瞬变电磁法及大地电磁法资料下载.pdf

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（）=（）可见感应电动势，即一次磁场的大小与发射线圈面积（NS），发射电流I大小及其在关断时间内的变化率有关（公式1）。

但发射电流I的实际关断过程如图1c所示：

在开始关断时（）值很大，然后变缓，最后I=0，toff为关断时间。

但由于发射回路中的自我震荡过程，发射电流I在关断时间toff之后仍需一段极短时间才能最终归零。

为了避免振荡过程所产生的一次场对瞬变场观测的影响，测点要离开发射线圈边框一定距离。

一次场向扩散过程中，当遇到导电介质时（例如矿体、矿化带，水体、含水层，高导蚀变带等等），便在其中产生随时间变化的二次磁场或涡流，即瞬变场图1e。

瞬变场的大小及衰减过程除与激发场，即一次磁场大小有关外，主要与导电介质的电导率值、大小以及埋深等电性参数有关，还与一次磁场与导电介质的耦合程度有关，如图1f。

可见，一次场（激发场）和二次场（也叫涡流场或瞬变场）都是在关断过程中产生的。

关断完成后，一次场消失，二次场开始衰减，瞬变电磁法就是观测并记录二次场的大小和衰减过程，进而反演地下电性结构和电性异常体的分布，并对它们进行地质解释，达到找矿、找谁等目的。

010-82920623/0624图图1瞬变场形成过程瞬变场形成过程及观测及观测22.地地地地下下下下导导导导体体体体与与与与初初初初始始始始磁磁磁磁场场场场的的的的耦耦耦耦合合合合在发射电流关断过程中产生初始变化磁场，即一次场。

一次场在地下介质中产生感应电流，即涡流，也是我们要观测的瞬变场。

瞬变场的大小与一次场和地下导电介质的耦合程度有关。

在水平层状介质情况下，如果一次场与地下导电介质垂直，则耦合程度最好，产生的感应电流最强（图2）。

在倾角较陡，有一定走向长度的导电介质情况下（矿体经常是这种情况）,如果发射线圈直接位于矿体之上，则一次场与矿体走向平行，耦合程度最弱，产生的感应电流、即瞬变场最弱。

若矿体位于发射线之外，则一次场近于与矿体走向垂直，耦合程度较佳，产生的瞬变电磁场变强（图3）。

t（ms）（）=（）烟圈涡流t（ms）abd（电流电流II实际衰减过程实际衰减过程）cft（ms）关断时间toff一次场一次场Itoff振荡二次场二次场eI北京欧华联科技有限责任公司网站：

010-82920623/0624图图2图图3现对一矿体模型与一次场的耦合关系做一定量模型研究：

采用大定源观测装置，发射线圈边长1200mX1200m（OE-1200E），发射电流10A。

矿体模型是：

走向长度600m宽400m高400m矿体到地表深600m，倾角75，向西倾图4中上图表示矿体顶边界位于测线中心600E处，即直接位于发射线圈中心的下方，图4下图是其瞬变响应，图中左侧数字0.1和.05是瞬变强度标尺（nv/m2），右侧X和Z是瞬变的水平分量和垂直分量，数值11，15和16，20表示观测门数，图上方的数字OE，1200E，2000E是剖面位置。

010-82920623/0624从图4中下图可见矿体顶边界直接位于发射线圈中心的下方时，最大的瞬变响应仅仅0.1nv/m2,是非常小的，原因是矿体倾角大（75），在发射线圈中心位置下方，一次场呈垂直分布，与矿体走向近于平行，因此耦合程度很弱。

图4中的最大瞬变响应=0.1nv/m2，它是接收线圈的单位面积（m2）所产生的瞬变场强度。

图图44图5中上图表示矿体右边界位于测线1200E处，即直接位于发射线圈单边的正下方，此处是一次场最强的地方，也是一次场方向从发射线圈中心处的垂直分布向外侧逐渐变缓的地方，所以耦合程度略好。

此处的最大瞬变响应为0.3nv/m2（图5下图），比图4中的最大瞬变响应大3倍。

010-82920623/0624图图55图6中上图表示矿体右边界位于测线1800E处，即位于发射线圈之外600m远，此处最大的瞬变电磁响应为0.26nv/m2，略小于图5中的情况。

