_大回线源瞬变电磁法最小探测深度的分析与估算
大回线源瞬变电磁法最小探测深度的分析与估算
薛国强1
,宋建平1
,阎仕农1
,阎 述
1,2
(1 西安交通大学电子与信息学院,西安 710049;2 煤炭科学研究总院西安分院,西安 710054)
摘要:
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,分析了瞬变电磁线圈等效回路的暂态过程,得出线圈自感信号振幅的理论表达式,计算了不同大小线圈的自感信号的幅值和衰减时间范围,得出了瞬变电磁测深法对地探测时存在一个不可分辨的 盲深度 。作者提出了不同线框大小和不同介质电阻率情况下,估算瞬变电磁能探测的最小深度的方法并给出了估算结果。所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。同时得出的瞬变电磁最小探测深度的结论对野外生产工作具有指导意义。关键词:回线源;瞬变电磁;最小探测深度;线圈自感;暂态过程中图分类号:P631文献标识码:A
Abstract :Because of the sel-f transition of the loop the early signal of transient electromagnetic method (TE M)is greatly abnormal.In order to study the characteristics of the early signal with TE M the transient process of tran -sient electromagnetic loop is discussed and the theoretical equation for the sel-f transient signal is given.The am -plitude and the decay time scope of different loop are calculated.It is indicated that a lind depth exists with TE M.The minimum detecting depth by the said method is presented for the different media and the loop sizes.The calculation method and the results are also given,which lay a foundation for the further study on the addit -ional effect of the early field and for the guide to the field inspec tion.
Key words :loop source;transient elec tromagnet;minimum detecting depth;sel-f transition of loop;sel-f tran -sient course 收稿日期:2003-05-14;修订日期:2003-08-11
基金项目:国家自然科学基金(49974026),教育部 教育振兴行动计划 资助项目.
作者简介:薛国强(1966-),男(汉族),山西临猗人,工
程师.
1 引言
[1,2]
瞬变电磁法是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励大地产生过渡过程场,断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场,测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性,从而解决地质问题。由于瞬变电磁所发射的阶跃脉冲实际上是由各种高频和低频谐波迭加而成,一次发射可以同时完成不同深度的信息探测,所以该方法以探测效率高,分辨能力强等特点广泛用于工程勘察中。
通常所说的瞬变电磁对目标层的探测深度,主要是指瞬变电磁的最大探测深度。即由于趋肤效应的存在,瞬变电磁法有一个探测深度的极限。但还有一个不被人们关注的问题,那就是最小探测深度。即瞬变电磁对地探测时还存在一个不可探测的 盲深度 。因为,不论是发送线圈还是接收线圈本身都有一个固有的过渡过程。接收线圈所接收的信号,一种是来自地下的电磁感应信号,一种是线圈本身的自感。在瞬变电磁接收信号的早期时间道中,线圈自感信号比有用信号大得多,但它比有用信号衰减也快得多,所以总存在一个使瞬变电磁没法分辨有用信号的时间范围。
如何进行信号分离,提高瞬变电磁的浅层分辨能力,是一个难点,目前研究的深入程度还不够。而从定量上搞清楚线圈自感的影响时间范围及瞬变电磁的最小探测深度,可有利于问题的研究。文献[6]给出了一种方法,它是根据分析均
匀半空间下有用信号与干扰信号幅度相等时的时间作为最早可分辨时间的,然后展开对最小深度的计算。本文通过对回线线圈的自感信号的理论解析式和衰减曲线特征进行分析,找出自感信号的影响幅度和范围,作者根据信号的衰减特性,提出一种直接可用的估算方法,计算出可分辨有用信号的最早时间,给出了估算瞬变电磁能探测的最小深度的方法和计算公式及估算结果。以利于研究早期信号的分离及利于指导野外生产。
2 线圈暂态分析
[3~6]
2 1 发送线圈的自感
文中以单匝线圈为例,计算线圈的自感。线圈的自感分为内感和外感。设内自感为L in ,外自感为L ex ,L 为线圈的总自感强度。单位为mL H 。
63 2004年第2期
工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying
当线圈为环状时,R 为圆环的半径,r 0为导线材料的半径,当R r 0时:
L in = (8 ) 2R = R 4(1)L e x =R ln(8R r 0)-2(2)L =L e x +L in
(3) 当线圈为方框时,a 为方框的边长,a r 0时:
L in = (8 ) 4a = a (2 )(4)
L ex =
2 a ln 2a r 0(2+1)-2+2
(5)L =L ex +L in
(6)
在(2)和(4)中,磁导率 = 0 r 0,近似等于真
空中的磁导率。
文献[4]则把(6)式写成如下形式:
