瞬变电磁.doc

总分中国矿业大学（北京校区）研究生课程考试试卷考试科目： 工程与环境物探 考试时间： 2011-07-14 学 号： TSZ100203012Q 姓 名： 刘百祥 所属学院：地球科学与测绘工程学院 类别（硕士、博士、进修生）： 硕士 评分及评语（由阅卷人填写）：题 号评 分12345678910总 分评 语阅卷人签名： 任课教师签名：时间： 时间：瞬变电磁随着人类对矿产资源的需求迅速增加，有限的矿产资源与人类不断增长的需求之间的矛盾日益突出，使找矿工作重点逐渐转变为在隐伏区 矿区深部及矿区外围寻找隐伏矿和盲矿.瞬变电磁法是近年来电法勘探领域发展较快的一种重要方法，也是危机矿山接替资源找矿规划纲要（2004-2010）首位推荐的探测深部和隐伏矿的重要方法。 近年来，许多学者主要从地球物理工作者的角度出发对这一方法进行过介绍。然而在勘查过程中，方法的选择往往是由地质人员为主导，因此本文试图从矿床勘查专业工作者的角度对瞬变电磁法的原理 应用条件和对象 应用效果及需注意的问题做一些简要的介绍，以利于在勘查工作中获得较好的找矿效果。1、瞬变电磁法原理及发展瞬变电磁法，又称为时间域电磁法（TEM ），其通过不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流, 当回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场. 该磁场称为一次磁场（图 1A ）。一次磁场在周围传播过程中，如遇地下良导电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流. 由于导电地质体是非线性的，所以脉冲电流从峰值跃变到零，一次磁场立即消失，而涡流并不立即消失，有一个瞬变过程，这个过程的快慢与导体的电性参数（体积规模和埋深以及发射电流的形态和频率）有关地质体导电性愈好，涡流的热耗损愈小，瞬变过程愈长. 这种涡流瞬变过程，在空间形成相应的瞬变磁场（图 1C ），又称为二次磁场. 通过接收线圈测量二次场空间分布形态（图1B ），就可发现地下异常地质体的存在，并确定异常体的电性结构和空间分布形态。美国科学家 L.W.Blau 于 1933 年最先提出利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场.直到 20世纪5060 年代，前苏联科学家成功地完成了瞬变电磁法的一维正反演，建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法之后，瞬变电磁法才开始进入实用阶段，主要是将长偏移法在地热调查和地壳结构的调查中使用。60年代以后，当意识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时，该方法有了一个快速发展。随之，短偏移晚期近区等技术研究迅速发展起来.直到 20 世纪 7080 年代，短偏移法在美国等西方国家仍处于研究和试验阶段，未被广泛运用。随后一些专家对瞬变电磁法的一维正反演及方法技术进行了大量研究常规电法比较，目前瞬变电磁法具有如下的优势： 常规电法易受浅层低阻屏蔽，瞬变电磁法探测深度大，能轻易穿透厚大的低阻覆盖层； 理论上瞬变电磁法比直流电法分辨率高 1/3 次方； 瞬变电磁法采用密集采样方式（等算术），采样数据为千个至数百万个深度数据，大大提高了对勘查目的物空间位置及形态的控制能力。我国于上世纪 70 年代初开始研究TEM。长春地质学院、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属工业总公司矿产地质研究院和西安物化探研究院等单位先后研制了电磁系统，并进行了理论和方法技术研究，主要采用近区方式的中心回线法和重叠回线法进行工作，取得了一批有价值的研究成果及大量成功的实际应用实例。近几年，瞬变电磁法的理论与应用研究越来越活跃，已渗透至工程勘察领域。目前，在瞬变电磁的解释技术方面，国内外水平接近。 一维反演和二维电阻率成像是目前较成熟实用的方法，也仍是瞬变电磁资料的主要常用解释手段。二维或三维瞬变电磁反演解释技术处于探索研究的阶段，离真正的实用阶段有相当大的距离。2、瞬变电磁法的应用对象和应用条件（1）根据目的不同，选择合适的瞬变电磁方法. 根据瞬变电磁研究的对象和理论侧重点的不同可分为 2类：第一类依据“烟圈”扩散理论，主要研究地壳结构断层深部形态，并用于找水等工作，进一步又可分为大地电磁法、音频大地电磁法、可控源音频大地电磁测深法；第二类依据瞬变电磁感应原理，主要研究局部导电体，并主要用于矿床勘查中，也就是通常所说的时间域电磁法. 根据研究对象的不同，有针对性地选择方法，从而达到地质目的。（2）瞬变电磁法适用于含良导体的金、铜、镍、铅、锌矿床。瞬变电磁法所发现的矿床中几乎无一例外地具有较高的硫化物含量. 前人的成功实例中以镍矿和铜、铅、锌矿为主。（3）根据工作区的面积及勘查工作阶段，选用合适的载体系统. 