國(guó)外瞬變電磁法

1、一、瞬變電磁法（TEM）簡(jiǎn)介1、TEM基本原理基本原理 以不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源通以脈沖電流為場(chǎng)源，以激勵(lì)探測(cè)目的物感應(yīng)二次電流，在脈沖間隙測(cè)量二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的響應(yīng)。通過(guò)分析和研究二次場(chǎng)的時(shí)空變化特征，可判定地下地質(zhì)體的電性特征，推斷其賦存位置、產(chǎn)狀、埋深及規(guī)模等信息。 二、 西方TEM的發(fā)展及其主要進(jìn)展20世紀(jì)50年代低阻異常填圖硫化物勘探20世紀(jì)80年代以后延伸至構(gòu)造地質(zhì)填圖和水文地質(zhì)研究等領(lǐng)域電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展測(cè)量精度和靈敏度大為提高1.航空瞬變電磁系列航空瞬變電磁系列 （1）固定翼航空瞬變電磁系統(tǒng)）固定翼航空瞬變電磁系統(tǒng) （2）直升機(jī)航空瞬變電磁系統(tǒng)）直升機(jī)航空瞬變電磁系統(tǒng)2.

2、 地面瞬變電磁系列3. 半航空瞬變電磁系統(tǒng)1. 航空瞬變電磁系列航空電磁物探特點(diǎn)：快速+大面積+成本低+工效高應(yīng)用：基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查+礦產(chǎn)勘查+水工環(huán)調(diào)查等航空電磁系統(tǒng)（航空電磁系統(tǒng)（AEM）分類(lèi)：）分類(lèi)：1、方法原理：航空瞬變電磁航空瞬變電磁+航空頻率域電磁2、系統(tǒng)載體：固定翼固定翼AEM+直升機(jī)直升機(jī)AEM主要固定翼航空瞬變電磁系統(tǒng)主要固定翼航空瞬變電磁系統(tǒng) (修編自Fountain和Smith, 2003)GEOTEM系統(tǒng)實(shí)物圖（左）及其示意圖（右）系統(tǒng)實(shí)物圖（左）及其示意圖（右）（Fountain等，等，2005）INPUT系統(tǒng)和MEGATEM系統(tǒng)對(duì)Perserverance礦體的響應(yīng)信號(hào)

3、對(duì)比（Smith等，2003）固定翼時(shí)間域AEM偶極矩的變化（Smith等，2003）偶極矩與固定翼時(shí)間域AEM有效勘探范圍（Smith等，2003）阿比蒂比型礦體1、單分量（x分量） 三分量（x,y,z）測(cè)量；2、脈沖頻率和脈寬皆可選。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：Y分量分量判定導(dǎo)體的對(duì)稱(chēng)性、橫向不均勻性等；Z分量分量確定導(dǎo)體的深度和傾角，信噪比更好（尤其是在晚期延時(shí)階段）；頻率頻率原則上，脈沖基頻越高，信噪比越好；脈沖基頻越低，上覆巖層的響應(yīng)就越會(huì)受到壓制，從而達(dá)到更好地區(qū)分導(dǎo)體與上覆巖層的目的。 3、同時(shí)測(cè)量電磁場(chǎng)的磁分量（B場(chǎng)）及其時(shí)間變化率“dB/dt”，如QUESTEM、GEOTEM、SPECTREM

4、等系統(tǒng)4、一次補(bǔ)償算法能夠利用脈沖期間的數(shù)據(jù)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：區(qū)分硫化物導(dǎo)體與其他非磁性導(dǎo)體，如粘土、石墨和剪切帶等；: (1) 可測(cè)量高阻區(qū)的接通響應(yīng)，如測(cè)量25s/m以下的電導(dǎo)率；(2)對(duì)于高導(dǎo)區(qū)，接通響應(yīng)信號(hào)用于波形反褶積，生成有限頻寬的階躍或脈沖響應(yīng)，使得測(cè)量系統(tǒng)對(duì)高導(dǎo)體的響應(yīng)更加靈敏。主要直升機(jī)航空瞬變電磁系統(tǒng)主要直升機(jī)航空瞬變電磁系統(tǒng)（修編自Fountain和Smith, 2003;Sattel, 2006; Witherly和Irvine, 2006）HeliGEOTEM系統(tǒng)實(shí)物圖及發(fā)射線(xiàn)圈圖系統(tǒng)實(shí)物圖及發(fā)射線(xiàn)圈圖（Fountain等，等，2005）接收機(jī)與磁力計(jì)直升機(jī)系統(tǒng)與固定翼系統(tǒng)

