回线源瞬变电磁法有限体积三维任意各向异性正演及分析

地质勘探中瞬变电磁法的应用发表时间：2017-11-27T17:05:40.523Z 来源：《基层建设》2017年第25期作者：欧江[导读] 摘要：瞬变电磁法有着灵敏度高、经济投入少、勘查准确性强等特点，在地质勘探中具有重要作用，能够确保地质勘探的精度效果，提升勘探效率。

四川省煤田地质局一四一队四川德阳 618000 摘要：瞬变电磁法有着灵敏度高、经济投入少、勘查准确性强等特点，在地质勘探中具有重要作用，能够确保地质勘探的精度效果，提升勘探效率。

在地下水勘探中，利用传统的物探形式无法对地层结构、断裂构造的位置进行准确划分。

而应用瞬变电磁法则能够有效解决这一问题。

对此，笔者根据实践研究，就地质勘探中瞬变电磁法的应用进行简要分析。

关键词：地质勘探；瞬变电磁法；应用分析伴随着社会经济的发展，人们对于煤矿资源的需求逐渐增加。

在煤矿生产中，地质结构与煤矿生产安全有着直接影响作用。

因为瞬变电磁法特点优势得到了广泛应用，例如：油田、地热、地下水勘查等范围。

通过探测物质产生的瞬变效应进行地层结构位置确定，掌握基岩面起伏状态与地下水赋存状态，具有有利作用。

一、瞬变电磁法原理分析该种方法主要是利用地质结构或是水文结构的观察，得出存在不同判断水文地质的方法。

瞬变电磁法是利用不接地回线与接地线缘传输至地下一次脉冲场，随后一次脉冲场激发生成二次场。

二次场经过地下地质体激发而出现磁场变动。

瞬变电磁法在进行地下地质结构的判断依靠于接受二次场在一次脉冲间歇过程的传递。

瞬变电磁法应用在矿井勘探中，能够进行水源查找。

以往的地质勘查中，对于高阻围岩的低阻地质气体的搜集具有一定困难性。

而瞬变电磁法的出现将有效解决这一问题。

因为瞬变电磁法针对低阻地质气体具有较强的敏感性，能够最快找到这一气体。

此外，瞬变电磁法具有降低噪音效果、对地形的影响较小，能够达到探测对象的融合。

二、瞬变电磁法在地质勘探中的应用瞬变电磁法的应用关键在于施工设备与方法的选择。

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。

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。

有限源瞬变电磁法正演模拟研究胡代明;郝晋荣;苏本玉【摘要】针对现有物探工作人员施工效率低、瞬变电磁法资料解释能力有限的问题,以中心回线有限源激发的磁源为例,研究了基于COMSOL MULTIPHYSICS瞬变电磁法不同物理模型的正演过程。

并通过对比分析数值解与理论解,验证了使用COMSOL MULTIPHYSICS进行瞬变电磁法正演的可行性。

结合模型实例,给出基本建模思路和操作技术,方便快捷地模拟出了低阻球体周围磁场的空间分布规律,分析不同埋深低阻层的归一化感应电动势曲线,并验证了电磁波在地下空间中的传播规律。

这为野外矿井生产与工程勘探提供一定的理论指导依据,结合反演理论,有助于方便实时解释异常体的位置和规模。

COMSOL MULTIPHYSICS丰富的后处理功能使得结果直观、形象,将为工作人员提供良好的正演环境。

【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】5页(P36-39,45)【关键词】中心回线瞬变电磁法 COMSOL MULTIPHYSICS 数值解正演模拟【作者】胡代明;郝晋荣;苏本玉【作者单位】[1]中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽合肥230026;[2]中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】P631.325瞬变电磁法是电磁法分支中比较先进的地球物理勘探方法。

在20世纪50年代，原苏联地球物理学家完成了一维瞬变电磁正演的理论推导；70年代，一大批西方学者开始尝试二维、三维正演模拟研究；Sanfilipo和Hohmann学者首次通过时域积分方程法进行三维正演数值模拟[1-2]；Newman和Hohmann学者先得到电磁场频率域响应，再用余弦变换求得瞬变电磁场时间域响应[3-4]；Endo和Noguchi通过算法，利用坐标变换方法将物理域转换至求解域，解决了带地形模型的三维正演[5]；2003年，王华军利用有限单元法实现 2.5维瞬变电磁法正演模拟[6]；2006年，熊彬实现了电导率均匀分块的2.5维有限元模拟[7]；2011年，李建慧博士采用矢量有限元法进行中心回线瞬变电磁场的数值模拟[8]。

瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介摘要：瞬变电磁法是地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一，它基于电性差异，主要用于寻找低阻目标物，研究浅成至中深层地电结构。

具有较高的抗干扰能力和分辨率。

关键词：瞬变电磁;装置;回线;野外工作技术1原理及优点瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种人工源的时间域电磁法。

它的基本原理是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，即在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为零的矩形发射回线在回线中供以的阶跃脉冲电流，将产生一个向地下传播的一次瞬变磁场，在该磁场的激励下，在地质体内产生涡流，在一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个衰减过程，在此过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。

