Question

瞬变电磁法基本原理及方法技术特点

Answer 1

（一）基本原理

瞬变电磁法是以地壳中岩石和矿石的导电性差异为主要物质基础，通过以接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源，以激励探测目的物感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应，从而达到了解地下介质的电性变化情况的目的。

M.N.Nabighan指出，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，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间的推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变为圆电流环。等效电流环很象从发射回线中吹出的来的一系列“烟圈”，沿与地面成47°的倾斜锥面扩散，这种过程可形象地称为“烟圈效应”。从这一观点来看，早期瞬变电磁场是由近地表电流产生的，反映浅部电性分布特征；晚期瞬变电磁场主要是由深部的感应电流产生的，反映深部的电性分布。因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时问的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。

重叠回线脉冲场源激励，近区瞬变响应换算的视电阻率（ρ_S）和视深度（H_S）参数公式如下：

地球物理找水方法技术与仪器

式中：ε（t）为瞬变响应；M为激励磁矩；q为回线面积；τ₀为脉冲宽度。

（二）观测装置类型

瞬变电磁法观测时，经过多次正反向电流激励，瞬变响应多次叠加达到满意结果后，完成测点的观测任务。该方法常见的装置组合类型如下。

（1）动源组合类（图3－2－1）

该类组合的边长一般为L＝50～400m；另外根据实测任务，浅部与深部测深边长范围可达L＝20～150m。

图3－2－1 瞬变电磁法动源装置组合类型图

（2）定源组合类（图3－2－2）

图3－2－2 瞬变电磁法定源装置组合类型图

（三）激励回线边长的确定

在磁源瞬变电磁法野外工作中，激励回线边长的大小直接影响勘探对象的响应以及早晚期的划分。如在图3－2－3中说明了均匀导电介质中回线中心下方球体的相对瞬变响应与回线半径的影响关系，其中：当r₁/a＝0.5时，球体响应的极值最大，随着比值增大，响应极值逐渐降低。同时也可看到，球体响应的极值出现在一定的时间窗口内，说明在此时间段内才能发现围岩中的导体。

图3－2－3 均匀导电介质中回线中心下方有球体时的相对瞬变场与回线半径的影响

表3－2－1给出均匀大地上重叠回线早晚期的划分条件。当大地电阻率不变时，随着回线边长增大，观测进入近区（晚期）的时间越来越长。因此在实际工作中，要清楚地知道延时位于何区段，如果只用晚期的公式来计算有关参数，将会发生较大的错误。一般情况下，应减小回线边长，增加匝数，使采样时间符合晚期的条件。

表3－2－1 均匀大地上重叠回线早晚期的划分条件 （单位：t/ms）

（四）方法技术特点

瞬变电磁法是观测纯二次场，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性；但发射脉冲是多频率的合成，不同延时观测的主要频率不同，相应时间的场在地层中传播速度不同，探测深度也就不同，这称之为空间的可分性。因此，瞬变电磁法有如下特点：

1）把频率域的精度问题转化成灵敏度问题，加大功率灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；

2）在高阻围岩区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩区，由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；

3）可以采用同点组合（同一回线、重叠回线、中心回线）进行观测，使与勘探目标的耦合最紧，取得的异常响应强，形态简单，分层能力强；

4）线圈点位、方位或收发距要求相对不严格，测地工作简单，工效高；

5）有穿透低阻的能力，探测深度大；

6）剖面测量和测深工作同时完成，提供了更多的有用信息，减少了多解性；

7）磁源产生激励电流，不需接地电极，适地表干噪区开展工作；

8）由于发射场能量分布于较宽的频带上，信噪比往往较低，更容易受天然和人为干扰信号的影响。

（五）应用范围

1）划分咸淡水；

2）了解断裂破碎带空间分布特征；

3）确定不同岩性接触带；

4）查明灰岩区岩溶管道的分布特征。