电性源短偏移距瞬变电磁法勘查技术规程

电性源短偏移距瞬变电磁法勘查技术规程范围本文件规定了电性源短偏移距瞬变电磁法勘查的技术设计、仪器设备的使用与维护、野外数据采集、资料验收、资料处理与解释、报告编制等技术要求。本文件适用于电性源短偏移距瞬变电磁法地球物理勘查。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T18314全球定位系统（GPS）测量规范DZ/T0069地球物理勘查图图式、图例及用色标准DZ/T0153物化探工程测量规范术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

瞬变电磁法transientelectromagneticmethod（TEM）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地下介质中的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。按照发射源形式，可分为回线源(磁性源)和电性源(接地源)。

磁性源magneticsource通过不接地矩形回线向地下发射交变电磁场信号的电磁场源。

电性源groundedwiresource通过两端接地的长导线向地下发射交变电磁场信号的电磁场源。

偏移距offset信号接收点到发射源几何中心点的距离。

发射基频basefrequency发射波形的重复频率。

采样率samplingfrequency每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。

叠加次数stacknumber一个完整周期信号重复观测并记录的次数。总则方法原理电性源短偏移距瞬变电磁法（Short-offsettransientelectromagneticmethod,简称SOTEM）是基于地下介质的电性差异，利用接地线源向地下发送一次脉冲电磁场，在距离发射源大于0.3倍且小于或等于2倍最大探测深度的偏移距范围内，利用线圈（探头）或接地电极在断电间隙观测二次涡流磁场或电场的方法。通过观测不同的电场、磁场分量，用于寻找各类高、低阻目标体。观测装置赤道装置可用线圈或磁探头观测垂直方向磁场分量Hz，也可用接地不极化电极观测水平方向电场分量Ex，见图1。赤道装置的偏移距为观测点到接地导线中心的距离。SOTEM赤道装置示意轴向装置用接地不极化电极观测水平方向电场分量Ex，见图2。轴向装置的偏移距为观测点到发射源两极中最邻近极的距离。SOTEM轴向装置示意适宜条件宜开展电性源短偏移距瞬变电磁法的条件如下：探测目标体与围岩介质有明显的电性差异；天然噪声及人文干扰水平规律较明显且强度不大，不会对信号产生难以控制的影响；目标深度一般在2000m以内；工作区满足短偏移距瞬变电磁法的发射和接收装置的布设要求。应用范围电性源短偏移距瞬变电磁法适用的探测领域包括但不限于：金属矿、非金属及地下水资源矿勘查；城市地下空间开发利用勘查；地热资源勘查；煤矿采空区勘查；地质灾害勘查；海岸带地质调查；其它与围岩存在电性差异的目标体探查。技术设计资料搜集与踏勘5.1.1编写设计书前，应根据工作任务要求，搜集相关的地质、地球物理资料（含物性资料）、钻探及测绘等资料。5.1.2实地踏勘工区的地形、地貌、交通、气象、水系、植被等条件，调查了解工区电磁干扰类型及特点等。可行性和有效性分析结合地质任务和目标体电性特征，分析探测目标体与围岩之间是否存在可分辨的电性差异，是否具备电性源短偏移距瞬变电磁法应用条件。