地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨
瞬变电磁法及大功率激电测深在矿山采空区调查中的应用研究
测绘技术M apping technology瞬变电磁法及大功率激电测深在矿山采空区调查中的应用研究郭鹏文，陈兴峰（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津 ３０１８００）摘 要：本文主要介绍了瞬变电磁法，对称四极激电测深两种物探方法在山西轩岗矿山采空区的测量调查效果。
分析了大功率激电，瞬变电磁法视电阻率断面图效果。
结果表明，对称四极激电测深－瞬变电磁法组合测量在矿山采空区的调查具有良好的应用前景。
关键词：对称四极激电测深；瞬变电磁法；矿山采空区中图分类号：Ｐ６１８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）０５－００２６－２Study on the application of transient electromagnetic method and high powerIP sounding in the investigation of mine goafGUO Peng-wen, CHEN Xing-feng（２４７ ｍａｊｏｒ ｔｅａｍｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３０１８００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｕｒｖｅｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｗｏ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ＩＰ ｓｏｕｎｄｉｎｇ， ｉｎ ｔｈｅ ｇｏａｆ ｏｆ Ｘｕａｎｇａｎｇ ｍｉｎｅ， Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｐｐａｒｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｂｙ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＩＰ ａｎｄ ＴＥＭ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ＩＰ ｓｏｕｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｏａｆ． Keywords: ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ＩＰ ｓｏｕｎｄｉｎｇ； ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ； ｍｉｎｅ ｇｏａｆ一直以来，我国对矿产的开采和需求量都很大，由于大量的矿产开采，形成了大量矿山采空区，矿山采空区对当地居民的生活安全以及对地质环境造成了很大的影响，所以查明重要矿区采空区、了解采空区（老空）积水现状，地质灾害、土地资源破坏等基本特征；对矿山采空区进行物探测量分析研究，对矿区破坏土地恢复治理及矿区综合治理提出规划建议，为矿山土地类型、地质环境功能修复提供依据。
地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨
地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨[摘要]在固态矿产勘探工作中，地面大功率激电法和瞬变电磁法发挥着十分重要的作用。
本文以某铅锌矿找矿工作为例，分析了地面大功率电磁法和瞬变电磁法在深部找矿工作中的结合应用，为该矿区深部找矿工作的有效开展提供了一定的依据。
[关键词]地面大功率激电法瞬变电磁法结合[中图分类号] O441 [文献码] B [文章编号] 1000-405X （2015）-5-178-11矿区地质和地球物理特征矿区铅锌矿床地处柴达木盆地北缘的锡铁山-绿梁山-赛什腾山晚奥陶世绿岩带中。
从现有的地质资料可以发现，大陆古裂谷作用的控制是柴达木盆地北缘晚奥陶世绿岩带火山岩以及锡铁山块状硫化物矿床形成的主要原因。
矿区内具有非常发育的断裂构造，其中以北西向断裂和北东向断裂为主。
北西向断裂构造是矿区内最主要的断裂带，其对于铅锌矿床的形成以及后裂谷阶段地质结构的演化起着十分重要的作用；而北东向断裂为横向断裂构造，该断裂构造将矿带分为多段，在成矿之后仍然对矿体及矿化带产生破坏作用。
在20世纪50年代、70年代和80年代曾在矿区进行过电阻率法和小功率激电工作。
对矿区的岩、矿石的典型特征进行充分的研究，具体研究结果如下：（1）块状方铅矿、似条带状铁矿方铅矿矿石的电阻率通常在0.2～52.7Ω?m之间，激化率高达66.4%，但是作为矿体的围岩，电阻率超过1000Ω?m，而激化率则小于3%。
这充分说明了锡铁山矿区激电工作具备充足的地球物理前提。
（2）根据现有地质资料中的测量数据来看，石墨化二云母片岩的百分频率效应为56.8%，含有少量黄铁矿化的碳质绿泥片岩的激化率达到了39.6%片麻岩的激化率比矿区内的其它岩体的激化率更高，而且分布不均，不同地段的差异较大，普遍达到3.6%以上，因此，在面积较大时，会形成较高的背景场。
2大功率激电法和瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法（TEM）是通过不接地回线或者接地电源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇阶段，以线圈对地层响应二次涡流场进行观测的一种地质测量方法[1]。
