瞬变电磁详细原理
煤矿瞬变电磁法的基本原理
煤矿瞬变电磁法的基本原理
煤矿瞬变电磁法是一种地球物理勘探技术，其基本原理是利用变化的电磁场在地下物质中引起的感应电流的变化来推断地下结构和地质特征。
瞬变电磁法的原理可以归结为以下几个步骤：
1. 发射电磁场：在地表上放置一个发射线圈，通过电流激发线圈产生变化的电磁场。
2. 感应电流产生：地下物质对电磁场的变化会产生感应电流。
地下物质的电导率和磁导率决定了感应电流的大小和分布。
3. 接收电磁信号：在地表上放置接收线圈，接收感应电流产生的变化信号。
4. 数据采集和处理：将接收到的信号传输到数据采集设备上，然后通过数学模型和计算方法对数据进行处理，将其转化为地下结构和电性特征的信息。
根据瞬变电磁法的原理，可以通过分析感应电流的变化来推断地下的物质性质和特征，如地层的厚度、电导率和磁导率等，进而对煤矿区域进行勘探和评估。
瞬变电磁法探测原理 (1)
瞬变电磁法探测原理瞬变电磁法，即Transient Electromagnetic Method(简称TEM)，是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，以激励地层介质感生电磁场，在一次脉冲场间歇期间利用同一回线或电偶极接收感应电磁场。
其物理基础是电磁感应原理，据此理论在电导率和磁导率均匀的大地上，铺设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地表，并按指数规律衰减。
在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应电磁场(或称响应场)。
地层介质被激励所感应的二次涡流场强弱决定于地层介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，二次场的大小与地下介质的电性有关：低阻地质体感应二次场衰减较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减较快，二次场电压较小。
根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势(纯异常响应)，对二次电位进行归一化处理后。
根据归一化二次电位值的变化特征，可间接地探测各种地质构造问题。
因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法，是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断有关地质现象的一种有效的地质勘探手段。
瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
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，反应浅部电性分布，晚期瞬变电磁场是由深部的感应电磁场产生的，反应深部的电性分布。
因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。
矿井瞬变电磁法原理与地面电磁法原理基本相同，所不同的是矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行瞬变电磁场呈全空间分布,接收线圈接收的信号是来自发射线圈上下两个方向全空间岩石电性的综合反映。
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）
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• 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)
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。
瞬变电磁法原理
瞬变电磁法原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetic method，简称TEM）是一种地球物理勘探方法，利用瞬变电磁场在地下介质中传播的特性，来获取地下介质的电性信息。
瞬变电磁法原理的核心在于利用瞬变电磁场的感应效应，通过对地下介质中的电导率进行探测，从而揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。
瞬变电磁法的原理可以简单概括为，在地面上设置一个发射线圈，通过传输电流产生瞬变电磁场，这个瞬变电磁场会穿透地下介质并感应出地下介质中的电磁响应。
接收线圈则用来接收地下介质中的电磁响应，通过分析接收信号的变化，可以推断地下介质的电导率分布情况，从而得到地下介质的电性信息。
瞬变电磁法原理的核心在于瞬变电磁场的感应效应。
当发射线圈传输电流时，会在地下产生一个瞬变电磁场，这个瞬变电磁场会穿透地下介质，并感应出地下介质中的电磁响应。
地下介质中的电磁响应受到地下介质电导率的影响，不同的地下介质具有不同的电导率，因此它们会对瞬变电磁场产生不同的响应。
通过接收线圈接收地下介质中的电磁响应，并分析接收信号的变化，就可以推断地下介质的电导率分布情况。
瞬变电磁法原理的关键在于对接收信号的分析。
接收线圈接收地下介质中的电磁响应，这个响应信号包含了地下介质电导率的信息。
通过对接收信号的分析，可以得到地下介质的电导率分布情况，从而揭示地下介质的电性信息。
瞬变电磁法通过对地下介质的电性信息进行探测，可以帮助地质勘探人员了解地下构造和岩矿成矿体的情况，为资源勘探和地质灾害预测提供重要的科学依据。
总之，瞬变电磁法原理是利用瞬变电磁场的感应效应，通过对地下介质的电性信息进行探测，来揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。
通过对发射线圈传输的瞬变电磁场和接收线圈接收的电磁响应进行分析，可以得到地下介质的电导率分布情况，从而揭示地下介质的电性信息。
瞬变电磁法在资源勘探和地质灾害预测中具有重要的应用价值，是一种非常有效的地球物理勘探方法。