电性特征已知时，可开展正演模拟以验证有效性，正演计算假设的地电断面参数应与工区已知地段的实际断面实际情况大体相同，正演模拟的数据可转换为视电阻率（视电阻率计算公式见附录A）进行分析，为优化工作参数和开展野外试验提供依据。试验区包含已知目标体（已知地质剖面或有探矿工程控制的目标体）、电磁干扰区，实测已知目标体的异常特征并对工区的电磁干扰背景的分布特征做出评价。凡属下列情况之一者，应进行方法试验：寻找深部矿、难识别矿及间接寻找目标体等情况下，尚未进行电性源短偏移距瞬变电磁法试验工作，方法有效性尚不明确的新工区；人文、电磁噪声干扰较严重，使用现有仪器及观测方法的效果受到影响的工区；探测目标体与围岩之间的电性差异较小，或探测目标体的规模相对其埋深较小，不能确定探测出目标体异常响应的工区。设计书编写与审查应在搜集分析资料的基础上，进行工区实地踏勘（了解施工条件，即地形、交通、居民、地表及电磁干扰等情况）、方法有效性及可行性分析后，以合同或任务书的要求为依据编制设计书。设计书的主要内容包括但不限于：工作目的、任务和工作量、踏勘情况； 工区交通位置、人文地理等以往资料收集与工作程度分析；工区地质、地球物理特征；工作方法、仪器设备及技术要求；实物工作量（测线和测点布置）；资料处理解释流程和预期提交成果；工作部署、人员及进度安排、经费预算；质量及安全保障措施。测区、测网和比例尺测区范围的确定测区范围应包括勘查目标体范围，可根据实际需求适当外延。测网与比例尺的选择工作比例尺由地质工作任务确定，常用比例尺和测网密度见表1。比例尺的选择，以能发现有意义的最小异常，并能在平面图上清楚地反映出探测对象的位置和形态为原则。常用比例尺和测网密度比例尺测线间距（m）沿测线点距（m）1:50000500～1000100～2001:25000250～50050～1001:10000100～25020～501:500050～10010～201:200020～505～10典型剖面测量及加密测量在所有正式面积性工作中，应布设一定量的典型剖面。典型剖面布置应能反映测区不同地层、构造等特征，宜经过已知钻孔或与已知的地质剖面重合。对异常作定量或半定量解释时，应进行加密测量，加密测量应遵循以下原则：剖面方向应垂直于目标体走向；剖面通过异常中心，或尽可能与勘探线重合；剖面长度要超出目标体的异常范围；点距和观测精度应能清晰完整地反映异常特征。当发射源位置发生变动后，应进行部分测点的重复测量。工作参数选择观测装置形式的选择工作装置选择应考虑工区电磁噪声干扰程度，宜采用赤道观测装置；当工作区电磁强干扰主要来自空中且地下工业散流较弱时，宜采用轴向观测装置。观测区域与场源布设观测区域赤道装置观测区域范围限制在与发射源两端呈120°夹角的区域内，见图3。电性源短偏移距瞬变电磁法赤道装置观测区域轴向装置观测区域限制在与发射源呈30°夹角的区域内，见图4。电性源短偏移距瞬变电磁法轴向装置观测区域场源布设发射源应尽可能与探测目标地质体走向垂直。发射源应布置在构造简单、电性比较均匀的位置，并使探测目标体处于观测区域的中心位置。发射源尽可能平行于测线方向布设，方位误差应小于20%，避免发射线出现较大的弯曲。发射源接地电极应布置在接地条件良好的位置。发射站一般应设在场源导线的中间地段，在有地形、地物、交通等影响时，可靠近某接地电极的一端。测区较大，无法由一个发射源所覆盖时，当同一测线需要变换发射源时，至少应进行两个以上测点的重复观测。发射源布设完成后应填写发射源布设记录班报，格式见附录B。发射极距AB、波形及电流选择发射极距AB最小长度应大于浅层电性不均匀体线性尺度的3倍，即，可根据式（1）设计发射极距AB的实际长度L： 0.5Lline≤L≤3rmin式中：——发射源覆盖的测线段长度，单位为米(m)；——最小偏移距，单位为米(m)。