瞬变电磁法的探测深度问题do.docx

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瞬变电磁法的探测深度问题do

１５８８∞地球物理学报（）ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｈｓ．ｐｙ５２卷　（ＥＭＦ＝－ｉ犐犪犫Ｊ犪）Ｊ犫）犚ｄωω）πλλλ，ω）λ，０１（１（狀（μ（）８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ＪＢｅｓｓｅｌ数，犪、犫分λ是积分变量，１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Ｌ径）．再对公式（８）ａｌａｃｅ变换并运用Ｇａｖｅｒｐ［５，１６］即可得到时域解．据此对图３、Ｓｔｅｈｆｅｓｔ算法１ｅ∫０图３小ｆ的地电模型计算了５ｍｓ时两种常用的大、发射回线装置的ＥＭＦ：

大发射线框边长６接００ｍ，２收线圈等效面积１；小发射线框边长１接００ｍ０ｍ，２收线圈等效面积为２５００ｍ．当取发射电流犐＝１Ａ时，大、小回线装置接收线圈中的感生ＥＭＦ分别为当发射线框为４．７５μＶ和０．０６８９μＶ．一般来说，可供出的电流约１最大不超过２６００ｍ时，０Ａ，０Ａ（；国产（中国有色金属总公Ｖ８和ＧＤＰ３２等仪器）图３　））单位：

狋＝２ｍｓ时刻大地电阻率分别为（ａ２５Ωｍ和（ｂ１００Ωｍ情况下的地下电场（Ｖ·ｍ－１，发射μ电流犐＝１Ａ）；上覆有２））２０ｍ低阻地层时（ｃ狋＝０．５ｍｓ和（ｄ狋＝１ｍｓ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ＥＭＦ（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（ｅ６００ｍ和（ｆ１０ｍ时狋＝３ｍｓ时刻的地下电场））Ｆｉ．３　Ａｔ狋＝２ｍｓｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ（ｉｎμＶ·ｍ－１，犐＝１Ａ）ｉｎｔｈｅｅａｒｔｈｏｆｗｈｉｃｈｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔａ２５Ωｍａｎｄ（ｂｇｙ（１００Ωｍ；ＩｎｄｕｃｅｄｖｅｒｔｉｃａｌＥＭＦｂｏｉｎｔｒｅｃｅｉｖｅｒｃｏｉｌｏｎｔｈｅｅａｒｔｈａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅｅａｒｔｈｃｏｖｅｒｅｄｂｙａｐｙａ））２２０ｍｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎａｔ（ｃ狋＝０．５ｍｓａｎｄ（ｄ狋＝１ｍｓ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅｉｓｆｏｒａｕｎｉｆｏｒｍｈａｌｆｓａｃｅｗｉｔｈａｐ，ｄ）；Ａｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎａｓｈｅｄｌｉｎｅｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｔ狋＝３ｍｓｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅｅａｒｔｈｗｉｔｈｓｅａｒａｔｉｏｎｐ））ｂｅｔｗｅｅｎｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅａｔｉｖｅｓｏｕｒｃｅ（ｅ６００ｍａｎｄ（ｆ１０ｍｇ