金矿勘探中的瞬变电磁法及激发极化法运用
金矿勘探中的瞬变电磁法及激发极化法运用发布时间：2021-06-17T02:28:26.326Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：董航[导读] 随着地表矿产资源过度开发，传统电磁勘探方法不能满足实际需求，瞬变电磁法因具有分辨率高等特点，受到资源勘探界的重视，广泛应用于油气藏动态监测，自然灾害预报等方面。
黔西南金龙黄金矿业有限责任公司 552400【摘要】深部找矿要结合多种方法进行勘探，研究提出视电阻率综合解释方法，综合运用激电法与电磁法对异常可疑区域进行探测研究。
时间域激电法是根据矿石激发极化效应差异，测量大地岩中产生极化电场，EH4电磁成像系统为部分可控源的大地电磁测深系统，电磁法测深技术与激电法结合互补，综合利用电磁成像系统地球物理方法找层控金属矿床。
简述脉冲瞬变电磁法与激发极化法在某金矿勘探中综合应用，介绍激发极化法原理，工作中采用参数，选择黄泥堡金矿10线，激电剖面实例进行异常解释推断。
【关键词】金矿勘探；瞬变电磁法；激发极化法随着地表矿产资源过度开发，传统电磁勘探方法不能满足实际需求，瞬变电磁法因具有分辨率高等特点，受到资源勘探界的重视，广泛应用于油气藏动态监测，自然灾害预报等方面。
由于资料处理解释技术落后，单一电阻率参数反演解释准确性较低。
地球介质在电磁场下存在传导电磁现象，为提高资料处理解释水平，需要考虑瞬变电磁场数学物理描述问题。
TEM瞬变电磁法是基于电性差异，向地下发送一次脉冲电磁场，观测二次涡流电磁场的方法。
用于研究浅层成至中深层地电结构。
激发极化法以水的激发极化效应差异为前提，以某种极距装置形式，查明矿产资源的方法。
1.激电法与电磁法研究随着改革开放的深入，社会经济发展与资源供给矛盾突出。
地球深部探测是近年来主要方向，深部找矿是当今地质工作主要任务，电磁法深测技术在天然气等探测中发挥重要作用，每种地球物理法具有单一性，造成数据资料处理偏差。
综合运用多种地球物理法是地球探测主研究重要方向。
瞬变电磁法及其在工程地球物理勘探中的应用
瞬变电磁法及其在工程地球物理勘探中的应用发布时间：2021-06-21T01:42:22.046Z 来源：《防护工程》2021年5期作者：陈建强[导读] 瞬变电磁法是利用线圈或接地极在一次脉冲磁场间隔内观测二次涡流场的一种方法。
通过测量停电后各时段地电二次场的时变规律，可以得到不同深度的地电特征。
该方法能观测到高分辨率的纯二次场，对低阻异常特别敏感。
随着瞬变电磁勘探技术的发展，瞬变电磁法在金属矿产勘探、油气勘探、工程勘探、考古勘探、煤炭勘探等领域得到了广泛应用，已成为地球物理勘探的首选方法之一。
陈建强中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司北京朝阳 100024摘要：瞬变电磁法是利用线圈或接地极在一次脉冲磁场间隔内观测二次涡流场的一种方法。
通过测量停电后各时段地电二次场的时变规律，可以得到不同深度的地电特征。
该方法能观测到高分辨率的纯二次场，对低阻异常特别敏感。
随着瞬变电磁勘探技术的发展，瞬变电磁法在金属矿产勘探、油气勘探、工程勘探、考古勘探、煤炭勘探等领域得到了广泛应用，已成为地球物理勘探的首选方法之一。
关键词：瞬变电磁法；工程地球物理勘探；应用；分析在工程地球物理勘探中，涉及的方法多种多样，而瞬变电磁法是应用最广泛、最有效的勘探方法之一，它可以达到较高的勘探精度。
因此，有必要探讨瞬变电磁法在工程地球物理勘探中的应用。
1瞬变电磁法概述。
在应用中，该方法是基于电磁感应原理，形成了从时域人工源检测技术手段。
利用磁源和电耦合源可以成功地将脉冲磁场传输到地下。
在激励作用下，地质体中的感应涡流会随着时间的变化而产生电磁场。
由于二次场中含有丰富的地下地电信息，在一次脉冲磁场间歇过程中，可以充分利用接地极和线圈观测二次场，并对相关信息进行提取和分析，以探明下伏地质。
根据电磁感应原理，频率域和时间域的电磁场都应以麦克斯韦方程为基础，为了方便地得到时间域的电磁场，频率域的电磁场应以麦克斯韦方程为基础，利用傅立叶变换求解时域瞬态电磁场。
瞬变电磁法在地质勘探中的应用
瞬变电磁法在地质勘探中的应用姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。
通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。
当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。
依据此特征成功地将瞬变电法在探测中进行了应用。
关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查0前言随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。
煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。
由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。
可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。
1勘探区概况勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段,地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露,其它部分地段基岩出露。
