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瞬变电磁(TEM)检测方法

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瞬变电磁法探测原理

瞬变电磁法探测原理
远区 中区 近区
2007 吉林大学
中心回线，回线半径100 100米 两层大地的电动势时间特性曲线 （中心回线，回线半径100米）
曲线62.8。衰减
曲线出现跷曲
2.不导电介质中的非磁性导电球体响应 不导电介质中的非磁性导电球体响应
Ia l 1 2 exp(−k t / τ ) εc (t) = 48π µ0 2 −1 2 3 • (4l π + h ) τ k =1
2 i (t) H1(t,0,0) = i (t) ≈ 0.45 πa a
一次磁场垂直分量随时间的变化率可写为： 一次磁场垂直分量随时间的变化率可写为：
∂H 1 (t ,0,0 ) 2 ∂ i (t ) 0 .45 ∂ i (t ) = ≈ ∂t π a ∂t a ∂t
2.回线轴上的一次场垂直分量为： 2.回线轴上的一次场垂直分量为： 回线轴上的一次场垂直分量为
时间域电磁法中，激发波形可以采用多种具有周期性的 时间域电磁法中，激发波形可以采用多种具有周期性的脉 具有周期性 冲序列，例如：矩形、梯形、半正弦形、三角形、 冲序列，例如：矩形、梯形、半正弦形、三角形、伪随机等 波形。 波形。 对瞬变电磁测深，在实际应用中，为了有效地抑制观测系 对瞬变电磁测深，在实际应用中， 统中的直流偏移和超低频噪声 干扰， 直流偏移和超低频噪声的 统中的直流偏移和超低频噪声的干扰，将不同时域的相应二 次场进行叠加，以消除随机干扰，提高信噪比， 次场进行叠加，以消除随机干扰，提高信噪比，需要采用周 期性脉冲序列连续激发二次场。 期性脉冲序列连续激发二次场。经常采用的激励场波形主要 双极性矩形脉冲、双极性半正弦脉冲、 有双极性矩形脉冲、双极性半正弦脉冲、双极性梯形脉冲序 等来激发二次电磁场。 列等来激发二次电磁场。

TEM方法与SM24介绍

TEM方法与SM24介绍

•
野外布置
20cm
20cm
80
79
78
77
76
75
74
Rx
Tx
瞬变电磁TEM
探测深度和装置的关系
TEM 方法的探测深度主要由观测时间决定，场必须到达目标体，返 回并被接收到，才能探测到此目标体，这是前提条件。在此前提条件之 下，探测深度还与信噪比和接收机的灵敏度有关，这由TEM 的装置和发 射机功率所决定．以中心回线装置为例，其接收到的晚期电压(即感生 EMF)响应公式为：
一次叠加(stacked)的结果
关断瞬间
供电瞬间
感应线圈探头 dB/dt
关断瞬间
供电瞬间
磁通门探头B
读取精确关断时间
精确的关断时间
感应线圈探头 dB/dt
精确的关断时间
磁通门探头B
西安煤科院对比实验
施工装置：大定源，GPS同步 线框：300*300 电流：4A 发射频率：12.5Hz SM24同时连接三个探头（相距3米）
●10000m2感应线圈 ● 100m2感应线圈 ● FG磁通门
多测道图-10000m2感应线圈探头
多测道图- 100m2感应线圈探头
多测道图-FG磁通门
衰减曲线
中心点
最外侧点
FG 磁通门
1.随着测点逐渐远离发射框，感应线圈探头数据质量下降非常快，特别是有效 面积较小的探头，但是磁通门探头数据质量一直保持的非常好。证明磁通门探 头在做较深探测（大于200m）数据更有优势，并且磁通门有三个分量，更易于 圈定异常体。 2.大定源方式效率更高，只有maxwell软件可以正、反演，做CDI图。 西安这个实验共用2个小时，做了三个探头的共5个分量测量
dB / dt response over conductive earth, w ith antenna and f ilter delays

瞬变电磁测深法

瞬变电磁测深法

四）瞬变电磁测深法（水文地质工作手册）1、 方法原理简介瞬变电磁测深法(简称TEMS)是一种时间域电磁法。

基于电性差异，以阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间(断电后)，利用线圈或接地电极测量由地下介质产生的感应二次场（二次涡流场）随时间的变化，达到寻找目标地质体的地球物理勘探方法。

