多為100m或或200m，點距為

36、，點距為25m。5、干擾與控制、干擾與控制瞬變電磁法野外觀測中常見干擾有兩種，一種是人文瞬變電磁法野外觀測中常見干擾有兩種，一種是人文設(shè)施的干擾，另一種是電磁噪聲設(shè)施的干擾，另一種是電磁噪聲人文設(shè)施干擾主要包括工業(yè)電線、地下金屬管道等，人文設(shè)施干擾主要包括工業(yè)電線、地下金屬管道等，對于這些金屬體位于發(fā)射線框附近時，可被激發(fā)而產(chǎn)對于這些金屬體位于發(fā)射線框附近時，可被激發(fā)而產(chǎn)生瞬變電磁法干擾異常，使獲得的資料變得復(fù)雜。生瞬變電磁法干擾異常，使獲得的資料變得復(fù)雜。通常采用在干擾源為中心與原發(fā)射線框?qū)ΨQ的位置放通常采用在干擾源為中心與原發(fā)射線框?qū)ΨQ的位置放置另一個相同的發(fā)射線框來控制人文設(shè)施干擾，采用

37、置另一個相同的發(fā)射線框來控制人文設(shè)施干擾，采用該措施可以大大降低干擾信號。該措施可以大大降低干擾信號。電磁噪聲主要源于天電、動力電（電磁噪聲主要源于天電、動力電（50Hz、60Hz）、甚低頻無線電電臺等。）、甚低頻無線電電臺等。這些亦可在接收線框中干擾電磁信號。這些亦可在接收線框中干擾電磁信號。但是，由于這些干擾源都有固定的頻率范但是，由于這些干擾源都有固定的頻率范圍，規(guī)律性較強，因此，在較新型的數(shù)字圍，規(guī)律性較強，因此，在較新型的數(shù)字瞬變電磁儀器中都采用了多次疊加式濾波瞬變電磁儀器中都采用了多次疊加式濾波的方法使得這些干擾得到有效的壓制。的方法使得這些干擾得到有效的壓制。此外，當(dāng)使用共線框裝

38、置時，有時還會遇到發(fā)射線此外，當(dāng)使用共線框裝置時，有時還會遇到發(fā)射線框與接收線框之間的電磁干擾，此時，應(yīng)將二者分框與接收線框之間的電磁干擾，此時，應(yīng)將二者分離離2到到3米為宜（圖米為宜（圖4）五、瞬變電磁法的資料外理與解釋五、瞬變電磁法的資料外理與解釋1瞬變電磁資料圖示瞬變電磁資料圖示1.1瞬變電磁場剖面圖瞬變電磁場剖面圖以測點為橫軸，觀測數(shù)據(jù)為縱軸，沿測線方向繪出各時間道曲線，即得到該剖面線上的瞬變場剖面圖。橫軸采用算術(shù)坐標(biāo)，縱軸采用算術(shù)或?qū)?shù)坐標(biāo)。為便于多道曲線對比和部分道數(shù)據(jù)變化范圍較大時(用對數(shù)坐標(biāo))，可采用對數(shù)和算術(shù)混合坐標(biāo)系(圖1)。瞬變場剖面曲線特點是通過對比不同時間道場值異常與

39、地下地質(zhì)體對應(yīng)關(guān)系顯示的。1.21.2瞬變場衰變曲線瞬變場衰變曲線該曲線圖橫軸代表時間道號，縱軸為觀測場值。衰減曲線常繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)系中(圖2)，也可采用單對數(shù)坐標(biāo)系(圖3)。為便于不同觀測點衰減曲線間對比，實際工作中可將不同觀測點衰減曲線繪制在一張圖上，如圖2、3所示。1.3視電阻率擬斷面圖視電阻率擬斷面圖以測點為橫軸，時間道號為縱軸，以視電阻率為記錄值，繪制斷面等值線(圖4)。擬斷面圖直觀的繪出沿測線地電斷面電性變化特征。圖4中低阻異常區(qū)對應(yīng)硫鐵礦脈。1.4瞬變場等值線平面圖瞬變場等值線平面圖在工程布置圖上，將同一時間道的觀測值標(biāo)在對應(yīng)測點旁，然后構(gòu)制瞬變場等值線平面圖(圖5)由于瞬變場

40、衰減與深度有關(guān)，不同時間道對應(yīng)的等值線平面圖反應(yīng)不同深度瞬變場的變化特征，因此，同一測區(qū)應(yīng)繪制反應(yīng)不同深度的多個不時間道的平面圖，通常繪制早期、中期和晚期三個時間道的等值線平面圖。2瞬變場資料解釋瞬變場資料解釋瞬變場資料解釋和直流電法一樣，分兩瞬變場資料解釋和直流電法一樣，分兩階段進行，而定性解釋和定量解釋階段進行，而定性解釋和定量解釋. .定性解釋主要通過對原始數(shù)據(jù)、各種定定性解釋主要通過對原始數(shù)據(jù)、各種定性圖件分析對比，確定異常體的存在和性圖件分析對比，確定異常體的存在和圈定異常體的分布范圍圈定異常體的分布范圍; ;定量解釋是通過典型剖面曲線分析，獲定量解釋是通過典型剖面曲線分析，獲取時間常數(shù)，計算機模擬