L =22 28 10
-7
ln(a r 0)-1 75(7)
本文主要是利用这一式子对不同长度的线圈的电感进行
计算的。
2 2 线圈暂态过程分析
线圈相当于等效RC L 回路,即可看成是由一个电阻电感和电容组合成的电路。如图1所示,图中,R *是线圈的
电阻,R
是匹配电阻,C 是等效电容,U 是发送电压。L 为自感。它与线圈的形状大小及周围的介质有关。当突然断开或接通加入电路中的电源之时,这个电路中的电流将从原来的状态向着新的稳定状态变化,这种变化过程不可能瞬时内完成,中间存在一个过程。写出回路方程:
图1 单匝线圈的等效回路IR -i 1
1pC +i 21p C =0(8)i 2
pL +1pC +R *-i 11p C =0
(9)
p 是阶跃源的谱。
i 1=p 2+m 2p (p +m )2=p (p +m )2+
m 2
p (p +m )2
经过域的变换,得到时间域方程。
断电后的自感电流为:
i 1(t )=2Imte -mt
(10) 断电后的自感电压为:
U (t )=2I Rmte -mt
(11)
m 是一个常数,它与导线材料和长度有关,m =1
LC ,单位为S -1
文中计算时,采用较常用的线材:导线横截面半径r 0
=0 73mm,电阻为:0 3 100m,L 用式(7)计算,等效电容C 为:C RC L =4LC 1,C 1为每米长度的线圈电容,计算中其取值为:C 1=160 10-9F 。
为判断自感信号的变化特性,对式(11)求时间导数,可知线圈自感信号的衰减规律:当t =0时,U (t )=0,随着时间的增加,自感信号增大,当t =1 m 时,U (t )达到极大值,当t >1 m 时曲线迅速衰减到零。
3 最小深度的计算
由文献[1,6]可以分析出:在瞬变电磁的早期,电磁感应有用信号幅值很小,而自感信号幅值很大,在通常情况下,该信号要比有用信号大三个数量级,所以自感信号会淹没有用信号。并且电磁感应信号常常衰减很慢,而线圈的自感信号由高值向低值却衰减很快。作者认为:当自感信号的值衰减到与有用信号的值相等或相当时,瞬变电磁法有可能识别出有用信号。根据这一特点,作者定义自感信号衰减三个数量级时的时间为最早可分辨时间,其所对应的深度为最小探测深度。
作者分别计算了50 50(L L),100 100(L L ),200 200(L L),600 600(L L)四种野外常用的装置情
况下的自感信号随时间衰减值,下面给出600 600(L L)
时自感信号电压的计算结果(单位:V)(如表1),对表1所示的计算值画成衰减曲线图(如图2)。图2中横坐标为时间,纵坐标为电压值的对数值。
600 600(L L )回线装置下的自感信号随时间衰减值
(单位:V )
表1
t ( s)11 522 533 544 55
5 56
6 57U (t)63 3558 5150 8440 2630 622 6216 6211 678 215 273 952 711 85
t ( s)7 588 599 51010 51111 51212 513U (t)
1 25
0 85
0 57
0 38
0 25
0 168
0 11
0 083
0 05
0 03
0 023
0 016
从表1和图2中可以看出:600 600(L L)回线装置下自感信号在早期快速衰减,到11 5 s 时,其能量从
63 35V 衰减到0 05V,已经衰减了三个数量级,这一时间认为是有用信号的最早可分辨时间。
对四种不同大小的线圈的自感信号的衰减分别进行了计算,把各自的信号衰减至其极大值千分之一时的时间(t end )列成表2。
从表2中数据可知:由于线圈的大小不同,早期信号中
的自感信号衰减速延时间不同,即有用信号的可识别时间延迟不同。线框越大,延时越长,线框越小,延时越短。但都比较接近,基本上在10 s 左右。应当指出,自感信号的衰减时间与浅层地下介质有关,当浅层电阻率较高时,同样大
64 工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying
2004年第2期
图2 600 600(L L)回线装置的自感
信号随时间衰减曲线
小的线圈的自感信号衰减时间延迟时间要比表1结果大,当浅层介质电阻率较小时,情况相反。
均匀半空间下不同线圈不同电阻率的最早可分辨时间延迟
表2线圈边长(L L)50 50100 100200 200600 600 t end( s)1010 51111 5
不同线圈不同电阻率情况下的最小探测深度表(单位m)
表3
线圈边长(L L)
( m)
11050100200
50 503 1610 22 3631 644 72
100 1003 2410 2422 9132 445 82 200 2003 3110 4823 4533 1646 90 600 6003 3910 722 433 9147 95
把表2列出的时间定义为最早可分辨延迟时间,也就是忽略线圈自感影响时的时间下限值,这一时间所对应的探测深度为最小探测深度。其计算公式如下[6]:h min= t
min
。
t min的单位是 s, 的单位是 m,h min的单位是 m。并把计算结果列为表3。
从表3数据分析可知:地下介质的电阻率不同,不同线圈大小和不同近地表电阻率值的自感信号的穿透深度不一样,即最早可识别有用信号的穿透深度不同。线框越大,电阻率越高,瞬变电磁可探测的最小深度大,即瞬变电磁法的 盲深度 大。线框越小,电阻率越小,情况相反。其主要原因是低阻介质对早期高频段的吸附作用强。
4 结论
由于线圈有暂态过程的存在,使瞬变电磁早期信号畸变。线圈的自感信号比有用信号衰减快得多。目前对瞬变电磁早期信号的研究较少,文中试图通过一定条件下的近似方法,来确定不同线圈和不同地电情况下的过渡过程所引起的探测深度范围的变化。通过计算和对计算结果的分析得出有意义的结论:通常用的回线源装置下,回线的自感信号衰减延迟为10 s,瞬变电磁的最小探测深度为1~50m;最小探测深度地表介质电性影响比回线尺寸影响大。所计算结果及结论对生产具有指导作用。同时为瞬变电磁早期信号的研究打下一定的基础。
本文只分析了简单情况下发射线圈的自感,对于发送线圈和接收线圈之间的互感作用没有进行分析。这一工作正在不断完善。
参考文献
[1] 方文藻,李予国,李貅.瞬变电磁测深法原理[M].西安:
西北工业出版社,1993.
