TEM法(瞬变电磁法)讲解
瞬变电磁法原理介绍
瞬变电磁法原理介绍瞬变电磁法俗称TEM （Time domain electromagnetic methods ）法，属时间域电磁感应方法。
其探测原理是：在地面布设一回线，并给发送回线上供一个电流脉冲方波,在方波后沿下降的瞬间，产生一个向地下传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。
该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地表传播，由地面的接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。
如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。
如果地下没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现地下导体的存在。
瞬变电磁法特图3-1 瞬变电磁法原理示意图(1)对高阻层的穿透能力强，在高阻屏蔽地区用较小的回线可达到较大的探测深度，同时对低阻层有较高的分辨能力，利于在高阻围岩地区开展水文电法工作。
(2)瞬变电磁法一次磁场和被测磁场在时间上是分开的，所以，分辨率较高，并且可以在近区观测。
(3)方法本身受地形影响小。
使用回线源实现了装置的对称性,z x t＞0Tx t=t 12t=t t=t 3可以减少断面的不均匀性和地层倾斜的影响。
工作中根据实际情况采用了大回线源装置，用探头接收。
大回线装置的Tx采用边长较大的矩形回线，Rx采用小型线圈(或探头)沿垂直于Tx长边的测线逐点观测磁场分量dB/dt值。
地下感应涡流向下、向外扩散的速度与大地导电率有关，导电性越好，扩散速度越慢，这意味着在导电性较好的大地上，能在更长的延时后观测到大地瞬变电磁场。
从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变地磁场主要是由深部的感应电流产生的，反映深部的电性分布。
TerraTEM瞬变电磁仪讲解
H
0.55
L2 I1
1
5
3）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10~30A。在发送框内、外用轻便线圈观测 两个正交分量
dBx / dt
dBz / dt
4）在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点距为5~10m的重
2.6大定源回线
又称为大固定发射一移动接收组合，简称为大回线。在野 外，地面大定源观测装置常用矩形大回线作为发射源，在 回线外或者回线内测量垂直磁场产生的感应电动势。为由 观测的感应电动势获得地下电阻率的变化规律。
R
R
R
RR
T
常用组合大致应用范围：
1、重叠回线和中心回线常用于普查，勘探深度中等。 2、大定源回线常用于详查，或者要求勘探深的任务。 3、分离回线常用于踏勘和浅部探测任务。
叠回线工作。
五、瞬变电磁应用领域
1、金属矿产勘查、断裂构造勘查 2、隧道超前探测、岩溶探测、陷落柱探测、煤田矿井涌水、
突水通道勘察
3、探测积水、非积水采空区 4、岩体渗漏通道、地下水勘查 5、地表探测公路、铁路隧道工程中的不良地质构造、堤渗漏
隐患探测。
六、TerraTEM瞬变电磁仪产品组成
50A大功率发射机
Rx Tx
图C.2 单一回线
2.4分离回线(偶极回线)：分离回线装置（图C.4）由两回线组成，回线分
离的距离取决于所要探测的深度。此装置的信号较弱，但对垂直异常体特
别敏感，并能很好地镜像不规则目标体。 优点： 1、主要响应为一单峰，异常形状较简单。 2、可观测多个分量，能较精确地提供目的物倾角和深度信息。 3、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。 缺点：1、一般发射磁矩小，信号电平低。2、勘探深度小。
TEM方法与SM24介绍
•
野外布置
20cm
20cm
80
79
78
77
76
75
74
Rx
Tx
瞬变电磁TEM
探测深度和装置的关系
TEM 方法的探测深度主要由观测时间决定，场必须到达目标体，返 回并被接收到，才能探测到此目标体，这是前提条件。在此前提条件之 下，探测深度还与信噪比和接收机的灵敏度有关，这由TEM 的装置和发 射机功率所决定．以中心回线装置为例，其接收到的晚期电压(即感生 EMF)响应公式为：
一次叠加(stacked)的结果
关断瞬间
供电瞬间
感应线圈探头 dB/dt
关断瞬间
供电瞬间
磁通门探头B
读取精确关断时间
精确的关断时间
感应线圈探头 dB/dt
精确的关断时间
磁通门探头B
西安煤科院对比实验