根据周边出露及揭露地层由老到新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。
该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。
厚度不大,导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区资料对比来看均呈相对中低阻反映。
二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。
采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。
区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。
地球物理勘探中瞬变电磁法的应用
地球物理勘探中瞬变电磁法的应用摘要：在我国现代化社会建设发展过程中，无论是在资源勘查、工程建设等领域方面，地球物理勘探工作至关重要，其中瞬变电磁法应用领域较广，该技术具有较强的灵活性，且勘探效率较高，勘探结果准确性能够得到充分保障，还能够优化地球物理勘探工作成本，具有良好的应用效果。
因此，本文将对瞬变电磁法进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高技术应用水平。
关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探；技术优势；应用方式；地球物理勘探技术的应用较为广泛，能够准确获得被勘探区域的具体信息，从而确定地球构造的实际情况，在建筑工程、煤矿采空区探测等领域具有良好的应用效果，能够为后续的开发以及建设工作提供科学的信息和数据支持。
瞬变电磁法因其独特的技术优势应用较为广泛，能够有效提高地球物理勘探工作效率，所以需要准确掌握瞬变电磁法的技术原理，从而提高该勘探技术应用水平，促进地球物理勘探工作更好地开展。
1地球物理勘探及瞬变电磁法的基本概念分析1.1地球物理勘探地球物理勘探技术为地质学专业范畴，是将物理学的内容作为技术基础，利用测量和观察物理场的变化和分布情况，完成对地球构成元素、空间中存在的多种物质构造和其演化过程的探索，同时能够对变化规律进行分析，得到一定区域内的地质构造、地质情况、资源埋藏等信息，同时在自然灾害监测、预测与应对方面具有重要作用。
因为组成地壳的不同岩层介质在密度、弹性、导电性、放射性、导热性以及磁性方面存在一定差异，且差异会引起地球物理场的局部变化，通过对这些差异的分布和变化把控，能够实现地球物勘探工作目标。
1.2瞬变电磁法瞬变电磁法的主要工作原理为：在地面安装一定波形的电流发射设备，使得磁场在周围空间位置上部产生，同时使得感应电流产生在地下到点矿体内。
感应电流会随着断电而产生热损耗，且在不同时间内表现出不同的衰减程度；高频成分的电磁场一般出现在早期阶段，具有较快的衰减性，一般没有较大的趋肤深度；低频率电磁场主要出现在晚期阶段，具有较慢的衰减速度，同时趋肤深度较大。
瞬变电磁法理论与应用研究进展_薛国强
第22卷 第4期地 球 物 理 学 进 展V ol .22 N o .42007年8月(页码:1195～1200)P ROG RESS IN G EOP H YSICSA ug . 2007瞬变电磁法理论与应用研究进展薛国强1, 李 貅2, 底青云1(1.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;2.长安大学地质工程与测绘工程学院,西安710054)摘 要 对国内外瞬变电磁法的方法研究概况、理论研究、仪器状况以及在应用领域的研究进展情况做出了综述性评价.瞬变电磁法的理论研究主要涉及正演方法、反演方法、资料处理方法.瞬变电磁法的应用领域包括地面、海洋、航空以及地下等不同工作场地.同时指出瞬变电磁法的发展趋势为研究三维正反演、多分量观测、成像技术、微信号分析等,以及注重发展海洋、井下、航空瞬变电磁法等.关键词 瞬变电磁法,理论与应用,研究进展中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2007)04-1195-06The progress of TEM in theory and applicationXUE Guo -Qiang 1, LI Xiu 2, DI Qing -Yun1(1.I nstitute o f Geo log y and Geoph ysics ,Chinese A cademy o f Sciences ,Beijing 100029,Ch ina ;2.S chool o f Geo log y and S ur vey En gineer ing ,Chang ,an Un iver sity ,X i ,an 710054,China )A bstract We give the to tal condition of T EM study include techno lo gy ,theo ry ,instrument and application ,the the -o ry study mainly include fo rw ard calculation metho d ,inver se problem and da ta pro ce ssing scheme .T he applicatio n o f it include ea rth sur face ,sea and aerial survey ,subsurface explora tion .We also give advance prog ress the o f T EM ,include study ing 3D fo rwa rd and inv erse calcula tion ,multi -co mpo nent survey techno lo gy ,imaging study ,and w eak signal a nalyses ,as well as ,sea ,tunnel ,aerial T EM develo ping .Keywords tr ansient elect romag netic me tho d ,theo ry and applicatio n ,study pro g ress收稿日期 2007-04-10; 修回日期 2007-06-20.