瞬变电磁法多匝小回线装置实验对比

采用实验方法对多匝同一小回线和重叠小回线两种瞬变电磁法工作装置进行了对比研究,探讨了两种装置参数随线圈匝数的变化关系,从而为野外实际勘探提供数据参考。首先在地下一定深度埋置一低阻体,在该低阻体正上方布置一条测线,然后先分析单点数据的发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈匝数的变化关系,在此基础上对比不同装置随线圈匝数变化的多测道剖面图,分析两种装置的异同点。实验表明两种装置的发射磁矩、关断时间、信号强度及对异常体的分辨能力都随发射线圈匝数的增加而增加;在相同匝数情况下,同一回线的发射磁矩和关断时间稍大,但有效信号部分能量衰减快,信号强度相对较弱,探测深度较浅,然而在有效探测深度下,同一小回线装置对低阻异常体的分辨能力更强。     

基于烟圈效应的11点超前探观测系统设计

矿井瞬变电磁法因关断时间影响存在一定探测盲区,一定条件下关断时间长短取决于发射回线边长、等效面积。针对掘进巷道迎头有限空间,设计采用多匝、重叠小边长回线以满足探测深度需要。研究计算表明,40匝、2m×2m的发射回线盲区范围为20m左右,并据此首次提出了矿井瞬变电磁法测点间距选择盲区理论法。基于“烟圈效应”设计了适用于不同巷道条件下的“11点法”矿井瞬变电磁超前探观测系统。该系统随煤/岩层倾角变化而变化。通过推理计算得到了与煤/岩层倾角相关的线框布设角度公式,使该系统更具实际应用价值和指导意义。      

矿井超浅层高分辨率瞬变电磁探测技术

为了减小矿井瞬变电磁探测盲区，提高探测精度，提出矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测技术。该技术不仅能够适用于常规的矿井地质探测，而且能够对矿井巷道顶板岩层裂隙等浅层地质体进行高分辨率探测，确保煤矿的安全高效掘进与开采。通过理论方法研究，确立了矿井浅层高分辨率瞬变电磁方法的可行性；设计硬件系统的发射电路和接收天线部分，使硬件系统能够适用于超浅层高分辨率探测；对数据采集软件以及数据校正方法进行分析计算，经过数据校正，提高了瞬变电磁浅层探测能力以及探测分辨率。通过矿井实测数据的分析与钻探验证情况的对比，说明该方法技术能够实现矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测目标，适用于矿井生产。      

浅层不均匀体对大定源瞬变电磁响应的影响

根据瞬变电磁法基本原理,当大定源发射回线下方存在局部不均匀体时,由于不均匀体在接收线圈中产生的二次场方向不同,导致衰减曲线与均匀大地响应曲线偏离。为了分析浅层不均匀体对衰减曲线的影响,采用大定源回线装置发射电流为梯形波,回线面积为150 m×150 m,电流波形为梯形波,幅值为10 A,关断时间为176 μs;对于时间常数分别为1、3、5 ms的浅层不均匀体,利用多匝密绕的闭合线圈（即异常线圈模型）的电磁信号衰减规律,来模拟其响应衰减曲线。研究表明,当异常线圈位于发射回线下方或者是框边下方时,随着发射、异常、接收之间的相对位置的变化,三者之间的互感发生变化,引起异常线圈的响应可能为负值,致使接收到的综合响应衰减曲线出现过0情况。因此,大定源回线结构下存在不均匀体时,产生的负响应值在后续处理时需要引起注意。     

瞬变电磁法圆形线圈自感计算

在瞬变电磁法（TEM）中,圆形回线的自感参数用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算、接收线圈固有过渡过程计算、关断时间的计算以及瞬变电磁仪器研制等。目前,在瞬变电磁法教科书中,圆形线圈自感计算均使用近似公式。这里根据毕奥-萨伐尔定律推导出单匝圆形线圈磁感应强度及自感的积分表达式,利用MATLAB软件进行数值计算。结果表明,目前使用的自感近似公式,在用于计算半径为0.5 m和1 m的圆形接收回线自感时,误差分别为-18.978%和-26.542%。用于计算发射回线的自感时,当回线半径从2.821 0 m～112.837 9 m时,自感近似公式的误差从-35.84%～-55.65%,且单匝正方形回线与等面积单匝圆形回线的自感值之间存在5.12%～8.11%的偏差。     