其数学物理基础为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。

一次脉冲信号。

二次场信号表示为：52M q Vμ⋅⋅=(1) 式中：0μ为磁导率；M 为发送线圈磁矩；q 为接收线圈等效面积；ρ为地层电阻率；t 为时间。

从上式中可以看出，二次场信号与34ρ ，54t 成反比，当探测地下良导电地质体时。

在往地面敷设的发送回线中通以一定的脉冲电流。

使回线中间及周围一定区域内便会产生稳定的磁场(称一次场或激励场)，如果一次电流突然中断，则一次磁场随之消失，使处于该激励场中的良导电地质体内部由于磁通量Φ的变化而产生感应电动势d dt ε=-Φ (据法拉第电磁感应定律)，感应电动势在良导电地质体中产生二次涡流，二次涡流又由于焦耳热消耗而不断衰减，其二次磁场也随之衰减(见图1)。

由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，导电性越好，二次场衰减越慢；导电性越差，二次场衰减越快。

因此，通过研究二次场的衰减规律便可达到探测地下地质异常体的目的。

图1 TEM 法工作原理示意图瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中由于传播而消耗，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。

传播深度：d= （2）传播速度：zd V t ∂==∂ （3）式中：t — 传播时间；σ —介质电导率；0μ— 真空中的磁导率。

由(2)式得：72210t h p π-=⨯， (4) 在中心回线下，时间与表层电阻率之间的关系可写为：()()2125031400I L t ηπρμ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= (5) 联立(4)(5)式，可得中心回线装置估算极限探测深度H 的公式为:15210.55L I Hρη⎛⎫ ⎪⎝⎭= (6)mR N η=式中:I — 发送电流；L — 发送回线边长；1ρ—上覆电阻率；η—最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数及观测时间段有关。

瞬变电磁法简介

瞬变电磁法简介

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。

瞬变电磁法

瞬变电磁法
IP仪器采用保定、重庆仪器厂生产的WJF-V型激电发送机和WDJS-1型接收机。选择中间梯度法装置，供电极AB=500—800米，测点距MN=25米。参数设置：供电时间8秒，断电延时200毫秒，二次场放大量置0档。工作电流700-800毫安，电位差一般>20毫伏，测量一次电位和四个不同时段的视极化率。
二、方法简介
瞬变电磁法（简称TEM）是近十年来在我省引进的一项新的地球物理勘查方法，它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇其间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。通过研究瞬变电磁响应，达到寻找良导矿体及解决其它地质问题。由于该方法观测的是纯二次场，具有探测深度大，分辨率高，发现异常能力强，装置灵活多样，对低阻覆盖层的穿透能力强等优点。因此被广泛应用于有色金属矿产勘查，寻找地下冷热水、水库查漏等地质勘查工作。
五、应用
根据地质任务要求，在勐兴铅锌矿南北向9公里的成矿带的南段和中段，布设垂直于矿带方向的9条TEM勘查剖面。剖面总长5.3公里。追索南段成矿带沿南段的延伸情况以及沿倾向上的分布情况；中段主要是查证矿体向西端倾斜延伸的情况，为后期地质工程提供物探依据。
测网的选择取决于重叠回线装置对矿体的分辩率，即能基本得出异常特征和范围。根据不同的地质目的与勘查程度，选择不同的测线间距。一般测线间距等于0.5-2倍回线边长，点距等于0.5倍回线边长。野外测线、测点测量采用卫星定位仪（GPS）定点。
1、瞬变电磁法：是利用不接地回线或按地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用回线或电极观测二次涡流场的方法。如下图：
研究局部导体的瞬变电磁响应的目的在于勘查良导金属体，研究水平层状大地的瞬变电磁场理论的目的在解决地质构造测深问题。发展和推广TEM的实践表明，它可以用来勘查矿产、煤田、地下水、地热及研究构造等各地质问题。

tem电磁测深方法技术

tem电磁测深方法技术

瞬变电磁(TEM)测深工作方法技术一、仪器设备瞬变电磁测深仪器使用美国Gonge公司生产的GDP32-TEM测量系统。

包括NT-30发射机、XMT-32时英钟、GDP32Ⅱ接收机和四节12伏10安时可充电电池等。

二、测量装置选择：采用中心回线测深装置，发射框可用100×100米、200×200米，根据实验选取。

三、测量观测参数：（1）观测参数：可选取X、Z分量两个分量，也可选用其中的一个分量，观测道为22-31之间；（2）同步方式：采用时英钟同步方式，先让时英钟和GDP32Ⅱ接收机同步，然后时英钟控制NT-30发射机进行工作；（3）取样频率：Gonge公司生产的GDP32-TEM测量系统取样频率给出了32HZ、16HZ、8HZ、4HZ、2HZ、1HZ、0.5HZ、0.25HZ 、0.125HZ和0.0625HZ十种取样频率选择；可根据不同的探测深度选取不同的取样频率，通常频率越低探测深度就越大，可根据野外实验进行确定；（4）取样叠加次数：为2n；其中n=8-12；（5）增益：可以是自动的也可以是手动的，手动有三个增益级0、1、2调节为2的幂表示，20-26；（6）关断时间的确定：该系统提供了计算斜波关断时间的公式：T=2*L1.25/(5+R),T斜波关断时间，L为回线平均边长，R为回线电阻；例如对总电阻为4Ω的100×100米的回线其关断时间为T=2*1001.25/(5+4)=70μs。

