地-井瞬变电磁井旁板状导体响应特征分析-张杰

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1、地-井瞬变电磁井旁板状导体响应特征分析基金项目：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所基本科研业务费项目（AS2007J08）资助。作者简介：张杰（1977－），男，高级工程师，主要从事瞬变电磁法研究工作，E-mail:zhangjie@igge.cn。张杰，王兴春，邓晓红，吕国印，武军杰，杨毅（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊065000）摘要：地－井瞬变电磁井旁盲矿的响应受多种因素影响，曲线特征复杂，为了研究井旁板状导体位置、埋深、产状等因素对地－井TEM响应的影响，通过数值模拟方法计算了4类39个理

2、论模型，分析了板状导体倾角、埋深变化及其与钻孔距离、相对位置变化的地－井TEM响应特征，并总结了响应特征与板体几何参数之间的内在联系规律，为井旁盲矿异常的定性定量解释提供了依据。关键词：地－井瞬变电磁；井旁；板状；响应特征0引言地－井瞬变电磁法观测的响应值不仅与矿体的导电性和几何形态有关，还与发射回线、导体、接收探头之间的位置关系密切相关，且感应二次场属于矢量场，响应曲线的形态特征非常复杂，了解和认识典型响应曲线是地－井瞬变电磁资料解释的基础。本文利用商业化的EMVISION软件对井旁板状导体模型进行了数值模拟，获取了典型响

3、应曲线，分析研究了井旁导电薄板响应曲线特征，总结了异常规律，为井旁盲矿异常的定性定量解释提供了依据。1地－井瞬变电磁法原理地－井瞬变电磁法（TEM）测量是将发射回线布置在井孔上方或附近地表，用接收探头在钻孔中测量地下介质产生的感应二次场，方法原理如图1所示[1][2]。在不接地回线中供以双极性脉冲电流，产生激发电磁场，在一次电磁场的激励下，地下介质受感应产生涡旋电流，当发射的脉冲电流从峰值跃变到零，激发场立即消失，而地下介质中的感应涡流并不立即消失，而是有一个衰变过程，这个过程的特征与地下电性结构分布有关。通过研究井中感应二

4、次场在空间和时间上的变化特征，可以达到研究钻孔周围电性分布结构的目的，从而可以发现井旁、井底盲矿，或推断已见矿体的空间分布与延伸方向。图1地－井TEM法工作原理示意图图2地－井TEM坐标系Fig.1SchematicdiagramforSurfacetoboreholeTEMFig.2SurfacetoboreholeTEMcoordinatesystem空间中的一次、二次场都是矢量场，分析、研究地－井TEM响应曲线时必须先明确坐标系。按照加拿大CORNE公司地－井TEM系统的坐标系规定如下[3]：井轴分量A沿指向上为正，井

5、经分量U、V按右手定则规定正方向，当钻孔为直孔时，即为笛卡尔右手坐标系，如图2所示，并规定发射电流方向以保证发射回线中心的一次场Z分量向上为前准。2地－井瞬变电磁典型特征2.1静态特征静态特征指响应幅值随着接收探头位置（深度）的变化特征，图3展示了发射回线位于导体正上方时的四种Z分量响应典型特征，其中A孔穿过导体中部，为正异常特征；钻孔B穿过导体边部，异常特征为在正异常中出现反向异常；钻孔C穿过导电矿体外部附近，为强而陡的负异常特征；钻孔D穿过导电矿体远处，异常特征为弱而缓的负异常。图3地－井TEM响应静态特征曲线图4地－井

6、TEM响应动态特征曲线Fig.3SurfacetoboreholeTEM’sstaticcharacteristiccurveFig.4SurfacetoboreholeTEM’sdynamiccharacteristiccurve2.2动态特征动态特征（或称时间特征）是指响应曲线的形状及特征点（如极值、过零点等）随采样延时的变化特征[4]，反映导体中感应涡流随时间的衰变及扩散规律，通常分为早、中、晚期，如图4所示[2]，在穿过矿体中部的A孔中，观测到始终为正的响应值；在穿过矿体边缘的B孔中，将观测到中心由正变负、而两侧由负

7、变正的响应值；位于矿体外侧的C孔中，将观测到始终为负的响应。3等效水平电流环响应特征Dyck，A.V和West，G.F（1984）[5]、Eadie,T和Staltari,G（1987）[6]描述了导体内感应涡流的建立与消失过程，导体内的电流分布可以用等效电流环表示。设边长为30m×30m的水平等效电流环，在不同位置设置取样钻孔，绘制剖面曲线（Z分量向上为正，X分量向右为正）。由于主剖面上Y分量响应幅值为零，且X与Y分量特征具有相似性，所以只需讨论X与Z分量。A、B两孔穿过电流环内部，距电流环中心10m，X、Z分量曲线如图5

8、所示。两孔Z分量曲线完全一致，均为单峰正异常，极大值点与电流环深度对应。两孔X分量曲线形态完全相反，A孔位于电流环中心右侧，曲线显示为反“S”型，在电流环上部，幅值先由弱变强，达到极大值后又逐渐变弱，在电流环深度位置（z=0）处出现“过零点”；在下部，幅值变为负值，且有一极小值。B孔位于电