考虑发射电流波形的地–空瞬变电磁三分量响应研究

地–空瞬变电磁法在煤炭采空区勘探等领域受到了越来越多的关注, 有必要研究发射电流波形参数对地–空瞬变电磁三分量响应特征影响, 为地–空瞬变电磁数据处理与解释提供理论依据。以梯形波为例, 首先, 研究不同发射电流波形的频谱分布情况; 然后, 基于三维时域有限差分正演研究发射波形的上升沿时间、脉宽和关断时间对地–空瞬变电磁三分量磁场响应的影响。结果表明:上升沿时间对三分量二次场响应基本不产生影响; 关断时间对三分量二次场响应的影响主要集中在0.2 ms之前, 且关断时间越长对纯异常响应影响越大; 脉宽对三分量二次场响应的影响主要集中在0.1 ms之后, 且脉宽越短对纯异常响应影响越大。三维采空区模型结果表明:关断时间、脉宽对三分量异常场和背景场响应的影响特征基本一致; 通过三分量纯异常场响应多测道图和时间道图可以判断异常体的分布范围和深度。研究成果可为地–空瞬变电磁激励源波形的参数选取提供有价值的理论借鉴。      

地面瞬变电磁数据的早期畸变与校正方法

地面瞬变电磁勘探实践中发现,不同边长外框采集的数据在早期存在规律性畸变,推断关断时间和视电阻率转换算法均有可能引起畸变,为此采用试验方法进行验证。通过计算证实:实际关断时间并不足以引发电磁数据畸变;而在常规情况下的早晚期时间节点均存在数据畸变,且畸变主要发生在节点前,畸变程度与回线大小正相关;采用晚期公式计算是导致畸变的主要原因。使用二分搜索法对试验数据进行视电阻率转换,可以有效的克服电磁数据的早期畸变,获得与实际地层更吻合的视电阻率曲线。对不同外框试验数据的计算表明校正效果随外框边长的增大而减弱。     

瞬变电磁法中大电流小中心回线与大定源回线两种观测方式的对比

对瞬变电磁法"小线框大电流"观测方式进行了研究。对小线框中心点处激发场(一次场)强度随深度的变化进行了计算,并和大定源回线进行对比;计算了小线框的关断时间,并和大定源进行对比;以实际地层为例,设定模型,计算了理论勘探深度;最后对实验线的应用效果进行了分析。研究结果表明,小线框观测方式完全可以满足常规勘探要求,并在缩小浅层盲区范围和方便施工等理论及实际应用方面具有明显的优势。     

瞬变电磁法小发射回线探测装置及其应用

瞬变电磁法的探测深度主要与观测时间有关。发射回线的尺寸主要是使信号具有一定的强度,以满足接收机灵敏度和信噪比的要求。当对小发射回线装置供以大电流时,同样可以得到和大发射回线相当的信号强度。大发射回线施工中的边缘效应是目前影响探测精度的原因之一,小发射回线装置避免了这个缺陷。云南、湖南和邢台等地的实际探测结果表明,小发射回线装置最大探测深度达800 m,资料解释结果与工程中的揭露、钻孔资料及地质资料一致。      

澳大利亚的过渡场法

大多数电磁系统在频域工作,连续发射一个固定频率,最近发展的瞬变电磁法系统在时域工作,发射脉冲,并在脉冲间隔期间,记录产生的任何二次场瞬变衰减,因此,对电磁法勘探来说,瞬变电磁法(TEM)的优点大大地超过了固定频率系统.在澳大利亚的不同地区进行了瞬变电磁法试验性勘探,以对该方法进行评价.该试验性勘探是在澳大利亚北部领土的鲁姆丛林、马丽河和特南特河地区进行的.总的说来,瞬变电磁法的观测结果与其它电磁法的观测结果是一致的,并与地质观测结果有良好的相关性,在澳大利亚导电盖层条件下,该方法本身在理论方面的优点是值得注意的,而野外试验结果也证明了这些优点.可以断定,TEM装置可用于地形条件或高导电表层条件严格地限制了其它物探方法效果的那些地区.应用边长100～150米大的回线,使得能够进行大面积的快速勘探,同时,也证明了用小回线可以准确地圈定异常.应用不同尺寸的回线和回线交迭有助于定量解释.总之,电磁法在澳大利亚获得了不同程度的成功.通     

基于等值反磁通瞬变电磁法的岩溶探测分析

瞬变电磁法早期二次场是浅层地质信息的反应,一次场关断产生的自感电场会与早期二次场进行叠加形成一个浅层盲区,造成探测结果不能真实反映浅层地层信息。对早期纯二次场的探测能够从根本上消除浅层盲区。文中首先介绍了等值反磁通瞬变电磁法的线圈装置,通过零磁通面积感应电压规律的分析,对该方法如何实现早期二次场采集进行了说明。以某水电站公路边坡岩溶探测为研究背景,通过对测试数据的反演结果进行分析,得到了不同深度地层电阻率信息,圈定了岩溶的空间位置分布。事实证明等值反磁通瞬变电磁法能有效避免一次场关断对二次场的影响,基本消除了浅层盲区,实现了浅层地层的准确探测。     