（7）延时的确定：总延时应把线框延时（关断时间）、天线延时（15）和抗伪延时（26）之和，工作用的采样延时用计算的实际延时加上时窗第一道的取样时间；（8）时间窗口：该系统给出了10个频率的固定的取样时间窗口，见说明书12.8章节给出的表，这里不在阐述；四、野外采集方法：（1）进入一个新工区需根据设计书的要求进行必要的方法实验以确定最佳的工作频率、电流强度、线框大小等参数后方可进行野外采集工作；（2）每天工作前应把时英钟和接收机同步调节好后方可进行野外采集工作；（3）当发现观测数据有饱和现象应检查发射机和接收机仪器工作是否正常，调节增益和电流，各项检查完成后，应重新进行观测直到数据正常为止；（4）当发现供电电流降低很快时，应立即更换电瓶；（5）观测数据应每个点观测二次，当重复性误差大、出现异常时，均增加观测次数。

瞬变电磁法实例

瞬变电磁法实例

• 1 理论基础
• 1 . 1 基本原理
• 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法 ,其数学物
理基础是导电介质在阶跃变化的激励磁场激发 下引起涡流场的问题 .它的测量原理是利用不 接地回线向地下发送一定波形的一次脉冲磁场 , 在该一次磁场的激励下 ,地下导电体中将产生 涡流 ,随之产生一个衰变的感应电磁场 (二次 场 )向上传播 ,在地表用线圈接收到二次场随时 间变化的特征 ,将反映地下导电体的电性分布 情况 ,据此判断地下不均匀体的赋存位置、形 态和电性特征 .
• 针对工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出了几种典型的地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 .
ａ.松散层中的地下水问题 .
在第四系松散地层中 ,古河道和砂砾石透镜 体是较好的含水层 ,它们呈高阻反映 ,由正 演计算可知 ,瞬变电磁法对高阻层的探测能 力较低 ,因此 ,在实际工作中遇到此类地下 水问题时一般不用瞬变电磁法进行勘查 .
• 测量采用 1 0 0ｍ×1 0 0ｍ重叠回线装置 进行 ,频率 2 5Ｈｚ,叠加次数 2 56次 ,点距 1 0 0ｍ .
• 共测量两条剖面 ,Ⅰ剖面沿黄河北岸由西 南至东北方向进行 ,全长约 1 1ｋｍ ,在Ⅰ 剖面异常较明显段 70～ 1 0 0号点之间以 北约 70 0ｍ处进行了Ⅱ剖面的测量 ,该剖 面全长 3ｋｍ .
5结语
• 针对实际工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出几种常见的典型地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 ,为野 外实际地下水勘查工作提供了有益的参考 .
• 提出瞬变电磁法用于地下水勘查的数据处理和 资料解释分析方法 ,并研制出了一套计算机程 序 ,具有较高的实用价值 .
4 . 3 东阿隐伏岩溶水水源地勘探

瞬变电磁法操作规程

瞬变电磁法操作规程

瞬变电磁法操作规程瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM法）是一种地球物理勘探方法，通过测量地下的电磁响应来研究地下的物质结构和岩石性质。

TEM法具有探测深度大、分辨率高、成图速度快等优点，因此在矿产勘探、地下水资源评价、环境调查等领域得到了广泛应用。

下面是瞬变电磁法操作规程的一般步骤，供参考：一、前期准备1. 确定勘探区域：根据勘探目标和预测研究，确定具体的勘探区域范围。

2. 清理工作现场：清理勘探区域内的杂物和障碍物，确保安全和顺利进行。

二、设备选择与布置1. 选择合适的测量设备：根据勘探区域的地质条件和勘探目标，选择适合的瞬变电磁仪器和相关设备。

2. 布置电磁发射线圈：根据勘探区域的具体情况，确定电磁发射线圈的布置方式和位置，确保覆盖整个勘探区域。

3. 安装接收线圈：根据测量要求和研究目的，确定接收线圈的布置方式和位置，进行合理安装。

三、数据采集与处理1. 启动仪器：根据仪器的操作说明，正确启动瞬变电磁仪器，并进行调试和校准。

2. 数据采集：按照预定的采样间隔和采样点位置，在勘探区域内进行数据采集。

采集过程中要保持仪器稳定，并记录相关数据和信息。

3. 数据处理与解释：将采集到的数据导入电脑，进行数据处理、反演和解释。

根据勘探目标和研究要求，进行合理的数据处理和解释。

四、结果分析与评价1. 数据分析：通过分析处理后的数据，提取地下物质结构和岩石性质的信息，进行结果分析和解读。

2. 结果评价：根据分析结果和研究要求，对勘探区域内的地下结构和性质进行评价，判断勘探目标的可行性和成果的可信度。

五、报告撰写与提交1. 撰写勘探报告：根据勘探实验的目标、过程和结果，撰写详细的勘探报告，包括勘探区域的地质评价、数据处理与解释方法、结果分析等内容。

2. 提交报告：将勘探报告提交给相关的领导和专家，以供参考和评审。

六、设备维护与整理1. 设备维护：对使用的瞬变电磁仪器和相关设备进行维护和保养，检查仪器的各项指标和功能是否正常。

TEM法(瞬变电磁法)