　６期闫　述等：

瞬变电磁法的探测深度问题１５８９司、中国地质大学、西安强源公司）小发射回线大功率Ｔ最大ＥＭ仪器发射电流可达６００～８００Ａ，则对小发射１２００Ａ．如大发射回线的电流为１０Ａ，回线供以７００Ａ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用．发射回线边长１０ｍ、有效探测深度从１５ｍ不等，５０～８００ｍ．其中老窑和火区探测异常显示钻孔验证率为８隧道０％以上，探测异常显示也为工程所揭露．至于ＴＥＭ方法探测深度与装置有关的公式，大多来源于Ｒａｉｃｈｅ和Ｇａｌｌａｈｅｒ对垂直扩散速度定ｇ１７］义的论文［或者可以在他们的论文中找到根据．曾通过在ＭＴ的联合反演以及ＴＥＭ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［］２１，２２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来．以电阻率分别为５０Ωｍ和先根据公式（或（计算２５Ωｍ的均匀大地为例，３）４）出与源的距离狕＝４然后用００ｍ的地下ＴＥＭ响应，图Ｗｉｎｅｒ分布分别给出它们的狋ｇ犳能量密度谱（、）下４ａ４ｂ．图中上部为随时间变化的ＴＥＭ信号，部是对应的狋犳密度谱．从图４并结合图１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达的标志，图４其狋ａ中脉冲约在２ｍｓ时到达，犳平面上对图４应的最高频率８０Ｈｚ左右；ｂ中脉冲于４ｍｓ左右到达，对应的最高频率约４０Ｈｚ．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１７即Ｔ度，ＥＭ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ＴＥＭ场折算后扩散速度较大，似应有较大的探测深度，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Ｒａｉｃｈｅ和Ｇａｌｌａｈｅｒ讨论扩散速度的目的，ｇ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ＥＭＦ包含了发射电流犐、发ＴＥＭ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ＴＥＭ场的［］１８狏ｐ＝，槡μσ０１２ω（）９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２００００ｍｓ和１００００ｍｓ．用式（５）４００ｍ的距离用时２ｍｓ和４ｍｓ．其后狋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５由平面电磁波衰减到地表场强域中趋肤深度公式（振幅的１／犲定义）δＦＤ＝ω槡μσ２（）１００１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Ｆｏｕｒｉｅｒ变换公式１∞（）－ｉ狋ω（）犉（狋１１ω）＝犳狋ｅｄ２π－∞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４　探测深度的时阶跃脉冲可以分解为一系列正弦波之和，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ＴＥＭ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ＴＥＭ场观测时间与对应的频率之间的确切关系．文献［在利用Ｔ１９，２０］ＥＭ方法进行大地电磁测深（）静态校正、ＭＴＴＥＭ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１．５倍、２倍或６，２３，２４］更多［因为频率域中的场可认为是在很久的．

１５９０地球物理学报（）ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｈｓ．ｐｙ５２卷　图４　ＴＥＭ信号的狋狕＝４００ｍ）犳密度谱（（））ａ０Ωｍ；（ｂ５Ωｍ．１＝５１＝２ρρＦｉ．４　狋ｅｎｓｉｔｅｃｔｒｕｍｏｆＴＥＭｓｉｎａｌｓｇｙｓｐｇ犳ｄ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５（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ＴＥＭ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４度需要较长的观测时间，当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（５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Ｔ率，ＥＭ信号的狋犳密度谱得到．参考文献（）Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ［１］ｏａｒａｏＡ．Ｄｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｉｎｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔ　ＲｙＡ，Ａｐｐｐｇ，（）：

ｍｅｔｈｏｄｓ．犌犲狅犺狊犻犮狊１９７１，３６５９４３～９５９狆狔［２］ｈａｔｔａｃｈａｒａＢＢ，ＳｅｎＭＫ．Ｄｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｆ　Ｂｙｐｇｃｏｌｌｉｎｅａｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｒｒａｓｏｖｅｒｈｏｍｏｅｎｅｏｕｓａｎｉｓｏｔｒｏｉｃｈａｌｆｙｇｐ，：

犲狅犺狊犻犮狊１９８１，４６（５）ｓａｃｅｉｎｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ．犌ｐ狆狔７６８～７８０［３］ａｒｋｅｒＲＤ．Ｄｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｌｉｎｅａｒｓｍｍｅｔｒｉｃａｌ　Ｂｐｇｙ，（）：

犌犲狅犺狊犻犮狊１９８９，５４８１０３１～１０３７ｆｏｕｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｒｒａｓ．ｙ狆狔［４］ｏｕｌａｓＷＯ，ＬｉＹ．ＥｓｔｉｍａｔｉｎｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｉｎＤＣ　Ｄｇｇｄｐｇ，（）：

犌犲狅犺狊犻犮狊１９９９，６４２４０３～４１６ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｎｄＩＰｓｕｒｖｅｓ．ｙａｙ狆狔［５］ｏｈａｎｎｅｓＢＳ，ＢａｈｒＫ．Ｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｄｉｏ　Ｊｐｇ，（）：

犌犲狅犺狊犻犮狊２０００，６５５１４９５～１５００ｉｎＤＣｓｏｕｎｄｉｎｓ．ｇ狆狔［６］ｉｅｓＢＲ．Ｄｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｓｏｕｎｄｉｎ　Ｓｐｐｇｇｇ，（）：

ｍｅｔｈｏｄｓ．犌犲狅犺狊犻犮狊１９８９，５４７８７２～８８８狆狔［７］　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１）：

１９９４，３９４０８～４２４ｈａｎａｎｕｏＹＺ．Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｎｔｈｅ　　　ＺｇＳＺ，ＷｇＱＹ，ＬｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｓｅｃｔｉｎｅｔｈｏｄｉｎＣｈｉｎａ．ｐｐｇｍ），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）（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ狆狔狆狔５　结　论（）１ＴＥＭ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２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Ｔ但３ＥＭ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

