瞬变电磁原理.ppt

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1、瞬变电磁法基本原理（1）类别场的性质方法名称应用直流电法天然场自然电场法地下水流向、金属硫化矿电阻率法电剖面法断层破碎带、熔岩发育带电测深法含水层厚度、埋深高密度电法电剖面法+电测深法激发极化法地下水、石油、金属硫化矿充电法地下河、供水裂隙带交流电法人工场频率电磁测深法区域构造、石油瞬变电磁法含水层厚度、埋深电磁法找水瞬变电磁法基本原理（2）瞬变电磁法或称时间域电磁法（TransientElectromagneticMethod，简称TEM），利用不接地回线（线圈）向被测地质体发射脉冲式电场作为场源（

2、一次场），以激励被测地质体产生二次场，在发射脉冲的间隙利用接收回线（线圈）接收二次场随时间变化的响应。从接收的二次场数据中分析出地质体异常导电体的位置，从而达到解决地质问题的目的。瞬变电磁法基本原理（3）瞬变电磁法基本原理（4）前面提到测量数据是在脉冲间隙中得到的，理论上不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性。根据傅立叶变换理论可知，方波脉冲可视为许多不同频率的组合，不同延时观测的主要频率成分不同，相应时间的场在地质体中的传播速度不同，调查深度也就不同，这称之为空间的可分性。瞬变电磁法特点就基于

3、这两个可分性。瞬变电磁响应过程（1）在导电率为s、磁导率为μ的均匀地质体表面敷设面积为S的矩形发射回线中供以阶跃电流。在电流断开之前（t<0时），发射电流在回线周围的地质体和空间中建立起一个稳定的磁场。均匀大地瞬变电磁响应过程（2）在t=0时刻，将电流突然关断，由该电流产生的磁场也立即消失。一次场的剧烈变化通过空气传至回线周围的地质体中，并在地质体中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场不会立即消失。均匀大地瞬变电磁响应过程（3）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

4、迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围介质感应出新的强度更弱的涡流。这一过程继续下去，直至地质体的欧姆损耗将磁场能量消耗殆尽。这便是地质体中的瞬变电磁过程，伴随这一过程的地磁场就是地质体的瞬变电磁场。均匀大地瞬变电磁响应过程（4）在瞬变过程早期阶段，高频谐波占主导地位。由于高频的趋肤效应，涡旋电流主要集中在导电介质的表层附近且阻碍电磁场向地质体深处传播。所以早期阶段主要反映地质体断面上部地质信息。随着时间的推移，高频成分被导电介质吸收，从而低频成分占主导地位。它在导电地质体中激发出很强的涡旋电流。然而

5、由于热损耗，这些涡旋电流场很快就消失了。在瞬变过程的晚期，局部地质体中的涡流实际上全部消失，而在各个地层中的涡流磁场之间连续的相互作用使场均匀化和使电流均匀分布，晚期场将依赖于断面的总纵向电导。均匀大地瞬变电磁响应过程（4）决定瞬变过程状态的基本参数是场的瞬变时间。瞬变时间t依赖于地质体的导电性和发—收距离。在近区和高阻岩石区，瞬变时间很短——几十～几百毫秒。在断面中赋存着良导地质体时这一过程变缓。在远区，瞬变时间可达到几十秒，而在良导地质体上有时达到一分钟或更长。由此可见，研究电磁场的瞬变过程可得到

6、不同电导率地层系列的地质信息及总纵向电导，也可以分离出断面中的高导电带。瞬变电磁法的“烟圈”理论（1）瞬变电磁法物理基础是电磁感应原理，据此理论，在电导率和磁导率均匀的地质体上，敷设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地质体表面，并按指数规律衰减。随后，面电流开始扩散到地质体下半空间中，在切断电流后的任意晚期时间里，感应涡流呈多个层壳的环带状，随着时间的延长，涡流场将向下及向外扩散。感应涡流场在地质体

7、表面引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应，这种效应可以用一个简单的电流环等效，表现为一系列与发送线圈同形状并且向下向外扩散的电流环，通常称之为“烟圈”。瞬变电磁法的“烟圈”理论（2）在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场的强度。地质体介质被激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地质体介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，即二次场的大小与地下介质的电性有关：（1）低阻地质体感应二次场衰减速度缓慢，二次场电压较大；（2）高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二

8、次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断被测地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势（即二次电位），因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法，是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断相关地质现象的一种有效的地质勘探手段。瞬变电磁法的“烟圈”理论（3）任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧接发射回线，与发射回线具有相同的