基金项目 中国博士后基金(2005038388),中国科学院王宽诚博士后奖励基金,中国科学院知识创新项目((KZCZ -yw -113).)国家自然科学基金重点项目(50539080)联合资助.作者简介 薛国强,男,1966年生,1989年于西安地质学院获学士学位,2002年于长安大学获硕士学位,于2005年于西安交通大学获博士学位.研究方向为电磁探测理论与应用.(E -mail :ppxueguoqiang @ )0 引 言瞬变电磁法(TEM )是一种时间域的电磁探测方法.介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡流,在脉冲间断期间涡流不会立即消失,在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场.二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深,以及发射电流的形态和频率[1～6].因此,我们可以通过接收线圈测量的二次场空间分布形态,了解异常体的空间分布[1～6].瞬变电磁法在上世纪30年代最早由前苏联科学家提出,当时采用的是远区工作模式.但是,利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场的是1933年由美国科学家L .W .Blau 最先提出,当时利用不同电导率地层界面电磁波的反射与地震反射波信号的相似性,进行了大量的实验和比较.到了上世纪50～60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.上世纪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.美国等西方国家在上世纪70～80年代之间,短偏移法一直处于研究和试验阶段,未被广泛运用,而长偏移法已得到了应用,特别是在地热调查和地壳结构的调查中.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[7].我国于70年代初开始研究TEM ,长地 球 物 理 学 进 展22卷春地质学院、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迭回线法进行工作,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[8].这一时期代表作有朴化荣著《电磁测深法原理》,牛之链著《脉冲瞬变电磁法原理》及方文藻著《瞬变电磁测深法原理》.在最近几年的瞬变电磁法应用实践中,还出现了蒋邦远编著的《实用近区磁源瞬变电磁法勘探》,李貅编著的《瞬变电磁测深的理论与应用》.近几年,瞬变电磁法的理论与应用研究越来越活跃.特别是在工程勘察领域的应用.1 理论研究进展1.1 正演计算对瞬变电磁法一维情况下的正演计算大多采用先在频率域进行讨论,得到层状介质下的电磁响应表达式,然后把讨论结果转换到时间域来.从频率域到时间域响应的转换,可以采用的方法有:GAV ER-S TEH FES T逆拉氏变换方法,延迟谱方法,线性数字滤波方法,折线化正余弦变换法[1,2].二维数值计算多采用有限差分法进行.用两个无限长直导线近似作为发送回线源,可用均匀半空间的解析解在t>0时刻将源转化为初始条件加入.对所研究的空间区域作差分离散,利用准静态近似处理空中边界,在地-空界面向上延拓一个网格,采用五点差分显式格式[9],在每一时间步计算网格空间各点的场量,然后进行时间的逐步递推,就能直接模拟电磁波的传播及其与地质体的相互作用过程.有限元法对频率域计算比较有利.因为它可以很方便地处理急剧变化的和倾斜的电导率分界面和地形等问题.由于频域电磁勘探中的二维定解问题相对简单,且用有限元法求解十分方便,因此,先在频域中用有限元法求解,然后变换到时间域,是瞬变电磁二维正演的一种有效途径.2.5维人工源时间域电磁场数值模拟问题是目前国际上尚未妥善解决的计算地球物理疑难问题之一.我国从上世纪80年代开始着手研究2.5维电磁场的数值模拟,采用有限元法对时间域和频率域电源瞬变电磁场的2.5维响应进行正演数值模拟.在频率域已经实现三维源二维地质结构的数值计算[10,11],可以首先在频率域计算电磁场响应值,然后再把计算结果变到时间域[12,13,14].三维瞬变电磁场正演计算只能用数值方法,主要方法有三类:有限差分法[15,16]、有限元法[14]和积分方程法[17].前两种方法要求对所计算的全部区域进行离散化,所占用的计算机容量较大.第三者只要对异常区域进行离散化,存贮量大大减小.因为积分方程法只需要计算小体积异常区的场,不必计算整个区域的场.这一点使积分方程算法比微分方程法具有更大的优越性.但是积分方程法求解要遇到某些更困难的数学问题,仅适合模拟简单模型.在开放域的地球物理问题中,微分方程算法要解决边界条件和源的处理问题.