電法勘探 ：第4章電磁法02

1、第二節(jié) 地面電磁法 大地電磁測深方法電磁測深法 人工源頻率電磁測深法 人工源瞬變電磁測深法 電磁剖面法 3.3.1 大地電磁測深法 大地電磁測深法又稱為MT(Magnetotulluric)法，是一種利用天然電磁場進(jìn)行電磁測深的方法。這種方法在研究深度達(dá)數(shù)千米或更大的石油、天然氣勘探和地殼、上地幔研究中應(yīng)用較為廣泛，在工程勘察和金屬、非金屬礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用較少。 一、大地電磁場來源及特點(diǎn) 1 、大地電磁場的來源低頻大地電磁場來源于太陽等離子體輻射（太陽風(fēng)）作用下形成的地球磁層和電離層的變化 高頻大地電磁場來源可能包括工業(yè)漏電、超長波無線電臺、雷電及地磁場的變化，但主要來源于雷電 地球上每秒發(fā)生1

2、00次左右的閃電 2、大地電磁場特點(diǎn)1 、比較穩(wěn)定的頻譜: 頻率為Hz的電磁場振幅最小，向高、低頻段振幅均明顯增加。電流場振幅一般不超過幾mVkm。而磁場振幅為10-310-1A/m。2 、在相當(dāng)大的范圍內(nèi)大地電磁場的振幅、頻率都是相似的，具有對比性。在地球表面上的有限區(qū)域內(nèi)可近似視為平面波。3 、具有隨機(jī)性二、 水平層狀介質(zhì)的正演理論 1、 水平層狀介質(zhì)電磁場定解問題電場滿足的微分方程為 定解條件為(因?yàn)殡妶龊痛艌銮邢蚍至康倪B續(xù)性，它們的比值波阻抗也是連續(xù)的) j=1,2,n j=1,2,n-1 j=1,2,n 微分方程的通解為 其中，為待定系數(shù)。相應(yīng)的磁場通解可用下列公式求得 j=1,2,

3、n 可得 j=1,2,n-1 在方程組的各等式中，等式左端為各層的底部阻抗，等式右端為各層的頂部阻抗。要計(jì)算大地的視電阻率，只需要求出第一層的頂部阻抗即可。令 從以上兩式中消去 ，導(dǎo)出 與 的關(guān)系式，并注意到 ，便得到 的遞推關(guān)系式因?yàn)?這樣，在給定了各層的電阻率和厚度時，便可以用遞推關(guān)系式計(jì)算出第一層頂部的波阻抗 ，再計(jì)算水平層狀大地的視電阻率 另外，還可以定義波阻抗的相位： 三、水平層狀大地上視電阻率理論曲線 大地電磁測深視電阻率實(shí)測曲線也是繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上的，其縱坐標(biāo)為視電阻率，橫坐標(biāo)為電磁場周期的平方根(實(shí)際上是以縱坐標(biāo)二分之一的模數(shù)確定T的模數(shù)，并標(biāo)注T的數(shù)據(jù))。視電阻率理論曲線

4、的縱坐標(biāo)為用第一層的電阻率歸一之后的視電阻率 ，橫坐標(biāo)為電磁場在第一層介質(zhì)中的波長與第一層厚度的比值 。 （一）二層大地上視電阻率理論曲線視電阻率表達(dá)式1、視電阻率左支漸近線當(dāng)頻率很高，使 1， ， ，因此 從物理上看，當(dāng)頻率很高時，電磁場穿透深度遠(yuǎn)小于第一層的厚度，電磁場的能量幾乎都分布在第一層介質(zhì)中，因此，電磁場主要反映第一層介質(zhì)的電阻率。這相當(dāng)于直流電測深時小極距的情況。但是，與直流電測深不同的是， 是震蕩地逼近 的。從物理角度分析，這是由于電磁波在第一層上下兩個界面上來回反射，形成干涉效應(yīng)的結(jié)果。視電阻率曲線偏離第一層的電阻率向第二層的電阻率過渡對應(yīng)的電磁場波長為 對應(yīng)的電磁場趨膚深度

5、約為 電磁法的勘探深度與趨膚深度密切相關(guān)，很多地球物理學(xué)家認(rèn)為，只要滿足波區(qū)條件，可以用 來估計(jì)頻率域電磁法的勘探深度。因?yàn)?，它不僅與電磁場的頻率有關(guān)，還與第一層的電阻率有關(guān)，當(dāng)?shù)谝粚拥暮穸纫欢〞r，其電阻率越高，視電阻率曲線偏離第一層電阻率向第二層電阻率過渡對應(yīng)的電磁場頻率也越高；其電阻率越低，視電阻率曲線偏離第一層電阻率向第二層電阻率過渡對應(yīng)的電磁場頻率也越低。在這一點(diǎn)上，電磁測深與直流電測深有重大的不同。在直流電測深時，固定的極距對應(yīng)著大致相同的深度，而在電磁測深中，固定的頻率并不對應(yīng)著固定的深度，它對應(yīng)的深度還與地層的電阻率有關(guān)。在電阻率較高的地層上，固定的頻率對應(yīng)較大的深度；在電阻率