施工装置：大定源，GPS同步 线框：300*300 电流：4A 发射频率：12.5Hz SM24同时连接三个探头（相距3米）
●10000m2感应线圈 ● 100m2感应线圈 ● FG磁通门
多测道图-10000m2感应线圈探头
多测道图- 100m2感应线圈探头
多测道图-FG磁通门
衰减曲线
中心点
最外侧点
FG 磁通门
1.随着测点逐渐远离发射框，感应线圈探头数据质量下降非常快，特别是有效 面积较小的探头，但是磁通门探头数据质量一直保持的非常好。证明磁通门探 头在做较深探测（大于200m）数据更有优势，并且磁通门有三个分量，更易于 圈定异常体。 2.大定源方式效率更高，只有maxwell软件可以正、反演，做CDI图。 西安这个实验共用2个小时，做了三个探头的共5个分量测量
dB / dt response over conductive earth, w ith antenna and f ilter delays
瞬变电磁法简介
瞬变电磁法简介第三节瞬变电磁法（TEM）一、方法原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。
当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。
在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。
研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。
瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。
瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。
由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；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，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。
二、地球物理前提由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。
检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。
瞬变电磁法介绍
• 全时域视电阻率
e
a5
3ST SR
V中心 I
l
1(0)53(STSR t 20
I V
2
)3
从均匀大地的严格表
达式，计算适合于全
部时间段的视电阻率
视电阻率的算例（1）
106
• 地大算法适用于多种方
全区视电阻率 波类型和有较大断电后
正反向间歇方波观测压制干扰算法
3
1 无干扰响应
2 稳定干扰
2
Normalized inductive EMF (uV/A)
1
0
-1
-2
0
20
40
60
80
S am p lin g T im e (m s)
Normalized inductive EMF (uV/A)
正反向间歇方波观测压制干扰
3
2
1
3
1
2
2
Normalized inductive EMF (uV/A)
1
0
-1
-2 0
20
40
60
80
S a m p lin g T im e (m s )
正反向间歇方波观测压制干扰分析（偶数倍周期）
3
1
2
2
3
Normalized inductive EMF (uV/A)
1
0
-1
-2 0
20
40
60
正反向间歇方波观测压制干扰分析（奇数倍周期）
3
2
V(t)V(t)V(t)
2
1
Normalized inductive EMF (uV/A)
3-7西方瞬变电磁法(TEM)进展及其在寻找深部隐伏矿中的应用
PROTEM67
TEM67
有效探测深度 >500m；若采用 BH43-3三轴钻孔探 测器，探测深度可 达2km
原 PROTEM37 的升级版系 统
PATEM系统简图(Sørensen等,2000) 移动速度1~1.5m/s
PATEM——新的拖曳阵列式瞬变电磁系统 该系统与传统瞬变电磁系统相比，最大的优势：能沿着剖面 进行连续的瞬变电磁测深，从而减小因数据加密和增加覆盖 区域等需求所带来的成本。
MEGATEM系统数据（左）与HeliGEOTEM系统数据（右）对比
上图：dB/dt数据；下图：B场数据（ Fountain等，2005 ）
直升机时间域AEM进展
研发出多线圈对、多频率系统，如五个 线圈对、五个频率以上的系统； 三分量测量，如THEM、NewTEM、 HeliGEOTEM等系统； 全波形记录，如AreoTEM、THEM等。
GEOTEM系统和PROTEM47系统对比