发射电流大小根据接地电阻情况和发射机功率设定，一般不小于10A。发射波形的占空比一般为50%。发射波形的基频f由式（2）、式（3）确定： f=1/（4Tmax） Tmax≥2μ0∙式中：f——发射基频，单位为赫兹（Hz）；Tmax——所需的最大记录时间，单位为秒（sSmax——视纵向电导，单位为西门子（Sμ0——真空磁导率，单位为亨利/米（H/m）偏移距选择观测点的位置如图1和图2所示，观测点的偏移距一般大于0.3倍最大探测深度（或目标体深度），小于2倍最大探测深度（或目标体深度），实际施工中，根据式（4）合理选择偏移距范围： r=（0.3~2）Hmax (AUTONUM式中：r——偏移距，单位为米（m）；Hmax——接收参数选择观测分量根据探测目标体属性及施工条件选择，一般情况下探测低阻目标体或电磁干扰水平较低或地形起伏剧烈或基岩大部分出露时，宜选择垂直磁场分量；而探测高阻目标体、电磁干扰水平较高、地形条件简单时，宜选择观测水平电场分量；也可同时观测电场、磁场分量，对数据进行联合反演。叠加次数一般设置为256次；电磁干扰水平较高时应适当增加叠加次数。当目标体埋深较大时，应选择有效面积较大的接收线圈或探头，以获得较高信噪比的晚期微弱信号。工作精度遵循以能观测与分辨勘查对象所产生最弱异常为原则确定工作精度。工作精度以归一化感应电动势或归一化感应电场强度均方相对误差来衡量，按表2执行，弱干扰地区工作精度应达到I级标准，强干扰地区工作精度应达到Ⅱ级标准。工作精度分级级别总均方相对误差/%有位差无位差I10.05.0Ⅱ15.010.0无位差（无点位误差）是观测误差和其他误差的叠加，如外界电磁噪声的变化，仪器不稳定引起的误差。有位差（有点位误差）是装置和无位误差的叠加，装置误差是测地误差和布线、布点不准引起观测值变化的误差。测地工作精度测地工作的质量指标包括平面点位中误差、相邻点距中误差、高程中误差和方向偏差，工作精度应符合表3。测地工作方法按GB/T18314、DZ/T0153执行。测地工作精度精度级别平面点位中误差/mm（图上）相邻点距中误差/%电极接地点间误差/%方向偏差/°高程中误差/mm（图上）A1.03.0±3.05.0/B1.255.0±5.010.01.0“图上”指按照不同比例尺的成图精度要求，选择相应的点位及高程限差。采用同精度重复观测和高精度同步观测等方法进行检查。仪器设备仪器设备满足SOTEM法工作需求。野外工作基本要求电性源短偏移距瞬变电磁法野外采集应严格按照设计书要求进行，保证安全施工，并完整准确地记录原始资料。仪器设备准备按设计要求准备仪器，应确保各类仪器工作正常、性能稳定、一致性良好，各项指标均在限差之内。同一测区如有两台或两台以上的接收系统，应在同一点位采用相同的发射机、工作参数进行接收系统的一致性试验。对同一观测时间窗口的数值进行一致性对比计算，均方相对误差应小于等于5.0%。发射电极、导线布设为保证较小的接地电阻，电极宜采用多坑埋设铜板、铜丝网、铝箔等片状电极布设接地电极，坑挖至湿润土层深度，浇盐水并用湿土压实；必要时可采用多极坑并联的方式进一步降低接地电阻。电极引线应做好绝缘处理，电极坑周围应设立高压警示装置并安排专人值守。A、B接地电极布置应尽量避开高压线、矿山（洞）上方、暗埋管道、溪流水域、平行的断裂构造等，以减小电磁干扰及地质干扰。在场源下方或者场源与测线之间应尽量避开金属矿、煤矿、湖泊、岩溶和局部高阻体隆起等可能引起场源效应的已知地质体。敷设供电线缆时，导线连接处应做好绝缘与固定，剩余线缆应全部展开，不可绕在线架上，并以S型平铺附近地面。