瞬间变电磁法得原理及应用

摘要:瞬变电磁法是地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一，它基于电性差异，主要用于寻找低阻目标物，研究浅成至中深层地电结构。具有较高的抗干扰能力和分辨率。
　　关键词:瞬变电磁;装置;回线;野外工作技术
　　
　　1原理及优点
　　瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简称TEM)是一种人工源的时间域电磁法。它的基本原理是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，即在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为零的矩形发射回线在回线中供以
　　的阶跃脉冲电流，将产生一个向地下传播的一次瞬变磁场，在该磁场的激励下，在地质体内产生涡流，在一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个衰减过程，在此过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。在地表用接收线圈或接地电极观测该二次电磁场的空间和时间分布。
　　在瞬变过程的早期阶段，频谱中高频成分占优势，因此涡旋电流主要分布在地表附近，由于趋肤深度的高频效应，阻碍电磁场向地下深部传播，因此早期阶段的瞬变场主要反映地层的浅部地质信息。在晚期阶段，高频成分被导电介质吸收，低频成分占主导地位，在这一阶段，局部地质体中的涡流，实际上全部消失，而各层产生的涡流磁场之间的连续相互作用使场平均化，这时瞬变场的大小主要依赖于地电断面总的纵向电导。
　　由于瞬变电磁测深法是在一次场断电后测量纯二次场，不存在一次场的干扰与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、不受静态位移影响、操作简便迅速、穿透高阻层能力强、不受接地电阻影响、地形影响小、对低阻地质体反应灵敏、生产效率高、可作大面积长距离堤防普查等优点。
　　2装置
　　瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是载流线圈或回线形式的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。发射的电流脉冲波形主要有矩形波、梯形波和半正弦波，不同波形有不同的频谱，激发的二次场频谱也不相同。瞬变电磁自其发展以来，工作方式多种多样.例如:重叠回线装置、ZX回线装置、同一回线装置、偶极装置等。下面介绍装置的优缺点:
　　2.1重叠回线装置
　　重叠回线装置优点是瞬变电磁法特有的组合，它与目的物耦合Z紧;发射线圈逐测点移动，不会有激发盲区;异常幅度大，形态简单，受旁侧影响小，横向分辨率高;发射磁距和接收磁 距较大。其缺点为分辨率相对较低，因为只能观测垂直分量; 设备较为笨重，铺线较为麻烦;人为导体较多处很难避开。
　　2.2ZX回线装置
　　ZX回线装置优点是重叠回线的变形，具有重叠回线的优点;可观测水平分量， 分辨率较高;接收回线可以避开如管道等人为导体， 在人为导体较多的测区，其数据质量优于重叠回线;体积效应， 受地形影响小，不受静态效应。其缺点是地质体的不均匀性影响较重叠回线的大。
　　2.3同一回线装置
　　同一回线装置优点是它主要响应为一单峰，异常形状较简单;可观测多个分量，能较精确地提供目的物倾角和深度信息;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。其缺点是一般发射磁距小;勘探深度较小。
　　3野外工作技术
　　3.1装置类型的选择
　　一般根据对目的物参数的估计、地质环境、电磁噪声等确定。
　　3.2回线大小的选择
　　3.2.1重叠回线装置是适用与轻便型仪器的工作装置，一般情况下回线边L=H，H为探测目标的Z大埋藏深度。
　　3.2.2ZX回线装置发送回线边长按该区测深工作所需要的探测深度、覆盖层平均电阻率、干扰电平及发送电流合理选定，也可以参照
　　3.2.3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dBx /dtdBz /dt两个正交分量。
　　3.2.4在工程勘查中，一般使用回线边长为10~20m，点距为5~10m的重叠回线工作。
　　3.3道数和叠加次数的选择
　　一般来说，在实际工作中选择取样道数希望尽可能多些，以记录到在较宽的延时范围内的有用信号;而叠加次数则希望取得少些，以提高观测速度。这两点主要决定于测区内所用观测装置的信噪比。要想选择合适的取样道数和叠加次数，在一个测区开始工作之前首先做些试验工作。如果Z后几道读数为仪器噪声电平，说明有用信号都已记录下来，取样数和叠加次数选择是合适的;如果Z后的读数超过噪声电平但波动较大，这表明还未达到噪声电平，应增加测道数和叠加次数，直到Z后几道仅为噪声电平为止。