瞬變電磁法的由來、現(xiàn)在與未來

1、瞬變電磁法的由來、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1 綜述近幾十年來，我國科學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，各項基礎(chǔ)建設(shè)穩(wěn)步展開，對于各種礦產(chǎn)資源、能源、地下水資源等的需求快速增加。同時，各項建設(shè)中遇到了許多工程問題，如公路建設(shè)中的地下空洞、煤田開采中的陷落柱、隧道開挖中的突水問題等等。這些因素在一定程度上制約著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，利用地球物理技術(shù)對其進(jìn)行探測和預(yù)報，有助于保證資源供給，減少經(jīng)濟(jì)損失，加快建設(shè)進(jìn)度。瞬變電磁法 （Transient electromagnetic method，TEM） 是進(jìn)行地球物理研究的重要手段之一，根據(jù)地殼中巖石或者礦體的導(dǎo)電性及介電性等電學(xué)性質(zhì)的差異，研究電磁場的空間或時間分布

2、規(guī)律，從而解決各種地質(zhì)問題。它屬于時間域電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖電磁場，在一次電磁場的激勵下，地下導(dǎo)體內(nèi)部受感應(yīng)產(chǎn)生渦旋電流：在一次脈沖磁場的間隙期間，渦流電流產(chǎn)生的二次磁場不會隨一次場消失而立即消失，即有一個瞬變過程，利用線圈或接地電極觀測二次磁場，研究其與時間的變化關(guān)系，從而確定地下導(dǎo)體的電性分布結(jié)構(gòu)及空間形態(tài)。瞬變電磁法具有場源靈活、方法多樣以及穩(wěn)定高效等優(yōu)點，已經(jīng)發(fā)展成為探測油氣、金屬和非金屬礦產(chǎn)的一種重要方法，并且在深部地質(zhì)構(gòu)造研究，工程勘察、油氣、礦產(chǎn)、水、地?zé)峥碧降阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2 瞬變電磁法的發(fā)展歷史將瞬變電磁信號用于地質(zhì)勘探的設(shè)想，早在20

3、世紀(jì)30年代就有人提出。最早的時域電磁法在西方稱為Eltran法，它基于L.W.Blan在1933年獲得的發(fā)明專利，該法利用電磁脈沖激發(fā)供電偶極形成電磁場，用電偶極測量電場。在前蘇聯(lián)，早在1937年，A.P.Kraev 就提出了瞬變電磁測深法。在20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)基本建立了瞬變電磁法解釋理論與野外施工的方法技術(shù)，20世紀(jì)60年代成功地發(fā)現(xiàn)了奧倫堡地軸上的大油田。前蘇聯(lián)在瞬變電磁法理論研究方面一直走在世界前列，在20世紀(jì)5060年代成功地完成了瞬變電磁法的一維正反演。在20世紀(jì)70-80年代，前蘇聯(lián)地球物理工作者又在二三維正演方面做了大量工作。在20世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)學(xué)者提出了電磁波擬

4、地震波的偏移方法，吸取了偏移成像的廣義概念，在電磁法中確定了正則偏移和解析偏移兩種方法。在20世紀(jì)80年代末，KMaHeec等又從激發(fā)極化現(xiàn)象理論出發(fā)，研究了時間域瞬變電磁法的激電效應(yīng)特征及影響，成功地解釋了瞬變電磁法晚期段電磁響應(yīng)的變號現(xiàn)象。同時由俄羅斯生產(chǎn)的大功率瞬變電磁儀器進(jìn)入我國市場。在西方，1951年首先由 J.R.Wait 提出了利用瞬變電磁場法尋找導(dǎo)電礦體的概念，但大規(guī)模發(fā)展該方法始于20世紀(jì)70年代J.R.Wait，G.V.Keller，A.A.Kaufman等人對該方法的一維正反演及方法技術(shù)進(jìn)行了大量研究。20世紀(jì)80年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，西方各國在瞬變電磁法的二三

5、維正演模擬方面做了大量工作，代表性人物有G.W.Hohmann，P.Weidelt，G.F.West，A.P.Raiche，B.R.SPies，J.H.Knight，SanFilippo，T.J.Lee等。理論研究方面的代表性著作有A.A.Kaufman和G.V.Keller的專著“頻率域和時間域電磁測深”及M.N.Nbaihgain主編的“應(yīng)用地球物理學(xué)中的電磁方法”等。地面瞬變電磁法儀器主要有加拿大Goenics公司的PROTEM系統(tǒng)（包括PROTEM47，PROTEM57，PROTEM67 等系列），加拿大CRONE公司的Digital PEM系統(tǒng)，澳大利亞CSIRO的SIROTEM，S

