瞬變電磁法簡介

1、第三節(jié) 瞬變電磁法（TEM）一、 方法原理 瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源通以脈沖電流為場源，以激勵探測目的物感應(yīng)二次電流，在脈沖間歇測量二次場隨時間變化的響應(yīng)。當(dāng)發(fā)射回線中的電流突然斷開時，在介質(zhì)中激勵出二次渦流場（激發(fā)極化場），二次場從產(chǎn)生到結(jié)束的時間是短暫的，這就是“瞬變”名詞的由來。在二次渦流場的衰減過程中，早期以高頻為主，反映的是淺層信息，晚期以低頻為主，反映的是深層地下信息。研究瞬變電磁場隨時間變化規(guī)律，即可探測不同導(dǎo)電性介質(zhì)的垂向分布。瞬變電磁法的探測深度與回線線圈的大小、匝數(shù)有關(guān)，線圈越大、匝數(shù)越多，探測的深度就越深。瞬變電磁法的觀測是在脈沖間隙中進行，不存在一次場源的干

2、擾，這稱之為時間上的可分性，脈沖是多頻率的合成，不同的延時觀測的主頻率不同，相應(yīng)的時間場在地層中的傳播速度不同，調(diào)查的深度也就不同，這稱之為空間的可分性。由這兩種可分性導(dǎo)致瞬變電磁法有以下特點：把頻率域法的精確度問題轉(zhuǎn)化成靈敏度問題，加大功率，靈敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地形起伏影響的假異常；在低阻圍巖地區(qū)由于是多道觀測，早期道的地形影響也較易分辨；可以采用同點組合（同一回線、重疊回線等）進行觀測，使與探測目標(biāo)的耦合最好，取得的異常強，形態(tài)簡單，分層能力強；線圈點位、方位或接收距要求相對不嚴格，測地工作簡單，功效高；有穿透低阻覆蓋層的能力，探測深度大；剖面測量與測

3、深工作同時完成，提供了更多有用信息，減少了多解性。二、 地球物理前提由于瞬變電磁法是觀測斷電后由一次脈沖激勵出的二次渦流場隨時間的變化規(guī)律，二次渦流場隨時間的衰減快慢和強弱與被探測介質(zhì)（道碴、混凝土、巖石等）及介質(zhì)狀態(tài)（含水與干燥、完整與破裂）有關(guān)，TEM法衰減曲線的變化過程反映了檢測點由高頻到低頻、由淺層到深層的地質(zhì)信息變化過程。檢測的參數(shù)是各層規(guī)一化的電阻率，對實測的衰減曲線進行反演擬合，繪制地下電性分層及分層的電阻率柱狀圖，進而以反演擬合曲線為基礎(chǔ)，繪制成曲線簇斷面圖、等值線斷面圖及電性分級斷面圖。TEM法主要用于隧底檢測。隧底結(jié)構(gòu)的正常場，一般情況下，干燥的道碴與鋪底砼、基巖相比，相對

4、電阻率高、電導(dǎo)率低，鋪底砼的電阻率次高、電導(dǎo)率次低，基巖的電阻率相對較低、電導(dǎo)率相對較高，略高于鋪底砼。當(dāng)隧底結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，有裂損的鋪底砼與完好的鋪底砼相比，電導(dǎo)率升高、電阻率降低。如果在鋪底層與基巖頂面之間有干虛碴層或存在吊空、松散層時，則將出現(xiàn)低電導(dǎo)率、高電阻率層；相反，虛碴層、松散層含水時，則出現(xiàn)高電導(dǎo)率、低電阻率。因此，用TEM法對隧底進行檢測后，將實測的衰減曲線進行反演擬合，并以反演擬合為基礎(chǔ)，繪制成電性分級斷面圖等圖件，最后結(jié)合收集的既有資料（隧底結(jié)構(gòu)圖、竣工圖、施工開挖地質(zhì)情況等），對這些圖件進行分析解釋，提供隧底結(jié)構(gòu)分層（道碴層、鋪底層、基巖面、道碴充水充泥段和陷槽段）、有無底

5、板層（含仰拱）、底板層破損段、超挖與欠挖段、含水軟弱夾層段等。三、 現(xiàn)場檢測 測線測點布置沿隧道縱向布置測線，11m的重疊線圈，在軌道間每隔12.5m布置一測點，見測點 瞬變電磁法現(xiàn)場檢測工作示意圖 野外數(shù)據(jù)采集時，瞬變電磁法應(yīng)多次數(shù)據(jù)疊加，取平均值。 野外工作，由于發(fā)射和接收線圈不接地、作業(yè)方便、工作效率高，所以檢測工作可在兩列車行走間隔時段內(nèi)完成，不需要另外要點，不會影響列車正常運營。四、 工程實例強場源瞬變電磁技術(shù)完善與升級（安徽銅陵鳳凰山銅礦TEM實驗研究）(國家十五科技攻關(guān)項目)本項目的試驗?zāi)繕?biāo)定在利用電法技術(shù)了解安徽銅陵鳳凰山銅礦深部的礦體形態(tài)及空間分布情況，檢驗所選方法技術(shù)對鳳凰

