新闻

瞬变电磁法基本原理

作者:排列5 发布时间:2020-11-10 01:34 点击数:

  多 乖 绎, 易 第7卷 第2期 中 国 煤 田 地 质 兹 勘 珲 复 l 磊 1995年 6 月 瞬变电磁法基本原理 静恩杰_—●—_李志聃 ___-__一 -————一 ( 中国矿 业大 学地 质 系徐 州221008) ;/.弓 瞬变 电磁法 是一 种利用 电磁感 应原理预测地下矿产 的地球物理方法 。 瞬变电 磁 法最早由加拿大地球物理学家 Wait 于 1951 年提出,并于 1953 年获取专利权。 1960 年 ,原苏联研制 出第一台共 圈式瞬变 电磁装置 (MPPO - - 型 ) ;1 962 年 ,M claughlin 和 Dolan 研制出固定发射回线、 移动接收回线的瞬变电磁仪 , 并利用该装置于 1964 年和 1 970 年 在...

  多 乖 绎, 易 第7卷 第2期 中 国 煤 田 地 质 兹 勘 珲 复 l 磊 1995年 6 月 瞬变电磁法基本原理 静恩杰_●_李志聃 ___-__一 -一 ( 中国矿 业大 学地 质 系徐 州221008) ;/.弓 瞬变 电磁法 是一 种利用 电磁感 应原理预测地下矿产 的地球物理方法 。 瞬变电 磁 法最早由加拿大地球物理学家 Wait 于 1951 年提出,并于 1953 年获取专利权。 1960 年 ,原苏联研制 出第一台共 圈式瞬变 电磁装置 (MPPO - - 型 ) ;1 962 年 ,M claughlin 和 Dolan 研制出固定发射回线、 移动接收回线的瞬变电磁仪 , 并利用该装置于 1964 年和 1 970 年 在塞浦路斯和南美洲取得找矿效果 ,从而推动 了瞬变 电磁法 的进 一步发展 。 近 几年 来 ,瞬变 电磁法发展迅速 ,仪器更新较快 。七十年代 初 ,我国也开 始研制瞬变 电 磁仪器系统 ;我 们深信 ,随着 瞬变 电磁技术 的进 一步 推广和应用 ,具有世界先进水平 的瞬变 电磁仪不久将在我国 问世 。 讲座分三讲。第一讲 ;瞬变电磁法基本原理 ,简述方法特点并介绍实倒 ,第二讲 :瞬变 电磁法野外工作方法与技术 ;第三讲 :瞬变 电磁法 资料 处理 和解 释 。 1基本原理 瞬变 电磁法测量装置 由发射回线和接收回线两 部分组成 。瞬变 电磁法工 作过 程 可 以划 分 为发 射 、 电磁感 应 和接 收 三 部分 。 当发射回线中的稳定 电流 突然切断后 ,根据电磁 感 应理 论 ,发射 回线中 电流 突然变 化必将 在其 周围产 生磁场、该磁场称为一次 磁场 。一次磁场在周 围传 播过 程中 ,如遇到地 下 良 导 电的地质体 ,将在其 内部激发产生感 应电流 ,又称涡流或 二次 电流。 由于二次 电流随时间 变化,因而在其周围又产生新的磁场 ,称二次磁场 ( 图 1) 。由于良导电矿体内感应电流的热 损 耗 , 二 次 磁 场 大致 按 指 数 规 律 随 时 间 衰减 , 形 成 如 图2 所 示 的 瞬 变 磁 场 。 二 次 磁 圈 1瞬变电磁法工作原理示意囝 一 座 一 蘸 ~ 系 一 维普资讯 中 国 煤 田 地 质 7卷 场主要来源于 良导 电矿体 内的感应 电 流, 因此它包含着与矿体有关的地质 信息 。 二次磁 场通过接 收 回线观测 ; 并 对所 观测 的数据 进行分 析和 处理 , 据 此 , 解释 地下矿体及相关物理参 数 。 图 3 是地 面 瞬变 电磁系 统 , 其发 射装 置为 一 固定大 发射 线框 , 接 收装 置是可移动的小型线框 。根据法拉第 (F araday) 电磁感应定律 , 当发射 回线 中稳定 电流突然切 断后 一段 时间 内, 地下良导电矿体 内将产生感应电流, 感应电流 在矿体 内扩散过程可分三个阶段 。 为了维持矿 体 内原磁场 , 在 断 电初 , 感应 电流 集 中分 布于 矿体表 面 , 形 成表 面 电流 (Grant and W est 1965, W eaver , 1970) , 该 阶段 称早期 时 间。