6、IROTEM 111以及美國Zonge公司的GDP-32多功能電法儀，加拿大Phoenix公司的V5，V6A，V8多功能電測站等。我國對TEM法的研究始于20世紀(jì)70年代。長春地質(zhì)學(xué)院地礦部物化探研究所、中南工業(yè)大學(xué)、西安地質(zhì)學(xué)院、中國有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院、煤炭科學(xué)研究總院西安分院及中國地質(zhì)大學(xué)等單位分別在方法理論儀器及野外試驗方面做了一定的工作，取得了一批好效果的應(yīng)用實例。從20世紀(jì)90年代至今，在國內(nèi)，TEM法進(jìn)入了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用階段。由于短偏移距TEM法能夠?qū)崿F(xiàn)頻率域方法中無法實現(xiàn)的近區(qū)勘探，特別是中心探頭裝置不存在記錄點問題，且有極高的工作效率，因此，在中深層水文地質(zhì)勘

7、探中，TEM法已成為主要的勘探方法。近年來，隨著探測深度的增加，長偏移距瞬變電磁測深（LOTEM）法的應(yīng)用日見增多；同時，由于淺層工程地質(zhì)勘探的需要，又促進(jìn)了淺層FASTEM法的發(fā)展?？偟膩砜?，目前國內(nèi)已比較完整地建立了TEM法的一維反演及方法技術(shù)理論，并自行研制了一些功率較小的儀器，主要有：長沙智通新技術(shù)研究所研制的SD-1型和SD-2型瞬變電磁儀、原地礦部物化探研究所的WD-C2型系統(tǒng)、西安物探研究所研制的EMRS-2型系統(tǒng)以及北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院研制的TEMS-S3型瞬變電磁儀等。但無論從方法理論研究還是儀器研制均落后于世界先進(jìn)水平，特別是在儀器研制方面，除少數(shù)有所獨創(chuàng)外，大多是在國外儀器

8、基礎(chǔ)上的開發(fā)改進(jìn)，一流的大功率多功能瞬變電磁法儀器目前仍然依賴進(jìn)口。3 瞬變電磁法的發(fā)展現(xiàn)狀3.1 瞬變電磁儀器發(fā)展現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近十幾年來，瞬變電磁儀經(jīng)過五次改進(jìn)更型。性能穩(wěn)定、實用可靠的商品化瞬變電磁儀器始于70年代初期，最先推出商品儀器的為加拿大CRONE地球物理公司，目前國內(nèi)外商品化儀器大約有十幾種。加拿大CRONE地球物理公司的DigitalPEM系統(tǒng)，匹配2.4 kW和4.8 kW二種發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射電流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls、1500Ls五種，發(fā)射線圈為任何狀態(tài)、任何大地耦合條件下，發(fā)射機(jī)都可自動調(diào)整發(fā)射電流下降

9、沿時間保持不變，接收傳感器為棒狀探頭，探頭腳架為可調(diào)式支架，能方便地調(diào)節(jié)探頭地狀態(tài)以滿足測量三分量的要求，工作裝置主要為中心回線、定源大回線和偶極偶極。配有地井TEM系統(tǒng)，井中三分量探頭為分體式，即垂直分量和水平分量為二個探頭，野外工作時每一激發(fā)回線狀態(tài)下，分別測量垂直分量和水平分量，這樣相對降低了工作效率，但大大增加了安全性，由于分體式比整體式三分量探頭長度短得多，因此減小了卡探頭的幾率。加拿大GEONIC公司的EM系列，接收機(jī)型號為PROTEM，可與EM47、EM57、EM67發(fā)射機(jī)配套形成小、中、大功率TEM系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)自測電流下降沿時間，接收機(jī)依據(jù)發(fā)射機(jī)的自測值置入電流下降沿時間，以確