[2] 李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安:陕西科学技
术出版社,2002.
[3] A.Akaufmam and P.Hoekstra.Electromagnetic Soundings[M].
Amsterdam,Elsevier2001.
[4] 蒋邦远.实用近区磁源瞬变电磁法勘探[M].北京:地质出
版社,2000.
[5] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙:中南工业大学出版
社,1992.
[6] F.Kamenets ky and Chr.Oelsner.Dis torti ons of EM transients in
c oincident loops at s hor-t ti me-delay.Geophysical Pros pecti ng[J].
2000,48(6):983~993.
(上接第37页)
(3)受冻土层处理过程及工程建设过程中应加强监测,发现异常立即停止施工,并研究进一步的处理措施。
参考文献
[1] 工程地质手册 编写委员会.工程地质手册(第三版).北
京:中国建筑出版社,1992.
[2] 岩土工程勘察规范(GB50021-2001).中华人民共和国国家标
准.北京:中国建筑出版社,2002.
[3] 冻土地区建筑地基基础设计规范(J GJ118-98).北京:中国建
筑出版社,1998.
[4] 冻土工程地质勘察规范(GB50324-2001).北京:中国计划出
版社,2001.
65
2004年第2期工程勘察 Geotechnical Investigation&Surveying
瞬变电磁法报告模板
左线出口（1） ************隧道左线 出口ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法 超前地质预报报告 ***********有限公司 二〇一四年八月二十五日
项目名称：************************ 数据采集： 报告编写： 复核： 审核： ***************有限公司 二〇一四年八月二十五日
目录 一、工作概况 (1) 二、瞬变电磁法基本原理 (1) 三、测点布置及施工方法 (2) 四、现场工程地质分析 (3) 五、瞬变电磁法的资料解释 (5) 六、结论及建议 (8)
*****************隧道左线出口 ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法超前地质预报报告 一、工作概况 2014年8月18日下午，我单位对******************口掌子面ZK27+687处进行了瞬变电磁超前探测工作，其目的在于：查明前方赋存水情况。现场情况：掌子面、附近拱顶及边墙无渗水现象。 二、瞬变电磁法基本原理 瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是回线形式（或载流线圈）的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。下面以均匀大地的瞬变电磁响应为例，来讨论回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场，从而阐述瞬变电磁法测深的基本理论。 在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为S 的矩形发射回线在回线中供以阶跃脉冲电流 ???≥<=0 00)(t t I t I （1） 在电流断开之前（0 山东盛泉矿业有限公司 科技进步成果奖励申报书 成果名称：瞬变电磁法在有掘必探工作中的应用 完成单位：沈家峁煤矿技术科（盖章）协作单位：（盖章）填报日期： 2016 年 9 月 10 日 成果名称瞬变电磁法在有掘必探工作中 的应用 成果起止日期 成果的主要内容： 一、项目简介 随着矿井开采深度的加大，矿井水文地质条件日趋复杂，为防止矿井水害事故发生必须加强探放水管理，严格执行有掘必探、先探后掘、有采必探、先治后采的探放水原则，坚持物探先行、钻探验证、化探跟进的综合探测程序科学有效的开展井下探放水工作，原有的物探设备直流电法仪由于施工难度大、条件要求高、探测结果可靠性差已不符合井下物探要求，矿井瞬变电磁法是当前应用范围广的一种电法勘探技术。此方法观测的是二次场，能够较为直观的进行近区观测(能够使用重叠回线装置)，对低阻含水体特灵敏、不易受体积效应的影响、纵横向分辨率高，而且施工作业方便、快捷、效率比较高。因此，在煤矿水文地质探测方面有很高的应用价值。瞬变电法探测优点：高定向性（方位性)、高分辨率、有效探测距离大、适应性强、易于施工、效率高。YCS150型瞬变电磁仪具备操作简单、小功率、小线圈、大测深、分辨能力及抗干扰能力强、物探结果精度高、成图简单等优点现已投入使用，为更好的服务于井下探放水作业还需对瞬变电磁法探测的应用进行探索研究。 二、YCS150瞬变电磁施工方法 1、掘进迎头探测施工方法： 迎头超前探测，采用偶极共轴法，即发射线圈距接收线圈3-5米；发射线圈2*2米双匝，接收线圈直径0.6米；发射电压7.2V，电流2A;对迎头顺层方向、斜向上、两个平面分别按7个角度进行探测，探测距离为距迎头150米范围的前方视电阻率扇形图。布置方案如图1-1和1-2。 图1-1 现场施工布置框图 瞬变电磁原理、仪器及应用 第1章绪论 (1) 1.1 瞬变电磁法发展概况 (1) 1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2) 第2章瞬变电磁法探测原理 (4) 第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7) 3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7) 3.2ATEM-II瞬变电磁接收机 (10) 第4章瞬变电磁响应分析 (17) 4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17) 4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17) 4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18) 4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20) 4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20) 第5章瞬变电磁野外工作方法 (22) 5.1 回线组合选择 (22) 5.2 发射电流的选择 (24) 5.3 发射脉冲宽度的选择 (25) 5.4 关断时间的影响 (26) 5.5 发射边长的选择 (27) 5.5 接收最早取样时间的选择 (29) 5.7 接收线圈的频率选择 (30) 第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31) 6.1数据质量判别 (31) 6.2 数据处理 (33) 6.2.1 平滑滤波 (33) 6.2.2 近似对数等间隔取样 (34) 6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37) 6.4 数据成图 (40) 第7章 ATEM系统野外应用 (42) 7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42) 7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44) 7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45) 7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49) 7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52) 瞬变电磁法在地质勘探中的应用 姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338 摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形 态及判断地下水的赋存状况。