计划资源环境技术领域

1、计划资源环境技术领域什么是ATTEM？ All Time Transient ElectroMagnetic Method全程瞬变电磁法研究领域：利用电磁波在地下介质中的传播特性来探测地下，即属于地球物理探测仪器的一种。地下电磁探测方法主要包括：1) 频率域方法：Frequency Domain Electromagnetic（频域电磁法FEM） Ground Penetration Radar (探地雷达 GPR)， MagnetoTelluric(大地电磁测深 MT)2) 时间域方法： Transient ElectroMagnetic (瞬变电磁法TEM）一、问题的提出 TEM发射机 发

2、射线圈TEM 接收线圈TEM 接收机TEM 的工作方式之一常规TEM工作原理tVTEM衰减曲线示意地下电阻率不同影响衰减曲线变化常规TEM工作原理T0Slow DelayFast Delay新疆某铜矿0线TEM电阻率断面图国内外TEM仪器发展情况面向资源探测：国外：前苏联（MPPO），加拿大（EM-37、57，UTEM，PEM），美国（GDP-16、32），澳大利亚（SIROTEM）国内：WDC-2，TEM-3S，ATEM-1面向近地表探测：国外：加拿大（EM-47），美国（NanoTEM, VETEM）国内：目前还没有研究（空白）北京延庆国内TEM仪器对比实验参加单位使 用系 统开 发水 平

3、注 释廊 坊物探所WDC-2 商品化仪 器导 线同 步吉林大学ATEM-1研 究样 机GPS同步桂 林工学院单脉冲大电流TEM-3S商品化仪 器导 线同 步西 安煤研所自行研制单脉冲大电流商品化仪 器导 线同 步中 国地质大学自行研制大电流试 验样 机仪器出现故障使 用系 统开 发水 平采用测量装置加拿大EM-67 商品化仪 器中心回线装置吉大ATEM-1研 究样 机中心回线装置有色研究所TEM-3S商品化仪 器重叠回线装置美国GDP32商品化仪 器中心回线装置新疆土屋国内外仪器TEM对比实验国内研制的用于资源探测的TEM系统及其与国外的对比浅层高分辨探测问题 城市的迅速扩张、地下空间的利用迫

4、切需要对近地表地下空间进行精细探测。 近年来，工程地质勘察、地下水资源勘察、灾害地质调查、城市地下管线等埋藏物调查、环境地质调查等推进了我国工程与环境地球物理探测的快速发展。电磁法用于浅层会遇到什么问题？电磁法的探测深度频率域方法： FEM（频率域电磁法）GPR(地质雷达)， MT(大地电磁测深) 探测深度： f =/f1/2 时间域方法： TEM(瞬变电磁法）探测深度： t=2T/1/2 例如对一个50欧姆米的半空间， 不同电磁方法的最佳探测范围： 地质雷达（GPR）：1000米上述方法有探测盲区（Gap），这个盲区又是地下人文活动最频繁的区域。如何解决 2 - 20 米范围的问题？探测盲区

5、（Gap）GPRTEM/FEM地表TEM理论模型的缺陷 瞬变电磁法的基本原理I（发射电流）T（时间）I0T0瞬变场的时间范围（二次场）地面T0T1T2T1T2T3理想模型难以物理实现的原因：发射电流不能用零时间关断！I（发射电流）T（时间）I0T0实际记录时间范围地面T1T2T2T3D实际记录开始时刻瞬变电磁法的实际模型T3T1VETEM（Very Early TEM) 系统的设计思想I（发射电流）T（时间）I0T0常规仪器记录时间范围T1T2TVT1TV=5微妙D地面VETEM的探测范围VETEMVETEM 的优缺点优点：利用了早期信号，提高了分辨率。缺点：时间范围小，限制了探测能力。模 糊

6、 区VETEM系统的实施实例（来自Wright，et al，2000）VETEM 的优缺点优点：速度快，可进行大面积扫描。缺点：庞大笨重；代价昂贵；对地形要求高。I（发射电流）T（时间）I0T0常规仪器记录时间范围T1T2TVT1TV=5微妙D地面VETEM的探测范围VETEM模 糊 区ATTEM解决问题：1 近地表模糊区的探测2 祢补VETEM和常规电磁法仪器的空白区 3 降低发射机下降沿设计难度二、ATTEM系统设计思路ATTEMI0I（发射电流）T（时间）T1T0ATTEM 采样试验瞬变全过程二次场范围一次场 +二次场发射信号记录信号电流关断期间和关断后的早期一次场与二次场叠加在一起，如

7、何分离？ 硬件实现上的困难：早期信号特别强，易出现过饱和现象，还需高密度采样；晚期信号特别弱可低密度采样，但信噪比极低。全程采样需要解决海量数据存储和大动态范围（超过24位）的技术难题。采样空间延拓之后遇到的难题：创新点在理论上：研究一次场与二次场的分离技术。在硬件上：采用高密度方式同时采集总场和一、二次场，把记录时间扩展到瞬变开始的全过程。 先进性（与国外仪器性能指标对比）指标类别EM-47ATTEM发射频率25, 62.5, 262.5 Hz110KHz可调发射波形双极性阶跃波双极性阶跃波输出电压09V 可调0110V可调输出电流最大 3A最大30A接收分量垂直分量三分量动态范围84db1

