CUGTEM-8瞬变电磁仪说明书

目录

一、瞬变电磁仪的介绍................................................................................................................... - 4 -

1.1瞬变电磁法的概念 (4)

1.2瞬变电磁仪的特点 (4)

1.3瞬变电磁仪的主要应用 (5)

1.4CUGTEM-8瞬变电磁仪的主要性能指标 (6)

二、瞬变电磁仪CUGTEM-8的组成................................................................................................. - 7 -

2.1发送机 (8)

2.1.1 发送机的工作原理......................................................................................................... - 8 -

2.1.2 发送机电路组成............................................................................................................. - 8 -

2.1.3 发送机面键控制功能..................................................................................................... - 8 -

2.2接收机 (9)

2.2.1 接收机工作原理............................................................................................................. - 9 -

2.2.2 接收机的电路组成......................................................................................................... - 9 -

2.2.3 接收机面键功能............................................................................................................. - 9 -

2.2.4 电池箱........................................................................................................................... - 10 -

2.3相关配件 (10)

2.3.1 航插转USB数据线、U盘............................................................................................ - 10 -

2.3.2 电缆................................................................................................................................ - 11 -

三、仪器软件的介绍及野外施工的操作步骤 ............................................................................. - 13 -

3.1仪器软件的介绍 (13)

四、仪器的数据采集..................................................................................................................... - 15 -

4.1仪器的连接 (15)

4.1.1 仪器的准备................................................................................................................... - 15 -

4.1.2 工区基本资料的准备................................................................................................... - 15 -

4.1.3仪器的摆放.................................................................................................................... - 15 -

4.2参数设置 (15)

4.2.1 工作信息设置............................................................................................................... - 15 -

4.2.3通讯检查........................................................................................................................ - 17 -

4.2.4匹配电阻的选择............................................................................................................ - 17 -

4.2.5 野外数据采集............................................................................................................... - 18 -

4.3数据采集过程中注意事项 (18)

五、数据的处理及判别................................................................................................................. - 20 -

5.1野外施工数据质量简单判别及数据处理准备工作 (20)

5.2输入采集的数据 (21)

5.3进行数据预处理 (21)

5.3.1 数据预处理向导........................................................................................................... - 21 -

5.3.2 时间道的设置............................................................................................................... - 23 -

5.3.3 数据滤波处理............................................................................................................... - 24 -

5.4完成解释图 (27)

5.5输出多测道数据文件 (28)

六、 SURFER软件的应用................................................................................................................ - 29 -

6.1数据网格化 (29)

6.2新建等值线图 (29)

6.3填充等值线图 (30)

七、仪器装备的维护及常见问题的处理 ..................................................................................... - 33 -

7.1仪器维护的基本要求 (33)

7.2仪器常见故障检查及处理方法 (33)

附录锂离子电池专用充电器使用说明书（电池生产厂家提供） ........................................... - 34 -

一、瞬变电磁仪的介绍

1.1 瞬变电磁法的概念

瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。图1.1即为瞬变电磁法原理的图解。

图1.1 瞬变电磁法原理的图解

瞬变电磁法由于具有许多传统直流电法不可比拟的优点，是当今得以迅速发展推广的新一代电磁勘探方法，其应用范围涉及地矿、石油、水利、电力、铁路、交通、有色和国防工程等各个领域。但由于国外生产销售的瞬变电磁仪售价昂贵，发射功率小，要解决深部勘探必须采用大发射回线工作方式，生产效率低，以及在复杂地形条件下大发射回线难以开展工作等因素的影响，国内的推广应用受到限制。2001年，我所成功研制了轻便型大电流发射正负方波瞬变电磁仪系统。同时国内学者也从理论与实践上证明用小发射回线大电流供电用于深部瞬变电磁法勘探的可行性，这为瞬变电磁法推广用于深部地质勘查创造了条件。

1.2 瞬变电磁仪的特点

①断电后观测纯二次场，不受一次场干扰，发现异常能力强；

②不受高阻层屏蔽，能克服低阻覆盖层的影响，穿透能力强，探测深度大，一般几百米，最深可达1公里以上；

③受地形影响小。在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区，由于是多道观测，早期道的地形起伏影响也较易分辨；

