瞬变电磁法简介

1、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

2、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

3、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

4、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

5、板层（含仰拱）、底板层破损段、超挖与欠挖段、含水软弱夹层段等。三、 现场检测 测线测点布置沿隧道纵向布置测线，11m的重叠线圈，在轨道间每隔12.5m布置一测点，见测点 瞬变电磁法现场检测工作示意图 野外数据采集时，瞬变电磁法应多次数据叠加，取平均值。 野外工作，由于发射和接收线圈不接地、作业方便、工作效率高，所以检测工作可在两列车行走间隔时段内完成，不需要另外要点，不会影响列车正常运营。四、 工程实例强场源瞬变电磁技术完善与升级（安徽铜陵凤凰山铜矿TEM实验研究）(国家十五科技攻关项目)本项目的试验目标定在利用电法技术了解安徽铜陵凤凰山铜矿深部的矿体形态及空间分布情况，检验所选方法技术对凤凰

6、山铜矿已知深部矿体的探测效果及分辨能力。为实现上述目标，在2002年11月份的由吉林大学（原长春科技大学）、中南大学等研究单位的有关人员组成的TEM对比试验组分别于2002年11月10日-11月20日在徽铜陵凤凰山铜矿相思树矿区，对其55勘探线和51勘探线开展了TEM的试验，采用吉林大学自行研制的ATEM-II型强场源仪器系统。经过试验组成员近一个月的野外详细工作和努力，取得了较丰富的第一手资料，本章给出对比试验的初步结果。2002年11月13日至2002年11月19日，本项目研制的瞬变电磁系统，在安徽铜陵凤凰山铜矿相思树地区进行了野外实验，实验内容包括：相思树矿区55线、51线实验，55线的

7、大电流实验，在此实验的基础上，对未知区域51线进行了500米勘探。凤凰山55线视电阻率断面图、 凤凰山51线视电阻率断面图ATTEM系统与关键技术研究（舟山大陆连岛工程桥位区的工程勘探）（自然基金项目）随着城镇化进程的不断加快，工程探测和环境地质调查问题已是地球物理探测的新的研究分支，即工程与环境地球物理学的研究迅速兴起，促进了高精度高分辨率地下探测技术的发展。电磁场探测在工程与环境地球物理中起着重要作用，但由于城市环境的特殊性，传统的探测方法在某些方面受到限制，难以满足工程与环境的要求。尤其是近地表地下目标体，如城市活断层、含水断裂带、地下空洞等不良地质体，已有的物探手段如直流联剖、直流电阻

8、率测深和高密度电法、探地雷达等可在一定范围内探测到目标体，但直流联剖仅能直观简单地确定低阻带（低阻破碎带型的断层），直流电阻率测深和高密度电法虽然可以确定不良地质体的丰富信息，但深度不够准确，探地雷达可以高分辨率地进行近地表分层，但探测深度浅，瞬变电磁不仅具有直流测深和高密度电法的效果，而且比探地雷达探测深度大、无损检测解决城市问题等优点。舟山大陆连岛工程位于浙江省东部的东海海域内，连接舟山、宁波两市，主要由岑港大桥、响礁门大桥、桃天门大桥、西堠门大桥和金塘岛大桥组成。其中即将建成的西堠门大桥为连接金塘岛和册子岛跨度约为1650米的悬索桥，悬索桥的南北锚碇均位于金塘岛和册子岛上，北塔位于海中的

9、老虎山上，南塔位于金塘岛上。2003年6月，采用瞬变电磁方法对舟山大陆连岛工程中即将建设的西堠门大桥的桥位区的塔、锚处的基岩中的断裂、破碎、裂隙等不良地质问题进行了工程勘探，探测深度在地表以下40米80米，此次勘探是采用ATEM-II型瞬变电磁探测系统在浅层工程探测的应用。浅海底瞬变电磁探测技术研究（南京长江四桥工程桥位区的工程勘探）（国家高技术研究发展计划）电磁方法分两大类：频率域电磁方法（如MT）和时间域电磁方法（如TEM）。地下2100米左右的深度范围是频率域方法的一个弱视区（或半盲区）。对于时间域来说，探测深度是由观测时间的早晚决定的，要探测浅层目标体，唯一的办法就是缩短延迟的时间（即电流关断后开始记录的时间）。对于目前市场上的时间域TEM仪器，从地表到地下20米左右是一个半盲区。由此可见，地下220米范围对于以上几种方法来说都是一个困难，而这一范围却与人类活动极为密切。本项目将地面瞬变电磁探测系统移至浅海底（水深小于20米），利用海水这个特殊介质进行快速探测，实现近海底的电阻率成像，直接服务于浅海底资源探查、海洋工程和近海岸的研究。研究内容包括浅海底瞬变电磁发射技术、数据的快速采集与处理技术，浅海底拖曳系统的密封、耐压以及与海面观察系统的高