10、定采樣延遲時間的零時刻，單分量低頻接收線圈為直徑100 cm空芯線圈，單分量750Hz高頻接收線圈為直徑70 m空芯線圈，三分量探頭尺寸為707030 cm，相對國內(nèi)外其它品牌的瞬變電磁儀器而言，主要有三方面特色：可同時進(jìn)行三分量數(shù)據(jù)采集；采用積分器采樣，各采樣道均為獨立的積分器，信噪比較高；EM47發(fā)射機(jī)：在40m40m線圈的條件下，發(fā)射電流下降沿時間為2.5Ls。TDEM47系統(tǒng)是瞬變電磁法用于工程勘查的最佳儀器。三分量井中探頭為一體探頭。在國外使用的主要裝置為定源大回線，同樣也適用于中心回線裝置。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究院的SIROTEM-0型瞬變電磁儀，為中功率儀器，接收探頭為5050

11、50 cm的立方體，該儀器除可用于中心回線、定源大回線裝置外，還可用于重疊回線裝置。目前該類型的儀器已停產(chǎn)。加拿大多倫多大學(xué)的UTEM系統(tǒng)，發(fā)射電流波形為連續(xù)三角波，測量輸出的參數(shù)為感應(yīng)電動勢二次場與一次場的比值，目前測量結(jié)果還無法轉(zhuǎn)換成電阻率參數(shù)，該系統(tǒng)主要用定源大回線裝置進(jìn)行工作。配有三分量地-井TEM系統(tǒng)。加拿大鳳凰公司的V8多功能電法儀，專門配套了用于TEM功能型號為T-4發(fā)射機(jī)，用電池組提供發(fā)射機(jī)電源，發(fā)射電流下降沿時間最短為6Ls，接收探頭有二種型號，中頻探頭MTEM-AL，采樣延時段20Ls800 ms，高頻探頭FTEM-AL，采樣延時段6Ls8 ms，二種探頭均為空芯線圈，該系

12、統(tǒng)可用于淺層工程地質(zhì)勘查。美國ZONGE公司的GDP-32多功能電法儀，原系統(tǒng)中TEM常規(guī)數(shù)據(jù)采集方式的采樣率為30.4Ls，配套的接收探頭為頻帶8kHz，有效接收面積為10000m2，除此還配有NT-20型快速關(guān)斷電流的小功率發(fā)射機(jī)和電池組供電的ZT-30型TEM發(fā)射機(jī)，新型的GDP-32接收機(jī)具有密集采樣功能，采樣率最高可達(dá)1.25Ls，等間隔密集采樣最多可達(dá)2048個。該系統(tǒng)雖然配有快速關(guān)斷電流的小功率發(fā)射機(jī)，但缺少配套的高頻接收探頭。國外的瞬變電磁儀器主要有上述六種，相對功能較為完善、性能穩(wěn)定可靠的是PEM型和EM系列，這二種型號的儀器為專一的瞬變電磁法儀器，都有三十年左右的歷史，經(jīng)逐

13、步改進(jìn)完善，發(fā)展到目前真正實用型的儀器。其它類型的TEM儀器都存在一定的缺陷，主要是發(fā)射電流下降沿時間未知，原因是在進(jìn)行動源裝置測量時，隨大地與發(fā)射回線的耦合關(guān)系不同、回線形狀變化，發(fā)射電流下降沿時間隨之改變，而發(fā)射機(jī)不能自動調(diào)整下降沿時間保持不變或逐測點讀取下降沿時間，另外有些系統(tǒng)沒有配套的接收探頭。國內(nèi)的瞬變電磁儀器，近年來由于市場的需求，多家大專院校、研究所和儀器生產(chǎn)廠家進(jìn)行研制，目前勘查中或多或少在應(yīng)用的有六、七種類型之多。地球物理地球化學(xué)勘查研究所生產(chǎn)的IG-GETEM-20瞬變電磁儀，發(fā)射機(jī)的性能類似PEM系統(tǒng)，中功率發(fā)射機(jī)發(fā)射電流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls

14、、1000Ls四種，小功率發(fā)射機(jī)可自測發(fā)射電流下降沿時間，采樣率4Ls，采樣窗口包括每個延遲時間級次10、14、20、30個采樣道四種模式，目前該型號儀器為國內(nèi)瞬變電磁儀中功能較完善、性能較穩(wěn)定可靠的儀器。上世紀(jì)末長沙智通技術(shù)研究所的SD-50系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能類似澳大利亞的SIROTEM型瞬變電磁儀，電源為電池組，主要工作裝置為重疊回線方式，發(fā)射電流基頻25Hz、6.25Hz、2.5Hz三種。相對國內(nèi)瞬變電磁儀而言，該類型儀器是性能較穩(wěn)定的儀器，在有色系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛。主要缺陷是為了防止大地與回線耦合關(guān)系和回線的尺寸、形狀發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)射電流波形振蕩，采用了較小的阻尼電阻，使裝置的固有過渡