供电线布设完成后，应检查其连接是否正确，接地连通是否良好，各连接点是否牢固，以及是否有漏电情况。供电点处应有明显的警示标志，供电导线连接处应用绝缘胶布包裹，遇障碍物应挖沟架空埋设（保证绝缘）；采用围栏保护，并和导线一起挂上高压警示危险标志，沿线有专人巡查，确保人畜生命安全。接收装置布设观测前在测点布设接收线圈或者接收探头、采集站、接收电极等，并填写测点布设班报，格式见附录C。为了保证足够大的信噪比，应采用不极化电极，与土壤接触良好，并浇盐水压实，使接地电阻小于2kΩ，若遇基岩裸露区，可适当放宽，但不应大于10kΩ。接收电极不应埋设在流水、污水或废石堆上，极坑内应剔除碎石和杂物；测量电场响应时，若测点岩石裸露，应填以湿土，并保持电极底部与地面有良好的接触。若遇到人文设施（如房屋、金属栏杆、金属管道、铁路等）无法埋设接收电极时，接收电极可适当平移，以减小干扰，并做好野外记录。电极连线、探头连线及其他电缆均不应悬空，应贴地放置，避免因风吹等因素造成导线晃动而产生电磁干扰。数据采集过程，应避免接收点附近人员走动，在接收电极、线圈或探头10m范围内避免同时使用电子通讯设备。发射与接收工作前应检查发射机、发电机（或电池组、电瓶）、控制器等各部分的接线是否正确，电缆绝缘是否良好，测量发射电极AB接地电阻正常，在确保无误的情况下，通知所有工作人员后撤至安全距离后再通电工作。控制器及发射机开机前先置低档（注意极性），变压开关不宜连续扳动；关机时先将电压挡位调至低压挡再关断电源。发射机的最大供电电压、最大供电电流、最大输出功率及连续供电时间，不应大于仪器说明书上规定的额定值（一般不大于额定功率的80%）。供电期间，不应更换电压档位、扳动换流开关、更换波形和基频。发电机的使用应注意温度与润滑油的检查，特别注意发动机、发电机冷却风扇的运转情况；工作时，发射机宜置于绝缘垫上；遇到异常时应立即停机检查，排除故障后再使用。按极性接好电源，电压值不宜低于额定值的85%，确认正负极。合理选择仪器的增益，使输出电压在正常的动态范围内；一般选择“自动增益控制”，仅在外来噪声干扰较大时进行手动置入。检查线圈或者探头及前置放大器是否正常工作。生产试验工作新工区正式生产之前，应进行野外试验工作。试验工作的要求及目的包括：了解测区内已知目标体上的异常响应特征，包括异常强度、形态、范围、时间特性、观测时窗范围、噪声等；查明外来电磁噪声水平及干扰特征，选择和确定叠加次数；确定合理的偏移距范围、有效接收面积、发射基频、发射电流和发射源长度等；必要的对比试验。试验工作应选择在已知目标体上方或已有钻孔、勘探线上进行。质量保障措施在设计书所规定的测道时间范围内，野外观测值一般只允许最后3～5测道的观测值在噪声电平以下；若观测值不满足该要求，应查明原因，并采用增加叠加次数等方法重复观测；对瞬间干扰可暂停观测，待机再测。噪声电平依据野外专门实测结果，按噪声电平的大小分为弱、中、强三种等级加以统计计算，式（5）～式（7）给出了计算噪声电平的均方根值公式：一个工区内m个测点的第i道噪声电平的均方根值计算按式（5）： Ni=1mj=1m第j点所有道噪声电平的均方根值计算按式（6）： Nj=1ni=1n一个工区所有道噪声电平的均方根值计算按式（7）： N=1nmi=1nj=1式中：m——专门的噪声实测点数；n——参加统计计算的噪声实测点数；N——噪声电平，单位为分贝（dB）。叠加次数N一般不少于256次。当干扰较大时，叠加次数N由式（8）计算确定： N≥100ΔV干扰ΔV式中：N——叠加次数；∆V∆V若曲线出现畸变，应查明原因并重复观测；必要时，可移动点位避开干扰物源重测，并作详细记录。