通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性 的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性 不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。依据此特征成功地将瞬变电 法在探测中进行了应用。 关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查 0前言 随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。 煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质 构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。 由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。 1勘探区概况 勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段, 地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露, 其它部分地段基岩出露。根据周边出露及揭露地层由老到 新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。 该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚 粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。厚度不大, 导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区 资料对比来看均呈相对中低阻反映。 二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。因此煤层顶 板砂岩孔隙裂隙水常以滴水、淋水的形式进入矿井,很少形成突水。由于砂岩赋水的不均一性,在其富水区及导水裂隙密集带,顶板砂岩会形成突水,但突水量一般不会太大。3·2导水通道 充水通道主要有断裂导水通道、煤层顶板采动裂隙通 道、煤层底板采动裂隙通道、废弃井筒、巷道等。矿区覆盖层 沉积厚度不大,前部裂隙和开采后的塌陷为上部煤层开采充足水通道;局部断层2侧岩层裂隙发育带,为矿井的主要充 水通道;煤层开采后,地质条件发生变化,断层带的稳定性遭 受破坏,可成为矿井的充水通道;区内勘探阶段封闭不良的 钻孔和废弃井筒也可成为矿井的充水通道。 4结论 (1)主要含水层为碳酸盐类岩溶裂隙含水层、碎屑岩类 孔隙裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。 (2)韩庄矿的充水水源主要为煤层顶底板砂岩裂隙水、 沿裂隙通道入渗的第四系松散孔隙水、太原组岩溶裂隙水和寒武系岩溶裂隙水,老窑水为主要威胁水源。 (3)充水通道为断层带裂隙发育及采空塌陷带。 参考文献: [1]房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996. [2]杨孟达,等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000. EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(1) 物探软件2010-04-25 11:58:11 阅读361 评论0 字号：大中小订阅 EMIT MAXWELL 瞬变电磁数据处理软件是由澳大利亚电磁成像技术公司的商业软件，运行于WINDOWS平台下，能对频率域；时间域及航空瞬变电磁勘测数据进行建模，正演，反演，及常规成图作业处理。另外还支持频率域与时间域的激发极化数据处理。很值得一提的是该系统包含两套扩展模块一个是EMAX组支持地面与航空瞬变电磁数据的CDI 深度计算。另一个就是CSIRO(澳大利亚国家工业研究院)组的正反演模块，是EMIT MAXWELL的核心模块，可惜网上下载的版本都不带！ 所需工具WINDOWS系统，EMIT MAXWELL ，UltraEdit Professional Text/Hex Editor ，Oasis montaj 简易处理流程数据导入→数据处理→测量和仪器→数据显示→数据正反演 一、数据导入 支持工业标准AMIRA格式；标准仪器文件CRONE,PROTEM,GEONICS,SIROTEM.其他软件格式GEOSOFT等详细看下图。国产的瞬变电磁数据可以参照 AMIRA标准格式用ULTRAEDIT制作。提示下PROTEM的GX7格式直接将扩展名改为RAW即可导入！ 软件界面 数据导入 以软件自带的DEMO数据为例，该数据为AMIRA标准格式。点击import→Tem File 选中DEMO.TEM 标准格式直接点击OK即可。数据导入就即刻生成了断面曲线与测网地图 EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(2) 物探软件2010-07-10 10:41:26 阅读136 评论0 字号：大中小订阅 数据导入成功后接下来就是对瞬变数据进行预处理。 如图所示点击DATA/PREFERENCES菜单选中edit and Process lines 本科生实习报告 实习类型生产实习 题目AMT生产实习 学院名称地球物理学院 专业名称勘查技术与工程 学生姓名ZRY 学生学号 指导教师 实习地点东苑及5417 实习成绩 二〇一二年十一月二〇一二年十一月 目录 AMT音频大地电磁法 摘要 学会使用V8仪器以及野外音频大地电磁法测量的基本原理和方法，从而进行数据资料的采集；此外也需要学会使用SSMT2000软件对所采集的电磁信号进行处理，最终通过一系列的计算得到最终的成果，这是要求学会AMT数据资料的处理与解释。 关键字：V8；SMT；SSMT2000 第1章AMT数据资料的采集 1.1数据采集仪器 V8主机，AMTC-30磁棒，不极化电极，GPS，电线及屏蔽电缆，CF卡以及读卡器，蓄电池等，参数设计工具软件TBLEDIT.exe，台式机或笔记本电脑。 其中V8多功能电法仪具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能；具备频率域的MT（大地电磁法）AMT（音频大地电磁法）CSAMT（可控源音频大地电磁法）SIP（频谱激电）勘探测量功能. 1.2实习内容 1.学习使用V8仪器，会熟练操作V8仪器； 2.学会AMT数据资料采集的野外布线方式； 3.掌握音频大地电磁法的基本原理以及操作方式。 