15、過程較大，反映在解釋結(jié)果的表征是計算的視電阻率在幾歐姆米至幾十歐姆米范圍內(nèi)，比其它電法的結(jié)果至少低一個數(shù)量級。在此基礎(chǔ)上，長沙白云儀器開發(fā)有限公司研制出了MSD-1型瞬變電磁儀，發(fā)射電流基頻率225 Hz、75Hz、25Hz、8.3Hz、2.5 Hz、0.83 Hz、0.25 Hz，最大發(fā)射電流20 A，記錄（時窗）時間范圍0.008 ms864ms，最大輸出電壓48 V。吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院的ATEM型瞬變電磁儀，該儀器的特點：感應(yīng)段和過渡段全時域密集采樣，儀器自身未進(jìn)行窗口疊加處理，輸出結(jié)果為等間隔單采樣點的數(shù)據(jù)序列；最大發(fā)射電流可達(dá)80 A。重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的TEMII型瞬變

16、電磁儀，為吉林大學(xué)ATEM型瞬變電磁儀的成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WTEM瞬變電磁儀，2006年上半年剛研發(fā)成功，主要技術(shù)指標(biāo)為：最大輸出電壓200 V，最大輸出電流50 A，發(fā)射電流基頻0.0625 Hz、0.125 Hz、0.25 Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz、4Hz、8 Hz、16 Hz、32 Hz，同步方式電纜、石英鐘、GPS三種。WTEM-1Q型小功率系統(tǒng)，接收發(fā)射一體機(jī)，用于淺部工程勘查。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的CUGTEM-4型和CUGTEM-GK1型瞬變電磁儀，是以單脈沖激發(fā)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，可進(jìn)行幾次疊加，CUGTEM-4型最大的輸出電流200 A，CUGT

17、EM-GK1型最大的輸出電流30 A，GPS同步方式，采樣率1Ls、4Ls、16Ls三種模式，發(fā)射電流基頻225 Hz、75Hz、25Hz、12.5Hz、6.25Hz。西安物化探研究所的EMRS-2型瞬變電磁儀和中國有色金屬工業(yè)總公司北京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所的TEMS-3瞬變電磁儀均為單脈沖激發(fā)方式，可發(fā)射幾百安培的電流，EMRS-2型瞬變電磁儀主要采用裝置組合是小線圈中心回線方式，TEMS-3型瞬變電磁儀主要采用裝置組合是重疊回線方式。單脈沖型在60年代前蘇聯(lián)曾試用過，目前國外再未使用。單脈沖型一般脈沖電流很大，最高達(dá)幾百安培，但無法采用瞬變電磁技術(shù)中普遍采用的多次疊加技術(shù)來壓低干擾，所謂的大電流

18、實際起到補(bǔ)充無疊加技術(shù)之不足。此類型發(fā)射的大電流是靠電容放電得到，其結(jié)果是電流波型，一般情況下不理想，由此導(dǎo)致的裝置固有過渡過程較長，由于發(fā)射電流較大，需要接收機(jī)有非常大動態(tài)范圍，否則早期信號經(jīng)常會處于飽和狀態(tài)被限幅。由于難以采用多次疊加技術(shù)，一般情況下晚期響應(yīng)信噪比較低。國內(nèi)瞬變電磁儀存在的主要缺陷：至今未研制出適用于復(fù)雜環(huán)境條件下的高精度石英鐘同步系統(tǒng)，大多數(shù)儀器的同步方式為電纜，只能用重疊回線工作裝置，在大多數(shù)地質(zhì)環(huán)境條件下，重疊回線裝置的固有過渡過程較長，使得獲取的電性斷面顯示較低的電阻率，尤其是深部，計算的電阻率比實際情況低幾十倍，甚至幾百倍；缺少配套的、性能穩(wěn)定、頻率特性滿足TEM

