瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介

瞬变电磁法应用条件瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种地球物理勘探方法，利用电磁学原理来探测地下的电性和导电性结构。

因其便捷、高效、精准的特点，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。

下面我们将详细介绍瞬变电磁法的应用条件，包括地质背景、地下介质、设备要求等内容。

一、地质背景瞬变电磁法通常适用于地表条件相对较好的地区，如平原、丘陵、山地等地貌，适用于研究区域的地质历史和地下介质结构。

在进行勘探前，需要详细了解地质条件，包括地表覆盖情况、地下水情况、岩石性质等。

只有充分了解地质背景，才能更好地设计勘探方案，提高勘探效果。

二、地下介质瞬变电磁法适用于导电率较高的地下介质，如含水层、矿床、盐水层等。

由于瞬变电磁法原理是通过观测地下电磁参数的变化来识别地下结构，因此对于介质的导电性要求较高。

在适用条件下，瞬变电磁法可以很好地探测地下水资源、矿产矿床等目标。

三、设备要求瞬变电磁法需要专门的仪器设备来进行测量。

在实际应用中，需要考虑设备的稳定性、精度以及适用范围。

目前市面上有多种瞬变电磁仪器，可以根据实际需求选用合适的设备。

还需要配备一定数量的电极、接收线圈等配套设备，以确保勘探工作的顺利开展。

四、环境条件瞬变电磁法对环境条件的要求较高，主要包括天气、地表情况等方面。

在进行勘探时，需要考虑天气因素对野外工作的影响，避免在极端恶劣的天气条件下进行测量。

地表覆盖情况也对瞬变电磁法的有效性产生影响，需要选择开阔的地区进行勘探，避免复杂地形对数据解释的影响。

五、专业人员瞬变电磁法需要专业技术人员进行操作和数据解释。

在进行勘探前，需要组建具备相关专业知识和实践经验的团队，从而保证勘探工作的顺利实施。

在数据解释阶段，也需要专业人员进行综合分析，提出科学合理的建议和结论。

六、安全防护在进行瞬变电磁法勘探时，需要注意安全防护措施。

特别是在野外作业时，要对设备操作人员进行安全培训，确保他们了解相关危险因素和应急措施。

一、瞬变电磁法简介瞬变电磁测深法(Transient electromagnetic methods)或称作时间域电磁法(Time doman electromagnetic methods)，简写为TEM或TDEM。

它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场；在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。

瞬变电磁法的测量原理是利用不接地回线(或电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(或电场)，即在发射回线上供一个电流脉冲方波，方波后沿下降的瞬间，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，其大小取决于该地质体的导电能力，导电能力强则感应涡流强。

在一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个过渡过程(衰减过程)，该过渡过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。

在地表用接收线圈接收二次磁场，该二次磁场的变化，将反映地下介质的电性情况，在接收机中按不同的延迟时间测量二次感应电动势，得到二次场随时间衰减的特性。

瞬变电磁法都是通过一次磁场激发二次涡流场来分析地下的各种地质情况，但时间域电磁法相对于频率域电磁法的最大区别在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。

另外，从傅立叶变换可知，一个阶跃形脉冲实际上是由各种高频和低频谐波叠加而成的，产生的场是一种宽频带电磁波场，因此与频率域电磁法相比，瞬变电磁测深法具有以下优点:(1)断电后观测纯二次场，可以进行近区观测，减少旁侧影响，简化了测量数据资料的处理工作，提高了探测能力和精度;(2)可用加大功率的方法增强二次场信号，提高信噪比，从而增加勘探深度;(3)穿透高阻层能力强;(4)由于采用人工源方法，随机干扰影响小;(5)采用重叠回线装置工作，可以避免地形影响;(6)线圈形状、方位要求相对不严格，测地工作简单，工效高;(7)由于测磁场，受静态位移的影响小;(8)通过多次脉冲激发，场的重复观测叠加和空间域多次覆盖技术的应用，可以提高信噪比和观测精度;(9)可以通过选择不同的时窗窗口进行观测，有效地压制各种噪声，可以获得不同勘探深度的信号，使剖面与测深工作与一体。

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。

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。

瞬变电磁法在井田边界附近区域探测中的应用瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method, TEM）是地球物理勘探中的一种常见技术，能够广泛用于找矿、油气勘探、环境地质勘探等领域。