1.3V8布线方式 1.3.1“十”字布极法 图 1“十”字布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.2“L”型布极法 图 2 “L”型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.3“T”字型布极法 图 3 “T”字型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.4 RXU-3ER连接方法 图 44 RXU-3ER连接方法 工作特点：AMT/MT单点测深；张量观测：2电道观测；也有三种布极方法；只测量两个电道与V8主机共用磁道；提高工作效率 本次实习采用的是“十”字布极法。 瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用 【摘要】：介绍了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的进展情况及应用效果，通过对实际探测资料的分析，论证了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的可行性和有效性。 关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探;地下溶洞 [ abstract ] : this paper introduces the development situation and the application result of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration, based on the analysis of the actual detection data, demonstrates the feasibility of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration and effectiveness. key words: transient electromagnetic method; geophysical exploration; karst cave 中图分类号：p624 文献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02 1引言 瞬变电磁法（tem）近几年来在国内外得到迅速发展，在金属矿勘探、油气田勘探和煤田勘探等勘探中得到广泛应用。并且它正开始步入工程勘察、地下水及地热勘察的行列中。为了研究 tem 法在地下空洞勘察中的有效性，几年来进行了大量的试验研究工作。 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。因此，所提供的关于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，便发展出了高密度电阻率这项新的勘探技术。 其在原理上属于电法勘探中电阻率法的范畴，它是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法。高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具 《地球探测与信息技术基础》 课程作业 题目：瞬变电磁法在地球勘探上的应用 姓名：周桥立 班级：064101 学号：20101003648 授课教师：胡祥云 2013 年 04 月 20日 摘要 瞬变电磁法是近年来电法勘探领域一种重要方法，是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，研究电磁场的空间或时间分布规律，从而解决各种地质问题。目前已经发展为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究、工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到广泛应用。 目录 1．概述 (4) 2. 瞬变电磁法 (5) 3．正演问题的研究 (8) 4．瞬变电磁勘探的应用 (12) 5．总结 (14) 参考文献 (15) 一、概述 电磁场理论的应用已经遍及地学、生命科学、医学、空间科学、信息科学等几乎所有的技术科学领域,同时这些工程技术领域对电磁理论研究也不断地提出各种新的要求. 电磁法勘探是基于研究电磁波在导电介质中传播特性,从而达到研究地下地质体赋存特性的目的. 通过天然或人工场源在大地中激励的交变电磁场,研究电磁场的空间和时间分布,分析观测到的磁场信号,得到地下目标体的电性分布特征的一种地球物理方法。 瞬变电磁测深法( Transient elect romagneticmet hod ,简称TEM) 是电磁法勘探中应用较广的一种,是近年来在工程地质勘察中普遍应用的时间域电磁探测方法. 它是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励,在大地产生过渡过程场,断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场,测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性,从测量得到的异常信号中分析出地下不均匀体的导电性能和位置,从而推断矿体、工程基础、地下水、地质灾害、工程病态等地下目标体的分布性态. 该技术具有灵敏度高、分辨率强、探测深度大、灵活多变适应性强以及轻便、快速、廉价诸多优点,近年来发展十分迅猛,应用前景十分广阔. 目前,瞬变电磁法已经成为地球物理探测领域内的重要方法之一. 已广泛应用于水利、交通、城建、环保、考古等部门. 成功地解决了大量实际问题。 近年来，计算机技术的进步使瞬变电磁法的二维与三维正演模拟计算方法得到了迅速的发展，目前常用的有有限元法、有限差分法和积分方程法等。瞬变电磁法的三维正演模拟受到科学工作者的重视，深入研究三维瞬变电磁法以提高其应用水平和解释精度，具有重要的理论和现实意义。 瞬变电磁法 1、概述 顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，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。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，有一个瞬变的过程。可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究，工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。 2、研究现状 2.1、研究历史 对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。随着计算机的发展，西方各国在瞬变电磁法的二三维正演模拟方面也取得很大的成就。 我国于20世纪70年代研究TEM法。长春地质学院地矿部物化探研究所、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属工业总公司及中国地质大学等单位都在方法理论仪器及野外试验方面进行了一定的工作，先后研发出瞬变电磁系统，取得了很大的研就成果。至今TEM法一直处于蓬勃发展和广泛应用阶段。总的来看，目前国内已比较完整地建立了TEM 法的一维反演及方法技术理论，并自行研制了一些功率较小的仪器。 