实验报告 (瞬变电磁法)
瞬变电磁法野外数据采集
实
验
报
告
专业：勘察技术与工程
学号：060231 33
姓名：郭猛猛
瞬变电磁法野外数据采集
一、实验目的
1.掌握瞬变电磁法的工作布置及观测方法；
2.了解瞬变电磁法法在良导体或高阻体上的视电阻率异常特征。
二、实验器材
瞬变电磁仪一台，电源一个，多匝线框两个
三、实验原理
瞬变电磁法称时间域电磁法 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。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。
瞬变电磁仪的观测系统采用宽频带观测方式。因此，为了压制随
机干扰，提高信噪比，采用多次叠加技术。 瞬变电磁法的探测深度除与介质导电性以及发射磁矩有关外，还与时窗选择有关。一般来说，中心频率越低，其时窗越往晚期方向伸延，这虽然有利于晚期信号
的观测，从而有利于对深部信息的采集，但由于早期信号观测不足导致浅部信息大量丢失。反之，中心频率越高其时窗向早期方向伸延这有利于对浅部信息的采集，但由于时窗的限制，其有效勘查深度亦受到限制。因此，在工作中根据具体的地质，地球物理条件，选择适当的中心频率是非常重要的。
对于重叠回线装置，在均匀半空间条件下，其感应电动势为：
由式可见V与t有着复杂的关系。在剖面测量中，基本的测量参数就是用发射电流归一的感应电动势值：V/I。
四、实验内容
在校园内找一片空旷的地方进行瞬变电磁法的模拟实验。
五、实验步骤
(1)按要求进行连接并经指导教师检查无误后方可开机；
(2)开通主机，选择预置工作参数；
(3)按“采样”键开始测量，测量结束后返回主菜单，重新设置测点测线(其它设置不变)；
(4)全部测量完毕，应将数据传输至微机(由指导教师执行)，为下个实验打下基础。
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 电磁场与电磁波设计报告 题目：电磁场与电磁波设计报告 系别： 班级： 姓名： 指导老师： 目录： 静电场的基本概念------------------------------------------3 恒定磁场的基本概念----------------------------------------5 时变磁场的基本概念----------------------------------------6 电场和磁场之间的关系--------------------------------------7 电磁场应用之变频电磁场处理油田水防垢技术------------------8 背景---------------------------------------------------8 原理结构图--------------------------------------------11 除垢、防垢工作原理------------------------------------12 电磁场处理对溶液电导率的影响--------------------------13 电磁场对溶液表面张力的影响----------------------------13 电磁场处理对溶液pH值的影响---------------------------14 实验结果分析------------------------------------------16 从水分子的结构方面---------------------------------16 电磁场诱导微晶的形成-------------------------------18 目录 1.探测任务 (1) 1.1探测任务及目的 (1) 2.探测方法原理 (1) 2.1 探测方法原理 (1) 2.2 矿井瞬变电磁的特点 (3) 3.工作方法及技术要求 (4) 3.1使用仪器及参数 (4) 3.2工作方法 (6) 3.3技术措施 (8) 3.4本次工作情况及质量措施 (8) 4.资料处理及解释 (8) 5.结论 (11) 6.存在问题及建议 (11) 煤业运销集团同富新煤业为安全生产，按照“有掘必探、有采必探”的原则，委托省地球物理化学勘查院（以下简称物化院）对该矿10101辅助运输顺槽开口向里21m处前方100米半圆围地层赋水情况进行井下瞬变电磁探测工作，物化院于2013年10月14日进行了井下现场资料采集工作，经认真处理分析，提交本次井下瞬变电磁探测报告。 1.探测任务 1.1探测任务及目的 1）超前探基本测线4条，每条测线11个物理点， 2）探测10101辅助运输顺槽开口向里21m处顶板，顺层及底板的前方100米低阻体异常及分布围。 3）为布置探防水钻孔设计提供依据。 2.探测方法原理 2.1 探测方法原理 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向发射回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流(见图2-1)，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程(见图2-2)。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地质体传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程(见图2-3)；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。 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。 报告编号：2012-NHFH02 山西华润***有限公司**煤矿 ***掘进工作面 （*点前20m处） 瞬变电磁法超前探测报告 地测科 二〇一三年十一月四日 目录 一、概况 (1) 二、瞬变电磁法基本原理 (1) 三、测点布置及施工方法 (3) 四、瞬变技术参数 (3) 五、矿井瞬变电磁法的资料解释 (4) 六、结论 (6) 七、建议 (7) 山西***有限公司**煤矿 ****（**点前*m ） 瞬变电磁法超前探测报告 一、概况 探测时间：2013年11月4日上午10点左右。 