6、較低的地層上，它對應(yīng)較淺的深度。 2、視電阻率右支漸近線當(dāng)頻率很低，使 1時， 1的波區(qū)，在地面附近的波陣面近于水平，地層波衰減殆盡，形成一個幾乎是垂直向下傳播的水平極化的不均勻平面波。對于固定發(fā)收距的測點(diǎn)，隨著頻率的降低，逐漸由波區(qū)過渡到感應(yīng)區(qū)。由此可見，在頻率測深方法中，隨著頻率的不同，由高頻到低頻，同一觀測點(diǎn)可處在波區(qū)、中間區(qū)和感應(yīng)區(qū)。因此，與只研究波區(qū)條件下的大地電磁法比較，頻率測深的正演理論、工作方法及資料解釋都更復(fù)雜。 圖3.3.8 地表偶極源電磁場的傳播示意圖 (一)人工場源電磁場的分區(qū) 1的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)，又叫波區(qū)。所謂遠(yuǎn)區(qū)，也就是離場源距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于趨膚深度的區(qū)域。在該區(qū)域，地下

7、介質(zhì)對電磁場的衰減作用已經(jīng)充分顯示出來，地下某一地點(diǎn)的電磁場中，直接從場源傳播過來的電磁場已經(jīng)衰減殆盡，只剩下從空中傳播到地表，再垂直入射傳播到該點(diǎn)的電磁場。電磁場是屬于近區(qū)還是屬于遠(yuǎn)區(qū)不僅僅取決于觀測點(diǎn)到場源的距離，還取決于電磁場的頻率和介質(zhì)的導(dǎo)電性。導(dǎo)電性良好的介質(zhì)中的高頻電磁場，可以在離場源較小的空間距離進(jìn)入遠(yuǎn)區(qū)；導(dǎo)電性較差的介質(zhì)中的低頻電磁場，可能在離場源很大的空間距離仍處于近區(qū)。 近區(qū)電磁場特征 1、近區(qū)電磁場中均勻大地感應(yīng)電流產(chǎn)生的二次場大大小于一次場。這意味著在頻率域，想要在近區(qū)測量包含一次場的電磁場分量來確定介質(zhì)的導(dǎo)電性在技術(shù)上將會是非常困難的。2、近區(qū)二次場隨半空間導(dǎo)電率的增

8、強(qiáng)而增強(qiáng)。這表明在導(dǎo)電性良好的地區(qū)，近區(qū)電磁場測量可望獲得較強(qiáng)的信號，而在導(dǎo)電性差的地區(qū)，近區(qū)電磁場測量將較為困難。3、近區(qū)的磁場基本上是垂直的。由于電場是水平的，這表明在導(dǎo)電半空間表面，電磁場能量的傳播方向大致是水平向外的。遠(yuǎn)區(qū)電磁場特征 1、遠(yuǎn)區(qū)電磁場隨半空間電阻率的增強(qiáng)而增強(qiáng)。這表明在導(dǎo)電性良好的地區(qū)，遠(yuǎn)區(qū)電磁場測量將較為困難，而在導(dǎo)電性差的地區(qū)，遠(yuǎn)區(qū)電磁場測量可望獲得較強(qiáng)的信號。2、遠(yuǎn)區(qū)磁場的水平分量大大于磁場的垂直分量，遠(yuǎn)區(qū)的磁場基本上是水平的。由于電場是水平的，這表明在導(dǎo)電半空間表面，電磁場能量的傳播方向大致是垂直向下的。（二）均勻大地上電磁場表達(dá)式和波區(qū)視電阻率定義均勻大地上水平

9、電偶極子 電磁場為 波區(qū)kr1，赤道裝置 =90的電磁場為視電阻率的公式為 （三） 頻率測深裝置類型及視電阻率公式 赤道偶極裝置平行偶極裝置 CSAMT裝置（四）水平層狀大地上電磁測深視電阻率曲線的計(jì)算 1、水平層狀大地上水平電偶極子場源的電磁場表達(dá)式 2 、水平層狀大地電磁測深視電阻率曲線的計(jì)算方法 用與直流電測深計(jì)算視電阻率相同的濾波計(jì)算方法計(jì)算 為采樣間隔二、 頻率測深視電阻率曲線特征頻率測深視電阻率曲線的繪制與前面討論的大地電磁測深視電阻率曲線的繪制完全相同。大地電磁測深曲線屬于波區(qū)電磁測深曲線。在人工源頻率測深方法中，高頻情況下為波區(qū)。在波區(qū)，人工源頻率測深的所有電磁場分量定義的頻率

