瞬变电磁法 讲义(原理)

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。

第三节瞬变电磁法（TEM）一、方法原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。

当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。

在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。

研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。

瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。

瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。

由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确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；在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。

二、地球物理前提由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。

检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。

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（TEM）1.基本原理瞬变电磁法也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，激励电流便形成了一次磁场，瞬间断开“关断”脉冲。

这一随时间突变的磁场在管体中激励起随时间变化的“衰变涡流”，从而在周围空间产生与一次场方向相同的二次“衰变磁场”，二次磁场穿过接收回线中的磁通量随时间变化，在回线中激励起感生电动势，通过测得的感应电动势来判断管道的畸变。

2．国内外发展现状最早提出关于时间域电磁法是西方的“Eltran”法，它基于美国科学家L.W.Blan在1933年的专利，该方法利用电流脉冲激发供电偶极形成电磁场，用电偶极测量电场，此方法提出后，石油公司做了很多野外实验，希望得到类似地震反向法的结果，但由于脉冲激发的瞬变电磁响应频率较低，在沉积盆地难以得到能够识别的分辨率，因此没能达到预期效果。

在上世纪30年代末，前苏联的A.П.Краев才提出将瞬变电磁信号应用于地质构造测深，而利用瞬变电磁法寻找导电矿体，最早是由加拿大地球物理学家J.R.Wait于1951年提出，并于1953年获得专利权。

直到50~60年代，原苏联科学家完成了瞬变电磁法的一维正、反演问题，建立了瞬变电磁法（亦称建场法）的解释理论和野外工作方法，瞬变电磁法才步入实用阶段；80年代以后，随着计算机技术的发展，G.W.Hohmem、A.P.Raiche、B.R.Spies与M.N.Nabighian等学者发表了大量论文，促进了二、三维正演模拟技术的发展。

我国的瞬变电磁法研究起始于上世纪70年代初，其中较早开展这项研究工作的有朴化荣、曾孝箴与王延良等人，推出了均匀大地上空时间域电磁响应，并将脉冲式航电仪器用于地质填图和找矿；1977年地矿部物化探勘查研究所的蒋邦远等将脉冲电磁法用于勘探良导体金属矿；1985年牛之琏将脉冲电磁法用于金属矿勘探，并取得了明显的效果；随后北京矿产地质研究所、中国地质大学、中国有色金属工业总公司矿产地质研究院、中南工业大学、西安地质学院等单位进行研究。