在地表用接收线圈或接地电极观测该二次电磁场的空间和时间分布。

在瞬变过程的早期阶段，频谱中高频成分占优势，因此涡旋电流主要分布在地表附近，由于趋肤深度的高频效应，阻碍电磁场向地下深部传播，因此早期阶段的瞬变场主要反映地层的浅部地质信息。

在晚期阶段，高频成分被导电介质吸收，低频成分占主导地位，在这一阶段，局部地质体中的涡流，实际上全部消失，而各层产生的涡流磁场之间的连续相互作用使场平均化，这时瞬变场的大小主要依赖于地电断面总的纵向电导。

由于瞬变电磁测深法是在一次场断电后测量纯二次场，不存在一次场的干扰与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、不受静态位移影响、操作简便迅速、穿透高阻层能力强、不受接地电阻影响、地形影响小、对低阻地质体反应灵敏、生产效率高、可作大面积长距离堤防普查等优点。

2装置瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是载流线圈或回线形式的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。

发射的电流脉冲波形主要有矩形波、梯形波和半正弦波，不同波形有不同的频谱，激发的二次场频谱也不相同。

瞬变电磁自其发展以来，工作方式多种多样．例如：重叠回线装置、中心回线装置、同一回线装置、偶极装置等。

收稿日期:2007-12-20作者简介:刘金涛,男,中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,博士研究生,高级工程师。

文章编号:1001-4179(2008)11-0114-03瞬变电磁法三分量解释剖析刘金涛1,2　顾汉明1　胡祥云1(1.中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074;　2.湖北煤炭地质物探测量队,湖北武汉430200)摘要:矿区复杂地质构造的精确探测是煤矿安全生产要解决的重要问题之一。

传统的瞬变电磁法(TEM )方法仅利用了采集的Z 分量信息,在复杂地质构造探测中受到了限制,不仅探测精度低,而且易产生解释错误。

因此,研究了瞬变电磁法三分量解释技术,以提高其综合解释精度,增强其探测复杂地质构造的能力。

研究结果表明,充分利用已采集的三分量TEM 数据不仅可避免由单个Z 分量解释的局限性,而且可对异常体的空间特性进行综合解释,精确定位。

关　键　词:瞬变电磁法;磁场三分量;复杂地质构造;精确探测;煤矿安全生产中图分类号:TD76:P631.3+25 文献标识码:A 矿井突水是煤矿生产的常见灾害之一,严重威胁着煤矿的安全生产,有时甚至会造成巨大的经济损失和人员伤亡。

因此,查明矿区复杂的地质构造是煤矿安全生产要解决的重要问题之一。

近年来发展起来的瞬变电磁法(TE M )在简单地质构造探测中已获得了许多成功的应用,该方法是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场,在一次脉冲的间歇期间,利用线框或接地电极观测二次涡流场,利用采集的数据求取各个测点不同深度的岩石视电阻率,进而利用岩石视电阻率差异来探测和分辨地质异常体[1～3]。

然而,传统的TE M 方法仅利用了采集的Z 分量信息,在复杂地质构造探测中受到了限制,不仅探测精度低,而且易产生解释错误。

鉴于此,本文研究了瞬变电磁法三分量解释技术,以提高其解释精度,增强其探测复杂地质构造的能力。

研究结果表明,充分利用已采集的三分量TEM 数据不仅可避免由单个Z 分量解释的局限性,而且可对异常体的空间特性进行综合解释,精确定位。

层状介质任意形状回线源瞬变电磁场正反演李建平;李桐林;张亚东【摘要】任意形状回线的电磁场可以看成是多个水平电偶极子的电磁场累加而成,因此,不论回线是何形状,只要将回线剖分为水平电偶极子,就可利用水平电偶极子的电磁场求取任意形状回线的电磁场.为了将回线剖分为电偶极子,根据测点到回线各边的距离将回线各边剖分为多个小段,使每小段满足水平电偶极子的条件；再将水平电偶极子进行数值积分,可得整个回线的电磁场.实验证明该方法在减小计算量的同时还能提高计算精度.%The EM field of arbitrary shape loop can be regarded as EM field with the summation of many horizontal electric dipoles; therefore, as long as we work out the horizontal electric dipoles of the EM field and add them up, we can get the EM field of the arbitrary shape loop. The key of this method is the division of electric dipoles in arbitrary shape loop. In this paper, according to distance from the measuring point to the line of loop, each line of loop is divided into many small pieces with each piece satisfying the condition of horizontal electric dipole, and then numerical integration of horizontal electric dipole is carried out. In this way, the EM field of the whole loop can be obtained. Tests show that this method can not only reduce calculation amount but also improve calculation precision.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2012(036)002【总页数】4页(P256-259)【关键词】瞬变电磁场;回线源;正反演;回线剖分;水平电偶极子【作者】李建平;李桐林;张亚东【作者单位】山东科技大学地质科学与工程学院,山东青岛266510;吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春130026;长庆油田公司勘探部,陕西西安710000【正文语种】中文【中图分类】P631.3瞬变电磁法中的大回线法是应用最为广泛的电磁勘探方法之一。