④对低阻层的分辨率高，能清晰、直观地显示探测目标埋藏的相对位置；

⑤工作装置形式灵活多样，剖面测量和测深工作同时完成，工作效率高，信息量大，可以减少多解性；

⑥仪器轻便、功率大，供电困难的地区能正常工作。

1.3 瞬变电磁仪的主要应用

①地下水和地热资源的调查；

②寻找低阻矿体：铅锌矿、硫化矿、金矿；

③寻找溶洞、煤田采空区；

④高阻覆盖地区(如碳酸盐岩、火成岩和冻土覆盖地区)的油气田的普查和勘探；

⑤遂道超前探测。

1.4 CUGTEM-8瞬变电磁仪的主要性能指标

※接收机性能指标

s

二、 瞬变电磁仪CUGTEM-8的组成

仪器的组成部分为发送机，接收机，放大器，发送回线，接收回线，发送机电源，接收机电源。

图2.1为系统组成示意图，图2.2即为组成仪器系统的实物图。

图2.2仪器系统的实物图

图2.1为系统组成示意图

2.1 发送机

2.1.1 发送机的工作原理

发送机主要是通过电子开关和换向器将电池箱的电能转化为一定频率的双极性矩形波电流，发射出来的一定频率的双极性矩形波电流流过发送回线向地下发送电磁波。

2.1.2 发送机电路组成

发送机内部的电路主要包括三部分：发射电路板，表头电路板，DCDC 转换电路板。

2.1.3 发送机面键控制功能

发送机控制面板如图2.3所示

图2.3发送机控制面板

【1红接线柱】：发送机正接线柱，连接发送机电源箱正极(红接线柱)。 【2黑接线柱】：发送机负接线柱，连接发送机电源箱负极(黑接线柱)。 【3黄接线柱】：连接发送回线。 【4绿接线柱】：连接发送回线。 【5显示屏】：显示电池箱的电压，发送机发射时显示的电压会有比较大的变化（±0.2V ～±1V ）。

【6钮子开关】：发送机的电源开关。 【7八芯航空插座】：发送机与接收机同步连线的接口。 【8回线边长选择】：发送回线边长选择旋钮，有12米和25米两个档位可以选择，回线边长为12米或12米以下选12米这个档位，回线边长为25米或25米以上选25米这个档位，

5、显示屏

6、钮子开关

7、八芯航空插座

9、电流选择

在野外根据实际使用的回线边长进行选择。 【9电流选择】：发送电流选择旋钮，有25A ，50A ，100A ，200A 四个档位可以选择，在工作中根据实际使用的电流进行选择。（注意：在野外实际工作中，接收机软件中仪器工作参数设置项里发射电流选项应于发射机选定档位电流一致）

2.2 接收机

2.2.1 接收机工作原理

接收机主要是将接收回线感应到的电磁感应信号进行放大、计算和显示，并对信号进行处理和分析。

2.2.2 接收机的电路组成

接收机内部的电路包括工控机主板，信号放大器、数据采集板，DCDC 电源板。

2.2.3 接收机面键功能

接收机控制面板如图2.4所示：

图2.4接收机控制面板

【1 液晶屏亮度】控制液晶屏的背光亮度，箭头向上为调亮，向下为调暗。开机默认为50%亮度。液晶屏亮度调节只有在打开采集软件的情况下才可以调节。 【2 液晶显示屏】显示仪器的输出，从而完成人机交互

【3 参数设置】参数设置快捷键，可以迅速进入软件的参数设置菜单

【4 波形选择】波形设置快捷键，可以在电流、电位差、归一化电位差之间来回切换。 【5 存盘退出】存盘退出快捷键 【6 开始采样】开始采样快捷键

【7 接收机键盘】键盘功能与笔记本电脑键盘的功能

3 4 5

6

10 11

13

【8 阻尼匹配旋钮】用来调整匹配电阻，从1到11共有11个档位可以选择。1档对用的匹配电阻为68欧姆，2档对用的匹配电阻为100欧姆，3档对用的匹配电阻为200欧姆，4档对用的匹配电阻为400欧姆，5档对用的匹配电阻为1000欧姆，6档对用的匹配电阻为2000欧姆，7档对用的匹配电阻为3000欧姆，8档对用的匹配电阻为4700欧姆，9档对用的匹配电阻为6800欧姆，10档对用的匹配电阻为10000欧姆，11档对用的匹配电阻为无穷大。当测点的归一化电位差曲线在衰减后出现很明显的振荡时，说明匹配电阻太大了要减小，一般情况下选择2—6档 【9 三芯航插】：接8转3芯线，接收回线信号由此口输入。 【10欠压指示灯】：当接收机电源箱的电量不足时就会亮，提示电量不足需要给电池箱充电,这时电源箱还可供电15到30分钟 【11 开关拨钮】：整个接收机的电源开关拨钮 【12 八芯航插】：接8芯同步电缆，从而完成发射机与接收机之间的同步控制。

