瞬变电磁法原理简介

如题所述

(一)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他地质问题的一支时间域电磁法(图6-3-1)。因野外多用不接地回线作为激励场源,本书仅讨论不接地回线源的这种方法及其相关技术。

(二)时间域的电磁法与频率域电磁法的区别

理论上讲,电磁测深既可以在频率域、也可以在时间域实现,两种域包含完全等价的信息。然而频率域是在一系列离散的频率上工作,时间域的一个脉冲往往包含了极其丰富的频率成分,因此两者之间仍存在一些细微的差别。

图6-3-1 瞬变电磁法图解

1)工作方法不同。频率域电磁法:在一系列离散的频率上工作,每次观测一种频率,故观测时间长。时间域电磁法:通过发送一系列离散的电脉冲工作,电磁场有一个建立和恢复的过程(图6-3-2),频率成分极其丰富,观测时间短。

2)物理基础不同。频率域电磁法:不同频率的电磁波穿透深度不同。频率高穿透深度小,反映浅部的地电信息。频率低穿透深度大,可以反映深部的地电特征。时间域电磁法:不同时间反映不同的深度。感应时间越长,电流穿透越深,因此越能反映地下深处的信息(图6-3-2),是一种感应测探。

图6-3-2 电磁场的建立和恢复过程及半空间中的等效感应电流

可通过趋肤深度来估算最大探测深度:

地球物理找水方法技术与仪器

3)可通过傅立叶变换与反变换将两者联系起来。

(三)瞬变电磁法的常用工作设置

1.中心回线

大回线Tx发射,小回线Rx接收,且中心点重合的装置。特点:异常特征最简单,横向分辨率高,受一次场影响较大,适用于测深勘探,由浅到深都有反映(图6-3-3(b))。

2.重叠回线

发射回线Tx与接收回线Rx,重叠在一起的装置。特点:异常特征较简单,横向分辨率低,受一次场影响最大,适用于中深部勘探(图6-3-3(a))。

3.偶极装置

发射回线Tx与接收回线Rx,相距一定的距离。特点:异常特征复杂,横向分辨率高,受一次场影响最小,适用于浅中部勘探(图6-3-3(c))。

4.大定源回线

发射回线Tx不动,接收回线Rx在一定范围内移动的装置。特点:异常特征复杂,横向分辨率低,受一次场影响复杂,适用于深部勘探(图6-3-3(d))。

图6-3-3 瞬变电磁法常用工作装置

(四)瞬变电磁法的特点

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1km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。

(五)瞬变电磁法的主要应用范围

1)地下水和地热资源的调查;

2)寻找低阻矿体:铅锌矿、硫化物矿、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)隧道超前探测。

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