第一章瞬变电磁场

瞬变电磁法原理
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种地球物理勘探方法，利用地下电阻率差异来探测地下结构的一种有效手段。

瞬变电磁法原理是基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组，通过在地面上设置发射线圈和接收线圈，利用电磁场的感应效应来获取地下介质的电阻率信息。

在瞬变电磁法中，发射线圈产生的瞬时电流会在地下引起瞬时变化的磁场，这个瞬时变化的磁场会感应出地下的涡电流。

这些涡电流会产生自己的磁场，而这个磁场又会感应出接收线圈中的感应电压。

通过测量这个感应电压随时间的变化，就可以得到地下介质的电阻率信息。

瞬变电磁法原理的关键在于瞬时变化的电磁场。

由于地下介质的电阻率不同，对瞬变电磁场的响应也不同，因此可以通过测量感应电压的变化来推断地下的电阻率分布。

一般来说，导电性较好的地层会对瞬变电磁场产生较大的响应，而绝缘性较好的地层则会对瞬变电磁场产生较小的响应。

瞬变电磁法原理的优势在于其对地下较深部分的探测能力。

由于瞬变电磁法所产生的磁场变化非常快，因此可以感应出地下较深部分的涡电流，从而获取较深部分的电阻率信息。

这使得瞬变电磁法在地下水资源、矿产资源、地质构造等方面有着广泛的应用前景。

总的来说，瞬变电磁法原理是基于电磁感应定律和麦克斯韦方程组，利用瞬时变化的电磁场来感应地下介质的电阻率信息。

通过测量感应电压随时间的变化，可以推断地下的电阻率分布，从而实现对地下结构的探测。

瞬变电磁法在地下深部探测方面具有独特的优势，对于地质勘探、矿产资源勘查等具有重要的应用价值。

瞬变电磁法原理介绍瞬变电磁法俗称TEM （Time domain electromagnetic methods ）法，属时间域电磁感应方法。

其探测原理是：在地面布设一回线，并给发送回线上供一个电流脉冲方波,在方波后沿下降的瞬间，产生一个向地下传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。

该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地表传播，由地面的接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。

如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。

如果地下没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现地下导体的存在。

瞬变电磁法特图3-1 瞬变电磁法原理示意图(1)对高阻层的穿透能力强，在高阻屏蔽地区用较小的回线可达到较大的探测深度，同时对低阻层有较高的分辨能力，利于在高阻围岩地区开展水文电法工作。

(2)瞬变电磁法一次磁场和被测磁场在时间上是分开的，所以，分辨率较高，并且可以在近区观测。

(3)方法本身受地形影响小。

使用回线源实现了装置的对称性,z x t＞0Tx t=t 12t=t t=t 3可以减少断面的不均匀性和地层倾斜的影响。

工作中根据实际情况采用了大回线源装置，用探头接收。

大回线装置的Tx采用边长较大的矩形回线，Rx采用小型线圈(或探头)沿垂直于Tx长边的测线逐点观测磁场分量dB/dt值。

地下感应涡流向下、向外扩散的速度与大地导电率有关，导电性越好，扩散速度越慢，这意味着在导电性较好的大地上，能在更长的延时后观测到大地瞬变电磁场。

从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变地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。

瞬变电磁场是用阶跃波或其它形式的脉冲电流激励大地产生的过渡场。

作为场源可利用电偶极子，磁偶极子，接地供电线AB或不接地回线，对这些发射装置通电或断电时，由于形成急剧变化的磁场。

在导电介质形成涡旋的交变电磁场，其结构和频谱在空间和时间上是连续变化的。

在瞬变过程的早期阶段，在频谱中高频占主导地位。

由于高频的趋附效应，涡旋主要集中在地表层附近且阻碍电磁场向深处传播。

所以，早期阶段主要反映地电断面上部的地质信息。

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。

它在导电底层和地质体中激发出很强的涡旋电流。

然而，由于热损耗，这些涡旋电流很快就消失了，在瞬变过程的晚期，局部地质体中的涡旋实际上全部消失，而在各个地层中涡流磁场之间的连续的相互作用使场的均匀化和使电流均匀分布，晚期将依赖于断面的总纵向电导。