TEM法(瞬变电磁法)

-3 0 0
GDP-32 TEM结果
400m*400m
700 750 800 850 900 950 1000
-4 0 0
-5 0 0
400
-6 0 0
200
0 -100
-7 0 0
0
-200 -300
-8 0 0
-9 0 0
-200
-400
-1 0 0 0
-400
-500
-1 1 0 0
-600
-600
TEM一次场和二次场波形图
GDP-32II TEM 二次波形图
Time (uSeconds)
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
50
100
150
Bin Number
各种TEM的 装置形式
TEM三分量测量装置
h 28
t
TEM法的电阻率与深度计算
TEM法的电阻率计算与所使用的装置有关，就 中心回线而言，其近区的计算公式为
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简称TDEM或TEM。瞬变电磁法以接地导线 或不接地回线通以脉冲电流，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 响应的一种电磁探测方法。由于二次场从产生到结 束的时间是短暂的，这就是“瞬变”一名词的由来， 俄罗斯称“过渡过程”，西方早期叫脉冲电磁法 （PEM）或电磁脉冲法（EMP），在原苏联过渡过 程的早期与建场法混在一起。
探测深度公式为
h 28
t
TEM多窗口电压剖面
160
G a m b e ll E E /C A T E M G e o p h y s ic a l S u r v e y A r e a C , L in e 0 e

瞬变电磁法检测技术综述

瞬变电磁法检测技术综述

瞬变电磁法检测技术摘要：本文是对瞬变电磁法（TEM）检测的一个综述，该方法具有许多独特的检测优势。

文中首先介绍了瞬变电磁法的相关理论知识，包括基本原理、一次场传播途径等，然后简单叙述了瞬变电磁法的优点与局限性，最后就其应用做了简单介绍，如在地质勘探、埋地管道等检测中的应用。

关键字：瞬变电磁检测应用引言瞬变电磁法（TEM）是地球物理探测中最有效的电磁方法之一，与其他检测方法相比具有简单易行、探测深度大、受地形干扰小、不受一次场干扰等优点，近年来在国内外发展迅速，其应用范围已经涉及地矿、石油、水利、电力、铁道、交通、有色、国防工程等各个领域,并且已经取得了显著效果。

国外对瞬变电磁法的研究开展较早，已取得一些成绩，而在我国，对瞬变电磁检测方法的研究始于上世纪70年代，由最初的金属矿勘探到地热、水资源、水文地质、环境与工程地质的探测，近年来应用日益广泛。

大功率、大动态范围、高密度时序序列数据采样、三分量同步观测、低噪声仪器性能将是先进TEM仪器发展的主要趋势。

1 瞬变电磁法检测理论瞬变电磁法利用不接地回线（磁源）或接地线源（电流源）向地下发送一次脉冲，通常称为一次场。

该稳定磁场由闭合稳定电流产生，然后在某一时刻将电流中断，一次场随之消失。

根据电磁学原理，地下的导电介质将产生一个大小相等、方向相反的涡流场以阻止一次场的消失，这个涡流场叫二次场。

由于二次场包含有地下地质体丰富的地电信息，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或者接地电极观测二次场（或称场效应），通过对这些信息的提取与分析，从而达到探测地下地质体的目的。

所研究的是场效应与时间的关系，故称之为时间域电磁法。

由于一次场和二次场均为瞬态场，也称之为瞬变电磁法。

一次场以两种途径传播，第一种是：电磁波首先以光速在空气中传播到地表的每个点，然后一部分电磁能量由地表传入地下，根据惠更斯原理，波前每个点都视为一个新的球面波振源，地表的每一个点都相继成为波源，将部分电磁波传入地中；第二种是：电磁能量直接从场源传播到地中，类似于“烟圈”一样在导电介质中感应电流随时间的推移而逐渐向地底深处扩散，也称“烟圈效应”。

建场法( TEM、TDEM、瞬变电磁测深法)

建场法( TEM、TDEM、瞬变电磁测深法)