10#煤层**回风巷*点前10m 处掘进头进行瞬变电磁超前地质探测工作。其目的在于：查明前方赋存水情况。现场情况：掘进头巷道处于为煤巷，掘进面附近顶板局部位置无渗水现象。 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 在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场、使空间的磁场不会即刻消失。 图1 矩形框磁力线 由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将迅速衰减，由它产生的磁场也随之迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程继续下去，直至大地的欧姆损耗将磁场能量消耗完毕为止。这便是大地中的瞬变电磁过程，伴随这一过程存在的电磁场便是大地的瞬变电磁场。 r/bm r/bm r/bm r/bm t/σ=1.6 图2 穿过Tx 中心的横断面内电流密度等值线 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、 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 第22卷 第4期 地 球 物 理 学 进 展V ol .22 N o .42007年8月(页码:1195～1200) P ROG RESS IN G EOP H YSICS A ug . 2007 瞬变电磁法理论与应用研究进展 薛国强1, 李 貅2, 底青云1 (1.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;2.长安大学地质工程与测绘工程学院,西安710054) 摘 要 对国内外瞬变电磁法的方法研究概况、理论研究、仪器状况以及在应用领域的研究进展情况做出了综述性评价.瞬变电磁法的理论研究主要涉及正演方法、反演方法、资料处理方法.瞬变电磁法的应用领域包括地面、海洋、航空以及地下等不同工作场地.同时指出瞬变电磁法的发展趋势为研究三维正反演、多分量观测、成像技术、微信号分析等,以及注重发展海洋、井下、航空瞬变电磁法等.关键词 瞬变电磁法,理论与应用,研究进展 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2007)04-1195-06 The progress of TEM in theory and application XUE Guo -Qiang 1 , LI Xiu 2 , DI Qing -Yun 1 (1.I nstitute o f Geo log y and Geoph ysics ,Chinese A cademy o f Sciences ,Beijing 100029,Ch ina ;2.S chool o f Geo log y and S ur vey En gineer ing ,Chang ,an Un iver sity ,X i ,an 710054,China ) A bstract We give the to tal condition of T EM study include techno lo gy ,theo ry ,instrument and application ,the the -o ry study mainly include fo rw ard calculation metho d ,inver se problem and da ta pro ce ssing scheme .T he applicatio n o f it include ea rth sur face ,sea and aerial survey ,subsurface explora tion .We also give advance prog ress the o f T EM ,include study ing 3D fo rwa rd and inv erse calcula tion ,multi -co mpo nent survey techno lo gy ,imaging study ,and w eak signal a nalyses ,as well as ,sea ,tunnel ,aerial T EM develo ping . Keywords tr ansient elect romag netic me tho d ,theo ry and applicatio n ,study pro g ress 收稿日期 2007-04-10; 修回日期 2007-06-20. 基金项目 中国博士后基金(2005038388),中国科学院王宽诚博士后奖励基金,中国科学院知识创新项目((KZCZ -yw -113).)国家自然科 学基金重点项目(50539080)联合资助. 作者简介 薛国强,男,1966年生,1989年于西安地质学院获学士学位,2002年于长安大学获硕士学位,于2005年于西安交通大学获博士 学位.研究方向为电磁探测理论与应用.(E -mail :ppxueguoqiang @https://www.wendangku.net/doc/ea11906874.html, ) 0 引 言 瞬变电磁法(TEM )是一种时间域的电磁探测方法.介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡流,在脉冲间断期间涡流不会立即消失,在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场.二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深,以及发射电流的形态和频率[1～6].因此,我们可以通过接收线圈测量的二次场空间分布形态,了解异常体的空间分布[1～6]. 