瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究.pdf

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1、第32卷第1期地震地质Vo1．32，No．12010年3月SEISMOLOGYANDGEOLOGYMar．，2010doi：10．3969／j．issn．0253-4967．2010．O1．009瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究张华曹军孙海1)东华理工大学核工程技术学院，抚州3440002)桂林矿产地质研究院，桂林541004摘要文中采用实验方法对瞬变电磁法多匝重叠小回线装置发射磁矩、关断时间、感应信号强度随发射线圈匝数及接收线圈匝数的变化分别进行了研究。对固定发射线圈匝数改变接收线圈匝数与固定接收线圈匝数改变

2、发射线圈匝数这2种实验方式进行了对比，从而找出了更适合地质响应的发射与接收线圈的匝数。同时还分别采用线圈边长为0．5mxO．5m与1m×1m的线框进行了对比实验，通过分析发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈边长、线圈匝数的变化，找到合理的重叠小回线装置。实验结果表明发射磁矩随线圈的边长与发射线圈匝数的增加而增加；关断时间随发射线圈匝数近乎呈正比增加，与接收线圈无关；感应信号强度与线圈匝数呈正比关系，但是相比之下，接收线圈匝数更占主导地位。关键词瞬变电磁法重叠小回线关断时间发射磁矩中图分类号：P631．325文献标

3、识码：A文章编号：0253—4967(2010)O1-0090-080引言随着地球物理勘探事业的发展，复杂地区的勘探日益增多，野外干扰因素也进一步加大，瞬变电磁法数据采集越来越受到工作区域条件的限制，特别是在隧道、井下超前探中，由于施工条件有限，回线边长不能太大，使得采集到的信号非常微弱，探测的深度大大降低，满足不了精细勘探的要求，因此研究高分辨率的数据采集装置是勘探成效好坏的关键所在，而重叠小回线数据采集装置的研究尤为重要(李实等，2001；阴建康等，2007；刘志新等，2009)。目前对于多匝重叠小回线装置的分

4、析研究相对较少，为此，本文借助于澳大利亚产的Terra—TEM瞬变电磁仪，采用重叠回线装置、边长为0．5mxO．5m与1m×1m的2种类型的线圈来进行本次的物理模拟实验。首先固定接收线圈匝数，依次改变发射线圈匝数，研究发射磁矩、关断时间、感应信号随发射线圈匝数的变化规律；再固定发射线圈匝数，依次改变接收线圈匝数，分析感应信号强度随接收线圈匝数的变化规律；最后将2种不同边长线圈的发射磁矩、关断时间、感应信号强度进行对比，从中找出规律，得到线圈匝数、边长与发射磁矩、关断时间、感应信号之间的关系，为瞬变电磁观测系统的合理

5、选择与施工设计提供一定的理论依据(闫述等，2002；杨海燕等，2006；姜志海等，2007)。[收稿日期]2009—05—11收稿，2010-02-08改回。[基金项目]江西省教育厅青年科学基金项目(GJJ10169)资助。1期张华等：瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究911瞬变电磁法原理在导电率为or、导磁率为的均匀各向同性大地表面敷设面积为Js的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，，，满足以下条件：={在电流断开之前(t<0时)，发射电流在回线周围与大地空间中建立起1个稳定的磁场；在t=0时，将电流突然断

6、开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将迅速衰减，由它产生的磁场也随之衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程继续下去，直至大地的欧姆损耗将磁场能量消耗完毕为止，伴随这一过程存在的电磁场便是大地的瞬变电磁场(Nablghlaneta1．，1979；蒋邦远，1998；YUeta1．，2007)，如图1所示

7、。利用瞬变电磁场探测地球介质电导率特性的研究叫做瞬变电磁法。图1瞬变电磁法探测示意图Fig．1SchematicdiagramofdetectionofTEM瞬变电磁法具有勘探深度大、容易穿透高阻层、抗干扰能力强，以及既可在远区观测，也可在近区观测，还可选择不同时窗进行观测以获得不同深度的地质信息等优点，广泛应用于金属矿产、油气、地下水和地热勘探、环境监测、工程勘察，以及市政工程等方面(Jiangela1．，2007)。2实验步骤2．1仪器及参数选择实验采用澳大利亚产的Terra—TEM型瞬变电磁仪，该仪器能够自动

8、记录发射线圈总电阻、接收线圈电阻、发射电流、关断时间等参数，可进行中心回线、重叠回线、同一回线、分离回线等多种装置形式的数据采集工作。同时该仪器外接24V蓄电池作为供电电源，最大允许电流10A，因此，实验时要考虑发射线圈电阻不能太小，发射线圈的电阻可以用万用表量出，或者根据仪器记录的2次发射线圈的总电阻计算出发射线圈的电阻。1期张华等：瞬变电磁法多匝重叠小回