2.2、仪器的发展现状 近十几年来，伴随着计算机技术的快速的发展，瞬变电磁仪经过五次改进更型。性能稳定、实用可靠的商品化瞬变电磁仪器始于70年代初期，最先推出商品仪器的为加拿大CRONE地球物理公司，目前国内外商品化仪器大约有十几种。 2.2.1国外瞬变电磁仪 加拿大CRONE地球物理公司的DigitalPEM系统，匹配2.4 kW和4.8 kW二种发射机，发射机的发射电流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls、1500Ls五种，发射线圈为任何状态、任何大地耦合条件下，发射机都可自动调整发射电流下降沿时间保持不变，接收传感器为棒状探头，探头脚架为可调式支架，能方便地调节探头地状态以满足测量三分量的要求，工作装置主要为中心回线、定源大回线和偶极~偶极。配有地~井TEM系统，井中三分量探头为分体式，即垂直分量和水平分量为二个探头，野外工作时每一激发回线状态下，分别测量垂直分量和水平分量，这样相对降低了工作效率，但大大增加了安全性，由于 49 东北部、西南部山区铁路建设中经常会遇到岩堆，在过去的实践中，人们往往采取避绕的措施，然而随着高速铁路建设步伐的加快，受铁路线型要求及其他因素的影响不能任意修改线路，因此在岩堆地区开展铁路勘察设计不可避免。本文以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可 行性。 1 地形地貌 田师府至桓仁铁路大前石岭隧道位于本溪市桓仁县境内，线路以隧道形式穿越大前石岭，全长2500m。大前石岭隧道进口位于辽宁省桓仁县大雅河流域大前石岭的半山坡上，地貌为中低山区。大雅河在群山之间蜿蜒流过，河宽30～50m，水流较急，河中布满漂石、巨块石。大雅河两侧山体海拔高度370～1340m，最大高差970m，山坡自然坡度13°～35°。在山坡坡面上，2/3面积长满低矮灌木及乔木；1/3面积无土壤和植被，为裸露的块石、碎石堆，形成石海、石流坡地貌，统称岩堆。 2 岩堆的工程地质特征 岩堆体一般呈碎裂、松散状，节理、裂隙极其发育，自稳能力差。作为一种不良地质，在铁 路勘察设计中经常遇到。岩堆的主要特征即不均一性。表现在组成物质的块径大小的不均一，一般岩堆的块石含量在70%或以上，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散；由于岩堆组成物质的不均一和孔隙大小的不均一，致使地表水下渗和地下水渗流的不均一。 3 地球物理特征 不同的岩层具有不同的电阻率，瞬变电磁法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。利用瞬变电磁法勘探解决地质问题的前提条件是目标地质体和围岩存在电性差异。岩堆的主要特征即不均一性，表现在组成物质的块径大小的不均一，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散。地下一定 范围内，孔隙的填充物不同，直接影响其电性分布状况。如果无地下水的情况，孔隙被空气充填，表现为较高的电阻率；由于地下水的充填及地表水沿 瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用 王文喜1 姚文清2 （1.沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁 沈阳 110013；2.辽宁省物测勘查院，辽宁 沈阳 110121） 摘要： 文章以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可行性，基本上查明了岩堆的范围及厚度，有利地指导了钻探及挖探工作的布置。关键词： 瞬变电磁法；岩堆；勘察；物探技术；视电阻率中图分类号： P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0049-032012年第28期（总第235期）NO.28.2012 （CumulativetyNO.235） 瞬变电磁法探测原理 瞬变电磁法，即Transient Electromagnetic Method(简称TEM)，是利用不接地回线 或接地线源向地下发送一次脉冲场，以激励地层介质感生电磁场，在一次脉冲场间歇期间 利用同一回线或电偶极接收感应电磁场。其物理基础是电磁感应原理，据此理论在电导率 和磁导率均匀的大地上，铺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 线附近的地表，并按指数规律衰减。 在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应电磁场(或称响应场)。地层介质被激励所感应的二次涡流场强弱决定于地层 介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，二次场的大小与地下介质的电性有关：低阻地 质体感应二次场衰减较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减较快，二次场电 压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、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(纯异常响应)，对二次电位进行归 一化处理后。根据归一化二次电位值的变化特征，可间接地探测各种地质构造问题。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有关地质现象的一种有效的地质勘探手段。 瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在 导电介质中传播而消耗，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。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，反应深部的电性分布。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。 矿井瞬变电磁法原理与地面电磁法原理基本相同，所不同的是矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行瞬变电磁场呈全空间分布,接收线圈接收的信号是来自发射线圈上下两个方向全空间岩石电性的综合反映。 瞬变电磁原理、仪器及应用 林君嵇艳鞠于生宝王艳 吉林大学仪器科学与电气工程学院 二零零七年五月二十五日 第1章绪论 (1) 1.1 瞬变电磁法发展概况 (1) 1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2) 第2章瞬变电磁法探测原理 (4) 第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7) 3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7) 3.2 ATEM-II瞬变电磁接收机 (10) 第4章瞬变电磁响应分析 (17) 4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17) 4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17) 4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18) 