瞬变电磁法的探测深度问题.do_图文

1、 地 球 物 理 学 报（ ） 卷 （ 犐 犪 犫 犪） 犫） 犚 ） ， ） ， （ （ 狀（ （ ） 式中犐 是发射电流 ， 是 层大地表面 上的 反射系 犚 狀 狀 数， 是第 一 类 函 数， 犪、 犫分 是 积 分 变 量， 别是发射和接收线 圈 的 半 径 （ 在勘探中为方便施工 可由线框的边长换算出等效半 使用的是方形线框 ， 进行 径） 再对公式 （ ） 变 换 并 运 用 ， 即 可 得 到 时 域 解 据 此 对 图 、 算法 图 小 的地电模型 计 算 了 时 两 种 常 用 的 大 、 发射回线 装 置 的 ： 大发射线框边长 接 ， 收线圈等效面 积 ； 小 发射 线

2、 框边 长 接 ， 收线圈等效面积为 当取发射电流 犐 时， 大、 小回线装置接收 线 圈 中 的 感 生 分 别 为 当发射线框为 和 一 般 来 说 ， 可供出的 电 流 约 最大不超过 时 ， ， （ ； 国产（ 中国有色金属总公 和 等 仪 器 ） 图 ） ） 单位 ： 狋 时刻大地电阻率分别为 （ 和 （ 情况下的地下电场 （ · ，发 射 电流 犐） ；上覆有 ） ） 低阻地层时 （ 狋 和 （ 狋 时刻的地下电场和地表具有单位接 收 面积点接收线圈中的垂直感生 （ 实线是有覆盖层时的情况 ，虚线是均匀大地情况 ） ；正负源之间的距离分 ） ） 别为 （ 和 （ 时狋 时

3、刻的地下电场 ） ） 狋 （ · ， 犐 ） （ （ ； ） ） （ 狋 （ 狋 （ ， ） ； 狋 ） ） （ （ 期 闫 述等 ： 瞬变电磁法的探测深度问题 司、 中国地质大学 、 西 安 强 源 公 司） 小发射回线大功 率 最大 仪 器 发 射 电 流 可 达 ， 则对小发射 如大发射回线的电流为 ， 回线供以 的电流就可达到与大发射回线相当 的信号强度 因 此 ， 用小发射回线进行大深度探测 是可行的 小发 射 回 线 装 置 已 在 北 京 门 头 沟 老 窑 探 测 ， 新 云 南 上 公 山、 桂 林 底 塘、 湖南云 疆硫磺沟火区探 测 ， 阳和重庆巫山隧道探测中应

4、用 发射回线边长 、 有效探 测 深 度 从 不等 ， 其 中 老 窑 和火区探测异常显示钻孔验证率为 隧道 以上 ， 探测异常显示也为工程所揭露 至于 方 法 探 测 深 度 与 装 置 有 关 的 公 式 ， 大 多来源于 和 对垂直扩散速度定 义的论 文 或 者 可 以 在 他 们 的 论 文 中 找 到 根 据 曾通过在 的 联 合 反 演 以 及 资 料 解 释 中 ， 频率域的趋肤深度和时间域的扩散深度之间建立对 应关系 ， 得到了 几 种 时 间 和 频 率 的 换 算 公 式 本 文 ， 用狋 的 方 法 建 立 一 种 分 布， 将时间与频 犳 分析 率的 关 系 表 示 出

5、 来 以 电 阻 率 分 别 为 和 先根据公式（ 或（ 计算 的均匀大地 为 例 ， ） ） 出与源的距离 狕 然后 用 的地下 响应 ， 图 分布 分 别 给 出 它 们 的 狋 犳 能量密度谱（ 、 ） 下 图 中 上 部 为 随 时 间 变 化 的 信 号 ， 部是对应的狋 犳 密度 谱 从 图 并 结 合 图 可 以 看 出， 由于大地对高频分量的衰减 ， 阶跃脉冲在地中传 前 沿 变 得 平 缓 当 传 播 距 离 相 同 播一段距离以 后 ， 时， 在低电阻体中传 播 的 脉 冲 前 沿 比 高 阻 体 中 的 平 缓 如仍然 以 电 场 达 到 最 大 值 作 为 脉 冲 到