19、方法要求的感應(yīng)探頭；穩(wěn)定性差。3.2 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理和解釋方法的現(xiàn)狀在瞬變電磁解釋技術(shù)方面，一維反演和二維電阻率成像是較成熟、實用的方法，仍是目前瞬變電磁資料的主要常用解釋手段。二維或三維瞬變電磁反演解釋技術(shù)方面仍處于探索研究階段，離真正實用階段有相當(dāng)大的距離。瞬變電磁的二維正演上世紀(jì)80年就有相關(guān)報道，由于純二維問題，在瞬變電磁法中激發(fā)源為單條或二條無限長直導(dǎo)線，因此不具有世紀(jì)意義。三維正演較為完善，采用積分方程、有限源和有限差分算法都已實現(xiàn)。二維或三維瞬變電磁正、反演存在的主要技術(shù)問題，是正演計算量過大。二、三維的正、反演算法，自90年代初中期以來，有基于積分方程正演算法的各種非線性和局

20、部非線性反演算法，以及基于波場轉(zhuǎn)換理論的各種偏移成像技術(shù)。這二類反演算法的優(yōu)點是計算量少、反演速度快。由于積分方程正演算法僅適用于個別形體的正演，相應(yīng)的反演結(jié)果也只能是反映個別異常體的圖像。時間域電磁數(shù)據(jù)的波場變換，以及類似于地震偏移層析成像的時間域逆時偏移層析成像技術(shù)都有較大發(fā)展。但各種偏移成像技術(shù)在反演過程中必須通過其它方法確定背景區(qū)電阻率，因而，反演結(jié)果也只能給出主要目標(biāo)體的圖像。美國洛淪茲貝克利國家實驗室的謝干權(quán)博士于1997年提出的GOLD（global integral and localdifferential parallel decomposition）的新算法，使得反演的速

21、度大大提高。目前在國內(nèi)，直接在時間域分析二維、三維瞬變電磁場的研究工作和相關(guān)的文獻(xiàn)并不多見。中國地質(zhì)大學(xué)（北京）吳廣耀老師在Wang等人的基礎(chǔ)上成功開發(fā)和研制了三維時域瞬變電磁場數(shù)值模擬計算。王華軍等（2003）應(yīng)用有限元法導(dǎo)出了中心回線裝置瞬變電磁法2.5維二次場（純異常）算法；陳明生等（2001）直接從時間域出發(fā)，應(yīng)用時域有限差分法（FDTD）研究了二維地質(zhì)體的瞬變電磁響應(yīng)特征；李貅等（2001）中心回線裝置的擬地震解釋方法；楊長福等（2001）根據(jù)煙圈理論，導(dǎo)出三維瞬變電磁近似反演方法。近十年來國際上研制出了一些TEM數(shù)據(jù)處理和解釋軟件。一般以二種方式存在：軟件與自身的電法儀器配套使用，

22、主要功能是一般的常規(guī)數(shù)據(jù)處理和一維解釋；比較通用的數(shù)據(jù)處理與資料解釋軟件系統(tǒng)，比較有代表性的有美國Interpex公司的IX1D v3電法數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括直流電法、瞬變電磁法、大地電磁法、頻譜激電和相位激電，但其處理僅限于一維模型；澳大利亞Encom公司推出的EMvisIon瞬變電磁法軟件，主要功能為層狀介質(zhì)模擬、復(fù)合板狀模型模擬、塊狀模型模擬，具體包括導(dǎo)電半空間中的球體的正演、層狀介質(zhì)的正、反演、二層大地中復(fù)合板體的正演、層狀大地中塊體模型的正演模擬。EMIGMA7V.8為綜合物探資料解釋工作站，瞬變電磁法的軟件功能包括數(shù)字濾波、階躍響應(yīng)校正、視電阻率和視深度計算、三維正演、一維反演

23、、電導(dǎo)率深度成像。中科院地質(zhì)與地球物理所開發(fā)的TEMINT基于一維反演的電阻率成像軟件。吉林大學(xué)地探學(xué)院開發(fā)的/GeoElectro電法數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)0，功能為常規(guī)數(shù)據(jù)處理和一維反演。中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所的2.0版本的電法工作站，瞬變電磁的功能包括一維正反演、二維電磁偏移成像、基于煙圈理論的電阻率成像。3.3 瞬變電磁法實際應(yīng)用領(lǐng)域3.3.1 地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用瞬變電磁法一直都是尋找金屬礦產(chǎn)的重要手段。張林用小回線瞬變電磁測深勘查鋁土礦作了試驗，張曉永應(yīng)用瞬變電磁法預(yù)測研究中深部鋁土礦，陳貴生探討瞬變電磁法在金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用效果及存在問題，葉敏生等研究用瞬變電磁法勘查內(nèi)蒙