瞬变电磁三维直接时域有限差分法数模拟已经有报道[15,16].而且还进一步地通过设定等效位移电流,使原适合波动场的时域有限差分算法(FDTD)能够适用于扩散场问题.直接时域算法的引入,展现了电磁场在地下随时间传播的全过程,使T EM场的时间特性被直接反映出来,从而给复杂的物理过程描绘出清晰的物理图象.目前国内还没有应用较好的3D正演软件. 1.2 反演问题研究浮动薄板解释法是一种根据视纵向电导曲线的特征值直观地划分地层的近似解释方法.因此称为“视纵向电导解释法”,也有人把该法形象地称为“浮动薄板解释法”.烟圈理论解释法在均匀大地上,当发送回线中电流突然断开时,在下半空间中就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场,大地感应涡流在地表面产生的电磁场可近似地用圆形电流环表示.这些电流环就像由发射回线吹出的“烟圈”,其半径随着时间增大而扩大,其深度随时间延长而加深.这就提示我们:当计算均匀半空间的地面瞬变电磁响应时,可以用某一时刻的镜像电流环来代替.人机对话自动反演法先根据地质资料及定性分析结果,给出初始模型进行正演计算,将正演计算结果用改进的阻尼最小二乘法与实测数据对比拟合.如果拟合结果不满足要求,就修改模型参数,再进行正演计算,然后再对计算结果对比,如此重复直到满意为至.人工神经网络反演是模拟人脑机理和功能的一种新型计算机和人工智能技术,在数据处理中采用拟人化的方法进行处理,特别适合于不确定性和非结构化信息处理.它不要求工作人员有丰富的工作经验,它避开了具体复杂的电磁场计算,只要经过适11964期薛国强,等:瞬变电磁法理论与应用研究进展当的学习训练就能够解决复杂的实际问题,而且还具有学习记忆功能,它一边工作一边学习,使得瞬变电磁法的反演工作具有延续性和继承性.随着专家系统的不断完善,该方法将有广阔的发展前景.联合时-频分析反演是借助于信号分析领域内的新成果发展而成的技术,它同时分析TEM信号的时间和频率域响应曲线特性,从而进行定性和定量分析解释[18].TEM接收到的电压衰减曲线形态比较相近,一般情况下计算出全程视电阻率以及其它电性参数,再进行分析解释,这种常规方法对TEM信号的利用率不高.联合时间频率分析可以表示涡流场在不同时刻,不同频率分量在地下激发和衰减过程.设观测的时间曲线和由此进行快速付氏变换所得的频率曲线为已知,给定初始反演参数,采用广义逆矩阵迭代超定方程,结果表明,用两种曲线进行联合反演所得的参数精度比常规解释精度高.成像类反演主要有两种,一种是时频等效转换方法,即:通过一个经验公式,把TEM数据等效转换成平面波场数据,借用M T数据的拟地震思路,求取反射系数序列进行成像[19].另外一种就是波场转换方法,并进一步进行拟地震偏移成像.如果将扩散的瞬变电磁场变换为波场处理,将该波场从地面向地下反向外推进行偏移成像,形成瞬变电磁偏移方法[20],将对提高瞬变电磁场的分辨率具有重要意义.瞬变电磁法的三维反演问题将是研究的热门.由于计算的复杂性,国内研究较少,国外学者研究相对较多.但随时着计算技术的不断发展,三维反演问题得到解决,瞬变电磁法的勘探精度会得到很大的提高.1.3 资料处理方法瞬变电磁法的资料工作,主要是根据瞬变电磁响应的时间特性和剖面曲线特性,以及工区的地质地球物理特征,通过分析研究,划分出背景场及异常场.在有条件的情况下,应该进行数据全区转换[21],小波去噪等处理,很有必要利用一维、二维、三维正演数值计算得到工作地区的先验知识,便于资料分析解释,尽可能地利用钻井资料,区域地质资料.目前的瞬变电磁探测方法对地下目标体的评价精度低,对于所绘制的电性参数图件,一般采用二次电压衰减曲线和由此算得的视电阻率值及视纵向电导参数来进行解释.有时候也利用多测道剖面图,时间常数,二次感应电压与背景场感应电压的比值等参数等进来定性分析解释,但多数情况下仍处于定性和“看图识字”的阶段.对瞬变电磁法测深资料定量解释还局限于单点一维反演,且反演效果不佳,很多情况下是靠解释人员的工作经验及地质先验知识来对测深结果做出判断,人为性较大.其分辨率远不能满足实际工程地质的需要,这一状况也限制了方法的推广应用.2 应用状况按照工作空间来分,TEM可以分为:地面TEM.地下TEM、航空TEM、海洋TEM.在我国,前者应用较多,后三者的应用较少.2.1 地面勘察瞬变电磁测深法以其直接测二次场;可以进行近区观测;受静态位移的影响小;测地工作简单,工效高等特点广泛应用于金属矿勘探、油气田勘探和煤田地质勘探、工程地质勘察中.瞬变电磁法的应用还有:海洋调查;水文地质、环境工程灾害地质调查;高速公路、铁路的路线选择;水库、水坝、机场、桥梁以及高层建筑的选址、地下洞体的工程勘察;地下水、地热资源的探查;对长江、黄河等大江大河堤坝的质量探查;对古代地下建筑群位置和规模的无损探测;隧道掌子面超前预报、煤矿超前探测.国外的地球物理工作者把瞬变电磁测深法用于冰冻层、海水入浸等地质方面调查.以前,瞬变电磁法只局限于金属矿勘探,1992年以后随着仪器的智能化与数字化,瞬变电磁法开始步入工程、环境、灾害地质调查中,如探测地下采空区、陷落柱等煤田灾害,划分地下断层、寻找地下水,金属矿产勘探、石油、煤炭等非金属矿产调查、工程场地地质勘察、隧道超前地质预报等领域.取得了良好的效果.地面主要应用的装置形式有磁源重迭回线法、大回线源法、中心回线法、电偶源、LOTEM 应用较少.解决了大量工程地质问题.取得了很多实际应用和理论研究成果.2.2 地下瞬变电磁法2.2.1 矿井瞬变电磁法由于井下施工环境的限制,不可能采用大线圈装置形式,只能采用边长小于3m的多匝小线框,工作效率高.井下瞬变电磁法在施工过程中,具有一定的方向特性.在探测过程中,根据地质任务的不同,可调整发射线框与煤层底板之间的角度.