【13 USB 接口】通用串行接口，这里设计成航插形式以防水防尘，使用该接口时应插上附件中相应转接线配件

【14 充电接口】仪器充电接口，当电池电量用完后可以通过该接口对电池充电

2.2.4 电池箱

CUGTEM-8发射机电池箱有48伏和36伏两种，依据不同的功率要求来选配。

图2.5 48V 发送机电源箱面板

【1均衡充电航空插座】：用来给发送机电池箱充电的插座。 【2红色接线柱】：电源正极，连接发送机正（红色）接线柱。

【3黑色接线柱】：电源负极，连接发送机负（黑色）接线柱。

2.3 相关配件

2.3.1 航插转USB 数据线、U 盘

图2.6

2、黑色接线柱

3、红色接线柱

接收机可以通过此线接上USB接口存储设备（如U盘）将接收机里存放的工作数据进行导出。U盘里含有电子版使用说明书，软件、接收机操作系统备份等相关资料。

2.3.2 电缆

发送回线为几根单芯的电缆，回线截面积为10（20）mm2，截面积为10 mm2 的回线是发射电流为100A时的发射回线，截面积为20 mm2的回线是发射电流为200A时的发射回线，每根线的长度为25.5米。如图2.10所示。

在这里我们要特别说明的是，截面积为20 mm2的回线4根的电阻为0.2欧姆，也就是说，当用截面积为20 mm2的回线发射200A电流的时候，必须是4根电缆线同时用。用截面积为10mm2的回线发射200A电流的时候，用2根电缆线。

关键的就是在200A发射的时候等效电阻必须是0.2欧姆，100A发射的时候等效电阻必须是0.4欧姆。

图2.7发送回线

接收回线为四根8芯的白色电缆，每根线的长度为25.5米。如图2.8所示。

图2.8接收回线

发送机连接发送机电池箱的红色连线和黑色连线各一条，发送机连接发射回线的黄色连线和绿色连线各一条，发送机连接接收机的8芯连线一条。

图2.9 红黑黄绿连接线

红黑黄绿连接线，连接发机电池和发送回线。

图2.10 8转3芯线（Y型线）

接收回线通过Y型线的上两端连接后转换成3芯接到接收机上。

图2.11 8芯同步线

发射机和接收机之间通过8芯线来进行同步控制。

三、仪器软件的介绍及野外施工的操作步骤

3.1 仪器软件的介绍

仪器软件是研究所的专家组开发的，具有自主知识产权，软件的功能在不断完善。

2006年到2007年，CUGTEM仪器的数据采集软件全新改版，实现了高度自动化，野外工作效率得到极大提高；数据解释软件在可视化功能方面大大改进，界面更加友好，功能更多，实用性更强。软件功能的加强是无止境的，今后我们将继续从TEM的方法原理出发，提高解释效果，完成2.5D反演，使仪器能进一步推广应用，特别是向坑道、井下超前勘探方面发展。

该软件系统采用VC++与Matlab混合编写，具有友好的Windows用户界面，易于操作。系统由两部分组成：采集程序在野外控制仪器，完成数据采集和简单的处理，便于实时监控；解释程序在室内对采集来的数据进行更深入的处理，并给出更精细的地球物理解释。仪器软件的主要工作流程如图3.1所示：

图3.1程序流程图

CUGTEM仪器软件的安装：在安装盘中有以下文件3个可执行文件，分别是cugtem9inst.exe，MCRInstalle.exe，数据合成.exe程序。按照安装说明在接收机上只需要安装cugtem9inst.exe，注意在接收机上打上相应的补丁，详见仪器附件里U盘中的软件安装说明。安装完后，可在“程序”中见到“CUGTEM”的菜单项，该菜单项下有“瞬变处理”和“瞬变采集”两项。特别要说明的是在接收机里面只需要安装采集软件和既cugtem9inst.exe即可，处理可以

不用在接收机里安装。在做数据处理的时候，在电脑上安装MCRInstall.exe就可以了。

四、仪器的数据采集

4.1 仪器的连接

4.1.1 仪器的准备

在开始工作前应该检查发送机电源、接收机电源是否充足，发射机，接收机是否工作正常，仪器之间连接电缆是否携带完备。

4.1.2 工区基本资料的准备

要事先了解当地的基本地质资料，地面覆盖层是高阻体还是低阻体，围岩的大致电阻率是多少，找的是什么矿石，电阻率是多少等等，在了解了这些基本资料后就有根据选择布线方式（中心回线、重叠回线）。重叠回线对表层电性局部不均匀体不敏感、受地形影响小，横向分辨率低，适合中深部勘查；中心回线对表层电性局部不均匀体敏感、受地形影响大，横向分辨率高，适合中浅部的勘查。

