【电磁法勘探的瞬变电磁法概述2800字】

电磁法勘探的瞬变电磁法概述（1）瞬变电磁剖面法1）工作装置在瞬变电磁法中，常用的剖面测量装置如图3-38所示。图3-38EM剖面测量装置根据发射和接收布置的不同，可分为三种类型:同点、偶极子和大回线源。同点设备中的重叠环路是指发送环路(Tx)和接收环路(Rx)重叠敷设的设备。因为TEM法在供电和测量时间上是分开的，TX和Rx可以共用一个环路，称为同心环路。同点加载能力是频域法无法实现的装置，与地质勘探对象耦合性最好，是金属矿产勘探常用的装置。偶极装置在频域类似于水平线圈法，Tx和Rx需要保持固定的收发距离r，在瞬变电磁(TEM)法中，经常使用沿测线逐点移动观测到的dB/dt值。大回路装置的Tx采用边长几百米的矩形回路，Rx采用小线圈(探头)沿垂直于Tx边长的测量线逐点观测磁场三分量的dB/dt值。2）观测参数瞬变电磁仪系统的一次场波形、通道数及其时间范围、观测参数和计算单位因仪器而异。大多数仪器使用接收线圈来观察发送电流脉冲间歇期间的感应电压。就观测读数的物理量和测量单位而言，大致可分为以下三类。①发送脉冲电流归一化的参数:仪器读数为V(t)/I值，μA/A为测量单位。②由一次场感应电压V1归一化的参数:如加拿大Crone公司的PEM系统，在一次场即将截止的时刻，观测值由感应电压V1归一化，V1=1000，测量单位维数为1，称为Crone单位。③归一化到一定放大率的参数:例如加拿大的EM-37系统，野外观测值为：其中V(t)为接收线圈中的感应电压值(mV)；g是前置放大器的放大倍数；2N是仪器公共通道的放大倍数，N=1，2，9；m是放大后的电压值(毫伏)。3）时间响应根据傅里叶频谱分析，任何形状的脉冲信号都可以分解成相应的频谱函数。对于每个频率，地质体都有相应的频率响应。通过将频谱函数与其对应的地质体频率响应函数相乘并进行傅里叶逆变换，可以得到地质体对脉冲信号磁场的时间响应。设发射脉冲的主磁场是以t为周期的函数H1(t)，其谱函数为：其中S(w)为频谱函数；H1(t)是脉冲函数；t为脉冲周期(s)；w为脉冲角频率(rad/s)；I是时间变量，d是虚部。根据势场变化的知识，地质体次级磁场的时间函数H2(t)为：其中S(w)和D(w)分别是H1(t)和h(t)的谱函数，S(w)=f[h1(t)]；D(w)是地质体的频响函数，D(w)=F[h(t)]；f和F-1分别代表傅里叶变换和逆傅里叶变换；H(t)是地质体的脉冲滤波功能，其他符号同上。考虑到频谱函数的离散性，次级磁场的时间函数H2(t)可以写成：其中:H10为H1(t)的振幅值(m)；Sn是第n次谐波的频谱系数；Xn和Yn分别是地质体对n次谐波频率响应的实部和虚部。W0是脉冲的角频率(rad/s)。图3-39是导电球体的时间响应。从该图中的(a)可以看出，如果球体的电导率σ=1s/m，当t=12ms时，异常已经完全衰减。当电导率增加时，异常衰减变慢，延迟增加。如果σ=80s/m，当t=28ms时异常仍未衰减，但异常幅度在初始时减小。利用这一时间特性，可以在后期观测中消除干扰体的异常。图3-39导电球体时间域电磁响应为了理解以上结果，可以从频域合成时域的角度来分析。当球体的电导率很小时，球体产生的振幅和相位异常很小，所以合成的时域异常也很小；当球体电导率增大时，球体产生的振幅和相位异常场增大，所以合成的时域异常也增大；当球体的电导率继续增大时，虽然高频分量的幅度增大，但其相移趋于180°，因此高频分量对应的早期时间异常反而减小。由于低频分量综合参数处于最佳状态，低频分量对应的晚时异常幅度反而增大。这表明瞬态曲线衰减缓慢。