10、測深曲線變化的規(guī)律與大地電磁測深曲線的規(guī)律完全相同，這一重要的共同點(diǎn)是由它們的平面電磁波性質(zhì)決定的。 隨著頻率的降低出現(xiàn)非波區(qū)，在頻率測深曲線的這一頻段上，視電阻率不僅是地電參數(shù)和頻率的函數(shù)，還與發(fā)一收距大小、使用的場源（電偶極源還是磁偶極源）類型、使用的測量裝置類型、測量的電磁場分量密切相關(guān)。不同電磁場分量所定義的視電阻率曲線具有不同特征，曲線變得五花八門，較為復(fù)雜。 三、頻率測深工作中的幾個技術(shù)問題 （一）裝置及其尺寸的選擇地質(zhì)構(gòu)造橫向變化相對緩慢、地層平緩起伏的情況，如石油、煤田勘探中，其主要目的是確定地層厚度的橫向變化，則應(yīng)該選擇赤道偶極裝置。地質(zhì)構(gòu)造橫向變化相對劇烈的情況（如金屬礦區(qū)

11、），做電磁測深的主要目的是確定地質(zhì)構(gòu)造的橫向變化，還無法對定量地確定構(gòu)造深度過分關(guān)注，則應(yīng)該選擇“CSAMT”裝置或平行偶極裝置做頻率測深剖面。 2、裝置尺寸的選擇(1) 發(fā)一收距發(fā)一收距很大時電磁場信號變得很小，不能保證測量精度。收一發(fā)距減小到某一界限（例如小于2.53倍研究深度）時，頻率測深曲線的一些重要特征，如極值點(diǎn)、曲線的上升或下降角度等均變得不明顯了，給解釋帶來困難。最佳收一發(fā)距為研究深度的35倍，即r =（35）H (2)發(fā)射電極AB發(fā)射電極AB的長度可大一些，由此產(chǎn)生的裝置系數(shù)誤差對同一測點(diǎn)所有頻率的數(shù)據(jù)造成的影響是相同的，對資料解釋并沒有大的影響。而因此帶來的信噪比大大提高的好

12、處則非常明顯。 AB一般為14km左右。(3)測量電極MN測量電極MN的長度則不能太大，因?yàn)殡S著MN的長度增大，橫向分辨率降低。赤道偶極裝置MN約為200m左右。CSAMT裝置和平行偶極裝置的MN一般為50100m左右，測點(diǎn)距一般等于MN。 （二）工作頻率范圍的確定 最高頻率應(yīng)使 2 例如，當(dāng)?shù)谝粚雍穸葹?00m，電阻率為100時，最高頻率為25000 Hz。當(dāng)?shù)谝粚雍穸茸優(yōu)?0m，電阻率不變時，最高頻率為2.5106 Hz。最低頻率應(yīng)使最大趨膚深度大于46倍最大勘探深度。例如，如果要求的最大勘探深度為1000m，這時應(yīng)使趨膚深度= 503(/f) 1/2 40006000m，如果探測深度范圍

13、內(nèi)地層的平均電阻率為100，則最低頻率應(yīng)低于1.560.69 Hz。Hz （三）供電電流強(qiáng)度的確定可根據(jù)所用裝置及觀測信號達(dá)到最低可靠信號水平計(jì)算出所需的最小供電電流強(qiáng)度。例如，對于赤道偶極裝置 式中，I為所需的最小供電電流強(qiáng)度， 為測區(qū)預(yù)計(jì)最小視電阻率， 為最低可靠電位差讀數(shù)（在大多數(shù)無強(qiáng)烈電磁干擾的地區(qū)，這個數(shù)值大約在50微伏左右）。(四) 橫電場（TE）方式和橫磁場（TM）方式的選擇 橫電場方式是指電場方向垂直于測線走向，此時電場方向順著構(gòu)造走向，磁場方向垂直于構(gòu)造走向；橫磁場方式則指磁場方向垂直于測線，此時電場方向垂直于構(gòu)造走向，磁場方向順著構(gòu)造走向。由于切向電場的連續(xù)性，橫電場（TE

14、）方式對構(gòu)造的橫向分辨率較差，但由于受橫向影響較小，對深度的確定更準(zhǔn)確。橫磁場（TM）方式則與橫電場（TE）方式剛好相反，它的橫向分辨率較好，但對深度的確定更不準(zhǔn)確。一般來說，普查時先采用TM方式，需要詳細(xì)研究時再用TE方式。(五) 靜態(tài)效應(yīng)問題靜態(tài)效應(yīng)是指測點(diǎn)處淺部的局部低阻或高阻引起測深曲線形態(tài)不變、但整體上升或下降的現(xiàn)象。進(jìn)行電場測量的大地電磁測深和頻率電磁測深都會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。由于靜態(tài)效應(yīng)的影響，在視電阻率斷面等值線圖上出現(xiàn)很多縱向的等值線，使得利用視電阻率斷面等值線圖進(jìn)行資料定性解釋變得困難。在以水平地層模型進(jìn)行一維定量計(jì)算解釋時，靜態(tài)效應(yīng)使定量計(jì)算結(jié)果發(fā)生偏差。由于電磁法對深度的解