4.1.3仪器的摆放

仪器的相对位置应该大致按图4.1中仪器的位置进行摆放，用连接电缆将各部连接起来。放大器远离发射机和发射线圈至少1米以上，减少干扰。

图4.1仪器的相对位置

4.2 参数设置

启动桌面上的“瞬变采集”野外数据采集处理程序或单击“开始”→“程序”→“CUGTEM” →“瞬变采集”菜单项启动，进入采集程序。

4.2.1 工作信息设置

启动野外数据采集处理程序则可见图4.2所示的对话框。

图4.2工作信息设置对话框

【操作员】：输入仪器操作员姓名 【工区名称】：施工工区名称 【当前线号】：当前测线的编号，设为阿拉伯数字 【测点间距】：测量点的间距 【当前点号】：当前测线第一个点的点号 ，设为整数（注意不能用零号） 【每次递增或递减】：测点点号一次增加或减少数目，一般设为2个点，如果需要加密就人为修改点号。

请认真设置好其中的内容特别是“工作目录”，它是用来存贮野外采集数据的场所，为了便于记忆，建议用测试工区名来命名。测点间距是根据实际情况确定，如果是工区的普查，间距可以适当设置大一点，若是对工区的详细勘查，间距就要小一些，测点密集一些对后期的解释更有利。在本软件中，测点号最好为整数（不能设为零），且用它乘以点距就为测点的x 坐标。另外，请注意设置好剖面上测点的递增或递减（负）顺序，这样可提高野外的工作效率。设置好后按“确定”退出。

4.2.2 仪器工作参数设置

单击“参数设置” “仪器设置”，就会弹出图4.3所示的对话框

【选用装置类型】：根据实际勘查需要来选用中心回线或重叠回线。

【发射回线边长（m ）】： 必须等效为单匝线圈时的回线边长。如 1匝25*25的回线，输入25; 若为2匝10*10回线，则应输入14.14（10*10*2

) ;

【叠加次数】: 一次观测时正反供电的周期数。为提高信噪比，野外数据采集往往要多次叠加，软件从两个方面来实现：每次观测的周期数× ２ × 在每个测点上观测的总数。叠加次数一般设为15次。在设置为多次采集（15次以上）时建议分成几个15次左右的次数来采集。

【供电脉宽(ms)】：脉宽是指一次观测时的供电时间，供电脉宽与地质体的勘探深度有关，同时脉宽越大，耗电越厉害，可选范围10,20ms ，通常选择10ms 。在野外工作时，当勘察深度在500米以上就选用10 ms ，深度在500米以下就选用20 ms 。

图4.3工作参数设置对话框

【采样率】：采样率是指两个采样点间的时间间隔，采样率与地质体勘探深度有关，有1,4,16(μS)可选。衰减曲线与地质体表层的电阻率有很大关系，一般而言，低阻体衰减曲线延迟时间长，而高阻体较短。故在低阻区选择低采样率16微秒，而在高阻区选择高采样率1微秒，通常选中间的4微秒，现在绝大多数用的是4微秒。

【供电电流档(A)】：供电电流的设置必须与发射机实际输出的供电电流一致，即与发射机上电流旋钮选择的档位一致。电流能大则大，这样有利于提高信噪比。

【归一化电流自动】：这个检查框只有在电流数据采集出现故障的时才不选,正常情况都最好选中。

【探头等效面积】：根据线圈的实际面积来算，比如现在使用4匝25m*25m的回线，等效面积2500平方米。

【信号衰减段倍率设置】：这个是由放大器的硬件决定的，现在都是衰减80，不用设置。

当图4.3中的参数设置完后，系统会弹出如图4.4所示对话框窗，即工作目录是“TEM_测试工区”，保存的文件是wh.ctq,系统默认的是CltemAcq1.ctq，在实际工作中最好另取，比如wh.ctq.，这样以后一看就知道是在哪一个工区。注意每次采集完退出时，系统都会提示是否保存，一般选保存。

图4.4参数设置保存对话框

4.2.3通讯检查

单击“参数设置” “通讯或总线检查”，正常情况下会弹出“总线连接正常”对话框。工作前需进行通讯检查，确认通讯无误，通信检查相当于计算机与数据采集板的通信检查。

4.2.4匹配电阻的选择

匹配电阻选择的原则是：

1.重叠回线的阻尼电阻要比中心回线的小

2.在高阻地区阻尼电阻要比低阻区小

3.宁可过阻尼也别欠阻尼

..