当电导率趋于无穷大时，所有谐波的相移趋于180°，因此H2(t)的值趋于零。如果选择采样时间，改变球体的电导率，二次异常磁场的幅度变化如图3-39(b)所示。从图中可以看出，有一个对应于某个采样时间的最佳电导率值，图中曲线类似于频域的虚部，称为电导率响应“窗口”。在图3-39所示的条件下，球体的最佳导电窗口σ为10s/m..脉冲瞬变规律系统中观察到纯二次场，因此增加发射功率或提高接收灵敏度可以增加勘探深度。由于没有观测到一次场，这种方法受地形影响较小。此外，该方法可以放宽对线圈位置、方法和收发距离的要求，因此大地测量工作简单。4）典型规则导体的剖面曲线特征①球体及水平圆柱体上的异常特征如图3-40所示，同一轨迹在导电水平圆柱上的表征曲线表明，异常是一个与柱顶对称的单峰，异常随轨迹衰减的速度取决于时间常数τ，τ=μσα2/5.82。还有一个与球体顶部对称的单峰异常。球体的时间常数τ=μσα2/π2，τ柱=1.8τ球体。所以在半径A相同的情况下，球形异常随时间的衰减比水平圆柱快得多，异常范围也较小。在垂直柱上，也有类似的规则。图3-40水平圆柱体上物理模拟剖面曲线图②薄板状导体上的异常特征导电片上的异常形状和幅度与导体的倾角有关，如图3-41所示。A=90时，由于回路与导体耦合不良，异常响应小，异常形状为对称于导体顶部的双峰；峰值出现在接近背景值的最小值；不同轨迹的曲线(图3-42)除了异常的幅度和范围不同外，其他特征同上。当0<A<90时，随着A的减小，回路与导体的耦合增强，异常响应增强，但两个峰值不对称，导体一侧的峰值大于另一侧。最小值随着A的减小而略有增大，其位置也向反斜侧移动。两峰比值主要受A影响，根据物理模拟数据统计，A与主峰和次峰比值a1/a2的关系如下：其中:A为导体的倾角()；A1和a2分别是主峰和次峰。图3-41不同倾角板状体的异常比较图图3-42立板上不同测道的异常剖面如图3-43所示，在斜板的情况下，不同测量轨迹的异常剖面曲线是不同的。从后期到前期，最小值增大，略微向反斜侧移动，双峰越来越不明显。这种异常形状的变化反映了导体中涡流分布随延迟时间的变化。当A=0时，回路和导体处于最佳耦合状态，异常幅度比垂直导体大几倍。异常主要为单峰平顶，近导体边缘外无明显的二次值或偏转。图3-43斜板上不同测道的异常剖面曲线图（2）瞬变电磁测深法瞬变电磁法常用的测深装置有电偶极子、磁偶极子、线源和中心回路四种(图3-44)。中心回路装置是利用小型多匝线圈(或探头)放置在边长为L的传输回路中心的装置，常用于1km以内的浅层探测。其他主要用于深部构造勘探。图3-44TEM测深工作装置1）仪器装置常用的近区瞬变电磁测深工作装置如图3-44所示。一般认为，探测1km范围内目标层的最佳设备是中心环设备，它具有与目标层耦合性最好、受侧向和层位倾角影响小、确定的层参数相对准确等特点。线源或电偶极子源设备是探测深部结构的常用设备。他们的优点是因为有固定的场源，可以用大功率电源在场源两侧的多个点进行观察，工作效率高。该装置观测到的信号衰减速率比中心环路装置慢，信号电平比较大，有利于保证后期信号的观测质量。缺点是前支畸变段的时间窗比中心环装置向后移动，随着极距R的增大而向后扩展，大大降低了区分浅层的能力。此外，这种装置还受到侧面和倾斜地平线的很大影响。2）时间范围水平导电薄板上的理论推导结果为：其中:t为采样时间(s)；s为薄层(s)的纵向电导；是真空的渗透率，=4π×10-7H/m；h和h是目标深度和探测深度(m)。从上面的公式可以看出，目标层的探测深度是时间的函数。所以时间范围是：其中tmin和tmax分别是最小和