RH0=1,2,5,9,10,20,80,100,200,500,800,1000 VOLT: RHO THICK 100 1000 RHO 500 1000
R=15000m
0.001
0.01
0.1
1
10
1E+002 1E+003 1E+004
1E+003 1E+002 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 1E-005 1E-006 1E-007 1E-008 1E-009 1E-010 1E-011 1E-012 1E-013 1E-014 1E-015 1E-016 1E-017 0.001 0.01 0.1 1 10 1E+002 1E+003 1E+004
时间衰减的信号曲线，从而获得在测点处由浅至深的
地电信息
电磁法勘探技术
方法特点
•大功率场源，资料采集精度高 •类似地震的多道采集方式 •提取剩余场技术 •直观的拟地震电性断面显示技术
•不受表层高阻层屏蔽影响
电磁法勘探技术
瞬变响应的观测值在远区条件下与电阻率成正比，
即：
Bz (t ) ~ t
在近区条件下与电阻率的3/2次方成反比，即： Bz (t ) 3 ~ 2 t 而对于直流电测深来说： V ~ 对于大地电磁测深：
• 综合解释提交的主要图件:
• 综合解释报告。
电磁法勘探技术
汇报内容
• • • • • 野外施工方法及原理 理论模拟结果 资料处理 效果分析 资料归档
塔中4口深井电测视电阻率曲线
塔参1
塔中162
塔参1、塔中162井微电性曲线与井旁剖面对比 电磁法勘探技术
塔参1井

TEM法(瞬变电磁法)

TEM法(瞬变电磁法)

中心回线 TEM 正演结果之一
中心回线 TEM 正演结果之二
0
(m)
-5
-10 30
(m)
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
水泥管(直径30cm) 碎石(2m*2m*2m) 空洞(1m*o.5m*1m) 钢管(直径10cm) 碎石(1.5m*1.5m*1.5m)
福建某海湾围堰NanoTEM探测
-100
-200
4500
5000
5500
6000
6500
辽宁清远红透山GDP-32II 验收试验结果
-100 -200
GDP-32 TEM结果 200m*800m
GDP-32 CSAMT结果
200 600 400 600 800 1000
-300
GDP-32 TEM结果
400m*400m
700 750 800 850 900 950 1000
TEM法的电阻率计算与所使用的装置有关，就 中心回线而言，其近区的计算公式为
探测深度公式为
h ≈ 28 ρ × t
TEM多窗口电压剖面 多窗口电压剖面
160 140
Gambell EE/CA TEM Geophysical Survey Area C, Line 0e TEM dBz/dt (uV/Am2)
瞬变电磁法
瞬变电磁法（Time Domain Electromagnetic Method)简称TDEM或TEM。瞬变电磁法以接地导线 或不接地回线通以脉冲电流，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 响应的一种电磁探测方法。由于二次场从产生到结 束的时间是短暂的，这就是“瞬变”一名词的由来， 俄罗斯称“过渡过程”，西方早期叫脉冲电磁法 （PEM）或电磁脉冲法（EMP），在原苏联过渡过 程的早期与建场法混在一起。

瞬变电磁测深法

瞬变电磁测深法

四)瞬变电磁测深法(水文地质工作手册）1、 方法原理简介瞬变电磁测深法(简称TEMS ）是一种时间域电磁法.基于电性差异，以阶跃波形电磁脉冲激发,利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场的间歇期间(断电后），利用线圈或接地电极测量由地下介质产生的感应二次场(二次涡流场)随时间的变化，达到寻找目标地质体的地球物理勘探方法。

其数学物理基础为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。

一次脉冲信号。

二次场信号表示为：52M q Vμ⋅⋅=（1） 式中：0μ为磁导率；M 为发送线圈磁矩;q 为接收线圈等效面积;ρ为地层电阻率;t 为时间.从上式中可以看出，二次场信号与34ρ ，54t 成反比，当探测地下良导电地质体时.在往地面敷设的发送回线中通以一定的脉冲电流。

使回线中间及周围一定区域内便会产生稳定的磁场(称一次场或激励场),如果一次电流突然中断，则一次磁场随之消失,使处于该激励场中的良导电地质体内部由于磁通量Φ的变化而产生感应电动势d dt ε=-Φ (据法拉第电磁感应定律),感应电动势在良导电地质体中产生二次涡流，二次涡流又由于焦耳热消耗而不断衰减,其二次磁场也随之衰减（见图1)。

由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，导电性越好,二次场衰减越慢;导电性越差，二次场衰减越快。

因此，通过研究二次场的衰减规律便可达到探测地下地质异常体的目的。

图1 TEM 法工作原理示意图瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播,在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中由于传播而消耗，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.传播深度：d=（2)传播速度：zd V t ∂==∂ （3)式中：t - 传播时间;σ -介质电导率;0μ— 真空中的磁导率。