目前，瞬变电磁法根据使用的系统载体的不同，可分为航空瞬变电磁系统、半航空瞬变电磁系统 地面瞬变电磁系统和井下瞬变电磁系统 4 类，并各有其优点. 根据工作的不同阶段合理选择系统载体对取得好的找矿效果尤为重要. 如在预查阶段，一般需要利用大面积的地球物理工作来寻找可能的普查靶区，这时选择航空瞬变电磁系统，能以低成本快速完成靶区的筛选. 在选择航空瞬变电磁系统后，还可进一步根据普查面积和海拔因素来选择固定翼航空瞬变电磁系统或直升机航空瞬变电磁系统。在普查和详查工作阶段，在地势平坦的地带，可直接实施地面瞬变电磁剖面工作；而在测量条件较为复杂的地区，如地势起伏的山区等，为提高效率，并获得较航空瞬变电磁系统更高的信噪比和更好的空间分辨率，应选择半航空瞬变电磁系统；在地质复杂地带，矿体变化较大，如在第 III勘探类型金属矿床勘查工作中，为防止漏矿并寻找深部矿体，使用地井瞬变电磁法，可有效地探测直径 200300m范围内的良导体。另外，在地面瞬变电磁测量中，根据探测深度的不同，合理选取线框大小。（4）选择合适的仪器.以地面瞬变电磁系统为例，目前，国内外商品化的仪器大约有十几种，如国外的澳大利亚 SIROTEM-III 型，加拿大 DiginalPEM系统EM系列，多伦多大学 ETM系统，凤凰公司 V8 多功能电法仪等及美国 GDP-32 多功能电法仪；国内有IG-GETEM-20 型，长沙SD-50 型，吉林大学ATEM-II型，重庆 WTEM型，中国地质大学（武汉）CUGTEM-4型 CUGTEM-GK1 型，西安物化探研究所EMRS-2型以及北京地质矿产研究所 TEMS-3 瞬变电磁仪等. 吕国印指出，与国外同类产品相比，国产仪器存在如下的主要缺陷：至今未研制出适用于复杂环境条件下的高精度石英钟同步系统，大多数仪器的同步方式为电缆，只能用重叠回线工作装置，在大多数地质环境条件下，重叠回线装置的固有过渡过程较长，使得获取的电性断面显示较低的电阻率，尤其是深部，计算的电阻率比实际情况低几十倍，甚至几百倍；缺少配套的性能稳定 频率特性满足TEM方法要求的感应探头；稳定性差。因此在勘查深度大 成矿类型较为复杂时，选择使用合适仪器的队伍是保证勘查活动成功的前提。3、瞬变电磁的装置瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是载流线圈或回线形式的磁源，另一种是接地电极形式的电流源 发射的电流脉冲波形主要有矩形波 梯形波和半正弦波，不同波形有不同的频谱，激发的二次场频谱也不相同 瞬变电磁自其发展以来，工作方式多种多样 例如：重叠回线装置 中心回线装置 同一回线装置 偶极装置等 下面介绍装置的优缺点：重叠回线装置重叠回线装置优点是瞬变电磁法特有的组合，它与目的物耦合最紧；发射线圈逐测点移动，不会有激发盲区；异常幅度大，形态简单，受旁侧影响小，横向分辨率高；发射磁距和接收磁距较大 其缺点为分辨率相对较低，因为只能观测垂直分量；设备较为笨重，铺线较为麻烦；人为导体较多处很难避开。中心回线装置中心回线装置优点是重叠回线的变形，具有重叠回线的优点；可观测水平分量，分辨率较高；接收回线可以避开如管道等人为导体，在人为导体较多的测区，其数据质量优于重叠回线；体积效应，受地形影响小，不受静态效应 其缺点是地质体的不均匀性影响较重叠回线的大。同一回线装置同一回线装置优点是它主要响应为一单峰，异常形状较简单；可观测多个分量，能较精确地提供目的物倾角和深度信息；设备较轻便，适用于航电异常检查等深度浅 工作地区分散的工作 其缺点是一般发射磁距小；勘探深度较小。4、野外工作技术装置类型的选择一般根据对目的物参数的估计 地质环境 电磁噪声等确定回线大小的选择重叠回线装置是适用与轻便型仪器的工作装置，一般情况下回线边L=H， H为探测目标的最大埋藏深度中心回线装置发送回线边长按该区测深工作所需要的探测深度 覆盖层平均电阻率 干扰电平及发送电流合理选定，也可以参照大定回线源装置发送线框依据探测深度，在 100m*200m至 300m*600m范围内选用，长边应平行地质体走向铺设，供电电流一般为 1030A 在发送框内 外用轻便线圈观测dBx/dt、dBz/dt两个正交分量。在工程勘查中，一般使用回线边长为 1020m，点距为510m的重叠回线工作。道数和叠加次数的选择一般来说，在实际工作中选择取样道数希望尽可能多些，以记录到在较宽的延时范围内的有用信号；而叠加次数则希望取得少些，以提高观测速度 这两点主要决定于测区内所用观测装置的信噪比 要想选择合适的取样道数和叠加次数，在一个测区开始工作之前首先做些试验工作 如果最后几道读数为仪器噪声电平，说明有用信号都已记录下来，取样数和叠加次数选择是合适的；如果最后的读数超过噪声电平但波动较大，这表明还未达到噪声电平，应增加测道数和叠加次数，直到最后几道仅为噪声电平为止。测区、测网的选择测区范围应根据工作任务和测区的地质及地球物理工作程度合理确定，应主要考虑以下因素：探测目标的大小 埋深及与围岩的电性差，为了保证所得异常的完整性，周围要有一定范围的正常背景场，以便分析对比。测区范围应尽可能包括已知区