其原理是利用短时间（毫秒级别）内的高强度电场激发地下的感应电流，根据反演方法推断地下物质的电性特征，进而推测地下结构和成分。

在油气勘探中，瞬变电磁法通常用于探测油气藏的边界和储层性质。

较早的使用方法是针对长距离、浅埋和规则的储层，如盐顶、河道等。

但随着勘探难度加大，如复杂的深埋储层，需要更高的技术和更完善的算法才能有效探测，这也成为TEM技术发展的方向。

一、对于沉积中的较浅和中深层结构探测能力较强。

瞬变电磁法的探测深度大约在1000米左右，对于位于井田边界相对较浅的层位和中深层结构，能够提供较为精确的电性特征。

并且，由于这些层位和结构与井田相邻，往往具有地质相似性，所以TEM法探测结果与地下储层的地质模型也更加吻合。

二、对于非均质介质的识别能力较强。

井田边界处往往是不规则甚至高度非均质的区域，而瞬变电磁法可以探测到这些区域的电性异常，使得我们能够发现以往难以察觉的储层和构造异常。

三、在资料处理和解释方面具备成熟的算法。

近年来，瞬变电磁法的资料处理、算法和反演方法进行了较大的创新，使得其成为井田边界附近区域探测的重要手段。

常用的数据处理和解释方式包括三维反演、峰值滤波、脉冲反演等。

这些方法的出现使得我们能够更加准确地推测储层和构造特征。

在应用方面，瞬变电磁法通常需要依托电磁仪器和野外勘探工具，完成勘探和数据获取。

电磁仪器根据不同的应用有不同的参数配置，如工作信号频率、发射电流强度、接收倍增器等。

野外勘探工具包括促进电源、测量器和数据记录仪等。

在野外勘探过程中，为了避免干扰引起的误差和探测深度前置的影响，通常需要采取多个方向的测量和模拟，以提高探测的准确性。

总之，瞬变电磁法是井田边界探测的有力工具，依靠先进的资料处理算法和灵敏的电磁仪器，能够帮助勘探人员更精确地预测油气藏的结构和性质。

瞬变电磁法在井田边界附近区域探测中的应用瞬变电磁法(transient electromagnetic method)是一种通过电磁感应原理来进行地下物质探测的方法。

它主要通过在地下埋设发射线圈和接收线圈，并通过改变线圈中的电流来产生短暂的电磁场，进而通过接收线圈来测量地下物质的电磁响应信号。

这种方法可以用于井田边界附近区域的探测，具有非侵入性、高分辨率、快速反应等优势。

本文将介绍瞬变电磁法在井田边界附近区域探测中的应用。

井田边界附近区域的探测是石油勘探中的重要环节之一。

通过对边界附近区域进行探测，可以了解油气田的分布、形态、规模等信息，为油气田的开发和管理提供重要依据。

在传统的地质勘探中，常常使用地震勘探等方法，但这些方法存在一定的局限性。

而瞬变电磁法则可以弥补这些局限性，成为边界附近区域探测中的重要手段之一。

瞬变电磁法利用电磁场的感应原理，能够对地下的电导率结构进行探测。

在井田边界附近区域的探测中，可以借助瞬变电磁法来确定井田的边界、油气藏的储集形态、储层的厚度和性质等信息。

通过对井田边界附近不同地质体的电导率差异进行探测，可以获得地下的电导率剖面，从而进一步判断油气田的分布情况。

1. 边界检测：通过瞬变电磁法可以检测油气田的边界位置。

在井田附近布置线圈，并通过线圈中的电流变化来产生电磁场，再通过接收线圈对电磁响应信号进行检测。

通过分析接收信号，可以确定油气田的边界位置。

2. 储集形态分析：瞬变电磁法可以通过探测地下不同物质的电导率差异，来推断储集形态。

在探测过程中，瞬变电磁法可以探测到油气层和非油气层之间的电导率差异，从而推断油气层的储集形态，如透水性、孔隙度、渗透率等。

4. 油气田开发和管理：通过瞬变电磁法对井田边界附近区域进行探测，可以为油气田的开发和管理提供重要依据。

根据瞬变电磁法的探测结果，可以合理规划生产井的位置和排列方式，以最大限度地提高油气田的产能。

瞬变电磁法在井田边界附近区域探测中具有重要应用价值。

瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种基于电磁场响应原理的地球物理勘查方法，已被广泛应用于铁矿采空区勘查中。

本文将详细介绍瞬变电磁法的原理和在铁矿采空区勘查中的应用。

瞬变电磁法是一种源辐射源回波接收的方法，其原理是通过在地下埋设发射线圈，产生短暂的电流脉冲，在地下的介质中激发出一定频率的电磁场。

地下的电磁场随着时间的推移逐渐衰减，通过接收线圈记录下这一过程中的电磁场变化，然后根据地球的电阻率和磁导率等物理参数，利用电磁场响应函数建立地下模型，进而提取出地下介质的相关信息。