6、达 的 标 志， 图 其狋 中脉冲约在 时到 达 ， 犳 平面上对 图 应的最高频率 左右 ； 中脉冲于 左右 到达 ， 对应的最高频率约 根据相速度公式 文献 以发射回线的中轴线为起算点定义扩散速 即 度， 波先 从 发 射 导 线 传 到 回 线 源 或 偶 极 源 的中心点 ， 再向地下传播 ， 然后被位于中心点的接收 装置所接 收 由 于 从 导 线 到 中 心 点 的 传 播 需 要 时 间， 因此折算后的电磁波扩散速度与回线尺寸有关 从较大的发射源 传 到 它 的 中 心 点 需 要 更 长 的 时 间 ， 所以较大发 射 源 的 场 折 算 后 扩 散 速 度 较 大 ， 似应有

7、较大的探测 深 度 ， 但在具体计算探测深度时 还 要 减 去 源 的 导 线 到 其 中 心 点 的 距 离实 际 上 是要把 和 讨 论 扩 散 速 度 的 目 的， 时间剖面转换为视电阻率 拟 深 度 剖 面， 视电阻率 试 图 寻 求 扩 散 速 度 和 地 层 之 间 的 关 系野 外 的 实测感生 包含了发射电流 犐、 发 勘探中 ， 射源和接收线圈的 面 积 等 参 数 ， 具体计算拟深度时 这些参数将被约简掉 使用较大发射线框的主要目 的 是 使 场 的 狏 ， 槡 （ ） 可以算出两种媒质中阶跃脉冲的相速度大约分别为 验 算， 它们传播 和 用 式 （ ） 的距离用时 和 其

8、后狋 犳 谱中的低 频分量 ， 将在较 晚 的 时 候 陆 续 到 达 地 中 各 点 公 式 （ ） 中的时间狋 是场的传播所 需要 的时 间 ， 它 和频 率 由平面电磁波衰减到地表场强 域中趋肤深度公式 （ 振幅的 犲 定义 ） 槡 （ ） 形式上相似 ， 但 本 质 上 不 同 因 为 从 将 时 域 和 频 域 联系起来的 变换公式 （） 狋 （ ） 犉（ 狋 ） 犳 狋 槡 可见 ， 在从时间域到频率域的转换 中 ， 对 时间狋 从 信号具有一定的强 度 ， 以适应接收机灵敏度和保证 足够的信噪比 频分析 探测深度的时 阶跃 脉 冲 可 以 分 解 为 一 系 列 正 弦 波 之

9、和 ， 一般 来说 ， 早期时段对 应 高 频 段 ， 晚 期 时 段 对 应 低 频 段 随着时间的推 延 ， 探 测 深 度 由 浅 入 深 如 果 仅 仅 根 据频谱分析 ， 则只知道阶跃脉冲激励的 场 含 有哪些频率分量 ， 但是不知道这些频率在什么时候 存在 ， 所以有 必 要 寻 找 场 观 测 时 间 与 对 应 的 频率之间 的 确 切 关 系 文 献 在利用 ， 方法进行大 地 电 磁 测 深 （ ） 静 态 校 正 、 和 频域中的场既没有开始也没有结束 ， 到 积分 ， 是稳态场 反映因果关系的时 间变 量在 变换 中消 失 了 因此从理论上讲频率域方 法中 在任 何深

10、度都 有 即使弱 得 趋 近 于 零 在 理 想 情 况 下 任 何 频 电磁场 ， 率的电磁场存在于 地 电 断 面 的 任 何 深 度 ， 观测到的 电磁场信号包含了 所 有 地 电 断 面 的 信 息 ， 因此探测 深度是无限的 只 有 当 考 虑 到 系 统 接 收 机 灵 敏 度 、 信噪比等因素时 ， 探测深度才是有限的 ， 这可以通过 增大发射偶极矩 、 提高接收机灵敏度和噪声抑制技 术， 将探测深度提高到 “ 趋肤 深度 ” 的 倍、 倍或 ， ， 更 多 因为频率域中的场可认为是在很久的 地 球 物 理 学 报（ ） 卷 图 信号的狋 狕 ） 犳 密度谱 （ （ ） ） ；（