可以将线圈直立于巷道内,当线圈面平行巷道掘进前方,可1197地 球 物 理 学 进 展22卷进行超前探测,或探测煤层内的含水构造异常体;也可以将线圈置于巷道底板,并设置一定的夹角,通过探测了解煤层底板下一定深度范围内含水异常体垂向和横向的发育规律.发射线框和接收线框分别为匝数不等且完全分离的2个独立线框,以便与地下(前方)异常体产生最佳耦合响应.在工作面回采前,利用现有巷道对相邻工作面未掘巷道实施侧向探测,确定隐伏含水异常范围及位置,为掘进中防、探水工作提供技术依据.减少、取代和部分取代现行超前探测工作[22,23].2.2.2 隧道掌子面瞬变电磁法随着我国铁路、公路隧道及南水北调引水隧洞建设的加快,隧道(洞)的勘查设计时间比较短,在隧道(洞)工程建设开发之前,很难提供足够的时间来进行地面地球物理勘探和岩土工程地质勘察,况且由于受到复杂地质和水文地质条件的影响,不良地质情况预报无论在理论方法和技术手段上都没有得到有效解决,难以应对隧道施工中可能出现的水体灾害问题.长安大学,西安煤炭研究所率先用瞬变电磁法进行隧道掌子面前方不良地质体超前预报.取得了较好的效果.类半平面问题在掌子面高和宽大于5倍的回线尺寸的情况下,近似认为是半平面.引进了微分电导成像技术,解决掌子面前方含水构造探测问题.采用3米长的回线框作为发送,直立地贴近于掌子面,用特制的接收磁探头(固定于回线正中心)接收来自掌子面前方的二次感应电压信号,通过一系列各种隧道效应校正,得到较好的资料.通过近年来几十个隧道探测,取得了较多的经验和效果. 2.3 海洋瞬变电磁法目前用于海洋油气勘探的可控源电磁方法主要有频率域和时间域电磁法两类.海洋电磁勘探时一般将接收装置布设于测量区域的海底,发射源为电偶极源,用船拖着在距观测区域一定的距离范围(2～10km)内移动,实现多偏移距测量.频率域方法与时间域方法的差别仅在于发射波形和电磁响应函数不同,而在解释参数上时间域电磁法可以获得地层的充电率参数,为研究地层的含油气性提供比电阻率更为直接的信息.国内在这一方面的理论研究[24,25]多于实际应用.3 仪器状况过去勘探队伍和设备主要集中于地质队,科研院所等,仪器主要为国产仪器为主.当时的国产商品化的仪器主要产自西安、廊坊、长沙等地.现在一些非物探专业部门,独立法人的企业,还有个人购买了进口仪器和国产仪器.受市场化作用的影响,国产仪器受冲击力较大.市场上大的项目还是依靠进口仪器来完成.进口的国外的仪器主要有加拿大GEON-ICS公司生产的PROT EM系统(PROTEM-37,47, 57,67);PH OENIX公司生产的V6,V8系统;美国ZONGE公司生产的GDP-32系统等.澳大利亚SIROT EM仪器和前苏联的M PPO仪器.前面三款仪器在国内应用较多,后两者仪器应用较少.国外仪器最大特点是接收机全智能化,形成多功能的工作站.目前,国际上商业用的固定翼时间域航空电磁系统主要有澳大利亚产TEM PEST、加拿大产GEOTEM R、GEOTEM DEEPTM、M EGA TEM、澳大利亚产QU ES TEM R450、南非产SPEC TREM 等系统.国内应用很少.在我国,70年代初期开始着手研究瞬变电磁仪器系统,最早研制并投入生产的是地矿部物化探研究所,其生产的的仪器型号为WDC-1、WDC-2,后又研制了IGGE TEM-20瞬变电磁系统;1988年西安物化探研究所采用脉冲压缩技术研制成功大功率的LC-1系统并投入生产,后来又研制EM RS-1、EM RS-2瞬变电磁仪.1992年长沙高新技术产业区智通新技术研究所与中南工业大学合作生产出SD-1型、SD-2型仪器,白云仪器厂在此基础上研制了M SD-1,BYF5MSD1瞬变电磁系统.1996年石油天然总公司与西安石油仪器厂开始研制用于深部探测的大功率高精度瞬变电磁仪器.北京矿产地质研究所王庆乙教授研制了TEM S-3S瞬变电磁仪器;吉林大学林君教授研制了ATEM-2瞬变电磁仪器[26,27],重庆奔腾数控技术研究所研制了WTEM 系统;限于我国电子技术工艺水平原因,虽然一些厂家在生产用于深部勘探的大功率仪器和用于浅部探测的小功率仪器,但在生产工艺上、原器件焊接技术上和性能稳定上都与国外仪器有很大的差距.目前国内没有生产航空电磁法仪器的厂家.接收磁探头方面:GDP32配有接收磁芯磁探头.V6,V8系列仪器配有专用的空心接收结圈,不太方便.国内已经有专门生产此探头的单位,可以生产浅、中、深三种不同型号的磁探头.受市场和国外仪器的影响,国内仪器需要向高性能,高分辨方向发展,乃是当务之急.将地震勘探仪器及方法中已采用的先进技术有针对性性地引入,发展多通道电磁法、阵列式观测、实现多次空间迭加和多次覆盖.将电子工业中业中新型技术有针11984期薛国强,等:瞬变电磁法理论与应用研究进展对性地引入到仪器设备中如:卫星定位、同步、大功率管控制技术、微波通讯技术等.设备器件耐高温高寒技术;仪器的系列化、多功能化;发展成熟的先进的数据处理技术、可视化软件、高温超导磁探头[28],提高磁场探测的灵敏度.4 研究展望(1)理论研究方面:研究高分辨率的数据采集系统;研究三维精细解释方法,发展对地下目标体的3D反演;以可视化技术为主体的计算机技术的应用;研究三分量技术;研究多孔径瞬变电磁探测理论.发展成像技术及瞬变电磁测深资料与其它勘探资料的联合反演.瞬变电磁法的激电效应特征研究.(2)研究弱信号技术:包括瞬变电磁早期信号的研究和晚期信号研究.瞬变电磁发射线圈和接收线圈之间存在互感,以及它们自身都有自感,其等效回路相当于RLC电路,自感信号与电磁响应信号迭加在一起,如何对这种信号进行分离,如何确定有效观测起始时间,从而确定瞬变电磁最小探测深度.当然瞬变电磁的探测深度与仪器的分辨能力、地下介质导电情况、围岩特性、目标体与围岩差异等因素有关.