由(2）式得：72210t h p π-=⨯， （4） 在中心回线下，时间与表层电阻率之间的关系可写为：()()2125031400I L t ηπρμ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= (5) 联立(4)(5）式，可得中心回线装置估算极限探测深度H 的公式为：15210.55L I Hρη⎛⎫⎪⎝⎭= (6)mR N η=式中：I — 发送电流；L—发送回线边长;ρ—上覆电阻率；1η—最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数及观测时间段有关.一般为0.2～0。

瞬变电磁法弱信号检测技术研究

瞬变电磁法弱信号检测技术研究

瞬变电磁法弱信号检测技术研究
1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method 简称TEM）是探测地下介质电性参数等信息的重要方法之一，在矿产勘探、地下水探测、工程监测和土壤
盐碱化调查等领域具有广阔的应用前景。

它以向接地导线或不接地回路发射双
极性矩形脉冲电流做为激励场源（称为一次场），当发射电流关断时，在地
下导电性的介质或地质体中感生涡流形成瞬变二次磁场。

在一次场间隙时间内
测量二次场随时间衰减响应，即TEM 二次场感应信号，通过选择不同的时间
窗口进行观测，获得不同勘探深度地质体的电性参数.
在TEM 方法中，一种称为中心回线的组合方式应用较广，即在发射回线的
中心点，用可视为偶极的小型线圈Rx 接收（即中心回线装置，见图1a）。

当发射回线Tx 中的电流由I 突然阶跃下降为零时，在其周围产生急剧的磁场，必
然在周围介质中激发产生感应电流，纳比吉安（Dabighian，1979）所建立的“烟圈”理论指出，与发射电流同向的环形感应电流环，其极大值随着时间向下
向外以速度ν（t）扩散，形象地比喻象发射回线吹出的“烟圈”。