6、山銅礦已知深部礦體的探測效果及分辨能力。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，在2002年11月份的由吉林大學(xué)（原長春科技大學(xué)）、中南大學(xué)等研究單位的有關(guān)人員組成的TEM對比試驗組分別于2002年11月10日-11月20日在徽銅陵鳳凰山銅礦相思樹礦區(qū)，對其55勘探線和51勘探線開展了TEM的試驗，采用吉林大學(xué)自行研制的ATEM-II型強場源儀器系統(tǒng)。經(jīng)過試驗組成員近一個月的野外詳細工作和努力，取得了較豐富的第一手資料，本章給出對比試驗的初步結(jié)果。2002年11月13日至2002年11月19日，本項目研制的瞬變電磁系統(tǒng)，在安徽銅陵鳳凰山銅礦相思樹地區(qū)進行了野外實驗，實驗內(nèi)容包括：相思樹礦區(qū)55線、51線實驗，55線的

7、大電流實驗，在此實驗的基礎(chǔ)上，對未知區(qū)域51線進行了500米勘探。鳳凰山55線視電阻率斷面圖、 鳳凰山51線視電阻率斷面圖ATTEM系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)研究（舟山大陸連島工程橋位區(qū)的工程勘探）（自然基金項目）隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，工程探測和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查問題已是地球物理探測的新的研究分支，即工程與環(huán)境地球物理學(xué)的研究迅速興起，促進了高精度高分辨率地下探測技術(shù)的發(fā)展。電磁場探測在工程與環(huán)境地球物理中起著重要作用，但由于城市環(huán)境的特殊性，傳統(tǒng)的探測方法在某些方面受到限制，難以滿足工程與環(huán)境的要求。尤其是近地表地下目標(biāo)體，如城市活斷層、含水?dāng)嗔褞?、地下空洞等不良地質(zhì)體，已有的物探手段如直流聯(lián)剖、直流電阻

8、率測深和高密度電法、探地雷達等可在一定范圍內(nèi)探測到目標(biāo)體，但直流聯(lián)剖僅能直觀簡單地確定低阻帶（低阻破碎帶型的斷層），直流電阻率測深和高密度電法雖然可以確定不良地質(zhì)體的豐富信息，但深度不夠準(zhǔn)確，探地雷達可以高分辨率地進行近地表分層，但探測深度淺，瞬變電磁不僅具有直流測深和高密度電法的效果，而且比探地雷達探測深度大、無損檢測解決城市問題等優(yōu)點。舟山大陸連島工程位于浙江省東部的東海海域內(nèi)，連接舟山、寧波兩市，主要由岑港大橋、響礁門大橋、桃天門大橋、西堠門大橋和金塘島大橋組成。其中即將建成的西堠門大橋為連接金塘島和冊子島跨度約為1650米的懸索橋，懸索橋的南北錨碇均位于金塘島和冊子島上，北塔位于海中的

9、老虎山上，南塔位于金塘島上。2003年6月，采用瞬變電磁方法對舟山大陸連島工程中即將建設(shè)的西堠門大橋的橋位區(qū)的塔、錨處的基巖中的斷裂、破碎、裂隙等不良地質(zhì)問題進行了工程勘探，探測深度在地表以下40米80米，此次勘探是采用ATEM-II型瞬變電磁探測系統(tǒng)在淺層工程探測的應(yīng)用。淺海底瞬變電磁探測技術(shù)研究（南京長江四橋工程橋位區(qū)的工程勘探）（國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃）電磁方法分兩大類：頻率域電磁方法（如MT）和時間域電磁方法（如TEM）。地下2100米左右的深度范圍是頻率域方法的一個弱視區(qū)（或半盲區(qū)）。對于時間域來說，探測深度是由觀測時間的早晚決定的，要探測淺層目標(biāo)體，唯一的辦法就是縮短延遲的時間（即電流關(guān)斷后開始記錄的時間）。對于目前市場上的時間域TEM儀器，從地表到地下20米左右是一個半盲區(qū)。由此可見，地下220米范圍對于以上幾種方法來說都是一個困難，而這一范圍卻與人類活動極為密切。本項目將地面瞬變電磁探測系統(tǒng)移至淺海底（水深小于20米），利用海水這個特殊介質(zhì)進行快速探測，實現(xiàn)近海底的電阻率成像，直接服務(wù)于淺海底資源探查、海洋工程和近海岸的研究。研究內(nèi)容包括淺海底瞬變電磁發(fā)射技術(shù)、數(shù)據(jù)的快速采集與處理技術(shù)，淺海底拖曳系統(tǒng)的密封、耐壓以及與海面觀察系統(tǒng)的高