瞬变电磁法

煤矿瞬变电磁法的基本原理
煤矿瞬变电磁法是一种地球物理勘探技术，其基本原理是利用变化的电磁场在地下物质中引起的感应电流的变化来推断地下结构和地质特征。

瞬变电磁法的原理可以归结为以下几个步骤：
1. 发射电磁场：在地表上放置一个发射线圈，通过电流激发线圈产生变化的电磁场。

2. 感应电流产生：地下物质对电磁场的变化会产生感应电流。

地下物质的电导率和磁导率决定了感应电流的大小和分布。

3. 接收电磁信号：在地表上放置接收线圈，接收感应电流产生的变化信号。

4. 数据采集和处理：将接收到的信号传输到数据采集设备上，然后通过数学模型和计算方法对数据进行处理，将其转化为地下结构和电性特征的信息。

根据瞬变电磁法的原理，可以通过分析感应电流的变化来推断地下的物质性质和特征，如地层的厚度、电导率和磁导率等，进而对煤矿区域进行勘探和评估。

瞬变电磁法电磁学是研究电磁场产生、传播和作用的科学，电磁法的主要应用是地球物理勘探，即以电磁场的变化作为地球内部物质构造的判别与研究。

其中最重要的一种电磁方法就是瞬变电磁法。

瞬变电磁法是电磁勘探方法中最为重要的一种。

它是在短时间（几秒钟内）内电磁场的反复的改变，然后改变的电磁场引发地下不同的磁质体，从而表现出不同的响应特性，从而探测到地下结构及其物质构成。

瞬变电磁方法主要分为发射法和接收法，其中首先通过发射电磁场，形成瞬变磁场，再利用接收系统接收被感应磁场及其噪声信号，并再经过相关处理，进而获得物理参数信息。

瞬变电磁法有着极为丰富的信息，它可以获得地下物质的深度构造、属性等，还能探测隐藏的金属物质、水体分布等信息，因此，瞬变电磁法在地球物理勘探和评价方面有着十分重要的作用。

瞬变电磁勘探得到的主要成果是物质构造深度图、磁性参数图等，其中物质构造深度图可以用于描述地下物质构造的深度分布，它是用灰度值表示深度，磁性参数图可以用于反映地下物质的属性，它使用颜色表示不同的参数值，显示属性分布情况，这两种图像可以为解译地质构造、勘探和评价提供重要的基础。

瞬变电磁法的应用范围广泛，主要应用在金属和非金属矿产勘探，地质灾害预测，地下水探测，工程地质调查，水文地质等领域。

它可以准确地反映地下物质的属性，有效地探测地下结构，因此，它在各领域都得到了广泛的应用。

瞬变电磁法在勘探和评价中有着重要的作用，但它也有一些不足之处。

首先，瞬变电磁法只能提供局部的勘探，无法提供全局的勘探信息；其次，磁性参数的测量精度相对较低，它是一种非开放的技术，且具有较强的环境干扰；最后，探测结果受到各种磁场的影响，大气磁场的变化会影响测量结果的准确性，因而会影响勘探的准确性。

瞬变电磁法是一项重要的地球物理手段，它已经应用广泛，但相关技术也有待改进。

未来，应加强以瞬变电磁法为主体，结合其他手段，如超声波法、岩石物理法等，实现对地球物理领域的更加精确的勘探和评价，进一步推动地质物理领域的发展。

瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用概述瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，通过记录地下储层对电磁场的响应，来获取地下电性参数的方法。

在铁矿勘查中，由于采空区和开采导致的地下结构变化，传统的地球物理勘探方法往往无法满足勘查的需求。

而瞬变电磁法正是针对这一问题而发展起来的一种新型勘探技术，具有高分辨率、深部探测能力强等优点，在铁矿采空区勘查中有着广泛的应用价值。

瞬变电磁法原理瞬变电磁法是通过人工产生的瞬时电磁场来探测地下储层的电性结构。

其原理是首先在地表布置发射线圈，通过交变电流激发地下的电磁场；然后在被测区域布置接收线圈，接收地下储层对电磁场的响应。

根据接收到的信号，利用数学方法和电磁理论，可以反演地下储层的电性参数，从而获取地下结构信息。

瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用1. 铁矿采空区地下结构复杂铁矿采空区是指矿体被开采后形成的洞穴或空间，地下结构非常复杂。