15、釋與電阻率有關(guān)，淺部的局部低阻引起測深曲線的整體下降將使算得的地層電阻率和厚度（與視電阻率的平方根）成比例地降低；淺部的局部高阻引起測深曲線的整體上升將使算得的地層電阻率和厚度成比例地增大。地形起伏造成的影響與靜態(tài)效應(yīng)的影響是相同的。山脊的影響類似于淺部的局部低阻的影響；山谷的影響類似于淺部的局部高阻的影響。四、 頻率測深資料解釋頻率測深資料的處理和解釋與直流電測深以及其它測深資料的處理和解釋方法一樣。就電磁測深剖面工作來說，需要提交的基本圖件也為視電阻率曲線類型圖和視電阻率斷面等值線圖。視電阻率資料的定性解釋是頻率測深資料解釋的第一個重要步驟。定性解釋包括分析測深曲線以及視電阻率曲線類型圖和

16、視電阻率斷面等值線圖展示出的在橫向和垂直方向上地電斷面整體的變化規(guī)律?？煞蛛x出地電構(gòu)造的隆起、凹陷或由破碎帶、接觸帶、礦體以及喀斯特帶引起的局部異常帶。頻率電磁測深資料的半定量解釋主要利用電磁場的趨膚深度。如前所述，電磁法的勘探深度與趨膚深度密切相關(guān)，只要滿足波區(qū)條件，可以用 來估計(jì)頻率域電磁法的勘探深度。水層特征：呈明顯低阻鉆探結(jié)果：出水量902.9m3/日高頻電磁（EH4）反演電阻率斷面測區(qū)巖性：灰?guī)r出露勘探方法：EH-4、激發(fā)極化井位3.3.3 瞬變電磁法瞬變電磁法基本原理瞬變電磁法（TEM）是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由脈沖電磁場感應(yīng)的地下

17、渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布，從而來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時間域電磁法。頻率域電磁場與時間域電磁場的關(guān)系 頻率域電磁場與時間域電磁場通過拉氏變換或傅立葉變換互相聯(lián)系 瞬變電磁法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1、可以使用同點(diǎn)裝置，體積效應(yīng)、旁側(cè)影響大大減小，而分辨率大大增強(qiáng)。2 、觀測純二次場異常，沒有FEM中的主要噪聲源一一裝置耦合噪聲，異常探測能力強(qiáng)。3 、地形起伏、收發(fā)點(diǎn)位誤差影響小。 缺點(diǎn):1 、能量分布在較大的頻率范圍 ，不易達(dá)到很大的勘探深度。 一、瞬變電磁法常用裝置及常用波形1 、重疊回線和中心回線裝置 2 、分離回線裝置3 、框一回線裝置 重疊回線和中心回線裝置特點(diǎn)與探測對象能達(dá)到最佳耦合，所得

18、到的異常幅度大，形態(tài)簡單，受旁側(cè)影響小，橫向分辨率高，是瞬變電磁法中最常采用的裝置。由于是動源裝置，發(fā)射磁矩受到限制，勘探深度一般只能達(dá)到數(shù)百米。當(dāng)發(fā)射回線邊長較大時，野外施工比較困難。 分離回線裝置特點(diǎn)在直立薄板上異常形態(tài)更簡單（分離回線在直立薄板上的磁場異常為負(fù)單峰，同點(diǎn)裝置的磁場異常為正雙峰）外，其它方面均不如同點(diǎn)裝置。框一回線裝置特點(diǎn)發(fā)射回線固定，可以采用大功率的發(fā)送設(shè)備以便達(dá)到很強(qiáng)的供電電流，而且發(fā)射回線面積很大，因而能夠提供很強(qiáng)的發(fā)射磁矩，有利于大深度探測。采用輕便的接收線圈，移動靈活，而且不僅可以測量Z分量，也可以測量X、Y分量。野外施工中，可用多臺測量裝置同時測量，因此，該裝置

19、工作效率高，探測深度大。缺點(diǎn):體積效應(yīng)較強(qiáng)，框外測量易受集流效應(yīng)影響。瞬變電磁法常用波形二、瞬變電磁測深的基本理論 （一）均勻大地上垂直階躍磁偶極子的電磁場表達(dá)式 (二)均勻大地上垂直階躍磁偶極子的電磁場特征1 、早期電磁場漸近特性和早期視電阻率1)、早期電磁場與大地電阻率成正變關(guān)系，即大地導(dǎo)電性越差；早期瞬變電磁場越強(qiáng)。這是由于大地導(dǎo)電性越差，它產(chǎn)生反抗一次磁場變化的感應(yīng)電流的能力就越小，因而空間磁場衰減速度就越快，由此激發(fā)的渦旋電場便越強(qiáng)。2)、早期電磁場隨距離增加衰減很快，這表明早期感應(yīng)電流集中于發(fā)射場源附近。3)、早期磁場強(qiáng)度隨時間的變化是線性的，電場強(qiáng)度則與時間無關(guān)。 4)早期視電阻

20、率 一般將作為早期的條件 2 、晚期電磁場漸近特性和晚期視電阻率 1)、晚期瞬變電磁場與大地電阻率成反變關(guān)系，即大地導(dǎo)電性越差，電磁場越弱。這是由于在導(dǎo)電性差的大地上，磁場經(jīng)早期衰減已衰減殆盡的緣故。 2)、晚期垂直磁場（及其時間導(dǎo)數(shù)）強(qiáng)度與位置無關(guān)（均勻場），這說明大地中感應(yīng)電流已擴(kuò)散到無限深、無限遠(yuǎn)處了。 3)、晚期瞬變電磁場隨時間迅速衰減，與 成反比。 4)晚期視電阻率一般將作為晚期條件 (三)瞬變過程分析感應(yīng)電流呈環(huán)帶分布，渦流場極大值最先位于緊挨發(fā)射回線的地表下，隨著時間推移，該極大值沿著與地表成30傾角的錐形斜面向下、向外移動，強(qiáng)度逐漸減弱。 感應(yīng)電流環(huán)的“煙圈效應(yīng)” 地下渦旋電流

