瞬变电磁探测技术的改进（薛国强 李貅）

瞬变电磁探测技术的改进

1 瞬变电磁法发展概况
 

瞬变电磁法是时间域电磁法。
TEM法对地下的良导体反应很敏感,适合于寻找铜、铅锌、银、金矿等.

瞬变电磁法优点:   1)  对低阻分辨能力强;   2)  工作效率高，成本低 ;

                                3)  观测二次场，分辨力好;   4） 观测装置多样;   5) 可近场探测.
 

瞬变电磁法不足:1)  回线源探测深度有限;  2)  回线源纵向分辨有限;  3） 回线源不利于山地测量.

瞬变电磁法前沿课题:1  )仪器：大功率、多功能、智能化、高灵敏、高性能;  2)观测：多分量、阵列式、空间域覆盖、近源观测、广域观测;  3)解释：多分量、矢量合成、多参数联合解释.
 

加强第二深度空间（500-2000m）矿产资源探查,是一项艰巨的任务
 

公路，铁路、隧道预报、水利等工程勘察领域向瞬变电磁探测技术提出更高有要求

瞬变电磁法深部探测的科学问题：1）大深度探测问题;2）高精细探测问题 .

2 瞬变电磁法技术改进之一
  中心回线----中心方式

 中心回线---每移动一次装置只能测量一个点，工作效率较低。

中心方式---在线框三分之一内观测异常幅值大；磁矩大，场均匀,适合深部找矿;可多台机同时工作;工作效率高,成本低.

3 瞬变电磁法技术改进之二:v8空芯线圈到磁芯线圈的改进
改进2---改变信号强度: 在瞬变电磁法的理论研究中,一个重要的课题是大埋深目标体的有效探测问题,在传统情况下,瞬变电磁法的探测深度大多为300米到500米..课题组成功地将V8配的面积较小的接收线圈改制成有效面积较大接收磁探头,不仅工作方便,而且大大改善了接收信号,很大程度上增加了有效探测深度.

装置改进---改变信号强度

分别使用接收磁棒和空心线圈进行同条件下的接收，认为磁芯探头接收的信号比空芯线圈接收的信号好
 

4 瞬变电磁法技术改进之三
单框 到 多框 的改进:口字框发射-----田字框发射

5 瞬变电磁法技术改进之四
  长偏移-----短偏移
  常规中心回线TEM：优点：对低阻分辨能力强；缺点：探测深度有限(一般300米-500米) ， 放线困难,劳动强度大。

  常规LOOP TEM 不能满足深部探矿的战略需求！

  常规电性源长偏移LOTEM：优点：探测深度大，500米---2000米；缺点：收发距离大，r=(3~6)H；
      收发距大（>5Km），信号弱；体积效应大，精度低
      当收发距大，收、发之间可能跨越构造；
      我国金属矿成矿的复杂性，不适合用LOTEM
      LOTEM 不能满足精细探测的需求!

在与目标层深度相当的偏移距离范围内进行观测--SOTEM
 （1） SOTEM的探测能力：连续波形，  一次场与二次场在时间上是不分开的，  不适合在近源区测量 阶跃波形 ， 一次场与二次场在时间上是分开的，  可以在近源区测量

  SOTEM分辨率：  1)与LOTEM相比,SOTEM体积效应小；  2)与LOTEM相比,SOTEM可获得较高的信噪比； 3)与LOTEM相比,SOTEM对电阻率相对敏感，远区情况下，磁场正比于电阻率     ，而近区情况下，磁场正比于视电阻率      ，说明近场区时，磁场值对介质的电阻率更敏感。另外，近区信号强，显著提高信噪比 ， 4)与LOOP-TEM相比,SOTEM场源信息丰富. 5)  与LOOP-TEM相比,SOTEM对高阻层相对敏感.SOTEM的探测能力：当r/h等于0.5~2 时,探测深度较大.近场区探测深度明显大于远场区.