若遇异常点、突变点时，应重复观测，必要时应加密测点；若曲线衰减慢时，应扩大测道时间窗口范围重复观测。仪器出现故障时，应及时查明原因，并到已测点上重复观测，确认仪器性能正常后，方可继续测量。每个测点观测完毕后，操作员应对数据和曲线进行全面检查，合格后方可搬站。采集站接通电源前应检查电池电压，不可低于额定工作的最低标准，采集站的电源线应采用漏电电阻大于10MΩ的绝缘线。质量检查与评价质量检查应在同一点位、相同场源、相同采集参数、不同采集站、不同时间、不同操作员进行数据采集。检查点总数不应少于全测区坐标点的3.0%，且应均匀分布在测区内。两次重复观测对应响应曲线之间的均方相对误差应小于5.0%。检查点观测结果，按以下公式计算误差，并应满足设计要求：某测点上各观测道总的均方相对误差计算按式（9）： Mj=±12ni=1n全区各检查点总的均方相对误差计算按式（10）： M=±12nmi,j=1n,mVj某测点上各观测道总的均方绝对误差计算按式（11）： ε=±12ni=1nVj全区各检查点总的均方绝对误差计算按式（12）： ε=±12nmi,j=1n,mVj式中：Vj(ti)——第j点第iVj'(ti)——第j点第∇j(ti)——Vj(n——参加统计计算的测道数；M——为检查点个数。检查点小于噪声电平测道的不可靠观测值及突变值不参加统计。各测道相对误差的二分之一，应满足如下要求：超过设计误差要求的测点数，应不大于检查点数的1/3；超过设计误差要求2倍的测点数，应不大于检查点数的5%；超过设计误差要求3倍的测点数，应不大于检查点数的1%。测区范围较大，各地段的观测技术条件相差较大时，应分区、分段评价质量；对于观测质量不合要求的区、段，允许增加检查工作量至20%以内，如仍然证明观测质量不合要求时，该区、段的观测工作量应予以作废或观测数据只能作为参考；同一测线不同场源的覆盖段应至少有一个覆盖观测点；同一测点不同场源覆盖时，观测信号曲线应有相同的形态。安全保障措施野外作业车辆应配备灭火器、急救箱等，野外人员应配齐可靠的通讯工具，供电系统人员必须使用绝缘胶鞋、绝缘手套等防护用品。出工前应对供电导线进行漏电检查，任何损坏和开裂都应进行及时修复和替换，接头处应使用高压绝缘胶布包裹。在发射电极和电缆经过的村庄、路口等障碍物的位置，应设有明显、清晰的高压警示标识，在AB接地电极周围10m范围内拉警戒线，并派专人巡查看守和巡查。布线经过水域时，除处理好导线外，应保证过水安全，不可徒手触摸拖拉导线涉水（或泅渡）；水上或冰上作业应制定相应的安全制度和应急措施。供电站应选在地面干燥处，发射机操作人员应配备有高压防护措施及装备。发射机由专人操作，供电前应仔细检查发射回路，确认接线正确、供电导线连通、接地情况良好后，并确认所有工作人员已远离发射电极，方可试发射供电。发射供电期间，操作员应看护好发射机及配套设备，保证其处于正常工作状态并随时处置出现的故障；在改变发射机输出电压挡位、变换基频前，应退出发射状态；需手动调节发射机输出电流时，应平稳缓慢调节；退出发射状态前，应将输出电流调节钮旋至最小。发电机组运行期间，不可添加燃油。连接或断开供电导线、发射控制器电缆、发射机电源输入电缆时，应确认发射机是处于停机状态。移动测站前或全天工作结束后，在未收到发射机操作员明确断电的指令前，不允许任何人接触供电导线和电极。雷雨天气，应停止野外作业；突遇雷电，应迅速关机、断开连接仪器设备的所有电缆。野外作业车辆应配备灭火器、急救箱等；野外人员应配齐可靠的通讯工具；供电系统人员应使用绝缘胶鞋、绝缘手套等防护用品。工作期间应配置安全员。