瞬变电磁原理
其中：Sn为接收线圈等效面积，N为匝数
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视电阻率（1）
• 视电阻率是形象表达地下电性结构的一种常用参 数，因此也往往通过某种算法将时间域瞬变电磁 法（ＴＥＭ）观测到的感应电动势转化为视电阻 率参数进行瞬变电磁响应的地球物理解释
区域构造、石油 含水层厚度、埋深
找水
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瞬变电磁法基本原理（2）
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）， 利用不接地回线（线圈）向被测地质体发射 脉冲式电场作为场源（一次场），以激励被 测地质体产生二次场，在发射脉冲的间隙利 用接收回线（线圈）接收二次场随时间变化 的响应。从接收的二次场数据中分析出地质 体异常导电体的位置，从而达到解决地质问 题的目的。
瞬变电磁法特点就基于这两个可分性。
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瞬变电磁响应过程（1）
在导电率为s、磁导率为μ的均匀地质体表面敷设面积为S 的矩形发射回线中供以阶跃电流。
It
1 0
t 0 t 0
在电流断开之前（t<0时），发射电流在回线周围
的地质体和空间中建立起一个稳定的磁场。
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均匀大地瞬变电磁响应过程（2）
Vd t
2
0t （5-3-3）
从式（5-3-1）到式（5-3-3）可以看出：感应涡流扩散的速 度与地质体电导率和磁导率有关。导电性和磁导率越好，扩 散速度越慢，在导电性和导磁性较好的地质体上，能在更长
的延时后观测到大地瞬变电磁场。
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第三章瞬变电磁法
图3.1.1 瞬变电磁法原理示意图
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由于瞬变电磁法测量的是导体内涡流的过渡过程，观测是在脉冲间歇期间进行 的，不存在一次场源的干扰，观测参数为纯二次场，是电磁法中唯一可采用同点装置 的方法，探测目标耦合最紧，获得的响应最强。磁性源激发，不受接地条件限制。 在金属矿勘查中， 主要用于寻找良导性的致密块状、 团块状、 网脉状硫化物矿体。 但对于浸染状硫化物矿体的探测效果不佳。 瞬变电磁法具有以下特点： （1）由于 TEM 法接收的是纯二次场，因而不受一次场的影响； （2）可以采用高密度时序采样，纵向分辨率较高； （3）穿透低阻覆盖能力强，勘探深度大； （4）发射用不接地回线，不受地表接地条件限制； （5）一般矿山主要干扰是电场，相对 TEM 干扰较小。
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甚至重要的作用。应用此图时，回线长可看着任意比例尺，并以它来归一测点距、深 度和异常体大小。
图 3.1.4 通过主剖面的垂直剖面下方的一次场磁力线分布图
2、正常场 正常场是剖面测量中的一个术语，它是指局部异常响应的背景。典型的正常场就 是均匀非磁性导电半空间表面的瞬变响应。层状大地也可视为相当某一电阻率的半空 间。 （1）重叠回线 设半径为 a 的单匝圆回线铺设于均匀非磁性导电半空间表面上，在 t=0 的瞬间， 回线中的电流 I 阶跃地下降为零： I t ≤ 0 I (t ) = 0 t > 0 则均匀半空间的电动势响应为： (3.1.4)
§3.2 野外工作方法
3.2.1 常用装置类型及功能 常用装置类型及功能
瞬变电磁法用于找矿勘查能够较准确地确定地质体的倾向、埋深、走向等。野外 工作装置形式繁多，并是电磁法中唯一能进行同点发射—接收的方法。根据勘查任务 的不同可非常灵活地选用装置，常用的装置组合有以下几种（图 3.2.1） 。
瞬变电磁
瞬变电磁法1、概述顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，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地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，有一个瞬变的过程。
可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。
具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。
近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。
同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。
这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究，工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。
可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。
2、研究现状2.1、研究历史对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。
最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。
随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。
在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。
前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。