晚期信号能量较弱,最后被背景噪声淹没,研究有效的信噪分离方法,以增大瞬变电磁法的探测精度和深度.(3)方法技术方面:接收装置阵列化.瞬变电磁法拟地震的时间域和空间域多次覆盖技术研究是十分重要的.另外,多分量的观测技术研究也不应忽视.研究多源发射聚焦探测方法.(4)仪器方面:采集系统图像化.发展多通道大功率、多功能、智能化电测系统,高灵敏度高性能探头的研制,是现代仪器研制开发的难点.仪器向数字化、多功能化、智能化、自动化、轻便化方向发展.特别是研制多分量瞬变电磁法系列(航空、地面、井下).考虑到岩层各向异性对测量结果的影响,以及大地电磁干扰场是一种水平极化场,因此通常选择测量磁场的垂直分量.观测水平分量可以研究断面的各向异性,这一方面的理论研究有待发展.(5)应用方面:除了通常应用于金属矿产及石油资源的勘查外,还应用在地下水、地热环境及工程勘查中.另外,井下瞬变电磁法的研究和应用还处于起步阶段,瞬变电磁法的隧道超前地质预报及深部构造精细探测方面应该加强研究.还要大力研究海洋瞬变电磁法和深部剩余油瞬变电磁法精细探测.井—地瞬变电磁勘探系统,已经取得初步成果,希望在油田,矿产资源领域得到较好应用.石油天然气勘查.深部油藏监测,剩余油勘察等仍然是瞬变电磁法的一个难题.所以,要实现三维反演的实用化,成果推广化,还需要走一段很长的道路.5 结 论我国对瞬变电磁法的理论研究与生产实践已有30年的历史,但目前在理论研究、仪器研制方面尚处于初级阶段,而仪器大多是在国外仪器基础上的开发和改进,加之应用推广并不普遍,因此,在我国瞬变电磁法研究和普及还要有很长的路走.总的来说,瞬变电磁法取得了很大进展,在勘察领域得到相对广泛的认可,但是,还要研究非共中心点情况下的瞬变电磁正反演;还需要加强水平分量资料的观测,及多分量数据的正反演问题研究;复杂介质情况下,比如连续介质、地形起伏介质;瞬变电磁正演计算还研究的不够深入.拟地震成像解释的研究工作,虚拟波场速度分析,拟地震定量反演解释的研究才刚刚开始.特别是二维地电断面情况下的拟地震解释还处于探索阶段.另外,对于拟地震解释的精度评价研究做的还不够深入.在三维正演计算中,大多研究场源为电偶极子或者接地长导线形式,对于应用较广的矩形回线源情况,由于其复杂性,正演计算研究相对较少.航空瞬变电磁法,国外有开展,我国开展较少.感 谢 课题组王妙月、石昆法研究员,王光杰副研究员,王若博士对一些问题的探讨与帮助.中国地质大学王家映教授,江苏大学闫述研究员对一些疑难问题的研究和指导.参 考 文 献(References):[1] 朴化荣.电磁测深法原理[M].北京:地质出版社,1990,[2] 方文藻,李予国,李貅.瞬变电磁测深法原理[M].西安:西北工业大学出版社,1993[3] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].中南工业大学出版社,1993,[4] 何继善.电法勘探的发展和展望[J].地球物理学报,1997,40(增刊):308～316.[5] 蒋邦远.实用近区磁源瞬变电磁法勘探[M].地质出版社,1998.[6] 李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安:陕西科学技术出版社,200291-4,102～105.[7] 薛国强.回线源瞬变电磁法对地成像方法研究[D].博士学位论文,西安:西安交通大学,2005.[8] 李貅.瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像研究[D].博士学位论文,西安:西安交通大学生,20051199。
瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用研究
瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用研究摘要：现如今，瞬变电磁法发展极快，它在地球物理勘探方面受到了极大的青睐。
瞬变电磁法相对于传统的直流电勘探法具有较大的优势，包括灵敏度高、探测深度较深以及抗干扰性强等，这也使得瞬变电磁法被广泛应用于煤矿、油田等领域。
为了满足现代地球物理勘探的应用需求，应用瞬变电磁法时需要充分结合实际生产条件，尽可能地控制其分辨率和精度。
从瞬变电磁法的基本原理出发，探讨了其发展及应用，同时分析了它在工程物探领域的应用实况，侧面证明了瞬变电磁法的科学性和可行性。
关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探；应用引言瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
该方法观测纯二次场，分辨率较高，尤其对低阻异常反应敏感。
随着瞬变电磁勘探技术的不断发展，目前广泛应用到金属矿产勘查、油气勘探、工程勘查、考古探测、煤田勘探等诸多多领域，成为地球物理勘探的首选方法之一。
1瞬变电磁法的原理最早期对瞬变电磁法理论进行研究的是苏联科学家，到现在历经了近百年的发展，TEM理论层面的研究已越来越成熟。
同时，中国的科学家们也对TEM的理论研究做出了不可或缺的贡献，比如方文藻著作的《瞬变电磁测探法原理》、朴化荣所著作的《电磁探测法原理》以及蒋邦远所著作的《实用近区磁源瞬变电磁法勘探》等，都对瞬变电磁法的理论研究起到了重要的推动作用。
当前在瞬变电磁法理论层面的研究主要是有关它正反演计算方面的问题。
就目前的研究进展可分为一维、二维、2.5维和三维。
一维正演计算大多数通过频率域所得到地下空间的电磁响应公式，然后再换到时间域进行计算；二维正演计算主要通过有限差分法和有限元方法进行计算，然后换算到时间域进行计算；但是2.5维的正演计算中时间域的模拟计算目前仍未得到完全解决，科学家们曾经通过有限元的方法对时间域和电磁场进行了正演的模拟计算，这也为多维度反演计算提供了理论依据。