资料处理与解释原始资料的整理和检查原始资料检查每天野外工作结束后，操作人员应检查野外记录和打印数据，并签名交技术负责人复核，原始记录的检查内容包括：野外作业中仪器设备的运行情况记录；观测曲线是否完整，出现异常和畸变现象是否进行了必要的重复观测和加密测量；实际地物、干扰源、地质情况编录是否完整。原始资料整理原始资料整理内容主要包括：仪器一致性试验结果、误差统计表；野外施工班报表册、工作日志、野外工作总结；测地工作成果记录表与误差统计表；实际材料图；测点原始数据及数据整理计算表、质量检查记录及误差统计表。数据处理观测数据处理主要包括：发射源一次场校正；原始数据的滤波处理；视电阻率的计算（视电阻率计算公式见附录A）；反演处理，得到反演电阻率和深度参数。数据处理结果应100%进行检查校对。资料解释实测资料成果经处理反演后，应结合工区已知其它地质成果资料，按下列要求对工作区进行合理地质推断解释：遵循从已知到未知，由局部到全面的原则；充分考虑人文、地质干扰引起的实测数据的变化；充分考虑物探结果的多解性，多方法、多角度综合分析；解释过程中从定性、定量两个方面进行分析。图件编绘主要图件种类包括：实际材料图；实测数据多测道异常剖面曲线图；典型测点反演电阻率-深度曲线；电阻率反演拟断面图；综合剖面图：地球物理、地质综合解释图。图件编制应符合DZ/T0069的规定。成果报告编写与提交基本要求成果报告编写由专人负责，在设计任务书规定的时间内完成，报告编写应根据任务书、设计书、野外工作验收意见等要求进行。报告所用资料应为经质量验收合格的资料。成果报告应在全面系统掌握资料的基础上，经过研究及综合分析对比后，做出有依据、符合客观实际的结论。成果报告应实事求是、内容全面、重点突出、文字简练、论述有据、推断合理、结构严谨。报告附图和附件应规范、编排合理、美观整洁，文字说明简练、清楚。成果报告内容成果报告的正文包括：前言（主要包括任务来源、简介、工作目的、任务书编号、合同签订等）；工区概况（工区范围、地理坐标、交通位置、所属行政区划、地形地貌特征等）、前人工作程度和主要研究成果；项目实施情况、任务完成及初步成果概要（简述工作过程、完成的实物工作量、取得的主要地质成果）。工区地质及地球物理特征；工作方法技术与质量评价；资料处理及解释方法；成果资料的解释推断；结论与建议；附图和附表。成果报告附图包括8.4.1中所列图件种类。成果报告提交由项目单位组织初审。报告编写人应根据初审意见对成果报告进行修改完善后报任务委托单位审查。任务委托单位审查后提出评审意见。报告编写人应根据评审意见对成果报告进行修改完善并附修改情况说明，经所在单位技术负责人复核后提交正式报告。成果报告归档正式提交的成果报告应按相关要求进行归档保存。

（资料性）

SOTEM视电阻率计算公式水平电场ex全期电阻率计算公式已知电偶极子在负阶跃电流和均匀半空间条件下，地表的水平电场响应为： ex=−Idsπ32σ∙式中： r=(x−x'2+y− u=12μσtr (A.seqfulu_equation_133606699441186229对电场响应式（A.1）中的时间t求一阶和二阶偏导，得： ∂ex∂t=Idsπ32 ∂2ex∂t2=Ids令式（A.5）等于零，得到峰值时刻tpeak tpeak=μσ10∙r2 再令新变量τ=t t=τ∙tpeak=μσ10∙r2将（A.7）式代入（A.1）式并独立电导率，可以求取水平电场全期电阻率计算公式： ρ=−π32Ids∙r3∙垂直感应电动势vz全期电阻率计算公式电偶极子在均匀半空间条件下，地表的垂直感应电动势响应为： vz=Idsπ32σμ∙对（A.9）式中的时间t求一阶和二阶偏导，得式（A.10）和（A.11）： ∂vz∂t=−Idsπ32 ∂2v