这是因为在发射线圈之外的一次场强度比图5中的弱，但一次场变得更平缓了，因此一次场与矿体的耦合关系变强。

由于金属矿体通常倾角比较陡，因此用大定源发射装置探测时，发射线圈不能直接位于矿体之上，最好位于矿体外侧，测线要从发射线圈内部延伸至发射线圈外部。

此外，我们从图4，图5和图6的瞬变响应曲线可见，X分量的最大值出现在矿体的边缘上。

010-82920623/0624图图66三三三三、瞬瞬瞬瞬变变变变电电电电磁磁磁磁法法法法勘勘勘勘探探探探深深深深度度度度瞬变电磁法勘探深度H的近似表达式为：

=0.51/5

（2）式中M是发射线圈磁距，=，I是发射电流值（A），S是发射线圈有效面积（m2）；

是测点下方至勘探深度H的电阻率值（Ohm-m）；

在新生界覆盖的平原区10-20Ohm-m，在基岩出露的山区=100-1000Ohm-m；

RmN是瞬变电磁仪可分辨的最小信号电平，它与接收机的输入噪声和测点附近的电磁背景噪声之和有关，对于PROTEM数字接收机而言可认为RmN=210-6V，即2。

从上式可见勘探深度H与1/5成正比，与1/5成反比，也即当M或增加2倍时，勘探深度H增加15%；

当M或增加4倍时，H增加32%；

同样，当RmN降低2倍时，勘探深度H增加15%，RmN降低4倍时，H增加32%。

可见勘探深度H与M或或RmN的依赖关系是较弱的，但为了增加勘探深度也只能加大发射线圈的有效面积S或发射电流I，即加大发射线圈磁矩。

然而，当发射电流I过大时，关断时间toff显著加大，于是一次场强（）=显著降低，盲区明显加大。

010-82920623/0624现将PROTEM瞬变电磁仪的近似勘探深度H列表如下：

最大发射电流发射线圈尺寸测点下方至勘探深度H的电阻率值20Ohm-m100Ohm-m1000Ohm-m15A8匝30mX30mS=7200m2H=170mH=230mH=360m15A单匝100m100mS=10000m2H=180mH=250mH=390m15A单匝500m500mS=250000m2H=340mH=470mH=750m15A单匝1000m1000mS=1000000m2H=450mH=620mH=990m四四四四、观观观观测测测测装装装装置置置置瞬变电磁法的观测装置是指发射线圈与接收线圈的分布关系。

发射线圈用Tx表示，a和b代表发射线圈两个边长，接收线圈用Rx表示。

瞬变电磁法一般有四种观测装置，图7：

图图7瞬变电磁法野外观测装置瞬变电磁法野外观测装置1.重叠回线装置重叠回线装置：

发射线圈Tx和接收线圈Rx相互重叠或共用，在观测过程中同步移动，优点是简便，缺点是互感大，关断时间长，盲区大，勘探深度浅。

2.中心回线装置中心回线装置：

接收线圈Rx位于发射线圈Tx中心，两者同时移动。

优点是接收的瞬变场强大，瞬变曲线简单，缺点是勘探深度浅，因为发射线圈Tx要随时移动，所以尺寸不能北京欧华联科技有限责任公司网站：

010-82920623/0624大，因而发射线圈磁距M也大不了。

3.3.偶极发射装置偶极发射装置：

接收线圈位于发射线圈之外约10m左右，以避免发射回路振荡过程所产生的一次场影响。

发射线圈和接收线圈同时移动，优缺点与中心回线类似。

如果发射线圈Tx做成多匝，可提高勘探深度。

例如如果发射线圈尺寸为2m2m，64匝，则发射线圈面积S=（2m2m）64=256m2，若发射电流I=10A，则发射磁距M=256m210A=2560Am2，若地下电阻率=100Ohm-m，则勘探深度：

=0.515=0.52560100210615110若=1000Ohm-m，则勘探深度H=175m。

如果发射线圈边长30m30m，8匝，发射电流20A，地下电阻率1000Ohm-m，则勘探深度H=390m。

在煤矿井下瞬变电磁法探测储水构造时，均采用这种观测装置。

4.4.大定源回线装置大定源回线装置：

该装置的发射线圈Tx边长可大到1000m-1200m，单匝，边长越大发射磁距越大，勘探深度也越大。

接收线圈Rx位于发射线圈之内和之外。

目前国内一般都在发射线圈Tx内部做观测，这不仅降低工作效率，在某些情况下也是不合适的。

观测点一般要离开发射线圈边框20m-40m，以避免发射回路振荡过程所产生的一次场影响。

小尺寸发射线圈分辨率高于大尺寸发射线圈。

为提高勘探效果可先用小尺寸发射线圈圈定目标体在浅层的分布，然后再用大尺寸发射线圈向深部追踪。

五五五五、瞬瞬瞬瞬变变变变场场场场的的的的反反反反演演演演1.在均匀半空间、垂直磁偶场源条件下，瞬变电磁场的表达式为：

在均匀半空间、垂直磁偶场源条件下，瞬变电磁场的表达式为：

瞬变电场切向分量（）=324瞬变磁场垂直分量（）=043瞬变场感应电动势（）=925式中M为发射线圈的磁距,=，I是发射电流，S为发射线圈面积；

为发射线圈中心到观测点的距离；

为均匀大地电阻率；

为接收线圈有效面积。

（3）（4）（5）北京欧华联科技有限责任公司网站：

010-82920623/0624，和（）是的函数，其表达式为:

=（）2（1+23）（22）（6）=1（192）（）2（22）（9+2）（7）=（）2（22）（1+23+49）（8）式中（）=20

（2）为概率积分；

=2,=220（9）t为瞬变场扩散时间，0=4107/为空气磁导率，为扩散参数，也叫时间常数。

=2107（10）令公式（9）中20=，则是在时间t时地下最大瞬变电场的所在深度，称之为扩散深度。

2.由瞬变电磁场计算视电阻率由瞬变电磁场计算视电阻率由公式（3）公式（9）可见，瞬变电磁场，与视电阻率和瞬变场扩散时间t有非常复杂的关系，很难根据公式（3）公式（9）解出的表达式。

但如果取极限条件，那么公式（3）公式（9）就变得简单、可解。

所谓极限条件就是：

/0/1）/0意味扩散参数=2107远远小于，也即扩散时间t非常小，所以也称为早期。

当/0时，1，1，于是公式

（1）等于：

（）=324（11）公式（7）等于：

（）=925（12）于是得到早期极限条件下的视电阻率表达式：

早=243（13）早=259（14）2）/意味扩散参数远远大于发射线圈中心到观测点的距离，所以也称为晚期。

当/时，北京欧华联科技有限责任公司网站：

010-82920623/0624（）=05/2403/25/2（15）（）=05/2203