瞬变电磁法在上世纪30年代最早由前苏联科学家提出,当时采用的是远区工作模式.但是,利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场的是1933年由美国科学家L .W .Blau 最先提出,当时利用不 同电导率地层界面电磁波的反射与地震反射波信号的相似性,进行了大量的实验和比较.到了上世纪 50～60年代,前苏联科学家成功地完成了瞬变电磁法的一维正、反演,建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法之后,瞬变电磁法才开始进入实用阶段.上世纪60年代以后,当意识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时,该方法有了一个快速发展.随之,“短偏移”、“晚期”、“近区”、等技术研究迅速发展起来.美国等西方国家在上世纪70～80年代之间,短偏移法一直处于研究和试验阶段,未被广泛运用,而长偏移法已得到了应用,特别是在地热调查和地壳结构的调查中.随后一些专家对瞬变电磁法的一维正反演及方法技术进行了大量研究[7].我国于70年代初开始研究TEM ,长 郑州市嵘昌煤业有限公司12030工作面瞬变电磁勘探报告 郑州嵘昌集团实业有限公司 二0一四年十月十六日 郑州市嵘昌煤业有限公司12030工作面瞬变电磁勘探报告 报告编制：刘铁栓 数据处理：陈冬阳 成图：陈冬阳 地质：刘国超 测量：王程卫 数据采集：刘铁栓陈冬阳刘国超王程卫刘晓明王阳晓 工程施工单位：郑州嵘昌集团实业有限公司 报告编制单位：郑州嵘昌集团实业有限公司 单位技术负责人：邢吉亮 施工日期：2014年10月15日 报告提交日期：2014年10月18日 目录 第一章测区概况...................................................................... - 1 -§1.1 目的与任务............................................................................... - 1 -§1.2 测区位置及范围...................................................................... - 1 -§1.3 测区地质及水文地质概述.................................................... - 2 -第二章原始数据采集 ............................................................ - 3 -§2.1 瞬变电磁法简介...................................................................... - 3 -§2.2 仪器 ............................................................................................ - 5 -§2.3 工程布置及工作量完成情况 ............................................... - 6 -第三章数据处理...................................................................... - 8 -§3.1 数据处理 ................................................................................... - 8 -§3.2 资料解释 ................................................................................... - 9 -第四章结论与建议............................................................... - 10 -§4.1 结论 .......................................................................................... - 10 -§4.2 存在的问题及建议 ............................................................... - 10 -附图 ................................................................................................. - 10 - 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) 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 瞬变电磁法在超前地质预报中的应用 调研报告 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室 2006年11月 一前言 在建的沪蓉国道主干线支线垫江至邻水高速公路段，共有明月山隧道（左线长6928m，右线长6944m）、大地坡连拱隧道(长331m)和铜锣山隧道（左线长5225m，右线长5235m）三座隧道。其中，明月山隧道和铜锣山隧道均为长大隧道，是该高速公路段的控制性工程。 明月山隧道和铜锣山隧道穿越了三叠系须家河组、雷口坡组和嘉陵江组以及侏罗系地层，主要岩性为泥质岩、砂岩、灰岩、白云质灰岩、盐溶角砾岩等；受地层岩性、地质构造和外动力地质条件的控制，隧道区岩溶较发育，在其富水地段存在严重涌（突）水或突泥、突砂的可能；在须家河组煤系地层中，虽经个别钻孔测试，隧道瓦斯压力均低，但并不能排除瓦斯对施工人员可能造成的巨大危害；初勘阶段的地应力测试表明，明月山隧道深部最大地应力达20MPa，有硬质岩发生岩爆的可能，铜锣山隧道也不能排除最大埋深段灰岩发生弱岩爆的可能性。