4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20) 4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20) 第5章瞬变电磁野外工作方法 (22) 5.1 回线组合选择 (22) 5.2 发射电流的选择 (24) 5.3 发射脉冲宽度的选择 (26) 5.4 关断时间的影响 (26) 5.5 发射边长的选择 (28) 5.5 接收最早取样时间的选择 (29) 5.7 接收线圈的频率选择 (30) 第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31) 6.1数据质量判别 (31) 6.2 数据处理 (33) 6.2.1 平滑滤波 (33) 6.2.2 近似对数等间隔取样 (34) 6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37) 6.4 数据成图 (40) 第7章 ATEM系统野外应用 (42) 7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42) 7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44) 7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45) 7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49) 7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52) 瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用摘要：本文针对目前瞬变电磁法勘探中存在的问题进行了探讨，分析了地球物理勘探本身都存在多解性，再加上勘探区的各种人文设施干扰，地形高差较大，导致异常出现多解性，所圈定的采空积水区的位置及边界范围等可能存在一定偏差，这就需要对瞬变电磁法的理论和资料处理进行更深入的研究和探索，从而更好地为矿井水文地质勘探工作服务。 关键词：水文地质灾害；测网布置；地球物理测试 abstract: aiming at the transient electromagnetic method in the exploration into the several problems, analyzes the exploration geophysical itself has multi-solutions, plus the exploration of human facilities interference, terrain difference is bigger, lead to abnormal appear multiple solution, and tagged goaf water of the location and boundary scope may exist certain deviation, that required the transient electromagnetic method of theory and data processing further study and exploration, so as to better for hydrological geology exploration work service mine. keywords: hydrogeology disasters; the nets decorate; the earth’s physical test 中图分类号：f407.1文献标识码：a 文章编号： 第三节瞬变电磁法（TEM） 一、方法原理 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。 瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。 瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工 作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。 二、地球物理前提 由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。 TEM法主要用于隧底检测。隧底结构的正常场，一般情况下，干燥的道碴与铺底砼、基岩相比，相对电阻率高、电导率低，铺底砼的电阻率次高、电导率次低，基岩的电阻率相对较低、电导率相对较高，略高于铺底砼。当隧底结构出现异常，有裂损的铺底砼与完好的铺底砼相比，电导率升高、电阻率降低。如果在铺底层与基岩顶面之间有干虚碴层或存在吊空、松散层时，则将出现低电导率、高电阻率层；相反，虚碴层、松散层含水时，则出现高电导率、低电阻率。因此，用TEM法对隧底进行检测后，将实测的衰减曲线进行反演拟合，并以反演拟合为基础，绘制成电性分级断面图等图件，最后结合收集的既有资料（隧底结构图、竣工图、施工开挖地质情况等），对这些图件进行分析解释，提供隧底结构分层（道碴层、铺底层、基岩面、道碴充水充泥段和陷槽段）、有无底板层（含仰拱）、底板层破损段、 课程设计 课程名称计算机控制技术 题目名称 PID直流电机转速控制学生学院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2013 年06 月17日 目录 一、系统总体设计 (3) 二、硬件设计 (10) 三、软件设计 (16) 四、结果分析 (21) 五、实验总结及体会 (21) 六、附录 (22) 一、系统总体设计 1.1直流电机转速开环控制与闭环控制的选取 对直流电机转速的控制有一般有两种方式，一种是开环控制，一种是闭环控制。开环控制的优点是简单、稳定、可靠。 若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点是精度通常较低，无自动纠偏能力；闭环控制的优点是控制的精度可以达到很高，而且对外界的干扰和系统的参数变化有很好的抑制作用，且可以通过输出反馈控制系统的控制过程。缺点是存在稳定性，振荡，超调等一系列问题，对系统的性能分析和设计远比开环控制麻烦。 经过利弊的取舍，本次试验选择的是闭环控制，因为准备应用PID算法控制电机的转速，故而需要有实际转速进行反馈与给定的转速形成对比，进而通过算法输出PWM波形来控制直流电机。 既然选择了直流电机转速闭环控制，可根据反馈机制大概做出其控制模型。 1.2 直流电机调速方式的选取 直流无刷电机由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电动机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发开关线路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电动机的转动。在应用实例中，磁极旋转，电枢静止，电枢绕组里的电流换向借助于位置传感器和电子开关电路来实现。电机的电枢绕组作成三相，转子由永磁材料制成，与转子轴相连的位置传感器采用霍尔传感器。3600范围内，两两相差1200安装，共安装三个。为了提高电机的特性，电机采用二相导通星形三相六状态的工作方式。开关电路采用三相桥式接线方式。 基于直流电机的特性,本次试验使用的是PWM 脉宽调制方法。脉宽调制 (PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。