21、在地表產(chǎn)生的磁場可以等效為一個水平環(huán)狀線電流的磁場。在發(fā)射電流剛關(guān)斷時，該環(huán)狀線電流緊挨發(fā)射回線，與發(fā)射回線具有相同的形狀。該電流環(huán)隨著時間推移向下、向外擴(kuò)散，并逐漸變形為圓電流環(huán)，很象從發(fā)射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，人們將地下渦旋電流向下、向外擴(kuò)散的過程形象地稱為“煙圈效應(yīng)”。 “煙圈”的半徑、深度的表達(dá)式分別為 “煙圈”將沿傾斜錐面擴(kuò)散，其向下傳播的速度為：地下感應(yīng)渦流向下、向外擴(kuò)散的速度與大地導(dǎo)電率有關(guān)，導(dǎo)電性越好，擴(kuò)散速度越慢，這意味著在導(dǎo)電性較好的大地上，能在更長的延時后觀測到大地瞬變電磁場。從“煙圈效應(yīng)”的觀點(diǎn)看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應(yīng)電流產(chǎn)生的，反映淺部電性

22、分布；晚期瞬變電磁場主要是由深部的感應(yīng)電流產(chǎn)生的，反映深部的電性分布。因此，觀測和研究大地瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律，可以探測大地電性的垂向變化，這便是瞬變電磁測深的原理。 (四)水平層狀大地的瞬變電磁測深曲線實(shí)測的瞬變電磁測深曲線一般是繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上的，其縱坐標(biāo)是 ，橫坐標(biāo)是 。瞬變電磁測深理論曲線的縱坐標(biāo)是 ，橫坐標(biāo)是 。 圖3.3.22二層大地晚期視電阻率曲線 圖3.3.23二層大地晚期視電阻率曲線 圖3.3.24二層大地不同 的晚期 曲線圖3.3.25三層大地晚期視電阻率曲線(a)H-1/8-1(2=0.5); (b)K-8-1(2=2); (c)A-8-64(2=1); (d)Q

23、-1/4-1/16(2=0.5)圖3.3.26瞬變電磁法晚期 曲線反映良導(dǎo)薄層的能力 三、局部良導(dǎo)體的同點(diǎn)裝置TEM剖面異常1 、水平良導(dǎo)圓柱體上的多道V/I異常剖面曲線。銅柱：直徑8cm, 長41.7cm,h=5cm;重疊回線邊長10cm;點(diǎn)號間距4cm 2 、直立薄板上的多道V/I異常剖面曲線鋁板：70400.1cm3,h=5cm;重疊回線邊長10cm;點(diǎn)號間距4cm3 、重疊回線在傾斜薄板上的多道V/I異常剖面曲線銅板：80200.6cm3,h=5.5cm，=45，板頂在0號點(diǎn)；重疊回線邊長5cm圖3.3.30重疊回線在不同傾角薄板上的V/I異常剖面曲線鋁板：70400.1cm3,h=5

24、cm;重疊回線邊長10cm;點(diǎn)號間距4cm；t=1.2mS四、瞬變電磁法的野外工作方法（一）工作裝置和回線大小選擇1、工作裝置選擇工作裝置的選擇應(yīng)根據(jù)勘探目的、施工條件和各種裝置的特點(diǎn)等因素綜合考慮決定。如果探測目標(biāo)深度在數(shù)百米以內(nèi)，要求達(dá)到較高的分辨率，圍巖導(dǎo)電性較好（易產(chǎn)生集流效應(yīng)）時，同點(diǎn)裝置是首選對象。如果要進(jìn)行較大深度的探測，或測區(qū)地形崎嶇、有河谷等其它障礙使得鋪設(shè)動源回線困難時，則可以先選擇定源大回線裝置進(jìn)行掃面工作，再用同點(diǎn)裝置進(jìn)行詳查。 2、回線邊長的選擇增大發(fā)射回線和接收回線邊長，將會增強(qiáng)信號強(qiáng)度，并延長有效信號的持續(xù)時間，從而有利于加大探測深度。但二者的增大使野外工作難度增