煤矿垂向导水通道综合探测关键技术的研究

矿井瞬变电磁法常被用来探测煤矿垂向导水通道对奥灰带压巷道掘进危害,受巷道等条件的限制,均采用多匝小线圈进行发射和接收.由于存在线圈的自感和互感,造成瞬变电磁法早期的数据畸变,为此引入矿井瞬变电磁法的数据校正方法。通过巷道三个方向的瞬变电磁法探测,准确圈定了巷道迎头二个异常的位置。根据探查成果设计钻孔,结合孔中瞬变电磁法精准探明了裂隙带的发育规律,为注浆工程提供了准确的靶区,从而保障了巷道掘进的安全。     

矿井瞬变电磁法多匝小回线装置电感效应的理论研究

由于线圈的自感耦合作用,使瞬变电磁早期时间道信号严重失真。为研究瞬变电磁早期信号的特性,讨论多匝线圈与单匝线圈的自感系数的关系,得出线圈自感信号振幅的理论表达式,并推导出单匝和多匝回线的电感公式。分析瞬变电磁发射回线等效回路的暂态过程及感应电动势的产生和衰减规律。影响早期信号的因素为线圈自感信号,它的衰减不仅与时间有关,而且与等效回路的材料有关。该项研究对进一步研究瞬变电磁早期场的附加效应打下了基础,同时为提取早期数据的研究提供参考。     

大定源回线装置磁源瞬变电磁法深部找矿应用与问题探讨

磁源瞬变电磁法常用于金属矿的勘探工作中,为了加大勘探深度和提高工作效率,常采用大定源回线装置进行测量。本文给出了一个在深部找矿工作中大定源回线装置磁源瞬变电磁法应用实例,通过Occam一维反演工作,提出和探讨了一些实际应用问题。     

矿井孔中瞬变电磁探测异常响应特征模拟

为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可为钻孔瞬变电磁超前探测提供理论数据支持。      

矿井瞬变电磁法中多匝回线电感对目标体探测的影响

线圈的自感耦合作用使瞬变电磁早期时间道信号严重失真.为研究瞬变电磁早期信号的特性,讨论了多匝线圈与单匝线圈的自感系数的关系,得出线圈自感信号振幅的理论表达式,推导了单匝和多匝回线的电感公式,分析了回线匝数和回线边长的变化对目标体响应曲线的影响.研究成果对进一步研究瞬变电磁早期场的附加效应打下了基础,同时为提取早期数据的研究提供参考.     

瞬变电磁法矩形线圈自感的精确表达式

在瞬变电磁法(TEM)中,矩形线圈的自感参数主要用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算和接收线圈固有过渡过程计算以及瞬变电磁仪器研制。目前,在瞬变电磁法教科书中,单匝矩形线圈自感计算公式都是近似的。本文通过积分方法,推导出了长方形及正方形单匝线圈自感的精确表达式以及正方形单匝线圈自感的近似计算公式。经计算,目前使用的近似公式与精确公式相比误差很大,当回线边长为5m时,误差最小为-39.2%,最大为238.85%;当回线边长为200m时,误差最小为-58.87%,最大为219.33%。本文推导的单匝正方形线圈自感近似公式与精确公式相比误差很小,当回线边长为5m时,误差为0.4%;当回线边长200m时,误差为0.26%。     

Simulink在瞬变电磁场暂态过程分析中的应用

为了研究瞬变电磁场分布变化规律，在理论上推导了不同阻尼状态下的瞬变电磁暂态响应方程，并采用Simulink对瞬变电磁场暂态过程进行模拟仿真，设计开发了激励电流、发射回线、地质异常体、接收回线等效电路模块和互感关系模块；系统研究了电感、分布电容和电阻对发射和接收回线等效电路的影响。结果表明:发射回线的阻尼状态决定了瞬变电磁场激励波形特点，接收回线的阻尼状态则直接影响瞬变电磁场的衰减特征和观测质量。电路仿真结果对于抑制非地质因素的影响和指导瞬变电磁观测系统设计具有重要意义。      

磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率定义及计算

讨论了磁源TEM中心回线装置全程视电阻率的计算问题。利用电偶极子的瞬变场叠加来计算磁源TEM中心回线装置的瞬变场,均匀半空间的计算结果表明,该方法是可行的。用电偶极子的瞬变场定义了磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率,通过对二、三、四层电性断面的视电阻率的计算,并与TEM晚期视电阻率进行了对比,说明了该定义的优越性。实测磁源TEM资料的计算表明,用电偶极子的瞬变场定义的磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率较好地反映了电性断面特征,其对浅层磁源TEM探测及资料解译具有使用价值。     

瞬变电磁(TEM)中心回线装置发射框边长与最佳探测深度关系的探讨

利用电磁学原理,推导出了载流正方形回路地下均匀半空间介质中心轴线上感应磁场强度B的理论表达式。通过系列的理论计算、对比和讨论,提出了瞬变电磁法中心回线装置探测深度主要受发射线框边长制约,其最佳探测深度与发射框边长二分之一相当的观点。这里引用了一些生产、试验事例,从实践上对这一观点加以佐证。旨在引起同行们的注意,以便在实际生产中更好地利用瞬变电磁法。