回线源在水平层状大地上只产生水平感应电流，只产生TE模式的场
电信源既产生水平感应电流，也产生垂向感应电流；既产生TE模式的场，也产生TM模式的场。

Grounded Wire TEM and loop TEM 区别:激励电磁场的方式不同

长导线与大地构成回路，大地中不仅存在因感应产生的水平感应流E1，同时存在垂直感应电流E2，因此电性源既能产生TE模式的电磁场又能产生TM模式的电磁场。

由于只存在沿回线流动的水平电流，所以在地下也只存在因纯感应产生的水平感应电流，即只存在TE模式的电磁场。

（2）探测深度
均匀半空间中的水平薄导电层，取薄导电层产生异常响应Va与均匀半空间产
生响应V0之比Va/V0>50%时，为最大探测深度，不同S/S1在不同r/H情况下
的探测深度：r/H=1~2装置的探测深度最大，就远、近区而言，近区探测深度要较大。

 在实际应用中, 要考虑设备的功能及接收仪器的灵敏度、测量精度、噪声强度、地电参数等因素

在同样条件下,近场区探测深度较大.
SOTEM可以实现大深度探测

小结：SOTEM可以用于近源探测
     1）信息强
     2）体积效应小
     3）发送回线易于布设
     4）探测深度大
     5）目前的V8仪器，GDP32仪器都可实现

6 瞬变电磁法技术改进之五：单点接收到阵列接收的改进；TEM---MTEM（多通道 TEM）

MTEM方法技术——多道瞬变电磁法：大功率、强信号、 全场域、大深度    深度2000m
MTEM特点——     1)：发射----随机编码发射
                                2)：采集----变距测深
                                   全期观测
                                  记录接收电压，
                                  发射电流(电流峰值时刻)
                               3)：处理----反褶积技术求取大地响应
                               4)：解释----电磁拟地震的思想
                               5)：应用----大深度油气探测

编码输入和解码输出信号

MTEM工作原理及特点——1 发射电压：750-1000V；2 发射电流： 20-80A；3 AB 距离：50-500m；4 MN距离：50-200m；5 探测深度：大于2000m；6记录长度：100ms；7 数据通道：11个；8 时间道数：1500个；9偏移距离：500---2000m
 

MTEM资料处理上的显著特点——比传统的TEM资料处理复杂；对采集信号进行直接时间域处理；大地响应计算方法与地震资料处理相似

MTEM方法创新——发射 广域发射 一次完成多基频发射；接收 广域接收 同时接收多基频信号；装置 拟地震观测 空间多次覆盖；测量 三分量测量 水平分量,垂直分量；解释 拟地震解释 三维、三分量偏移成像

 7 瞬变电磁法技术改进之六：电阻率剖面----虚拟波剖面； 拟地震解释

瞬变电磁拟地震研究与应用：途径一:从瞬变电磁测深数据到平面电磁波场数据的等效转换

瞬变电磁波场转换研究为了提高解释精度，研究了从瞬变电磁场到虚拟波场的转换，提出算法。 把积分区间分成七个时间段，构造出了各时间窗的离散化积分系数。根据TEM实测数据取到虚拟子波
 

波场变换优化算法：波场变换的数值化方法；反褶积法压缩子波宽度；三维曲面延拓；合成孔径算法（瞬变电磁场经过波场变换，已经把原来的感应场转换成波场，每一点的数据相当于自激自收的波动场。瞬变电磁场多激励源情况下存在场的相关叠加性的特点，因此采用相关叠加的方法来进行合成孔径。）理论模型计算——半空间中赋存高阻块状异常体（参数设置：半空间的电阻率为10，异常体电阻率300 埋深分别为70、100，范围为30m*30m*50m的块体。发射边长为100米，点距10米。） 高阻异常模型计算——顶板埋深70米
 亟待解决的问题：波与场的物理实质关系问题 ；不适定方程的数学解的稳定性问题 ；勘探精度提高问题
展望——TEM拟地震是一个前沿问题，多道瞬变电磁仪器的研发与观测数据的空间多次迭加的实现为瞬变电磁法拟地震成像方法研究提供了新的契机；TEM拟地震方法是一种等效方法，等效方法是研究复杂物理问题的一个有效方法，在目前三维TEM反演没有条件实现的情况下，是一条实现三维解释的捷径。
 

8 瞬变电磁法技术改进之七
  偶极子假设----点电荷假设