25、加，同時使體積效應(yīng)影響增強(qiáng)，從而降低了橫向分辨率。此外，增大接收回線邊長時，不僅增大了有效信號強(qiáng)度，也使干擾信號強(qiáng)度增大。因而，在保證預(yù)定勘探深度的情況下，一般都應(yīng)選擇盡可能小的回線邊長。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和野外實(shí)例表明：同點(diǎn)裝置可以有把握地探測到線性尺寸相當(dāng)于回線邊長、埋深為2倍回線邊長的良導(dǎo)體。因此，采用同點(diǎn)裝置時，應(yīng)取回線邊長等于0.51倍探測深度。采用框一回線裝置時，大定源發(fā)送回線邊長可等于或略大于擬探測深度。（二）野外工作布置和測量1、回線布置供電回線要采用電阻小、絕緣性能好的導(dǎo)線，一般要求每千米電阻小于6，以便在有限的電源電壓下可輸出足夠大的電流。鋪設(shè)電線可以使用金屬線架，但回線鋪設(shè)好后

26、，必須將金屬線架拿開。如果剩有殘余電線，應(yīng)將其呈之字形鋪于地面，以免電線互相纏繞產(chǎn)生強(qiáng)烈的感應(yīng)信號。一切緊挨回線的金屬物體都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾信號，高壓電力線的強(qiáng)烈干擾信號甚至可能損害測量電路。因此，回線布設(shè)應(yīng)避開所有金屬物體，遠(yuǎn)離高壓電力線。2、觀測時間范圍的選擇從“煙圈”電流的擴(kuò)散深度公式可推知TEM的探測深度正比于 。若假定探測深度相當(dāng)于煙圈電流深度的一半，則可用確定觀測時間范圍。上兩式中tmin和tmax分別為最小延時和最大延時；hmin和hmax分別為要求的最小和最大探測深度；min和max為測區(qū)巖層的最低和最高電阻率。 一般說來，在實(shí)際工作中希望在盡可能寬的時間范圍內(nèi)記錄到有用信號。

27、但由于測量回路本身存在一定的過渡過程，使得觀測的最小延遲時間不能太早（現(xiàn)在的商用瞬變電磁儀讀數(shù)的最小延遲時間約為10微秒數(shù)量級）。而測區(qū)干擾電磁場以及儀器噪聲電平的存在又限制了觀測的最大延遲時間。記錄時間范圍過寬，實(shí)際上晚期道的觀測質(zhì)量已不能保證。在一個測區(qū)工作前最好先做一些實(shí)驗(yàn)工作。如果最后幾道讀數(shù)為噪聲電平，說明有用信號都已記錄下來了；如果最后幾道讀數(shù)超過噪聲電平，就應(yīng)增大觀測時間范圍。當(dāng)然，選定了觀測時間范圍后，在實(shí)際觀測中遇到衰減很慢的異常，應(yīng)即時延長時間范圍重復(fù)觀測，使有用信號能被完整地記錄下來。 3、疊加次數(shù)的選擇 為了壓制測區(qū)的干擾電磁信號，提高觀測資料的信噪比，現(xiàn)代的瞬變電磁儀

28、大都采用了“疊加平均”的讀數(shù)技術(shù)。增加疊加次數(shù)可以降低記錄數(shù)據(jù)中干擾噪聲的水平，然而，增加疊加次數(shù)將增加觀測時間，降低觀測速度。疊加次數(shù)的選取應(yīng)兼顧數(shù)據(jù)質(zhì)量和觀測速度。所選取的最小疊加次數(shù)應(yīng)使高于儀器噪聲電平的有用信號能以足夠大的信噪比被記錄下來。4、供電電流強(qiáng)度的確定 可根據(jù)所用裝置及最大延時觀測信號達(dá)到最低可分辨信號水平計(jì)算出供電電流強(qiáng)度。例如，對于重疊回線裝置，從（3.3.46）式可得：式中，I為供電電流強(qiáng)度， 為測區(qū)預(yù)計(jì)最大視電阻率；tmax為對應(yīng)于最大探測深度所要求的最大延時；Vmin為最低可分辨電壓；a為回線邊長。 4、噪聲電平的觀測不同觀測點(diǎn)的噪聲電平并不完全一致，為了確定各觀測

29、點(diǎn)晚期數(shù)據(jù)的觀測精度，必須在每個測點(diǎn)上或相間幾個測點(diǎn)上測量噪聲電平，這種測量一般是采用將發(fā)射電流輸出到匹配負(fù)荷的方法進(jìn)行。噪聲電平以下的數(shù)據(jù)已不可靠，僅供參考。圖示時用虛線標(biāo)出離差范圍線，以示與正常數(shù)據(jù)的區(qū)別。 五、 瞬變電磁法的資料整理和解釋 （一）資料整理的內(nèi)容資料整理包括以下幾個方面的內(nèi)容：1、傳輸打印野外觀測數(shù)據(jù)；2、檢查驗(yàn)收原始記錄數(shù)據(jù)、野外測點(diǎn)狀況和儀器工作狀態(tài)的記錄；3、對原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、編號、匯總，并編寫索引和說明；4、根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；5、根據(jù)需要換算各種導(dǎo)出參數(shù)（如s、S、h、等）。（二）成果的圖示瞬變電磁法成果圖一般有以下幾種：1、多道V/I或（dBdt）