通常情况下，地质勘查难以穿透采空区进行探测，使得矿床的储量和分布情况无法准确确定。

而瞬变电磁法能够在采空区进行深部探测，获取采空区下方地层的电性参数，为铁矿勘查提供关键的信息。

2. 高分辨率优势与传统的地球物理勘探方法相比，瞬变电磁法具有更高的分辨率。

由于采空区下方往往存在纷繁复杂的地质构造，高分辨率的探测能力可以有效地识别不同类型的地层和岩石，帮助勘查人员准确判断铁矿矿床的储量和分布情况。

3. 深部探测能力由于采空区下方的地质构造往往较为复杂，而且深度较大，因此需要具有强大的深部探测能力。

瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中能够深入到几十到几百米的深度范围内进行探测，可以有效地获取采空区下方的地质构造信息，为铁矿勘查提供必要的数据支撑。

4. 实际案例瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中已经取得了一些成功的应用案例。

例如在某铁矿的采空区勘查中，使用瞬变电磁法成功识别了采空区下方的高电阻率带和低电阻率带，为确定铁矿矿体的延伸方向和未来的矿床开发提供了重要的指导，取得了良好的勘查效果。

试谈瞬变电磁法的应用一、瞬变电磁法的概述瞬变电磁法（简称TEM法）属于时间域电磁法，由于该方法是纯二次场测量，故与传统直流电法勘探相比较，具有对低阻异常体反映灵敏，勘探深度大，受地形影响小，工作效率高等优势。

瞬变电磁法开始只应用于金属矿勘探，上世纪90年代以后随着仪器的数字智能化发展，瞬变电磁法才开始应用于煤田水文探测中，如查明断层和陷落柱等构造的含导水性、地下采空区勘查、评价含水层富水性、结合水文钻孔预测矿井涌水量、矿井迎头超前探测等方面都取得了良好的效果。

地面瞬变电磁法多采用大定源回线装置，探测深度较大。

瞬变电磁法主要有：（1）地面动源类。

即发射系统和接收系统依点移动并观测记录结果，又可分为以下类型：同点类型：包括中心回线组合，同一回线组合，重叠回线组合。

该类型指发射回线的中心点与接收回线的中心点重合；分离回线类型：发射线圈与接收线圈相隔一段距离且同时移动；双回线类型：因使用步骤繁琐，使用效果不明显，故此方法极少使用，在此不做赘述。

（2）地面定源类。

不移动发射源，只移动接收线圈，并观测记录结果，又可分为以下类型：（大定源组合：发射回线边长一般较长；偶极定源组合：发射回线边长较小。

（3）地一井类。

发射回线在地面敷设，在井中逐点移动探头进行观测，可以在地面开孔，也可以是在坑道中开孔。

二、瞬变电磁法的特点及野外工作的要求2.1瞬变电磁法的特点瞬变电磁法能够在脉冲间隙中进行测量，这主要和这种方法不容易受到其他物质和磁场的干扰有关。

在使用这种方法的过程中，不同的脉冲强度是由不同的频率所合成的，这就使得脉冲在相同的时间场中有着不同的传播速度，勘察的深度也会不一样。

下面我们就具体的谈一下这种方法在空间和时间上的可分性特征。

（1）在提高煤炭資源勘察精确度的方法中，频率域法主要是通过提高自身精确度来实现的，但是瞬变电磁阀则是通过提高自身的灵敏度来实现，并成功的实现了提高精确度向提高灵敏度方面的转变。