（Christiansen和 Christensen，2003）
半航空瞬变电磁系统
半航空瞬变电磁系统：一种地面发射、空中接收的 测量系统，如FLAIRTEM系统和TerraAir系统；适 用于测量条件较为复杂的地区，如地势起伏的山区。 特点：相比地面瞬变电磁系统，具有方便、高效 等优势；较航空瞬变电磁系统，信噪比更高、空 间分辨率更好。
（Fountain等，2005）
INPUT系统和 MEGATEM系统对 Perserverance矿体的 响应信号对比
（Smith等，2003）
固定翼时间域AEM偶极矩的变化
（Smith等，2003）
阿比蒂比型矿 体
偶极矩与固定翼时间域AEM有效勘探范围
（Smith等，2003）
瞬变电磁法
山西平鲁某煤矿CSAMT及TEM反演结果对比
六. 其他
新型TEM探头
国产新 TEM-7K 探头特性曲线
ZONGETEM/3探头特性曲线
TEM-7K,TEM/3和空心线圈野外实测曲线对比
50
100
150
NanoTEM的算术等间隔实测数据曲线-a
NanoTEM的算术等间隔实测数据线-b
TEM算术等间隔实测数据曲线
算术等间隔实测数据曲线局部放大-a
算术等间隔实测数据曲线局部放大-b
算术等间隔实测数据曲线局部放大-c
算术等间隔实测数据曲线局部放大-d
各种TEM装置
五. 电偶源瞬变电磁法
b.几个相邻回线的观测结果．
5. 小心矿外异常的干扰
三．起码目前还不宜采用ＴＥＭ法的地区
a. 工业电网密集分布区； b. 有大量高层建筑区； c. 正在进行地下采矿的地面； d. 交通繁忙的道路旁； e. 地下金属管线分布区； f. 不满足半空间条件地区； g. 高阻区找无填充物的空洞等．
四．使用ＴＥＭ法时需要注意的几个问题
a.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
b.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
c.不同Tx和Rx延迟设定结果对比
２．合理的选择发射电流：一般情况下，电 流越大越好，但不要信号饱和和超出仪器的 最大观测值。有时，电流太大导致铁淦氧棒 磁化导致二次场衰变缓慢。
３．Tx＜ ２０m× ２０m，时，不宜使用有 铁淦氧磁心的探头，最好改用空心线圈。
瞬变电磁法的应用
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简 称TDEM或TEM。瞬变电磁法是以不接地回线源通或接地电 偶源以脉冲电流激励大地后,观测地下感生的二次电流场的一 种探测方法。它可以在一次脉冲电流间断时（50%占空比） 测量它的一系列二次感生电流随时间变化的值，也可以在电 流方波反向时（100%占空比）测量它的一系列二次感生电流 随时间变化值。由于二次场从产生到结束的时间短暂的,又是 不断地衰变的，这就是“瞬变”一词的由来。早期，俄罗斯 称“过渡过程”法，西方早期叫脉冲电磁法（PEM）或电磁 脉冲法（EMP），在原苏联过渡过程法与建场法混称。
瞬变电磁法
二、方法简介
瞬变电磁法（简称TEM）是近十年来在我省引进的一项新的地球物理勘查方法，它是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歇其间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。通过研究瞬变电磁响应，达到寻找良导矿体及解决其它地质问题。由于该方法观测的是纯二次场，具有探测深度大，分辨率高，发现异常能力强，装置灵活多样，对低阻覆盖层的穿透能力强等优点。因此被广泛应用于有色金属矿产勘查，寻找地下冷热水、水库查漏等地质勘查工作。
五、应用
根据地质任务要求，在勐兴铅锌矿南北向9公里的成矿带的南段和中段，布设垂直于矿带方向的9条TEM勘查剖面。剖面总长5.3公里。追索南段成矿带沿南段的延伸情况以及沿倾向上的分布情况；中段主要是查证矿体向西端倾斜延伸的情况，为后期地质工程提供物探依据。
测网的选择取决于重叠回线装置对矿体的分辩率，即能基本得出异常特征和范围。根据不同的地质目的与勘查程度，选择不同的测线间距。一般测线间距等于0.5-2倍回线边长，点距等于0.5倍回线边长。野外测线、测点测量采用卫星定位仪（GPS）定点。
1、瞬变电磁法：是利用不接地回线或按地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用回线或电极观测二次涡流场的方法。如下图：
研究局部导体的瞬变电磁响应的目的在于勘查良导金属体，研究水平层状大地的瞬变电磁场理论的目的在解决地质构造测深问题。发展和推广TEM的实践表明，它可以用来勘查矿产、煤田、地下水、地热及研究构造等各地质问题。