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地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨
在固态矿产勘探工作中，地面大功率激电法和瞬变电磁法发挥着十分重要的作用。
本文以某铅锌矿找矿工作为例，分析了地面大功率电磁法和瞬变电磁法在深部找矿工作中的结合应用，为该矿区深部找矿工作的有效开展提供了一定的依据。
标签：地面大功率激电法瞬变电磁法结合
1矿区地质和地球物理特征
矿区铅锌矿床地处柴达木盆地北缘的锡铁山-绿梁山-赛什腾山晚奥陶世绿岩带中。
从现有的地质资料可以发现，大陆古裂谷作用的控制是柴达木盆地北缘晚奥陶世绿岩带火山岩以及锡铁山块状硫化物矿床形成的主要原因。
矿区内具有非常发育的断裂构造，其中以北西向断裂和北东向断裂为主。
北西向断裂构造是矿区内最主要的断裂带，其对于铅锌矿床的形成以及后裂谷阶段地质结构的演化起着十分重要的作用；而北东向断裂为横向断裂构造，该断裂构造将矿带分为多段，在成矿之后仍然对矿体及矿化带产生破坏作用。
在20世纪50年代、70年代和80年代曾在矿区进行过电阻率法和小功率激电工作。
对矿区的岩、矿石的典型特征进行充分的研究，具体研究结果如下：
（1）块状方铅矿、似条带状铁矿方铅矿矿石的电阻率通常在0.2～52.7Ω·m 之间，激化率高达66.4%，但是作为矿体的围岩，电阻率超过1000Ω·m，而激化率则小于3%。
这充分说明了锡铁山矿区激电工作具备充足的地球物理前提。
（2）根据现有地质资料中的测量数据来看，石墨化二云母片岩的百分频率效应为56.8%，含有少量黄铁矿化的碳质绿泥片岩的激化率达到了39.6%片麻岩的激化率比矿区内的其它岩体的激化率更高，而且分布不均，不同地段的差异较大，普遍达到3.6%以上，因此，在面积较大时，会形成较高的背景场。
2大功率激电法和瞬变电磁法基本原理
瞬变电磁法（TEM）是通过不接地回线或者接地电源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇阶段，以线圈对地层响应二次涡流场进行观测的一种地质测量方法[1]。
二次涡流场所激发的感应涡流一般以环带状分布，由地标向下在时间上形成早、中、晚的涡流场，随着时间的延迟逐渐向下向外扩展。
在这种状态下我们可以将环状分布的涡流带看作是一系列的二次场发射线圈，对于层状大地涡流分布将局限于导电地层中。
早期电流全环限制与地标上不，随着时间的推移，将逐渐向下层介质传播。
如图1所示，在电导率为σ，磁导率为μ的均匀大地条件下，其等效电流i，扩散深度d以及半径a分别采用下面的公式进行表示：
上面的公式中，t表示采样时间，单位为s；μ表示空气磁导率，μ=4π×10-7H/m；
c2=8/π-2=0.546479。
在进行均匀半空间瞬变电磁响应的计算时，可以利用上面三个公式直接计算出电流环在某一时刻的电流、半径以及深度值，并以此对该时刻地表测线的响应值进行计算。
通常情况下，瞬变场的观测是用线圈观测感应电压V（t）。
对于重叠回线装置，在均匀半空间地电条件下，感应电压V（t）可以采用下面的公式进行计算：
上面公式中的L表示发送回线的边长；μ表示空气的磁导率；ρ表示均匀半空间电阻率。
从上面的公式可以看出，瞬变场ρ与t之间存在非常复杂的函数关系，为了更加方便的进行计算，利用等效带环的方式，借助“烟圈”理论计算出均匀大地的晚期瞬变电磁场响应，并对其扩散规律进行解释。
3大功率激电及瞬变电磁法在深部找矿中的应用
3.1大功率激电法的应用
由于工作区域的工业游散电流干扰较强加上该地区的电阻较大，导致测量极的稳定性较差。
为了保证观测结果的精度，采取了如下措施：首先，在观测工作开始之前，对观测点逐一浇水，从而减小接地电阻，待水完全渗透之后，再开始测量工作；在观测过程中，应在尽量短的时间内连续完成一次观测工作，尽量避免因为观测时间过长而对观测结果产生干扰；在激电测量工作开展的同时，利用仪器监测干扰电场的变化，并将变化情况记录下来，从而根据记录情况找出测量参数的变化规律；通过多次观测，来提升观测结果的可靠性。
3.2瞬变电磁法的应用
仪器采用重叠回线装置，回线的变长为200m，以单向脉冲方式进行发射，脉冲电流为10A，供电时间为40ms，采样长度为100ms。
根据瞬变电磁感应场的运动学原理，当发送电流被切断之后，下半空间所产生的感应涡流场会以等效电流环的形式按照垂直向下的方向逐渐进行扩散。
在电阻率为ρ、磁导率为μ的均匀大地条件下，可以利用下面的公式计算涡流场的扩散深度h[2]：
公式中的t表示采样时间，取平均电阻率为100Ω·m，采样时间为100ms，则在该条件下的勘探深度可以达到600～800m左右。
4结束语
地面大功率激电中梯以及大功率瞬变电磁法均属于对二次涡流场的观测，观测结果基本不会因为地形条件的变化而受到影响，尤其是在利用瞬变电磁法对纯二次场进行观测的时候，可以直接通过增大功率的方式来提升勘探深度。
通过将地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用，可以同时发挥出两种方法的优势，
使得对异常源的性质鉴别更加容易实现。
在找矿的过程中，激电异常在排除与含炭质岩石的关系之后，通常与导电类的金属矿物存在一定的联系。
但是对于浸染状的矿体，其整体导电性与围岩之间的电性差异较小，在该条件下，通常不会产生瞬变电磁异常，而会产生激电异常。
而一般不含碳质或金属矿物的良导体则刚好相反，此时，通过两种物探方法之间的相互配合相互验证，可以为深部找矿提供重要的依据。