24、古元山子鎳礦，金中國用瞬變電磁法勘查黔西北貓貓廠鉛鋅礦等。賀建國等用瞬變電磁測深進(jìn)行區(qū)調(diào)評價砂巖型鈾礦區(qū)，認(rèn)為通過瞬變電磁測深資料的研究，有利于判斷地下水動力條件及鈾礦化的成礦有利區(qū)，同時大范圍的電磁測深工作有利于區(qū)調(diào)選區(qū)工作的進(jìn)行，可達(dá)到縮小靶區(qū)、提供鉆探設(shè)計依據(jù)的目的；方根顯等在古河道砂巖型鈾礦探測一文中通過電性的橫向變化判斷古河道位置取得了一定的效果；趙希剛等在紅柳園地區(qū)鈾礦勘查一文中查明了找礦目的層的地層結(jié)構(gòu)、埋深、厚度及空間展布特征，解釋了斷裂構(gòu)造。3.3.2 石油行業(yè)中的應(yīng)用在石油行業(yè)中，地震勘探是其他物探方法不可以取代的。但在地震勘探難以解決的地方，如在碳酸巖等覆蓋地區(qū)，地震波向

25、下傳播困難，電磁法勘探可能達(dá)到意想不到的效果，然而目前大多停留在理論研究階段。張勝業(yè)等通過設(shè)計水合物的模型，編寫程序來計算瞬變響應(yīng)，結(jié)果表明海洋勘探天然氣水合物的方法是可行的。吳克峰等采用基于張量格林函數(shù)的體積分方程進(jìn)行四維模型瞬變電磁響應(yīng)的正演研究，首先論述了四維瞬變電磁法模擬的可行性及程序?qū)崿F(xiàn)，然后分別設(shè)計了兩個三維異常體模型（水藏、油藏），采用兩種觀測方式（激發(fā)與接收平行、激發(fā)與接收垂直）進(jìn)行正演模擬計算，并對所得的二次總場的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。趙峰等在準(zhǔn)噶爾盆地南緣采用瞬變電磁法通過連續(xù)觀測，獲得地震勘探區(qū)地表及近地表結(jié)構(gòu)的電性剖面，利用巖性與電性的關(guān)系，建立地表及近地表的地質(zhì)模型。在此基

26、礎(chǔ)上，有目的地部署地震微測井或小折射控制點以獲取相應(yīng)的深度、速度數(shù)據(jù)，從而建立地表及近地表速度-深度模型，可以求取準(zhǔn)確的靜校正量。這種以表層地質(zhì)模型為基礎(chǔ)建立的地球物理速度-深度模型，其靜校正量的求取具有唯一性。唐新功等采用基于張量格林函數(shù)的體積分方程對層狀地層中一個油藏的動態(tài)變化過程進(jìn)行瞬變電磁響應(yīng)的正演模擬。首先在頻率域內(nèi)計算電磁分量的頻率域響應(yīng)，然后利用快速數(shù)字濾波技術(shù)將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換到時間域。模型計算結(jié)果表明，當(dāng)油藏厚度逐漸變薄時，在電場和磁場二次場分量圖形上可以得到清晰的反映，這表明用瞬變電磁法對油藏進(jìn)行動態(tài)檢測是可行的。黃力軍等以在江蘇油田的應(yīng)用為例，介紹了電性源瞬變電磁法在油氣田上

27、的應(yīng)用效果。3.3.3 煤礦行業(yè)中的應(yīng)用瞬變電磁法在煤礦行業(yè)中應(yīng)用相對較多，較之其他行業(yè)，無論是理論研究還是實際應(yīng)用都走在最前面。應(yīng)用于尋找煤礦采空區(qū)、煤礦巷道掘進(jìn)頭的連續(xù)跟蹤超前探測、探測煤層水、防治煤層水等?？梢哉f瞬變電磁法是保障煤礦安全的一種手段，對減少煤礦安全事故有積極作用。在這個方面，中國礦業(yè)大學(xué)一直走在前面，并形成了完整的理論體系。在采空區(qū)探測的應(yīng)用方面，李金花通過采用地震和瞬變電磁法（美國的GDP32-型電法工作站）探測煤礦采空區(qū)，為煤礦集團(tuán)廠房提供選址依據(jù)；成劍文等采用ATEM-II瞬變電磁儀成功探測出位于懷仁縣西北部中低山區(qū)的王卞莊的煤礦采空區(qū)；張開元等等采用加拿大PROTE