在地表引起的
瞬变磁场响应镜像等效于该时刻地下某一深度电流环。

设均匀半空间的电阻率
为ρ，得到电流环向下传播的速度
在晚延时段，发射回线中心点瞬变电磁场垂直分量Hz（t）及感应电动势近
似表达式。

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J 、 J 、 J 分别为管外介质、防腐层和管内介质的磁导率、电导率与介电常数； G、 G 为管体的磁导率与电导率。
2．数学模型 管道外介质的电导率和磁导率远远小于金属管道的电导率和磁导率， 利用瞬 变电磁响应的时间可分性， 实际检测中可以在恰当的时窗范围内只考虑金属管道 与管内介质的响应。此外，将金属管道及其管内介质作为一个外径相同的等效柱 体来考虑，在管外观测时二者所产生的瞬变电磁响应相同。等效柱体与金属管道 及其管内介质之间的参数关系如下：
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位置的分布情况，确定检测间距，一般情况下应当采用基本检测点距基础上适当 加密的措施，必要时可进行全覆盖（点距不大于被检管道埋深的 2 倍）检测。 B. 对于根据管道日常管理中汇集的管道穿孔及泄漏、介质腐蚀性等数据判 断可能发生腐蚀较严重的管段，可按 25m～50m 基本点距基础上适当加密的方式 布设测点。防腐（保温）层破损、缺陷点及其两侧、阴极保护失效部位、杂散干 扰显著地段及怀疑发生腐蚀的管段应布置加密检测点。弯头或接头两侧、土壤介 质明显变化处、 环境因素明显分界处、 第三方破坏频发处可适当布置加密检测点。 C. 也可以根据管道运行方要求进行抽检。 抽检时需考虑检测位置的代表性， 一般应布置在根据管壁腐蚀影响因素、 维修历史/记录和其他任何管壁腐蚀/破裂 历史等资料所分析的腐蚀可能性较大的管段位置上。 检测点位置测量：瞬变电磁（TEM）检测设计中还应包含定位测量的内容， 具体方法可根据管道运行方对定位测量精度的要求按相关标准确定。 2．现场检测作业 (1) 操作数据采集器 无论使用 GBH-1 或者使用其他脉冲瞬变电磁仪采集数据时， 要按照相应说明 书中规定的步骤操作仪器和附属设备。 (2) 实地布设检测点 根据实地情况布设测点，必要时可适当调整，要避免布置在靠近强干扰源、 强磁场、有金属干扰物的地方。观测前，应首先校对测点号是否正确，随即作好 现场记录，对干扰、周围地物以及必要的点位移动情况要详细记录。 (3) 安放发射-接收回线 在已确定的观测点上安放发射-接收回线使其平面接近水平，回线中心偏离
3
应不低于 80%。验证时采用高精度（0.1mm～0.01mm）测厚仪实际测量管壁厚度， 测量点应均匀分布并具有统计意义；也可采用称量的办法实测金属损失量。
（二）仪器与设备 1．瞬变电磁（TEM）检测系统（专利 2008100074955） 瞬变电磁（TEM）检测方法通常采用的检测系统包括传感器、数据采集器、 控制单元三个主要部分。 (1) 传感器 传感器包括发射回线和接收回线，用来实现瞬变电磁（TEM）信号的发射与 接收，一般采用方形回线，亦可采用圆形回线或线圈。 (2) 数据采集器 数据采集器用于激励、采集、记录瞬变电磁（TEM）信号，应使用灵敏度高、 抗干扰能力强、性能稳定的脉冲瞬变电磁仪作为数据采集设备。GBH-1 是管壁厚 度 TEM 检测专用的数据采集器。此外，GDP-32II 等任何一种商用瞬变电磁仪均可 用作瞬变电磁（TEM）检测系统的数据采集器。 (3) 控制单元 控制单元用来控制数据采集器和传感器工作，一般需要有现场数据收录、信 号处理、解释分析以及图示等功能，可用具有蓝牙接口的掌上电脑或笔记本电脑 作为载体。数据解释也可用采集后处理方式。控制单元界面见图 2-1 和图 2-2。
8
(2) 计算管道金属损失率和管壁厚度 采用《管壁厚度 TEM 评价系统 PWTE 2.0》专用软件（专利 2008100074955） 或其它适当的方法计算管体金属横截面积平均损失率和管道剩余平均壁厚。 4．检测质量监控 (1) 瞬变电磁（TEM）检测工作需要进行重复性检测，以保证检测工程质量。 重复性检测点应均匀分布，对异常点、可疑点等重点进行重复性检测，重复性检 测点数不应低于总检测点数的 3％。 (2) 检测误差不应超出±5％。超出±5％时，再增加总检测点数的 10%进行 重复性检测，如仍超出±5％，则检测结果仅可作参考用。检测误差按下式计算。
1
D D b 2
2
U ( ) I 是接收线圈中的归一化电动势； b 是管道横截面的外半径； nT 是发
射回线的匝数，nR 是接收回线的匝数，b 、lT 和 lR 分别是由被测管道的中心埋深
h 归一化了的管道外半径、发射回线和接受回线的半边长； L( ) 是被测管道的
瞬变响应函数，其中 nk b 是零阶贝塞尔函数 J (nk b) 的零值解， 是时间； 称作 被测管道的综合时间常数。 3．检测参数与干扰因素 瞬变电磁（TEM）检测方法所给出的检测结果是管体金属损失率或者平均管 壁剩余厚度。理论上讲，金属损失发生在管壁内、外是有区别的，但实际检测过 程中却难予区分。 自然的和人文的电磁干扰是影响瞬变电磁（TEM）检测方法检测精度的主要 因素。瞬间电磁干扰可以通过提高信噪比的办法予以抑制，加大激励信号（包括 激励电流的增大和发、收回线匝数、面积的增加） ，提高叠加次数，避开干扰时 间段等，都是常用的手段。 4．被检管段与检测精度 (1) 被检管段 被检管段是指每个 TEM 检测（点）覆盖的管长，等于所采用的回线边长（对 圆形回线而言则为直径）与 2 倍管道中心埋深之和（ L 2h ） 。 (2) 检测精度 检测精度是指 TEM 检测所得管壁厚度与实际管壁厚度 （均指被检管段范围内 平均管壁厚度）之间的偏差，用百分比表示，一般情况下不超出±5%。管壁厚度 偏差不超出±5%的情况称作检测壁厚与实际壁厚符合。 实际工作中还有一个技术 指标：验证符合率，它是指验证符合点数相对总验证点数的百分比，一般情况下