在铁矿采空区勘查中，瞬变电磁法能够有效地检测到地下的矿体、裂隙、矿化程度等信息，为矿产资源的开发提供了重要的参考依据。

主要应用包括以下几个方面：1. 矿化体探测：铁矿采空区会形成一定的矿化体，瞬变电磁法可以快速有效地检测到这些矿化体的位置、形态和分布情况，为矿石选区提供了重要的依据。

通过分析矿化体的电阻率和磁导率等物理参数，可以评估矿体的品位和储量。

2. 裂隙检测：地下的矿山会导致地形失稳，形成一系列的裂隙和断裂带。

瞬变电磁法可以高分辨率地探测到这些裂隙的位置、走向和强度等信息，为地下水的运移和储存提供了重要的参考。

3. 水文地质勘查：铁矿采空区的地下水往往面临较大的压力变化和水质变异，瞬变电磁法可以通过对电阻率和磁导率等参数的测量，评估地下水资源的分布、供给能力和水质情况，为水文地质勘查提供了重要的参考。

4. 高精度三维成像：瞬变电磁法可以进行多组测量，通过对不同方向的数据融合和处理，建立三维地下模型，实现矿体的高精度成像。

这为铁矿采空区的开发和矿山环境的治理提供了重要支持。

瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中具有较高的精度和可靠性，已被广泛应用于国内外的铁矿资源勘查。

随着技术的不断发展和改进，相信瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用还会进一步拓展和完善，为铁矿资源的开发提供更加有力的支持。

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。

瞬变电磁法在井田边界附近区域探测中的应用瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种地球物理探测方法，主要用于地下空间和地下介质的电导率结构特征研究。

其原理是利用时间变化的瞬态电流产生的磁场诱发感应电动势，通过测量感应电动势的变化来推断地下介质的电导率。

瞬变电磁法具有探测深度大、解释能力强、成本低等优点，在井田边界附近区域的勘探中有着广泛的应用。

瞬变电磁法可以用于油气田勘探的储层界定、裂缝识别和水文地质研究等方面。

在井田边界附近区域的应用中，瞬变电磁法可以帮助研究人员了解油气田的边界特征和储层性质，提高勘探和开发效果。

瞬变电磁法可以用于研究油气田的边界特征。

油气田的边界是勘探和开发的重要界限，决定了油气田的规模和可采储量。

瞬变电磁法利用电导率反演技术可以提供地下介质的电导率分布信息，从而划定油气田的边界。

通过测量不同方向上的电导率变化，可以推断油气田的延伸方向和边界形态，为油气田的勘探和开发提供可靠的地质信息。

瞬变电磁法可以用于储层性质的研究。

油气田的储层性质对勘探和开发具有重要意义。

瞬变电磁法可以提供储层的电导率和介电常数等物理特征参数，进而推断储层的孔隙度、渗透率和含油饱和度等重要参数，帮助研究人员评估储层的规模和储量，指导勘探和开发工作。

瞬变电磁法可以用于裂缝识别。

油气田的开发中，裂缝是重要的储层流体运移通道，对于油气的储集和流动具有重要影响。

瞬变电磁法可以通过测量裂缝产生的电导率异常来识别裂缝的存在和分布。

裂缝的识别对于确定储层流体运移的路径和方向，优化注水、注气和采油等开发工艺，具有重要意义。

瞬变电磁法在井田边界附近区域的应用中还可以用于水文地质研究。

油田开发过程中，地下水对于油层压力平衡和开采稳定性有重要影响。

瞬变电磁法可以提供地下水位和地下水流动方向等信息，帮助研究人员了解油田地下水的分布情况和变化规律，为水文地质评价和水资源管理提供科学依据。

瞬变电磁法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.瞬变电磁法也称时间域电磁法(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。

简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

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。

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。

根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。

瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。

瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，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，分辨能力强等优点。

瞬变电磁法的勘探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，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的忽略。

矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。

1直流电法技术的基本原理直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。

它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。

图1 电法勘探工作原理示意图一个点电源O 在均匀介质中的电场形态为球形(见图2) ，每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性(电阻率)有关。

此时通过直流电法仪测得A、B 两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。

A'j电流线图2点电源在均匀介质中的电场形态矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。

巷道顶底板直流电测深法装置形式固定MN法（施伦贝尔装置）工作布置方式为A---M-O-N---B ，即以 O 点为中心，两边对称布置A 、M 、N 、B 四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。

三极装置（常用于井下迎头超前探测）工作布置方式为A---M —O —N----B （*）。

即以 O 点为中心，两边对称布置M 、N 两个电极，A 、M 、N 三极由近及远逐步移动，B 极位于无穷远处。

图2 三极测深法示意图上述两种装置中A 、B 、均为供电电极，用于向岩层供电；M 、N 均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。

通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。

矿井高密度电法巷道顶底板电测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。