28、M 67D瞬變電磁勘探系統(tǒng)探測山東新汶某煤礦西邊界老窯采空區(qū)和河北某鎮(zhèn)采空區(qū)，都取得了很好的效果。煤田水防治與勘探是瞬變電磁法的重要應(yīng)用方面。例如：山東省七五煤礦的傅佩河，新光集團(tuán)有限公司昭陽煤礦的倪良高，皖北煤電集團(tuán)有限公司祁東煤礦地測科的易德禮，安徽煤田地質(zhì)局物探測量隊的吳有信，河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊的張運霞、周韜、周建雄，中國礦業(yè)大學(xué)的劉樹才，中國地質(zhì)大學(xué)的劉金濤，中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所的黃力軍等，都抓住了瞬變電磁法對低阻目標(biāo)體敏感的特征開展工作，在煤層水、頂板水防治，煤礦采區(qū)水文勘探方面取得了較好的效果。在超前探測方面，即解決構(gòu)造破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)、巖溶、陷落柱等

29、富水區(qū)（體）的水問題。郭純等在掘進(jìn)巷道50 m以后進(jìn)行一次跟蹤探測，表明采用該技術(shù)可有效地預(yù)測煤礦巷道掘進(jìn)頭前方3050 m范圍的富水異常；長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪工程學(xué)院的李貅，河北省煤田地質(zhì)局第二水文地質(zhì)隊的張紀(jì)勛、范志平，平煤集團(tuán)天安香山礦的麻新堂等也從事了這方面的工作。王惠亮應(yīng)用瞬變電磁法探測煤層風(fēng)氧化帶有創(chuàng)新性。由于煤層被風(fēng)氧化后，煤層的含水性、膠結(jié)性等變化很大，總體導(dǎo)電能力下降，煤層變?yōu)楦咦梵w，因此在多測道電壓剖面曲線圖上，風(fēng)氧化帶相對于正常煤層表現(xiàn)為低電壓。3.3.4 工程物探中的應(yīng)用瞬變電磁法在工程物探的應(yīng)用方面較多，涉及面廣，包括公路、鐵路、水利、碼頭、城市建設(shè)。主要探測工程地

30、質(zhì)中的不良地質(zhì)體（溶洞、空洞、地裂隙、地下采空區(qū)、斷層、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查），在隧道建設(shè)中用于探測頂板水或者對隧道掘進(jìn)方向進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并根據(jù)瞬變電磁法對低阻敏感的特性進(jìn)行工程質(zhì)量檢測。在解決工程地質(zhì)問題方面，西安交通大學(xué)的薛國強(qiáng)從事瞬變電磁法研究多年，瞬變電磁法探測公路隧道工程中的不良地質(zhì)構(gòu)造的測量結(jié)果給公路設(shè)計提供重要的參考，也為應(yīng)用瞬變電磁法在不良地質(zhì)體及在地形復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察積累了經(jīng)驗；在公路地質(zhì)勘察中采用了有效的觀測裝置，結(jié)合二維地電模型正演計算結(jié)果，對資料做出解釋，查明了地下溶洞的賦存狀態(tài)，探測成果得到了鉆孔資料的驗證；對灰?guī)r溶洞采用大回線源瞬變電磁法在指定場地進(jìn)行了探測，并

31、采用線性數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行正演模擬，用改進(jìn)的阻尼最小二乘可行方向法對資料進(jìn)行反演計算，查出地下灰?guī)r溶洞的賦存位置。其他學(xué)者也從事了這方面的工作，像郭文波、朱正國、陳清禮、嵇艷鞠、龔惠民等。工程物探超前預(yù)測的基本原理與煤礦相同，王亞瓊、李貅等做了實際工作，也取得了良好的應(yīng)用效果。工程質(zhì)量檢測是一個比較新的應(yīng)用領(lǐng)域，黃桂柏通過試驗表明在沒有雜散電流干擾的較理想情況下，瞬變電磁法對埋地鋼質(zhì)管道腐蝕檢測結(jié)果與管體腐蝕的實際情況基本一致，對科學(xué)地指導(dǎo)油田埋地管道大修具有重要意義。高永才對瞬變電磁法金屬管道腐蝕檢測模型進(jìn)行了理論分析，董延朋采用瞬變電磁法對地下隱蔽工程質(zhì)量檢測取得了良好的效果，徐善杰利用瞬變