8、20db采样通道单道3 道记录时间6.82200s（关断后）全程记录（含关断时间）采样方式20/30门固定中心时间全程密集采样关断时间1s (纯电阻)1s (纯电阻)电 源12V 电瓶12V电瓶/2800W发电机探测范围20100m2500m三、研究方案总体设计硬件设计 / 改进软件设计 / 改进建立 / 改进实验室标准模型试验满意？成果：1. ATTEM系统硬件和软件样品；2. 试验参数资料；3. 实验室标准模型。实施策略之一:发射机关断电流波形的记录（传统的发射机只记录关断时间），用于一次场的计算与分离。发射电流发射机准确记录关断波形T0T1关断波形 实施策略之二:双A/D采样策略ATTE

9、M采样区间TEM采样区间发射电流接收一次场+二次场超高速A/D24位A/DtV 可能实施的策略之三:Block diagram of a correlated spectrum analyzer (IEEE Trans Instr & Meas, 2000 )FrequencySelectorMultiplierDUTAmplifierAmplifierFrequencySelectorAveragerOutputInputportChannel 1Channel 2用双通道并行前放和相关技术来压制噪声A few pV 一套ATTEM系统样机； 一套ATTEM数据处理软件； ATTEM试验数据

10、(该实验数据将对今后的浅层地球物理探测研究起到重要的指导作用)预期的主要研究成果与本项目有关的研究工作积累吉林大学（原长春科技大学）：1989年地矿部资助开展以TEM为主多功能电磁法仪器与方法研究1996-1997年申请者赴美收集了VETEM系统的研究成果和试验资料。1996-2000年地矿部重点资助研究了基于GPS的同步测量技术并研制成功面向资源探测的TEM发射与接收系统2000年在中国地质调查局资助下，在北京延庆和新疆土屋等地开展了TEM野外对比试验研究。国家地震局地质研究所：2000年以来开展了常规TEM全程总场的试验，全程视电阻率的数值计算和关断电流校正的实现为ATEM系统的数据处理迈

11、出了关键的第一步。2000年4月在新疆进行了野外试验。 四 研究基础五 经费预算支 出 科 目金 额（万元）计 算 根 据 及 理 由 合 计1551.科研业务费65人员费3010人，每人每年1万资料费5用于资料的检索、查阅和收集计算及材料费6用于日常数据处理、打印、绘图等耗材,每年2万学术交流及差旅费9国内学术交流及调研,每年平均3人次,每人次1万野外试验费15野外试验将在3年内随时进行,试验总天数共约80天,租车2辆,每辆车每天300元,共4万;试验人员及民工10人,每人每天100元,共8万;野外耗材、充电瓶、发电机、赔青及其它费3万。2.实验材料费51ATTEM系统电子元器件，电路制作，

12、实验室其它耗材3.仪器设备费4租用一台EM-47作为对比实验2次，每次一个月2万，共4万。4.实验室改建费4.5建立一个实验室标准测试模型，目标体制作，模型材料等。5.协作费10用于国际合作，交流，主要和VETEM系统人员交流6.项目组织实施费9项目的组织、协调管理，报告编写印刷等 7管理费7.5项目总经费的5%8.其它不可预测费4欢迎批评指正 谢谢各位！部分系统评价表对比系统勘 查深 度噪声水平使用方便性解 释水 平开 发水 平注释Sensors &SoftwarePulse EchoGPR 1m动态范围168dB重复性好受训练的2人，各种地表屏幕可监视部分商品化仪器,商品化测量在INEL测

13、试场地GPR出现问题USGSVETEM0-2m动态范围80dBtx变化5%2-3人，1人受严格训练卡车/绞手车没 有开 发研 究样 机正在开发的系统ZongeNanoTEM 20m动态范围190dB 早期重复性 2%受训练的2-3人各种地表剖面/时间,等值线/时间ID反演商品化仪器,商品化测量相当密的数据集-三分量Univ.ofArizona HF ellipticity 30m动态范围120dB 椭圆率60dB 重复性 1%受训练的2-3人2ATVs神经网络反 演工 程样 机选择区有 效GeophexGEM-2 5mInstr=1ppm噪声，重复性50-200ppm受训练的1人各种地表等值线 数据商品化仪器,商品化测量快速异常映 像 研究内容：ATTEM系统的基本原理研究，特别是全程一次场的特点及其与对应的总瞬变场的表现形式之间的关系。ATTEM系统的技术研究。在硬件上研究全程一次场和总场的采集技术，探讨合理的采样密度，研究巨量数据的存储与传输技术，研究硬件实现直接记录磁场的可能性。在软件上将研究与硬件配套的控制系统，包括数据采集、编码、存储、传输与解码。TEM系统的方法研究。研究