（2）由于采空区的围岩区域地形差异比较大，所以如果采用原始的勘测方法，就容易受到地形的倾向而降低精确度，如果采用瞬变电磁法则能够避免这一问题。

瞬变电磁法在金属矿勘探中的应用
瞬变电磁法是一种常用的金属矿勘探方法，其原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，当磁场沿地表向深部传播时，遇到不同介质时会产生涡流场或使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向产生定向排列。

当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。

利用接收线圈测量接收到的感应电动势 v2，该电动势包含了地下介质电性特征，通过种种解释
手段（一维反演，视电阻率等）得出地下岩层的结构。

瞬变电磁法具有工作效率高、精度高等优点，但也不能取代其它电法勘探手段。

在金属结构物对测量的影响一文中提到，当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时，所测到的数据不可使用，此时应补充直流电法或其它物探方法。

同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时，瞬变电磁法也不能可靠的测量。

因此在选择测量时要考虑地质结构。

在测量过程中，要随时记录地表可见的岩石特征，装置的倾角以及高程，以便在后续的解释中，准确的划分地层构造。

同时在一个工区工作之前，要做实验，选择合理的装置以及供电电流，一经确定，不能在测量中变更装置和供电电流，否则对解释造成影响。

在进入工区前尽量寻找已知地层的基准点对仪器进行校准，以确保测量的准确性。

瞬变电磁法的解释，通常分为定性解释和定量解释。

定性解释一
般是观察测线多道剖面，通过多道剖面可以定性的看出地层的分布情况，同时应排除晚期道的干扰假象。

对双峰异常要多加关注。

定量解释则是通过一维反演等手段，根据初始模型对数据进行解释，得出地下岩层的结构和物性参数。

一、瞬变电磁法原理1. 频率域原理（图1a）图1 a表示频率域电磁法连续变化的初始场在导体中产生的二次场方向反抗初始场的变化。

b表示时间域电磁法在发射电流关断之前的稳定的初始场。

C表示时间域电磁法在发射电流关断之后在导体中感应的涡流及其产生的二次场。

Tx是发射线圈，Rx是接收线圈2. 时间域原理图1（b）表示稳定电流产生稳定磁场（关断前），在导体中不产生涡流。

图1（c）表示稳定磁场突然关断，便产生磁场反对关断，此磁场称为一次场。

该一次场在导体中感应出变化的涡流，该变化涡流产生二次场，即瞬变场。

瞬变场（涡流）在导体中分布符合趋肤效应，即高频在表面，低频在内部，瞬变场随时间按指数衰减，即高频衰减快，低频衰减慢。

瞬变场幅度和衰减的快慢取决于导体的电导率值和大小，即导体的时间常数（以后讲）。

所以观测瞬变场的幅度及其随时间衰减过程便可确定导体的电导率和大小。

二、如何实现上述原理1. 产生初始场和二次场图2 初始场和瞬变场形成过程及衰减发射机向发射线框输入脉冲电流A，A不变时在发射线周围产生稳定的初始场（见图1b），当发射电流A突然关断时，则发射线圈产生瞬时变化的初始磁场并向地下穿透。

在穿透过程中若遇到导电介质便在其中产生涡流（感应电流），涡流又产生二次场（瞬变场）（图1c）。

在发射电流A突然关断的瞬间，由于发射线圈的感抗作用，A不能立即关断，要经历一段时间，称其为关断时间t off。

t off之后开始观测二次场（图2a，图2e）。

在t off之后发射线圈还有一个弱震荡过程，为避免振荡过程影响，在PROTEM的接收回路中设置有噪声抑制（图4），此外接收线圈还要离开发射线圈一定距离。

2.仪器装置图3 瞬变电磁仪装置图图4 瞬变电磁仪接收机电路框图（以PROTEM为例）3.感应探头和磁通门磁力仪探头：磁通门探头测量的是导电介质中涡流产生的磁场，感应线圈探头测量的是磁场变化率。

对于探测块状的、高导硫化矿体而言，在初始磁场作用下其产生的二次磁场较强，衰减慢，磁通门探头优于感应线圈探头。