　６期（）：

１９９４，３９Ｓｕｌ．ｌ４０８～４２４ｐｐ闫　述等：

瞬变电磁法的探测深度问题１５９１ｕｏＹＺ，Ｃｈａｎ．ＡｒａｉｄａｌｏｒｉｔｈｍｆｏｒＧＳｔｒａｎｓｆｏｒｍ．　　　ＬｇＹＪｐｇ），（）：

犆犺犻狀犲狊犲犑．犌犲狅犺狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ２０００，４３５６８４～６９０狆狔［］１７ａｉｃｈｅＡＰ，ＧａｌｌａｈｅｒＲＧ．Ａａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｎｄ　Ｒｇｐｐｙａ，（）：

ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔ．犌犲狅犺狊犻犮狊１９８５，５０１０１６２８～１６３３ｙ狆狔［］１８ａｘｗｅｌｌＡＭ，卢　健等．时间域瞬变电磁法中心　白登海，Ｍ方式全程视电阻率的数值计算．地球物理学报，２００３，４６（）：

５６９７～７０４，ａｉＤＨ，ＭａｘｗｅｌｌＡＭ，ＬｕＪｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ　　　Ｂａｌｌｔｉｍｅａａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｏｒｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｌｏｏｒａｎｓｉｅｎｔｐｐｙｆｐｔ），ｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ．犆犺犻狀犲狊犲犑．犌犲狅犺狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｇ狆狔（）：

２００３，４６５６９７～７０４［］１９ａｘｗｅｌｌＡＭ．ＪｏｉｎｔｉｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＴＥＭａｎｄｄｉｓｔｏｒｔｅｄＭＴ　Ｍ：

ｓｏｍｅｓｏｕｎｄｉｎｓｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ．ｐ，（）：

犌犲狅犺狊犻犮狊１９９６，６１１５６～６５狆狔［］２０ａｘｗｅｌｌＡＭ．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｄａｔａ　Ｍｇ，（）：

ａｎａｌｓｉｓ．犌犲狅犺狊犻犮狊１９９８，６３２４０５～４１０ｙ狆狔［］２１ｉａｎＳ，ＣｈｅｎＤ．ＪｏｉｎｔＴｉｍｅＦｒｅｕｅｎｃｎａｌｓｉｓ．Ｎｅｗ　ＱｑｙＡｙ，Ｙｏｒｋ：

ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ１９９６．１０９～１３２［］频分析解释．地２２　闫　述，陈明生．瞬变电磁场资料的联合时球物理学报，（）：

２００５，４８１２０３～２０８ａｎＳ，ＣｈｅｎＭＳ．Ｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃ　　　Ｙｐｇｆｉｅｌｄｄａｔａｕｓｉｎｏｉｎｔｔｉｍｅｆｒｅｕｅｎｃｎａｌｓｉｓ．犆犺犻狀犲狊犲犑．ｇｊｑｙａｙ），（）：

犌犲狅犺狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ２００５，４８１２０３～２０８狆狔［］２３ａｍｅｓＥＲ，ＪａｍｅｓＣＭ．Ｄｏｕｂｌｉｎｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｋｉｎｄｅｔｈ　Ｊｇｔｐ，（）：

ｗｉｔｈａｌｏｃａｌｓｏｕｒｃｅ．犌犲狅犺狊犻犮狊１９９９，６４３７３２～７３８狆狔［］２４ｕａｎｅｔｈｏｆｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｆｏｒｓｍａｌｌｂｒｏａｄｂａｎｄ　ＨｇＨＰ．Ｄｐｇ，：

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｓｅｎｓｏｒｓ．犌犲狅犺狊犻犮狊２００５，７０（６）Ｇ１３５～ｇ狆狔Ｇ１４２［８］　殷长春．瞬变电磁测深法的研究深度．长春地质学院学报，（）：

１９９２，２２１１０３～１０７ｉｎＣＣ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃ　　　Ｙｇｐｇｓｏｕｎｄｉｎｅｔｈｏｄ．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ｇｍ犳犆犵狔狅犳犈），（）：

ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ１９９２，２２１１０３～１０７犛犮犻犲狀犮犲狊（［９］　薛国强．论瞬变电磁测深法的探测深度．石油地球物理勘探，（）：

２００４，３９５５７５～５７８ｕｅＧＱ．Ｏｎｓｕ