5、對(duì)比：直升機(jī)系統(tǒng)與固定翼系統(tǒng)對(duì)比：不足：不足：1、機(jī)載設(shè)備功率較小，探測(cè)深度不如固定翼系統(tǒng)。固定翼最大偶極矩已經(jīng)達(dá)到2.2106Am2 ，而直升機(jī)只有6 105Am2；2、直升機(jī)AEM運(yùn)行成本要高些。優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：1、直升機(jī)系統(tǒng)的橫向分辨率更好，操作靈活，可野外條件較為惡劣的地方進(jìn)行測(cè)量，如高海拔區(qū)、地形起伏較大的山區(qū)、丘陵地帶等；2、直升機(jī)系統(tǒng)飛行高度低，一般為25m；而固定翼系統(tǒng)至少在100m以上，如GETEM系統(tǒng)為120m。MEGATEM系統(tǒng)數(shù)據(jù)（左）與系統(tǒng)數(shù)據(jù)（左）與HeliGEOTEM系統(tǒng)數(shù)據(jù)（右）對(duì)比系統(tǒng)數(shù)據(jù)（右）對(duì)比上圖：上圖：dB/dt數(shù)據(jù)；下圖：數(shù)據(jù)；下圖：B場(chǎng)數(shù)據(jù)（場(chǎng)數(shù)據(jù)（

6、Fountain等，等，2005 ）研發(fā)出多線(xiàn)圈對(duì)、多頻率系統(tǒng)，如五個(gè)線(xiàn)圈對(duì)、五個(gè)頻率以上的系統(tǒng)；三分量測(cè)量，如THEM、NewTEM、HeliGEOTEM等系統(tǒng)；全波形記錄，如AreoTEM、THEM等。直升機(jī)時(shí)間域AEM進(jìn)展在金屬礦勘查領(lǐng)域，主要有和兩種?；鼐€(xiàn)法：利用不接地正方形或長(zhǎng)方形回線(xiàn)作為一次場(chǎng)源，每邊長(zhǎng)（n102103）m ，由發(fā)射機(jī)供給交變電流。電磁偶極法：由發(fā)射機(jī)將交變電流通入直徑一米左右的多匝空芯線(xiàn)圈或磁芯線(xiàn)圈產(chǎn)生一次場(chǎng)。電磁偶極法能量衰減快，其勘探深度比回線(xiàn)法要小，一般為幾十米至百米。因此，在尋找深部隱伏礦時(shí)，回線(xiàn)法更為常用。 回線(xiàn)法通常有重疊線(xiàn)圈重疊線(xiàn)圈、內(nèi)置線(xiàn)圈內(nèi)置線(xiàn)圈

7、和水平線(xiàn)圈水平線(xiàn)圈等形態(tài)。內(nèi)置線(xiàn)圈探測(cè)水平層狀或似層狀導(dǎo)體比水平線(xiàn)圈要好；而對(duì)于垂直或近垂直導(dǎo)體而言，水平線(xiàn)圈效果更佳。 西方地面瞬變電磁系統(tǒng)發(fā)展情況早期多采用單一方法，如加拿大Geonics公司EM系列、Lamontange公司的UTEM系統(tǒng)、Crone公司的PEM系統(tǒng)等上世紀(jì)90年代后，電法儀器趨于集成化，研發(fā)了多種多功能儀器，TEM只是其功能之一，如加拿大Phoenix公司的V-5、V-6型系統(tǒng)，及美國(guó)Zonge公司的GDP系統(tǒng)等。最近Phoenix公司的V-8網(wǎng)路型多功能電磁接收機(jī)，可開(kāi)展包括MT、AMT、CSAMT、IP及TEM在內(nèi)的多方法測(cè)量。類(lèi)似的還有GDP-32多功能電法工作站

8、等。主要系統(tǒng)主要系統(tǒng)發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)參數(shù)參數(shù)備注備注PROTEM47TEM47PROTEM若輸出電流3A，回線(xiàn)100100m，有效探測(cè)深度150m輕便，專(zhuān)門(mén)為近地表測(cè)量設(shè)計(jì)PROTEM57-MK2TEM57-MK2功率更大，有效探測(cè)深度500mPROTEM57的升級(jí)版系統(tǒng)PROTEM67TEM67有效探測(cè)深度500m；若采用BH43-3三軸鉆孔探測(cè)器，探測(cè)深度可達(dá)2km原PROTEM37的升級(jí)版系統(tǒng)PATEM新的拖曳陣列式瞬變電磁系統(tǒng)該系統(tǒng)與傳統(tǒng)瞬變電磁系統(tǒng)相比，最大的：能沿著剖面進(jìn)行連續(xù)的瞬變電磁測(cè)深，從而減小因數(shù)據(jù)加密和增加覆蓋區(qū)域等需求所帶來(lái)的成本。PATEM系統(tǒng)簡(jiǎn)圖(Srens