决定瞬变过程状态的基本参数是场的瞬变时间，瞬变时间依赖于岩石的导电性和发收距。

在近区和高阶岩石区，瞬变时间很短，在断面赋存着良导地质体时，这一过程变缓。

在远区，瞬变时间可达几到几十秒，而在良导地质体上有时达到一分钟或更长。

瞬变电磁场的结构：已经指出，在发射装置中通电和断电的瞬间，在其周围产生变化的磁场，它是地中形成涡旋电流的激励源。

第一种激励方式是，电磁场首先在空气中以C很快传播到地表各个点，然后一部分传入地下。

第二种激励方式是：电磁能量直接从场源传播到地中，是从接地处流进的或在导电介质中感应的电流形成电磁场。

在瞬变的早期阶段，第一种和第二种激发形式的两种场在时间上是分开的，由于大地的电抗作用，与瞬时建立的第一种传播方式比较，第二种的建立比较迟缓。

随着时间的推移，两种场相互叠加且以场强的极大形式显示出来。

在晚期，第一种激发方式的场在各处衰减殆尽，而在地中第二种场就占据主导地位。

谐变场的结构特点由涡流磁场的相互作用来决定，且其频率固定不变。

但是，在瞬变电磁场中，过程一开始各种不同频率的涡流磁场就处于相互作用。

瞬变电磁原理
瞬变电磁原理是电磁学中一个重要的概念，它描述了当电流发生变化时，产生
的瞬时电磁感应现象。

理解瞬变电磁原理对于电磁学的学习和应用具有重要意义。

本文将从瞬变电磁原理的基本概念、数学表达和实际应用等方面进行介绍。

首先，我们来了解一下瞬变电磁原理的基本概念。

瞬变电磁原理是指当电流发
生变化时，会产生瞬时的电磁感应现象。

这是由法拉第电磁感应定律所描述的，即磁感应强度的变化率正比于电流的变化率。

简单来说，当电流发生变化时，会产生瞬时的电磁感应，这就是瞬变电磁原理的基本概念。

其次，我们需要了解瞬变电磁原理的数学表达。

根据法拉第电磁感应定律，磁
感应强度的变化率可以用数学公式表示为ε=-dΦ/dt，其中ε表示感应电动势，Φ
表示磁通量，t表示时间。

这个公式表达了电流变化引起的感应电动势与磁通量变
化率的关系，是瞬变电磁原理数学表达的核心内容。

除了基本概念和数学表达，瞬变电磁原理还具有重要的实际应用价值。

在电磁
学和电工技术中，瞬变电磁原理被广泛应用于电磁感应传感器、电磁铁、电磁感应加热等领域。

例如，电磁感应传感器利用瞬变电磁原理可以实现对磁场变化的检测，从而实现对物体位置、速度、形状等信息的感知。

而电磁感应加热则利用瞬变电磁原理产生的感应电流来实现对物体的加热，广泛应用于工业生产中。

总之，瞬变电磁原理作为电磁学中的重要概念，对于理解电磁感应现象具有重
要意义。

通过了解其基本概念、数学表达和实际应用，我们可以更好地理解和应用瞬变电磁原理，推动电磁学和电工技术的发展。

希望本文对于读者对瞬变电磁原理有所帮助，谢谢阅读。

瞬变电磁原理
瞬变电磁原理是指在电路中出现瞬时电流或电压变化时，所产生的瞬时电磁场现象。

这种瞬变电磁场会对电路中的其他元件产生影响，因此瞬变电磁原理在电磁兼容性和电磁干扰抑制方面具有重要意义。

瞬变电磁原理的产生主要有两种情况，一种是由于电路中突然断开或闭合的开关动作引起的电流瞬变，另一种是由于电路中电压突然升高或下降引起的电压瞬变。

无论是电流瞬变还是电压瞬变，都会产生瞬时的电磁场，从而对周围的电路产生影响。

在电路中，当电流瞬变时，会产生瞬时的磁场，这种瞬时磁场会导致电感元件中产生涡流，从而产生涡流损耗；同时也会对周围的元件产生感应电动势，引起电磁干扰。

而当电压瞬变时，会产生瞬时的电场，这种瞬时电场会导致电容元件中产生充放电过程，从而产生能量损耗；同时也会对周围的元件产生感应电流，引起电磁干扰。

为了减小瞬变电磁场对电路的影响，可以采取一些措施来进行抑制。

例如，在电路设计中可以采用阻抗匹配、屏蔽、滤波等措施
来减小瞬变电磁场的影响；在电路布局中可以采用合理的线路走向、距离和屏蔽措施来减小瞬变电磁场的传播；在电路元件选择中可以
采用抗干扰能力强的元件来减小瞬变电磁场的影响。

总之，瞬变电磁原理是电路中一个重要的物理现象，对电路的
正常工作和电磁兼容性具有重要影响。

了解瞬变电磁原理，采取合
适的抑制措施，可以有效减小电路中瞬变电磁场的影响，保证电路
的正常工作和电磁兼容性。

瞬变电磁法探测原理瞬变电磁法，即Transient Electromagnetic Method(简称TEM)，是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，以激励地层介质感生电磁场，在一次脉冲场间歇期间利用同一回线或电偶极接收感应电磁场。

