瞬变电磁测深法.doc

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1、四）瞬变电磁测深法（水文地质工作手册）1、方法原理简介瞬变电磁测深法(简称TEMS)是一种时间域电磁法。基于电性差异，以阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间(断电后)，利用线圈或接地电极测量由地下介质产生的感应二次场（二次涡流场）随时间的变化，达到寻找目标地质体的地球物理勘探方法。其数学物理基础为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。一次脉冲信号。二次场信号表示为：(1)式中：为磁导率；M为发送线圈磁矩；q为接收线

2、圈等效面积；为地层电阻率；t为时间。从上式中可以看出，二次场信号与，成反比，当探测地下良导电地质体时。在往地面敷设的发送回线中通以一定的脉冲电流。使回线中间及周围一定区域内便会产生稳定的磁场(称一次场或激励场)，如果一次电流突然中断，则一次磁场随之消失，使处于该激励场中的良导电地质体内部由于磁通量的变化而产生感应电动势(据法拉第电磁感应定律)，感应电动势在良导电地质体中产生二次涡流，二次涡流又由于焦耳热消耗而不断衰减，其二次磁场也随之衰减(见图1)。由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，导电

3、性越好，二次场衰减越慢；导电性越差，二次场衰减越快。因此，通过研究二次场的衰减规律便可达到探测地下地质异常体的目的。图1TEM法工作原理示意图瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中由于传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。传播深度：（2）传播速度：（3）式中：t—传播时间；—介质电导率；—真空中的磁导率。由(2)式得：，(4)在中心回线下，时间与表层电阻率之间的关系可写为：(5)联

4、立(4)(5)式，可得中心回线装置估算极限探测深度H的公式为:(6)式中:I—发送电流；L—发送回线边长；—上覆电阻率；—最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数及观测时间段有关。一般为0.2～0.5nV/m2；Rm—最低限度的信噪比；N—噪声电压。瞬变电磁测深的最佳工作装置是中心回线装置，发送回线边长和发送电流可参照公式(6)合理确定。时窗范围t的确定，取决于测区内所要探测的目标物的规模及电性参数的变化范围，地电断面的类型及层参数，勘探深度等诸多因素，具体时窗范围应通过生产试验确定。由于瞬变

5、电磁测深是在一次场断电后测量二次场，不存在一次场源的干扰。此外，阶跃脉冲实际上是由各种高频谐波叠加产生的宽频带电磁波，与频率域电磁法相比瞬变电磁法具有以下优点：(1)断电后观测的二次场，可以进行近区观测，减少了旁侧影响，增强了电性分辨能力；(2)可采用加大功率的方法增强二次场信号，提高信噪比，增加勘探深度；(3)穿透高阻层的能力强；(4)采用人工源方法，随机干扰影响小；(5)采用重叠回线装置，可以避免地形影响；(6)线圈形态、方位要求相对不严格，测地工作简单、工效高；(7)测量磁场受静态位移的影响小；(

6、8)通过多次脉冲激发，场的重复观测叠加和空间域多次覆盖技术的应用，可以提高信噪比和观测精度。由于该方法具有探测深度大、对地层分辨能力高、受旁侧影响或体积效应小，以及工效高、成本低等特点，因而在寻找油气田、煤田、深部有色金属矿、地热田、地下水以及地质构造研究等方面取得了引人注目的成果。其解决的主要地质问题有一下几方面：a)金属矿产及某些非金属矿产勘查；b)地质构造研究；c)煤田、油气田以及地热田勘查；d)水文地质及工程地质勘查；e)寻找地下管线及地下人文遗迹。2、方法应用条件及注意事项确定瞬变电磁测深法的

7、地质任务或施工项目，在考虑勘查工作需要的前提下，首先要分析是否具有一定的地电条件，勘查目标与围岩之间是否存在明显的电性差异。对于方法的有效性分析，正演模拟法是论证方法有效性和开展野外试验工作的依据，正演所选取的地电断面类型及参数要以已知地段及不同工作区的实际断面为参考，一般可由正演模拟求得最佳工作装置及其尺寸。值得注意的是，凡属下列情况之一者，只宜列为试验项目:(1)寻找深部矿、难识别矿及间接寻找目标物等情况下，尚未进行瞬变电磁法试验工作，方法有效性尚不明确的新区。(2)外来电磁噪声干扰较严重，使用现有

8、仪器及观测方法的效果受到影响的地区。(3)探测目标与围岩之间的电性差异较小，或探测目标物的相对规模不大，埋深较大，不能肯定是否能测出目标物异常响应的地区。注意事项：(1)测区、测网和比例尺测区范围应根据工作任务和测区的地质矿产及以往物化探工作程度合理确定。并考虑以下因素:a)探测目标物的规模、埋深及与围岩的电性差异，应保证所得到的异常完整性及周围有一定范围的正常背景场；b)测区范围应尽可能包括已知区，不同年度的测区相衔接；c)大定源回线装置