9、en等,2000)移動(dòng)速度11.5m/s（Christiansen和 Christensen，2003）一種地面發(fā)射、空中接收的測(cè)量系統(tǒng)，如FLAIRTEM系統(tǒng)和TerraAir系統(tǒng)；適用于測(cè)量條件較為復(fù)雜的地區(qū)，如地勢(shì)起伏的山區(qū)。特點(diǎn)特點(diǎn)：相比地面瞬變電磁系統(tǒng)，具有方便、高效等優(yōu)勢(shì)；較航空瞬變電磁系統(tǒng)，信噪比更高、空間分辨率更好。TerraAir、GEOTEM和PROTEM37實(shí)測(cè)對(duì)比顯示：對(duì)于地下淺部導(dǎo)體， PROTEM37的晚期信噪比最好（50000:1），TerraAir次之（500:1）， GEOTEM最低（僅為25:1）。數(shù)字模擬結(jié)果顯示：導(dǎo)體埋藏加深，地面TEM系統(tǒng)的晚期信噪比優(yōu)

10、勢(shì)將減弱，而半航空TEM系統(tǒng)始終強(qiáng)于航空TEM系統(tǒng)。（Smith等，1998）Chisel礦：1956-1994年，共生產(chǎn)了約787萬(wàn)噸礦石（含Zn10.6%，Cu0.54%） Chisel和Chisel North礦體產(chǎn)在弗林弗倫火山巖帶東部，屬近源VMS礦床，硫化物礦化為半塊狀塊狀閃鋅礦和黃鐵礦。礦床下面發(fā)育有寬闊的熱液蝕變帶，其中產(chǎn)有含Zn、Fe、Pb、Cu、As和Ag的富含絹云母和綠泥石的透鏡體。 Chisel North礦床綠帶、紅帶和礦床綠帶、紅帶和紫帶礦體及早期鉆孔平面圖紫帶礦體及早期鉆孔平面圖 Chisel North礦床紅帶和紫帶礦床紅帶和紫帶EM回線(xiàn)回線(xiàn)布置及井中布置及井中

11、EM發(fā)現(xiàn)平面圖發(fā)現(xiàn)平面圖 （Vowles，http:/ ） C84-18鉆孔鉆孔PEM響應(yīng)剖面響應(yīng)剖面C87-4W1鉆孔鉆孔PEM響應(yīng)剖面響應(yīng)剖面（Vowles，http:/ ）案例二、多種TEM系統(tǒng)應(yīng)用于深部隱伏礦體加拿大加拿大Voiseys Bay銅鎳硫化物礦床銅鎳硫化物礦床 Voiseys Bay Ni-Cu-Co礦床平面圖（礦床平面圖（a）和縱剖面圖（和縱剖面圖（b） (Balch，2000)西延帶礦化西延帶礦化700W測(cè)線(xiàn)測(cè)線(xiàn)的電磁響應(yīng)圖的電磁響應(yīng)圖(Balch，2000)西延帶礦化向南陡傾，覆蓋層厚達(dá)90m。UTEM剖面表明，所探測(cè)到的是一個(gè)陡傾導(dǎo)電體，延深大且高電導(dǎo)。GEOTEM

12、剖面也顯示出強(qiáng)烈響應(yīng)，X分量峰值達(dá)1250ppm。HEM響應(yīng)的同相分量（CP-I和CX-I）僅10ppm，表明這種方法的穿透深度有限。異相分量（CP-Q和CX-Q）受到厚覆蓋層的強(qiáng)烈影響 Crone PEM階躍響應(yīng)剖面階躍響應(yīng)剖面（a）與）與UTEM階躍響應(yīng)剖階躍響應(yīng)剖面面(b)的比較的比較圖(Balch，2000)二者在980m孔深處都呈現(xiàn)強(qiáng)烈井孔外響應(yīng)。早時(shí)段響應(yīng)表明在同一孔深段打到了一個(gè)電導(dǎo)較低的單元，鉆孔實(shí)際打到的是9.3m弱礦化橄長(zhǎng)巖。在已知Ni-Cu硫化物礦化孔段，井孔內(nèi)響應(yīng)在晚時(shí)段變?yōu)榫淄忭憫?yīng)，這清楚地表明附近有更好的礦化。根據(jù)EM測(cè)量的方位分量，在附近打了第二個(gè)鉆孔，結(jié)果打到20.4m礦化，其中包括8.25m塊狀硫化物小 結(jié)TEM系統(tǒng)已從單分量發(fā)展到多分量、多參數(shù)測(cè)量，從小功率、小探測(cè)深度到大功率、大探測(cè)深度，信噪比、空間分辨率不斷提高；測(cè)量B場(chǎng)及B場(chǎng)的時(shí)間變化率“dB/dt”，有助于區(qū)分導(dǎo)電磁性與其他非磁性礦體；井中TEM系統(tǒng)由于更加接近深部隱伏礦體，可降低上覆蓋層的影響，在鉆孔周邊200300m半徑范圍內(nèi)具有較好的分辨能力，能最大限度