其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大地上，铺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表，并按指数规律衰减。

在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应电磁场(或称响应场)。

地层介质被激励所感应的二次涡流场强弱决定于地层介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，二次场的大小与地下介质的电性有关：低阻地质体感应二次场衰减较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减较快，二次场电压较小。

根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、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(纯异常响应)，对二次电位进行归一化处理后。

根据归一化二次电位值的变化特征，可间接地探测各种地质构造问题。

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有关地质现象的一种有效的地质勘探手段。

瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。

从烟圈效应的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反应浅部电性分布，晚期瞬变电磁场是由深部的感应电磁场产生的，反应深部的电性分布。

因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。

矿井瞬变电磁法原理与地面电磁法原理基本相同，所不同的是矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行瞬变电磁场呈全空间分布,接收线圈接收的信号是来自发射线圈上下两个方向全空间岩石电性的综合反映。

瞬变电磁法原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetic method，简称TEM）是一种地球物理勘探方法，利用瞬变电磁场在地下介质中传播的特性，来获取地下介质的电性信息。

瞬变电磁法原理的核心在于利用瞬变电磁场的感应效应，通过对地下介质中的电导率进行探测，从而揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。

瞬变电磁法的原理可以简单概括为，在地面上设置一个发射线圈，通过传输电流产生瞬变电磁场，这个瞬变电磁场会穿透地下介质并感应出地下介质中的电磁响应。

接收线圈则用来接收地下介质中的电磁响应，通过分析接收信号的变化，可以推断地下介质的电导率分布情况，从而得到地下介质的电性信息。

瞬变电磁法原理的核心在于瞬变电磁场的感应效应。

当发射线圈传输电流时，会在地下产生一个瞬变电磁场，这个瞬变电磁场会穿透地下介质，并感应出地下介质中的电磁响应。

地下介质中的电磁响应受到地下介质电导率的影响，不同的地下介质具有不同的电导率，因此它们会对瞬变电磁场产生不同的响应。

通过接收线圈接收地下介质中的电磁响应，并分析接收信号的变化，就可以推断地下介质的电导率分布情况。

瞬变电磁法原理的关键在于对接收信号的分析。

接收线圈接收地下介质中的电磁响应，这个响应信号包含了地下介质电导率的信息。

通过对接收信号的分析，可以得到地下介质的电导率分布情况，从而揭示地下介质的电性信息。

瞬变电磁法通过对地下介质的电性信息进行探测，可以帮助地质勘探人员了解地下构造和岩矿成矿体的情况，为资源勘探和地质灾害预测提供重要的科学依据。

总之，瞬变电磁法原理是利用瞬变电磁场的感应效应，通过对地下介质的电性信息进行探测，来揭示地下构造和岩矿成矿体的信息。

通过对发射线圈传输的瞬变电磁场和接收线圈接收的电磁响应进行分析，可以得到地下介质的电导率分布情况，从而揭示地下介质的电性信息。

瞬变电磁法在资源勘探和地质灾害预测中具有重要的应用价值，是一种非常有效的地球物理勘探方法。

瞬变电磁法1、概述顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，有一个瞬变的过程。

可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。

具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。

近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。

同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。

这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究，工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。

可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。

2、研究现状2.1、研究历史对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。

最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。

随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。

在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。

前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。

第1章概述瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。

1、原理瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method)也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

它是建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。

它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在其激发下，地下地质体中产生的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场。

该信号和地下地质结构的电性特征有着直接的关系。

通过研究瞬变场随时间的变化规律，从而达到解决地质问题的目的。

其工作原理见图1。

其衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

瞬变电磁法是在没有一次场背景情况下观测研究二次场，简化了对探测目标产生异常的研究。

该方法以其装置轻便、受旁侧影响小、高工效、低成本等特点已被广泛用于金属矿和煤田地质勘探、工程物探、地下水与地热勘探、采空区与岩溶发育带探测及环境灾害地质调查研究等诸多领域。

由于方法本身的属性，不宜在高压超高压输变电线路、铁路等强干扰源附近采集资料，这也为相关规范、技术规程所规定。

2、优点瞬变电磁法探测具有如下优点⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法；⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响；⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强；⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。

瞬变电磁法原理瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它利用地球瞬变电磁场的变化来探测地下的电性结构。