模拟控制电路有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM 技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。PWM 对调速系统来说，系统 PID 算法 输出直流电机 — R(t) + e(t) c(t) 测速装置 矿井瞬变电磁探测技术与应用 岳建华，姜志海 （中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州２２１００８） ［摘要］扼要介绍了矿井瞬变电磁法的发展背景、技术特点、井下施工的装置形式，论述了矿井瞬变电磁法相关理论基础，指出了矿井瞬变电磁法的特点，结合实践说明矿井 瞬变电磁法是一种有着良好应用前景的探测技术。 ［关键词］矿井瞬变电磁法；磁偶源；全空间 ［中图分类号］Ｐ６３１．３＋２５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７２!９９４３（２００６）０５!００７２!０４ ０引言 地质勘查是煤矿水害和煤与瓦斯突出灾害防治工作的第一步。只有准确查明诱发灾害事故的地质因素，掌握和控制地质构造并探明水、瓦斯富集区和地应力集中区的情况，才有可能超前采取措施进行治理，从而避免或减少煤矿灾害事故的发生。目前，我国上百个煤矿开展过矿井直流电法勘探工作，取得了良好的应用效果，但当遇到巷道掘进头超前探测，破碎顶板电极接地困难，巷道极短造成的直流电法难以组织有效施工等问题时，矿井直流电法勘探有其局限性。为此，中国矿业大学资源学院地球探测与信息技术系将瞬变电磁法引入井下［１］，在东部矿区十多对矿井开展了矿井瞬变电磁法的试验、应用工作，中国科学院地质与地球物理研究所白登海［２］等也进行了此类研究。 １瞬变电磁理论发展现状 目前矿井瞬变电磁法应用借鉴的均是地面瞬变电磁法的基本理论，尚未形成自己的理论体系。对于地面瞬变电磁法，西方研究比较完善［３］。在一维层状方面，Ｗａｉｔ给出了均匀层状大地研究理论，Ｈ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓｉｏｎ提出了层状半空间瞬变电磁场定量解释方法，１９８１年，Ｒａｉｃｈ和Ｓｐｉｅｓ给出了适合于延时、电导率和层深改变的二层均匀大地的理论曲线；１９７９年，Ｍ．Ｎ．Ｎａｂｉｇｈｉａｎ提出了用作解释与反演的“烟圈”理论，１９８２年Ｒｉｇｈｔ提出用Ｇａｖｅｒ－ｓｔｅｈｆｅｓｔ算法进行反演，比用傅里叶变换进行反演更为有效，更为稳定，１９８５年Ｒａｉｃｈｅ提出用共框ＴＥＭ测深数据和对称四极电阻率测深数据进行联合反演。在二维方面，１９８０年Ｋｕｏ和Ｃｈｏ首次用有限元法解时域中的变分方程，求任意二维地电断面的瞬变响应并用中心差分来代替热传导方程中对时间的导数。１９８３年Ｇｏｌｄｍａｎ等引进积分－差分的混合算法，计算了垂直磁偶极子激发下轴对称模型的ＴＥＭ响应。Ｏｒｉｓｔａｇｌｉｏ等在１９８４年用有限差分法计算了二维地电断面，Ｊ．Ｉ．Ａｄｈｉｄｇａａ，在１９８５年用有限差分法计算导电半空间二维体的瞬变响应，并研究了导电围岩和导电覆盖层对ＴＥＭ的影响。Ｇｏｌｄｍａｎ等在１９８４年提出用有限元法解二维地电断面问题，并在１９８６年用有限元法研究了无限长线源激发下，任意二维地电断面的ＴＥＭ响应。在三维方面，Ｈｊｅｌｔ给出了瞬变偶极场中两层球体的似稳态瞬变电磁场解，Ｌｅｅ计算了层状大地中导电球体的ＴＥＭ响应，在１９８１年采用解积分方程的众数匹配法求解，进一步阐明了导电围岩中球体的异常与自由空间中异常的差别。ＳａｎＦｉｌｉｐｏ（１９８５）计算了矩形回线中阶跃电流激发下棱柱体的瞬变电场的数值解。Ｇｕｎｄｅｒｓｏｎ等人在１９８６年研究了三维层状大地的ＴＥＭ响应，同年Ｎｅｗｍａｎ和Ｈｏｈｍａｎ研究了层状大地中三维体的ＴＥＭ响应规律［３］。 对于瞬变电磁法正反演来说，国内的有关研究与报道较少。盛圣圣与牛之琏推导了激励电流为阶跃波的中心回线及重叠回线装置情况下，层状大地的瞬变电磁感应电压的余弦积分表达式，并引入一种线性数字滤波方法来评价这种震荡类型的积分，同时利用所建立的程序库，计算了一维层状大地模型上的瞬变电磁正演响应［４］。丁世荣， 电子与计算机技术 基金项目：高等学校博士学科专项科研基金资助课题（２００５０２９０５０１） YCS2000A矿用瞬变电磁仪 勘探报告 2014年11月4日 龙煤集团七台河子公司龙湖煤矿瞬变电磁勘探报告 编制：张军 参加人员：高原荆怀亮燕锴 资料处理：燕锴 施工单位：中煤科工集团西安研究院有限公司 目录 第一章概述 (2) 1.1 仪器简介 (2) 1.2 产品使用环境条件 (3) 1.3使用方式 (3) 第二章矿井瞬变电磁原理 (4) 2.1矿井瞬变电磁法勘探简介 (4) 2.2 矿井瞬变电磁法地球物理特征 (7) 2.3勘探方法 (8) 2.4施工探测装置 (9) 2.5仪器工作原理 (9) 第三章仪器操作 (11) 3.1 准备工作 (11) 3.2 面板及连接 (11) 3.3操作过程 (11) 第四章工作量、技术措施及质量评述 (13) 4.1 工作量 (13) 4.2 技术措施 (13) 4.3 质量评述 (13) 第五章矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释 (14) 5.1资料处理 (14) 5.2资料解释 (16) 第六章结论及建议 (19) 第一章概述 《煤矿防治水规定》第一章第三条规定：防治水工作应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。 中“先探后掘”中的探即在巷道掘进过程中在迎头利用直接或间接的方法向前一定范围内进行探测（超前探测），查明前方及其采动影响范围内是否存在赋含水地质构造、导含水通道或采空积水区，为煤矿的防治水工作提供详细的地质资料。目前用于超前探测的直接方法为钻探方法，钻探结果比较直观，但施工周期较长，对巷道的正常掘进生产影响较大。用于探测的间接方法即采用地球物理勘探的方法进行探测，主要方法有：矿井直流电法（三点三极超前探测方法）、矿井瞬变电磁法、瑞雷波法和矿井地质雷达探测法。其中瑞雷波法主要解决地质构造界面的问题，对构造的赋水性或采空积水区的解释精度较低；矿井地质雷达现在主要处于研究试用阶段，主要是由于其探测深度相对较小。现在常用于超前探测的物探方法为：矿井直流电法（三点三极超前探测方法）和矿井瞬变电磁法。 1.1 仪器简介 瞬变电磁法是重要的地球物理探测手段之一，常用来查明含水地质体，如岩溶洞穴导水通道、煤矿采空区、不规则水体等，具有自动消除主要噪声且地形影响较小、可实现同点组合观测、对异常响应强且曲线形态简单，分辨能力强等优点。 YCS2000A矿用瞬变电磁仪（以下简称瞬变仪）是为煤矿井下含瞬变电磁法的应用
瞬变电磁原理、仪器及应用讲述
瞬变电磁法在地质勘探中的应用
EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理
AMT音频大地电磁法实验报告
瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用
直流电法、高密度和瞬变电磁法的简介
瞬变电磁_
瞬变电磁
瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用
瞬变电磁法探测原理 (1)
瞬变电磁原理、仪器及应用
瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用
瞬变电磁法简介
PID直流电机转速控制实验报告
矿井瞬变电磁探测技术与应用
七台河龙湖矿YCS2000 矿用瞬变电磁仪实验报告