30、/I剖面圖；2、 擬斷面圖；3、 曲線類型圖；4、Sh曲線類型圖；5、某些測道的 或V/I平面等值線圖。六、 瞬變電磁法的資料解釋因TEM兼有剖面法和測深法兩種性質(zhì)，因此，大多數(shù)情況下，既要對整個工區(qū)或剖面進(jìn)行偏重于剖面法的資料解釋，又要對一部分測點(diǎn)的TEM響應(yīng)的時間特性作測深資料解釋。 （一）測深資料的解釋1、定性解釋確定各測點(diǎn)曲線類型（即地電斷面類型），并結(jié)合地質(zhì)及鉆孔資料確定地電斷面各電性層與地質(zhì)層位的對應(yīng)關(guān)系。然后再大致確定巖層厚度的橫向變化，找出曲線類型在測區(qū)變化的規(guī)律，劃分曲線類型發(fā)生變化的界線。首先要詳細(xì)研究已知地段上的典型曲線，然后再聯(lián)系整個測區(qū)的曲線變化規(guī)律分析單個測點(diǎn)的曲線

31、。 2、半定量解釋半定量解釋就是要大致定量地計(jì)算地電斷面各巖層的厚度和電阻率，常用的方法有兩種：（1）利用視電阻率曲線特征點(diǎn)及漸近線推斷目標(biāo)層參數(shù)；（2）利用S、h參數(shù)推斷層參數(shù)。前者是利用對理論曲線的研究成果，后者則是引用水平導(dǎo)電薄層理論，將層狀大地各地層的影響等效為導(dǎo)電薄層的影響進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算視縱向電導(dǎo)S和視深度h的公式為： 3、定量解釋 目前對TEM資料的定量解釋，一般是用定性和半定量解釋給出的層參數(shù)為初值，用一維層狀大地模型計(jì)算出理論曲線，再與野外實(shí)測曲線進(jìn)行對比，然后不斷修改層參數(shù)，使理論曲線與野外實(shí)測曲線擬合，最后將理論模型的層參數(shù)作為實(shí)測曲線的解釋層參數(shù)。將不同測點(diǎn)一維定量解釋得

32、到的相應(yīng)巖層連接起來，便得到二維地電斷面。曲線擬合過程中人為修改層參數(shù)的稱為正演擬合，由計(jì)算機(jī)自動修改層參數(shù)的稱為自動反演。目前各廠家出售的瞬變電磁儀一般都配有可在微機(jī)上運(yùn)行的一維解釋軟件。TEM資料的二維和三維解釋目前還不完善，是正在研究的課題。 （二）剖面資料解釋進(jìn)行剖面資料解釋時，重點(diǎn)就是要獲得局部良導(dǎo)地質(zhì)構(gòu)造的性質(zhì)、位置、形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模和埋深等信息。1、異常的劃分篩選出有意義的異常，并確定異常的性質(zhì)。 2、異常的半定量解釋應(yīng)根據(jù)測區(qū)地質(zhì)情況以及異常的空間和時間分布特點(diǎn)確定異常體的形狀、規(guī)模、埋深等。在可能的情況下，還應(yīng)確定異常體的電性參數(shù)。（1）局部導(dǎo)體異常的視時間常數(shù)（2）計(jì)算板體

33、傾角 （3）計(jì)算異常體埋深（1）局部導(dǎo)體異常的視時間常數(shù)（2）計(jì)算板體傾角 （3）計(jì)算異常體埋深=90-22 傾角與主峰次峰比值關(guān)系為 七、 瞬變電磁法應(yīng)用實(shí)例瞬變電磁法在礦產(chǎn)、工程、環(huán)境物探中的應(yīng)用非常廣泛，在橋址、路基、壩址、高層建筑地基勘查，地?zé)岷偷叵滤Y源探測，巖溶、滑坡、煤礦陷落柱、地下水污染等災(zāi)害地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中，TEM都發(fā)揮了重要作用。 （一）磨刀門大橋橋址勘查（二）化工部曙光橡膠研究所炭黑庫地基勘查(三)美國加利福尼亞 Salinas海水入侵探測 (四)內(nèi)蒙古布敦花銅礦預(yù)測 （一）磨刀門大橋橋址勘查磨刀門大橋是廣州珠海高速公路橫跨珠江入?？谀サ堕T水道的大橋，水道寬約3km，

34、初選橋址的橋軸部位海水深幾米到幾十米。橋軸線東西兩岸出露燕山期花崗巖，測區(qū)還零星出露泥盆系地層。圖3.3.33a為其中初選橋軸線020N的dBz/dt多道剖面曲線。從圖中可見，在17501917測點(diǎn)間有一個明顯的晚期雙峰異常，推斷為斷裂破碎帶，根據(jù)峰值差異小可判斷斷裂基本陡立，傾角約80。推斷地質(zhì)斷面如圖3.3.33b所示。在1778號點(diǎn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證鉆孔，在深度49.557.0m之間為斷層破碎。該測線還布置了一些其它的驗(yàn)證孔，也與推斷結(jié)果吻合較好。根據(jù)該區(qū)TEM資料，查明初選橋址附近構(gòu)造較發(fā)育，建議橋軸線向南或向北位移200400m。這一建議得到公路設(shè)計(jì)部門采納。 （二）化工部曙光橡膠研究所炭黑庫

