瞬变电磁快速成像方法的分析

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论自上世纪50年代，在矿山和盆地等开始进行电法和磁法勘探【l-2]。60一--70年代始，我国的地球电磁法开始有较大的发展，特别在近20多年，为适应国民经济建设和科学发展的需要，各种电磁技术的研究和应用都得到前所未有的高速发展，新的技术不断涌现。如大地电磁(包括MT、CEMAP等)、人工源声频大地电磁(CSAMT)、电阻率成像(DC)，’探地雷达(GPR)、人工和天然混合场源电磁(EH4设备)、一井间、井地电磁(LOGGING)等，其应用已渗透到各个领域；包括能源和资源勘探、水文和工程环境勘探、地震和火山灾害监测、地壳上地幔结构探测、海洋和空间电磁

2、测量研究等各个方面；而其中的瞬变电磁(TEM)以其装备简单、经济、实用而被广泛应用，尤其在涉及浅部地层的测量与评价，已经成为瞬变电磁法发展的热门方向。但是，瞬变电磁后期数据量大，资料解释较为复杂，不便于野外工作的快速分析和现场决策，因此，如何快速的处理响应数据成为地质工作者们较为关注的问题。1．1瞬变电磁法的理论基础1．1．1瞬变电磁法原理瞬变电磁法或称时间域电磁法，简称TEM。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，地下的导电地质体在一次脉冲磁场的激发下，被感应出涡流，其大小取决于地质体的导电程度，并在空间形成二次瞬变磁场。一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而崩溃，．

3、但二次瞬变磁场并不立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程，随时间按指数规律衰减，衰减的快慢与地质体的电性参数、结构构造、体积形态等有关。一般导体越大、导电性越好，涡流的热损耗越小，二次瞬变磁场衰减就越慢。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，由于二次涡流场随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称二次磁场。由于导电矿体内感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场。二次磁场主要来源于良导电矿体内的感应电流，因此包含着与矿体有关的地质信息。二次磁场通过接收回线观测，并对所观测的数据进行分析和处理，据此，解释地下矿体及相关物理参数。与其它探测

4、方法相比，瞬变电磁法显示了其独特的优越性：①观测纯二次场，消除了频域方法的主要噪声源一装置耦合噪声，使得它随机干扰小，可以在远区观测，也可以在近区观测。选取不同时窗进行观测，可以重庆大学硕士学位论文1绪论得到不同深度的地质信息。受地形起伏、一次场不稳定及发射接收点位误差影响小。②穿透高阻能力强，在高阻围岩的条件下，没有地形引起的假异常；时域方法对于导电围岩和导电覆盖层的分辨能力优于频域方法，并且测量既快又简单，可采用加大功率的方法提高信噪比来增加灵敏度，以提高方法的探测深度；更适合勘探工作的需要。③可以使用同点装置(发射与接受框中心点位置相同，如重叠回线和中心回线)，与探测的地

5、质体达到最佳的耦合，得到的异常幅度大、形态简单及受旁侧影响小，提高了对地质体的横向分辨能力和平面、垂向定位精度。④对线圈形状，方位和点位等要求可以放宽，测量工作简单，工作效率高f34】。1．1．2瞬变电磁法的工作过程TEM使用的人工场源通常有两种：一种是电源，它是向具有一定间距的～对电极发射电流，产生一次电场信号；另一种是磁源，它是通过在地面铺设的不接地回线发射大电流，产生一次磁场信号。瞬变电磁法的工作过程分为发射、电磁感应、接收和数据处理四部分，磁性源瞬变电磁测量装置由发射回线和接收回线两部分组成。①发射回线利用脉冲电流供电，理想电流波形主要有间断双极性方波，连续双极性方波如

6、图1．1(a)、(b)所示。根据傅里叶频谱分析理论，任何一种脉冲都可分解成多个正弦(或余弦)谐波成分，每个谐波成分将对导电体激发起按频率域电磁测深规律的电磁响应。如果在时域中将各谐波激发的二次场提取出来，便得到瞬变电磁信号，以此作为研究地质结构的依据。发射回线中电流突然阶跃下降为零时，在其周围将产生急剧变化的磁场和电场。急剧变化的磁场将使大地中产生二次涡流，变化的磁场以两种途径传播到地下介质中：第一种途径是电磁波以光速从空气直接传播到地表各点，并将部分能量传入地下，在离场源足够远的地方，垂直地面传播到地下；第二种途径是电磁能量直接从场源所在地传播到地下。在磁场传播的初期，第一种

7、途径是瞬间建立的，而第二种由于在传播中受到大地阻抗作用，建立的时间相对延迟，故这两种传播方式在时间上是分开的。随后，这两种场相互叠加在一起；再后来，第一种传播方式的场衰减至可忽略不计，此时，大地中二次场主要由第二种传播方式的磁场激发产生。2重庆大学硕士学位论文1绪论-‘7句．-．厂]广]～叫南UUf门％4-1．1rlm图1．1阶跃脉冲电流波型，Fig．1．1Step-pulsecurrentwaveform当发射回线中稳定电流突然切断后一段时间内，地下良导电矿体内将产生感应电流，感应电流在矿