瞬变电磁法原理是基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组的理论基础上发展起来的。

在地球物理勘探中，瞬变电磁法具有较高的探测深度和分辨率，被广泛应用于矿产勘探、地下水资源调查、环境地质调查等领域。

瞬变电磁法原理的核心是通过地面上的发射线圈激发电磁信号，然后利用接收线圈测量地下介质对电磁信号的响应。

在瞬变电磁法中，发射线圈产生的电磁信号会在地下的不同介质中发生反射、折射和散射，这些过程会导致接收线圈接收到不同的电磁信号。

通过分析接收到的电磁信号，可以推断地下介质的电性特征，从而实现地下结构的探测。

瞬变电磁法原理的实现过程可以简单描述为，首先，发射线圈施加电流激发电磁信号，然后接收线圈测量地下介质对电磁信号的响应。

接收到的信号经过放大、滤波等处理后，得到地下介质的电性特征信息。

通过分析这些信息，可以绘制出地下电性结构的剖面图，从而为地质勘探工作提供重要的参考依据。

瞬变电磁法原理的关键在于对地下电磁响应的准确解释和分析。

地下介质的电性特征会对电磁信号产生不同的响应，这种响应与地下介质的电导率、介电常数等物理性质有关。

因此，通过对接收到的电磁信号进行反演处理，可以推断地下介质的电性结构，包括电导率、介电常数等参数。

这些参数对地质勘探具有重要的意义，可以帮助勘探人员判断地下是否存在矿产、地下水资源的分布情况等。

总的来说，瞬变电磁法原理是基于地球物理学和电磁学的理论基础，通过对地下电磁响应的测量和分析，可以实现对地下电性结构的探测。

瞬变电磁法在地质勘探、水资源调查、环境地质调查等领域具有重要的应用价值，可以为勘探工作提供重要的技术支持和科学依据。

随着科学技术的不断发展，瞬变电磁法原理和技术将继续得到改进和完善，为地下结构的探测提供更加精准和可靠的技术手段。

瞬变电磁法
一种新的时间反演方法
瞬变电磁法是一种新的时间反演方法，它是基于地球电磁场的快速变化原理，用以检测地球介质中的地震波时间反演，进而可以对大范围的地震活动进行研究。

它的原理是当地的地震波发生变化时，地球介质中的电磁场变化也会被快速激发，通过观测和记录这些电磁场变化可以推断某一特定时间段内发生了什么样的地震波变化。

在时间反演中，首先要让记录仪记录大量的原始地震数据，然后利用一些数学模型对这些数据进行处理，进而对地震活动（地震波发生的时间和性质）进行重建。

瞬变电磁法的时间反演效果可以空间大范围地探测地震活动，而且也不受地
震波层次结构、目标位置分布等空间因素的影响。

另外，该方法采用多极体检测系统，检测只需很少时间，即使对于大规模地震反演，也很容易实现。

瞬变电磁场计算方法的研究随着现代电子技术和通讯技术的迅猛发展，电磁场计算问题变得日益重要。

然而，瞬变电磁场计算是一个比较复杂的领域，需要通过不同的方法和技术来解决。

本文对瞬变电磁场计算方法的研究进行了系统分析，并对其应用前景进行了探索。

一、瞬变电磁场计算的必要性瞬变电磁场产生的主要原因是电源的突然切断或开关闭合时电源电路中电磁感应积累的能量突然释放所致。

这种瞬变电磁场可能对电路、设备和人员产生损害。

因此瞬变电磁场的计算和分析是十分必要的，能够帮助人们预防由瞬变电磁场引起的各种事故。

二、常用的瞬变电磁场计算方法在解决瞬变电磁场计算问题中，常用的方法包括数值计算法、分析方法和实验测量法等。

1、数值计算法数值计算法是一种基于离散化数学模型的瞬变电磁场计算方法，通常使用有限元方法、有限差分方法和边界元方法等。

这些方法可以将计算问题转换为求解大量的线性或非线性代数方程组的问题。

在有限元方法中，通常将计算区域划分为若干个小单元，在每个单元上构造一组插值函数，求解线性代数方程组，从而得到连续的电磁场的分布。

有限差分方法与有限元方法类似，也是利用离散化方法将计算区域分成若干个小单元，并通过求解差分方程求出电磁场。

边界元方法则是将计算区域分成无限多个小单元，在每个单元上求解边界积分方程，并通过求解线性代数方程组得到连续的电磁场分布。

2、分析方法分析方法是一种更为理论化的瞬变电磁场计算方法，不需要进行数值计算。

这种方法通常是基于电磁理论和数学分析方法，利用数学模型求解电磁场的分布。

其中最常见的分析方法是矩量法。

矩量法是一种具有普遍适用性的计算电磁场问题的解析方法，它可以分析电磁场的各种属性和现象，以及预测电磁场在不同环境下的行为。

该方法的主要思路是通过矩量法建立电磁场的数学模型，并利用这个模型得到电磁场的理论解。

3、实验测量法实验测量法是一种直接观测和测量电磁场的方法，主要利用仪器设备进行测量，如磁场强度计、电场计等。