35、地基勘查 場地基巖為灰?guī)r，巖溶構(gòu)造十分發(fā)育，上覆紅色粘土厚約58m。投入TEM法和聲波探測法，任務(wù)是詳細(xì)查明場地20m深度內(nèi)各種巖溶構(gòu)造和斷裂破碎帶的分布。TEM采用中心回線裝置。發(fā)射回線邊長5m，接收回線為邊長lm的多匝線圈，點(diǎn)距l(xiāng)m。3336號點(diǎn)之間有明顯的低阻異常，推斷為一溶溝構(gòu)造。因34號點(diǎn)為設(shè)計(jì)樁位，因而在34號點(diǎn)布置鉆孔驗(yàn)證，結(jié)果證明該溶溝深約22m。由此改變原設(shè)計(jì)，采用兩樁挑一柱的方式進(jìn)行建筑。 (三) Salinas海水入侵探測Salinas瀕臨Montery海灣，由于過渡抽取地下水，引起海水入侵。該區(qū)有4個含水層：（1）滯積含水層；（2）55m含水層，該層約厚60m，海水入侵

36、范圍大約為6000公頃；（3）120m含水層，海水入侵面積約為2700公頃；（4）270m含水層，未觀測到海水入侵。 用TEM探測海水入侵范圍，采用中心回線裝置，發(fā)射回線邊長為100m和200m。圖3.3.35(a)為BB剖面上4個測深點(diǎn)的晚期視電阻率曲線以及經(jīng)一維反演獲得的4個地電斷面。圖3.3.35(b)則是根據(jù)上述反演結(jié)果繪出的BB地電斷面。從圖中可見，在55m含水層中，朝陸地方向電阻率由l.5m逐漸增至18m。在120m含水層中，電阻率則由6m增加到200m以上。 與當(dāng)?shù)氐暮Ｋ肭直O(jiān)測井資料對比，發(fā)現(xiàn)含水層8m的電阻率大致相當(dāng)于50010-6的氯化物濃度，用8m等值線勾繪出的55m和1

37、20m含水層海水入侵界線與監(jiān)測井結(jié)果吻合很好，而且由于TEM測點(diǎn)多，給出了比監(jiān)測井更詳細(xì)的信息。 (四)內(nèi)蒙古布敦花銅礦預(yù)測布敦花銅礦通榆山南部地段幾乎完全被第四系沉積物覆蓋，在已知的金雞嶺礦段有ZK1116和ZK9209兩個鉆孔，見礦情況良好。為了解礦體的延伸及規(guī)模，布置了穿過已知鉆孔ZK1116和ZK9209的瞬變電磁中心回線裝置的16測線。測線近東西方向布置。從圖4-22的多道（7-19）瞬變電磁響應(yīng)和視電阻率等值線圖上可以看到，這兩個鉆孔的位置并不是電磁響應(yīng)極大值或視電阻率極小值的中心。根據(jù)瞬變電磁異常的位置和形態(tài)，推斷礦體在剖面上寬達(dá)400米。TEM異常中心在550號點(diǎn)，TEM異常不

38、僅幅度高、寬度大，異常衰減很慢，且在晚期異常峰值向西移動到 450號點(diǎn)附近，這種現(xiàn)象說明了該異常帶可能由與ZK9209和ZK 1116相似的多層異常體引起，且最上一層埋深較淺。根據(jù)近似計(jì)算，認(rèn)為最淺低阻地質(zhì)體頂部埋深約90米。 布敦花銅礦通榆山南段10線TEM異常響應(yīng)曲線10線在16線以北150米處， 異常與16測線異常的位置對應(yīng)很好，且幅度更強(qiáng)。在10線的570號點(diǎn)布置了TEM異常驗(yàn)證孔ZK9301，結(jié)果共見礦七層，最淺一層深約82米，最深一層為252米，總厚度約19.5米，其中一層厚7.1米，銅平均品位達(dá)1.04。 為追索該異常帶走向，又布置了五條測線，測區(qū)的瞬變電磁異常響應(yīng)平面剖面圖如下

39、圖所示。從平面剖面圖中可以看出，淺部異常體沿走向延伸約400米，而深部異常體向南延伸尚未追索完整，但已明顯表現(xiàn)出北淺南深，應(yīng)該向南進(jìn)一步追索。布敦花銅礦通榆山南段瞬變電磁平面剖面圖 3.3.3電磁偶極剖面法 常用的航空電磁法裝置(a)和(b)均為直立共軸（同線XX）裝置，但(a)稱為吊倉系統(tǒng)，(b)稱為硬架系統(tǒng)；(c)為直立共面（旁線XX）裝置；(d)是一種機(jī)載發(fā)射、吊倉接收裝置。 1、在無場源的均勻介質(zhì)中，諧變電磁場滿足什么形式的微分方程？時變電磁場滿足什么形式的微分方程？2 、在不同介質(zhì)的分界面上，電磁場滿足哪些邊界條件？求解電磁場的定解問題時，除了利用不同介質(zhì)分界面上的邊界條件外，還要利用哪些定解條件？3 、為什么要引入矢量位來求解電磁場的定解問題？引入矢量位的原