此外，由第四系松散堆积层、强风化岩体组成的隧道进出口段、盐溶角砾岩段以及断层带和层间挤压破碎带、煤系地层段等，易发生塌方灾害并可能产生大变形。这两条隧道不仅是一条典型的岩溶隧道存在涌（突）水或突泥、突砂等问题，同时还伴有各种可能对施工构成威胁的地质灾害。 针对这些可能存在的问题，在明月山和铜锣山隧道的施工掘进过程中，分别采用了TSP、地质雷达（GPR）、地质素描分析、长短结合的超前探孔等多种方法开展超前地质预报工作。同时为了提高岩溶地段溶洞、涌水、突泥预报的准确度，还引进了针对岩溶问题的德国Beam超前地质预报技术，对比其他超前预报手段对该项技术进行了应用探索。这些方法在已施工的洞段中的综合应用和分析预报取得了良好的效果，但是仍然存在一定问题，尤其是Beam超前预报技术，由于该技术在国内高速公路隧道中的应用尚属首次，其操作方法以及安装应用特点还有待进一步改进，其预报效果也有待进一步的验证。 而目前明月山和铜锣山隧道均已施工至背斜核部进入岩溶槽谷区，发生涌水、突泥的可能性较大。在2006年11月6日召开的隧道超前地质预报工作中间检查评审会上，与会专家也提出除了要加强现有的超前地质预报工作，同时为防止隧道穿越岩溶槽谷区发生涌水、突泥等地质灾害，保证隧道掘进施工安全，还应按照设计文件要求增设对掌子面前方地下水和涌突水较为敏感的瞬变电磁法 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 瞬变电磁法测量装置由发射回线和接收回线两部分组成，工作过程分为发射、电磁感应和接收三部分。当发射回线中通以阶跃电流，发射电流突然由I下降到零，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场，该磁场称为一次磁场，一次磁场在周围传播过程中，如遇到地下良导电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流，由于二次电流随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称为二次磁场。由于良导电地质体内感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场，二次磁场主要来源于良导电地质体的感应电流，因此它包含着与地质体有关的地质信息，二次磁场通过接收回线观测，并对观测的数据进行分析和处理，对地下地质体的相关物理参数进行解释. 非磁性导电球体的瞬变电磁响应曲线 电导率σ越小，响应初值越大，但衰减快;σ大，响应初值小， 而衰减慢。 2007吉林大学 地质体的瞬变电磁响应存 在导电响应“窗口”，反 映电性变化的差异。 非磁性导电球体的响应导电窗口曲线 2007吉林大学 常用的发射波形及频谱 0 2 -5 5 d T/2 H0 0 2 -5 5 d T/2 H0 0 2 -5 0 5 2d T/2 H0 d' d' 几种常用激励场的波形 几种简化波形的频谱c 矩形波 正弦波 斜阶跃波 2007吉林大学 回线一次场垂直分量沿x 轴的变化回线一次场垂直分量沿z 轴的变化 一次场的特征： 地面各点的磁场方向均垂直地面，回线中部的磁场较均匀。一次场随着据地表的距离增大而减小。 回线磁场的特点：地面各点的磁场方向均垂直地面，回线中部的磁场较均匀。对于边长为2a 的正方形回线，如果以与中心点磁场大小相差不超过40％为准，则在回线中部0.6a 及上、下±0.18a 的范围内可近似看成垂直的均匀场。因为它随深度减弱较慢，故有较深的探测能力。回线外部则一次场变化较大。 2007吉林大学 瞬变电磁仪安全操作规范 一、入井前的准备工作 1、入井前要对仪器进行检查，检查仪器是否完好，是否能正常开机，及的电量是否充足，检查线圈是否完好，检查接头是否完好. 2、对仪器的程序进行检查，进行开机检测，可以连接线圈发射3组数据，看仪器是否能正常工作（（检测完成后要及时删除）。 3、仪器要装入特定的书包内，要保证仪器的安全。 4、线圈要用绑带绑好，由专人负责看管。要注意项圈上边的接头，要保证接头的盖帽完好，不允许接头进灰进水。 5、仪器要由专人保管，在上下车过程中，要保证仪器的完全。 二、对于工作面的要求 1、到达工作面后，要观察工作面的是否安全，有无冒落隐患后，方可进行下一步工作。 2、掘进头处浮矸石要清除干净，为2m 线框探测提供有效空间。要清除工作面一切可移动的金属物体，对于无法移除的物体，探测时线圈要尽量避开金属物体。 3、在探测时，工作面的采掘机退后10m，实在来不及退后，至少6m。 4、保持2m 线框基本形状，与掌子面壁“零距离”有效耦合。侧帮探测时，有金属网存在时，线圈则离金属网20公分。 5、测过程中尽量避开金属异物，对有金属物影响的测点要做好 记录。 6、在探测过程中尽量与顶板岩层紧密耦合，减少空间介质作用。 7、现场探测时最好断电。 三、开始探测 开始探测是由专人负责物探主机，其余两人负责线圈的操作。 1、打开主机箱，开机前要先连接线圈。同时其余人员负责架好线圈。 2、开机后要先置参，然后设置选项 3、设置完成后开始探测；探测要按顺时针的方向逐点进行探测，每一测点可以测取七个方向，即顶板45 度方向、顶板30度方向、顶板15度方向、顺层0度方向、底板45 度方向、底板30度方向、底板15度方向。测取一点换至下一点，依次测量，保证记录的连续性。中间不要任意调换探测方向或次序，即不要1 号测点是顶板、顺层和底板测量，到2 号测点时变为底板、顺层和顶板测量，不利于室内数据处理； 操作流程：发射→保存→新建文件夹→选择新建文件夹→确定。 4、如果进行打范围的探测时，测点之间的距离即线框在横向上的移动步距应在5-10m 之间，测点点间距可选15m，一般来说测点点间距要小于15m。 5、异常体的探测与地震反射波法类似，通常从正常区——异常区——正常区，这样便于对目标异常体的有效对比。瞬变电磁法的应用
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