32、電磁法檢測樁基礎(chǔ)鋼筋籠長度等開辟了應(yīng)用新領(lǐng)域。4 瞬變電磁法實際應(yīng)用中需要注意的問題（1）根據(jù)目的不同，選擇合適的瞬變電磁方法。根據(jù)瞬變電磁研究的對象和理論側(cè)重點的不同可分為2類：第一類依據(jù)“煙圈”擴(kuò)散理論，主要研究地殼結(jié)構(gòu)、斷層深部形態(tài)，并用于找水等工作，進(jìn)一步又可分為大地電磁法、音頻大地電磁法、可控源音頻大地電磁測深法；第二類依據(jù)瞬變電磁感應(yīng)原理，主要研究局部導(dǎo)電體，并主要用于礦床勘查中，也就是通常所說的時間域電磁法。根據(jù)研究對象的不同，有針對性地選擇方法，從而達(dá)到地質(zhì)目的。（2）瞬變電磁法適用于含良導(dǎo)體的金、銅、鎳、鉛、鋅礦床。瞬變電磁法所發(fā)現(xiàn)的礦床中幾乎無一例外地具有較高的硫化物含量。

33、前人的成功實例中以鎳礦和銅、鉛、鋅礦為主。（3）根據(jù)工作區(qū)的面積及勘查工作階段，選用合適的載體系統(tǒng)。目前，瞬變電磁法根據(jù)使用的系統(tǒng)載體的不同，可分為航空瞬變電磁系統(tǒng)、半航空瞬變電磁系統(tǒng)、地面瞬變電磁系統(tǒng)和井下瞬變電磁系統(tǒng) 4 類，并各有其優(yōu)點。根據(jù)工作的不同階段合理選擇系統(tǒng)載體對取得好的找礦效果尤為重要。如在預(yù)查階段，一般需要利用大面積的地球物理工作來尋找可能的普查靶區(qū)，這時選擇航空瞬變電磁系統(tǒng)，能以低成本快速完成靶區(qū)的篩選。在選擇航空瞬變電磁系統(tǒng)后，還可進(jìn)一步根據(jù)普查面積和海拔因素來選擇固定翼航空瞬變電磁系統(tǒng)或直升機(jī)航空瞬變電磁系統(tǒng)。在普查和詳查工作階段，在地勢平坦的地帶，可直接實施地面瞬變

34、電磁剖面工作；而在測量條件較為復(fù)雜的地區(qū)，如地勢起伏的山區(qū)等，為提高效率，并獲得較航空瞬變電磁系統(tǒng)更高的信噪比和更好的空間分辨率，應(yīng)選擇半航空瞬變電磁系統(tǒng)；在地質(zhì)復(fù)雜地帶，礦體變化較大，如在第 III 勘探類型金屬礦床勘查工作中，為防止漏礦并尋找深部礦體，使用地井瞬變電磁法，可有效地探測直徑 200 300 m范圍內(nèi)的良導(dǎo)體。另外，在地面瞬變電磁測量中，根據(jù)探測深度的不同，合理選取線框大小。（4） 選擇合適的儀器。（5） 所有的物探方法都是為地質(zhì)工作服務(wù)的，只有立足于地質(zhì)資料，不盲從、不盲信，具體問題具體分析，根據(jù)勘查對象的特點選擇合適的地球物理方法、網(wǎng)度，在地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上對物探工作取得的資料進(jìn)行合理解釋，并進(jìn)一步有針對性地尋找判定有效異常的辦法，才能取得瞬變電磁方法實際應(yīng)用的成功。5 瞬變電磁法發(fā)展趨勢（1）理論研究方面：研究高分辨率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；研究三維精細(xì)解釋方法，發(fā)展對地下目標(biāo)體的3D反演；以可視化技術(shù)為主體的計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用；研究三分量技術(shù)；研究多孔徑瞬變電磁探測理論。發(fā)展成像技術(shù)及瞬變電磁測深資料與其它勘探資料的聯(lián)合反演。瞬變電磁法的激電效應(yīng)特征研究。（2）研究弱信號技術(shù)：包括瞬變電磁早期信號的研究和晚期信號研究。瞬變電磁發(fā)射線圈和接收線圈之間存在互感，以及它們自身都有自感，其等效回路相當(dāng)于RLC電路，自感信號與電磁響