11、 狋 犳 过去建立的 ， 场的各 频 率 分 量 已 经 有 足 够 的 时 间 到 不论衰减到了怎 样小的 程度 ） 达地下任何深度 （ 公 式（ ） 所表达的是 场 传 播 到 某 一 深 度 所 必 需 的 时 间 （ 以最大值作为到 达 的 标 志 ） ， 这个深度不会被其他 因素而改变 ， 这是时 域 场 与 频 域 场 在 探 测 深 度 上 的 区别 段信号中的浅部 信 息 提 取 出 来 即 要 注 意 方 这在一般的电磁法勘探资料解 法的体积效应问题 ， 释中也是要注意的 ； （ ） 色散现象使 得 在 低 阻 媒 质 中 探 测 同 样 的 深 度需要较长的观测时间 ， 当

12、测区存在上覆低阻层时 ， 对深部探测是不利的 ； ） 激励脉冲的 高 频 分 量 在 传 播 过 程 中 不 断 被 （ 衰减 ， 其频谱随时间 的 变 化 及 各 频 率 分 量 的 能 量 密 度可用狋 犳 密度谱观 察 到 与 观 测 时 间 相 对 应 的 频 也可由 率， 信号的狋 犳 密度谱得到 参考文献 （ ） ， ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， ， ： 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， （ ） 犌 狆 狔 ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， ， （ ） ：

13、犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 张赛珍 ，王庆 乙 ，罗 延 钟 中 国 电 法 勘 探 发 展 概 况 地 球 物 理学报 ， （ 增刊 ） ： ， ， ， ） ， 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 犌 犲 狅 犺 狊 （ 犃 犮 狋 犪犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 犪犛 犻 狀 犻 犮 犪）（ 狆 狔 狆 狔 结论 （ ） 方 法 的 探 测 深 度 主 要 由 观 测 时 间 决 定 ，激励源发出的瞬态脉冲以有限 速度经 过一 定时 间到达地下异常体 处 ， 再经由同样的时间返回地面 为接收仪器所接收 因此要探测一定深

14、度 处的地 质 体， 至少要有电磁波往返所需的时间 ； （ ） 时域 “ 扩散深 度 ” 和频域“ 趋 肤 深 度” 形式上 相似 ， 但前者表示的 是 阶 跃 脉 冲 在 给 定 时 间 内 传 播 的距离 ， 两者内涵不同 ； （ ） 理论上 但 的最小探测深度 没 有 限 制 ， 实用仪器和装置的 响 应 需 要 时 间 ， 使得极短时间内 反射回来的电磁波 无 法 被 接 收 ， 从而对埋深极浅的 地质异常体无 法 分 辨 但 在 一 定 深 度 以 后 ， 脉冲波 中的低频分量受大 地 的 色 散 作 用 传 播 速 度 较 慢 ， 可 需要注意的 以利用晚时段观测 埋 深 较 浅

15、的 地 质 体 是， 在资料解释时不能按照视电阻率 深度计 算公 式 要考 将某一观测时间与 某 一 深 度 机 械 地 对 应 起 来 虑到晚时段信号中包含了探测深度范围内由浅到深 的地质信息 ， 考虑到位于不同深度 、 具有不同电性的 地层或异常体对观 测 数 据 的 不 同 影 响 ， 从而将晚时 期 （ ） ： ， 闫 述等 ： 瞬变电磁法的探测深度问题 ， ） ， （ ） ： 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲犑 犌 犲 狅 犺 狊 （ ， 狆 狔 ， ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ，卢 健 等 时 间 域 瞬 变 电 磁 法 中 心 白 登 海 ， 方式全 程

16、 视 电 阻 率 的 数 值 计 算 地 球 物 理 学 报 ， ， （ ） ： ， ， ， ） ， 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲犑 犌 犲 狅 犺 狊 （ 狆 狔 （ ） ： ， ： ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， ， ： 频 分 析 解 释 地 闫 述 ，陈明生 瞬变电磁场资料的联 合 时 球物理学报 ， （ ） ： ， ， 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 ） ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 （ ， 狆 狔 ， ， （ ） ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， 狆 狔 ， ： 犌 犲 狅 犺 狊 犻 犮 狊 ， （ ） 狆 狔 殷长春 瞬变电 磁 测 深 法 的 研 究 深 度 长 春 地 质 学 院 学 报 ， （ ） ： ， 犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犺 犪 狀 犮 犺 狌 狀犝 狀 狏 犲 狉 狊 犻 狋 犪 狉 狋 犺 犳犆 犵 狔狅 犳犈 ） ， （ ） ： ， 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊（ 薛国 强 论 瞬 变 电 磁 测 深 法 的 探 测 深 度 石 油 地 球 物 理 勘 探， （ ） ： ， ， 犻 犾犌 犲