匹配电阻的选择一般是在2至8几个档位中选就行了。当数据采集完成后，如果电位差归一化曲线在衰减时出现很明显的振荡，说明匹配电阻大了要将匹配电阻调小。

4.2.5 野外数据采集

单击“开始采集”，立即可见独具特色的采集对话框。整个对话框分为四大部份，其中三个窗口分别显示：各测线和测点的观测信息、单点的TEM 测深曲线（归一化电位差，电位差及电流）和该剖面的多测道剖面图。另一部分则是用于设置适当的观测和显示参数。首先应设置好各种参数（均有缺省值），在确保通讯无误的情况下，单击“开始采集”观测开始，此时仪器完成以下操作：

工控机发出采集指令，传到下位机，下位机收到指令后下达发送脉冲命令，同时通知接收机准备接收。当接收机把数据采集回来后，再将采集到的数据传回工控机，接着工控机把这些数据进行实时处理，计算出归一化电位差数据并显示在液晶屏上。另外，当有两个或两个以上测点时，工控机将绘制多测道剖面图，它能显示出地下地质体的异常情况，若有变化，这些曲线将不再是平行线。测点信息栏还会标明当前显示的信息属于哪个测线的哪个测点的第几次观测的信号。目前该仪器每次观测的信号叠加次数不限，当仪器完成所设置的叠加次数后将停止采集。在采集的过程中可以看到数据的上传，以及成图的过程。最终每个测点的归一化电位差曲线是所有观测数据除坏数据和噪声外的叠加，叠加次数目前没有上限（野外工作时可按噪声水平和要求达到的勘探深度来确定观测次数）。

4.3 数据采集过程中注意事项

1.当一个观测点上的数据都无效或根本无法观测出时，可用Del 键删除，注意的是一旦建立了一个线号，那是删除不了的，只能删除点号不能删除线号。

2.线号和点号可用键盘输入，程序会自动对其进行排预序。要强调的是，在一个点测量完后一定要工控机正常关机后才能搬测站，不然会引起仪器工作不正常，当我们测完一个点后，下次正常启动工控机，软件自动进入采集界面，而且点号自动增加，这个时候只需按“开始采集”，无需再设置。当一条测线完成后，只要再左上方的线号窗口改线号和开始的点号就可以了。

3.在数据采集过程中，操作员不仅能观察五毫秒到十几毫秒这段时间内的归一化电位差曲线是否平滑的衰减，不平滑说明噪声很大需要再次采集增加叠加次数，再采集一次数据，还应该看看电流曲线和电位差曲线是否正常。

如果某些次观测值质量不高可列为坏数据不参与最

后的计算。

在确保仪器连接好需要启动设备时，先开工控机旋钮，等工控机正常开机后再开发射机开关旋钮。关闭仪器时，先关闭发送机开关旋钮，然后在接收机中开始菜单栏里正常关机且屏幕显示正常关机后关闭接收机开关旋钮。收线时，先将电源箱上的红黑接线卸下，发射机上的

线不卸。

五、数据的处理及判别

5.1 野外施工数据质量简单判别及数据处理准备工作

野外施工完毕要进行数据处理的时候，应该在电脑上先用采集软件把数据打开，然后对采集数据进行一个挑选或坏数据剔除的工作，这样以保证后面的数据处理工作的顺利以及提升处理结果准确性。

首先在采集软件中打开数据，查看每一次发射电流以及电位差的波形是否正确。查看电流波形是否呈双极性方波形式，且发射电流的大小是不是指示到发射机实际发射档位（注意此时接收机上采集软件里的参数设置下的仪器设置里的供电电流大小选择要与实际发射机的档位一致才能使采集软件里电流大小指示正确）如图5.1所示。

图5.1电流

查看电位差信号的时候可以调节横坐标的最大或者最小值，看数据的细节部分。注意要求数据整体呈一个指数式衰减趋势，晚期的时候不能有交叉，渐渐趋于重合。如若某次观测的数据质量不对，可以选中该次观测，点击在工具栏上的“坏数据或噪声”一栏前面的小方框，会出现一个对勾，此时该次数据就不再参与数据计算与处理。如图5.2所示为正确的电位差信号。

图5.2电位差