4
图2-1 控制单元界面（掌上电脑）
图 2-2 控制单元界面（笔记本电脑）
2．瞬变电磁（TEM）检测装置 瞬变电磁（TEM）检测方法采用非接触式信号发射（Tx）-接收（Rx）方式， 可选用重叠回线装置、中心回线装置（见图 2-3）或其他形式的装置。
图 2-3
瞬变电磁（TEM）检测发射（Tx）-接收（Rx）装置示意图
1 2N I i I i' 100% ' i 1 I i I i
N 2
式中： N——参加统计的重复性检测点数
I i ——第 i 个测点管体金属横截面积平均损失率原始检测值
I i' ——第 i 个测点管体金属横截面积平均损失率重复检测值 (3) 为了评价 TEM 检测质量， 可利用超声测厚仪在任何一个检测点进行开挖 验证，测量管道剩余壁厚，剩余壁厚测量点应均匀分布在 2 倍埋深管长范围内， 且应不少于 30 个。TEM 检测的管道剩余平均壁厚值与超声测厚结果平均值的偏 差不超出±5％。开挖验证符合率应不低于 80％。 （四）瞬变电磁（TEM）检测结果记录表与检测流程图 1．检测结果记录表 检测结果记录表的格式可参考表 3-1 制作。
D G D
1 1 a2 ( G J ) b2
(
G J (b 2 a 2 )( G J ) ) 2 G J b (G J ) a 2 (G J )
式中 D 和 D 为等效柱体的磁导率与电导率。 瞬间断电以后， 在回线周围包括被测管道在内的有耗介质中激励起了随时间 衰变的涡旋电流，在管道正上方，与管体上涡旋电流相关的二次磁场在接收回线 中激起的归一化电动势可以用下式表达：
瞬变电磁（TEM）检测方法
李永年 李晓松 尚 兵 邮编 071051） （保定驰骋千里科技有限公司
摘要：介绍了瞬变电磁（TEM）检测方法的原理、仪器与设备、现场检测步骤、质量监 控办法、数据处理等内容。 关键词：管道 腐蚀 瞬变电磁 TEM 检测方法
瞬变电磁（TEM）检测方法是基于瞬变电磁原理，在地面（不需开挖）检测 埋地管道管体金属损失的一种方法，简称 TEM 检测。本方法也可用于地面以上各 类金属管道剩余管壁厚度的检测。由于采用非接触式信号加载方式，最适用的检 测对象是单根或可视为单根的金属管道。本方法不适宜用于孔（点）蚀的检测。 （一）方法概述 1．基本原理 如图 1-1 所示，在稳定激励电流小回线周围建立起一次磁场，瞬间断开激励 电流便形成了一次磁场“关断”脉冲。这一随时间陡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， 最终观测到用激励电流归一化的二 次磁场衰变曲线——瞬变响应。 管体瞬变响应的幅值及其时变特征与管体几 何尺寸和管、内外介质等因素有关（见图 1-2:物
5
3．其它设备 瞬变电磁（TEM）检测工作中所需要的其它设备包括超声测厚仪、GPS 定位 系统等。条件许可时，备用电导率测量仪和磁导率测量仪。 （三）瞬变电磁（TEM）检测步骤 1．检测前的准备工作 (1) 收集资料和现场调查 接受检测任务之后，应首先搜集待检管道的相关资料，包括管道材质、规格 （管径与壁厚）以及焊缝类型、防腐（保温）结构和腐蚀控制措施、埋设年份和 路由环境、运行和维修历史等。根据已有资料情况进行实地调查，划分 TEM 检测 段，每个检测段应至少有一个管壁厚度已知点作为该段 TEM 检测的基准（标定） 点。对于条件相同的管段应考虑使用相同的检测参数。 (2) 编制检测设计 方法适用性：必须首先考虑方法的适用性。对于电磁噪声干扰严重，数据采 集精度不能控制在±5％之内，或者待测管道与邻近管道之间距离小于其埋深之 和，不符合“单管”条件的管段，不宜使用瞬变电磁（TEM）检测方法。 检测精度设计： 检测设计要根据检测流程中各工序 （环节） 的具体测试内容、 所用仪器和装备的技术性能以及数据处理方式等合理地分配、 控制该工序 （环节） 的施测精度，总均方相对误差不应超出±5％。必要时，可通过实验确认符合或 满足检测精度要求的数据采集方案。 检测点布设方法： 合理地布设检测点不仅能获得科学的评价依据和良好的检 测效果，而且能节约检测成本。 A. 根据历史数据、腐蚀影响因素、维修历史/记录等，分析腐蚀可能性较大
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管道轴线在地面投影的距离不应超过管道中心埋深的 10％。对于矩形回线，要 使回线的一组边与管道走向大致平行。 (4) 采集 TEM 数据 正确地连接发射机、接收机、发射-接收回线和电源；启动系统采集数据并 监视数据精度达到要求后停止采集；回放数据，观察数据曲线合格后移至下一个 测点，否则重新采集。 (5) 抑制干扰，提高观测质量 可通过提高信噪比（包括增加激励电流、收-发磁矩，增大迭加次数等手段） 的办法抑制电磁干扰。每个测点至少应重复观测 2 次，2 次观测数据的相对误差 不应超过 3％，若不符合可进行多次观测，取其偏差最小的 2～3 组数据的平均 值作为该测点的 TEM 数据。 (6) 故障应对措施 检测中如遇故障，要及时查明原因，并回到已测过的测点上作对比检测，确 认正常后方可继续工作。 3．检测数据处理 (1) 数据整理 每日收工后及时将现场所采集的瞬变电磁（TEM）数据传送到计算机中整理 并保存以便作进一步处理，内容包括： A 被检管道的编号及属性（埋深、材质、管径、壁厚、输送介质）等； B 检测时间、检测点号、回线参数、发射频率、发射电流、响应曲线等； C 检测点 GPS 记录与/或大地坐标，基准（标定）点实测管壁厚度记录等； D 管道沿线地物、干扰源注记，照片、栓点图等。