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物探工程

瞬变电磁仪

  • 1. 系统组成及数据传输由微震传感器、微震数据采集分站、设备供电系统、数据传输系统组成。电法监测系统由电极、采集主机、采集基站、设备供电系统、数据传输系统组成。 (a)设备供电系统监测端采用蓄电池及 220V 市电进行供电;地面数据处理服务器采用远端 220V 市电进行供电。(b)数据传输系统利用矿井局域网将采集分站与远端监控端(地面数据采集服务器) 连接, 实现远 程查看和控制。该监测系统的数据...
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一、 简介

瞬变电磁法或称时间域电磁法(Transient Electromagnetic Method,简称TEM),利用不接地回线(线圈)向被测地质体发射脉冲式电场作为场源(一次场),以激励被测地质体产生二次场,在发射脉冲的间隙利用接收回线(线圈)接收二次场随时间变化的响应。从接收的二次场数据中分析出地质体异常导电体的位置,从而达到解决地质问题的目的。

二、 工作原理

瞬变电磁法物理基础是电磁感应原理,据此理论,在电导率和磁导率均匀的地质体上,敷设输入阶跃电流的回线,当发送回线中电流突然断开时,在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场,此瞬间的电流集中在回线附近的地质体表面,并按指数规律衰减。随后,面电流开始扩散到地质体下半空间中,在切断电流后的任意晚期时间里,感应涡流呈多个层壳的环带状,随着时间的延长,涡流场将向下及向外扩散。感应涡流场在地质体表面引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应,这种效应可以用一个简单的电流环等效,表现为一系列与发送线圈同形状并且向下向外扩散的电流环,通常称之为“烟圈”。

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在发送一次脉冲磁场的间歇期间,观测由地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场的强度。

地质体介质被激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地质体介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少,即二次场的大小与地下介质的电性有关:

(1)低阻地质体感应二次场衰减速度缓慢,二次场电压较大;

(2)高阻地质体感应二次场衰减速度较快,二次场电压较小。

根据二次场衰减曲线的特征,就可以判断被测地质体的电性、性质、规模和产状等,由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势(即二次电位),因此,瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法,是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断相关地质现象的一种有效的地质勘探手段。

任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时,该环状线电流紧接发射回线,与发射回线具有相同的形状。随着时间的推移,该电流环向下、向外扩散,并逐渐变形为圆电流环。附图示意了发射电流关断后不同时刻地下等效电流环的分布。从图中可以看到,等效电流环很像从发射回线中“吹”出的一系列“烟圈” 。

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    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,反应浅部电性分布,晚期瞬变电磁场是由深部的感应电磁场产生的,反映深部的电性分布。因此,观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律,可以探测大地电位的垂向变化,这便是瞬变电磁测深的原理。

三、 技术特点

1.矿井瞬变电磁法由于受仪器煤安条件限制、施工环境限制、测量线圈大小限制等诸多因素,其勘探深度不如地面深,一般深度小于100 m左右,

2.井下为全空间瞬变响应,这种瞬变响应来自于回线平面上下(或前后)地层,井下的支护、轨道等铁构件属于良导体,这对确定异常体的位置带来困难。

3.由于井下测量环境不同于地面,不可能采用地表测量时的大线圈(地面线圈边长都大于50 m)、大电流装置,只能采用边长小于3 m的多匝小线框,因此数据采集劳动强度小,测量设备轻便,工作效率高、成本低。

4.由于采用小线圈测量,点距更密(一般为2 -3 m),降低了体积效应的影响,提高了勘探分辨率,特别是横向分辨率

5.由于是小电流、小线圈,就造成一次场强小,所得到的二次感应场也小,二次场容易被人文电磁场噪声干扰、甚至淹没。

6.井下测量装置排除天电干扰,提高了测量信号的信噪比。

可以将线圈置于巷道底板测量,探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律

7.可以将线圈直立于巷道内,当线圈面平行巷道掘进前方,可进行超前探测;当线圈面平行于巷道侧面煤层,可探测工作面内和顶、底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律

8.由于瞬变电磁法关断时间、一次场干扰等因素的影响,与其它物探方法相比,无法探测到更浅部的异常体(浅部2-10 m左右)

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