随 着感应 电流在矿体 内的热损耗 , 表面 电流 开始 向矿体内部扩散(图 4) , 其扩散速度一般与矿 体的导电率成反比关系, 该阶段称中期。当矿 体 内感应 电流扩散 经过 一段 时 间后 便进 入所 谓的晚期 阶段 , 其感应 电流的每个线 电流的阻 抗和 感抗均趋于渐近值是 晚期 阶段主要特 征 , 此时矿体 内的电流分 布趋于相对 稳定 , 热损耗 速度减慢 , 表现为 与感应 电流相对应的二次磁 场衰减速 度大大减 缓( 图 2) 。 矿体内感应电流以及与之对应的二次磁场随 导率、 尺寸大小及形 囝 2瞬 变电 磁 法发射 与 接收波 形 围 状。 早期矿 表面电流的分布仅于矿体的形状和大 小有关, 而与矿体的电导率几乎无关。 瞬变 电磁场 的物理过 程可甩 电路理 论解 释 。 如 图 1 所示 , 其发射 、 矿体和接 收分 别由三 个线) , 其中 M。 , 表示线圈 Io与线圈 I 之 间的互感 , R 和 L 表示 摸拟 矿体 线 圈 的阻抗和感抗 。 假设 发射 线匿中有电流强度为 I。 ( t) 的方 波 电流输 入 , 根据 电磁 感应 定律 贝 0 矿体线 圈内产生 的感应 电流为 : ^ , , (f ) 一: : : / r I 0 (1) 时间 时间道 接 收 线同定式大发射目线与移动 小接 收目线 测量 差置 ◎ ◎ ◎ ( a )初 期 (b ) 中期 (c )后期 囝 4球形导体内感应电流分布示意囝 发射线 圈 接 收线 圈 ( Grant and W est , 1965) , 其 中 r L / R 为矿体 线圈的时间常数 。 由式 ( 1)看 出 , 矿体线 用电路理论表示的瞬变电磁法测量系统 维普资讯 ● 2 期 静恩杰薯 : 瞬童电磁法基本原理 85 圈内的感应电流是随时间按指数规律衰减。 在t一0 时刻, 即为衰减初期, 矿体 内感应电流强度 为 I (。 ) : 显而易见, 此时的感应电流仅与一次磁场穿过矿体 线 圈的磁通量(M。 I。 ) 以及矿体的形状和尺寸(L )有关, 而与矿体的电导率( 1/ R )无关。矿体内的感应电流将在 接收线圈中产生二次磁场, 线圈输出电动势与二次磁场 随时问的变化率成正比关系, 其表达式为 : £ ) 一 型 = L 丝 。 ) 一e- : ,/ ~] 0 (2) 圈6 瞬童电蛹随时阃衰藏规 律与矿体导电性美景圈 式 中: s ( t)为单 冲函数 。 分析式(2)可知, 对于导电性差的矿体, 其时间常数 t 值较小 , 二次场初始值较大 , 但衰减 速度较快 ; 反之, 导电性 良好矿体, 时间常数 t 值较大, 尽管二次场初始值小, 但衰减速度慢( 图 6) 。瞬变电磁场的道一物理特性构成了利用瞬变电磁法寻找地下矿体的基本原理 。 2方法特点 瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场 , 在一次场间歇期间采用接收回 线(或同一回线)在时间域对二次磁场进行观测, 故该法叉称时f回 域电磁法。 瞬变 电磁场法最大 特 点在于它将一次磁场与二次磁场分离 , 观测纯二次场 , 这是 瞬变 电磁 法有 别于 频率 域 电磁法 的根本之处。 3应用实例 . 。 3. 1寻 找金属矿 体 Elura 大 型硫 化矿 床位于 澳大 利亚新 南威 尔士 州境 内, 图 7 和 图 8 分 别为 该 区 瞬变磁场剖面 图和视 电阻率拟 断面 图。可 以看出矿体在两张图上均有明显异常反 映 后 已查明, Elura 矿床为一含铅、 锌和 银 元 紊 的 大 型 磁 黄 铁 矿 , 其 南 北 长 约 200m , 东西长 约 120m, 深部延伸近 410m , 矿体顶部盖层厚约 100m 。 3. 2煤田勘查 图 9 为澳大利亚某煤田根据瞬变电磁 数据绘制 的视 电阻率拟 断面 图 。 在该倒 中, 煤 层 电阻率 明显 高于其 围岩 , 在拟 断面 图 上表现 为两 个高 阻等值 区 ; 图 的中部 的低 阻异常为充水直立断层的反映。下图是推 85o 2惦 D 2 250 2450 2650 2 850 E 图 7瞬童 电磁 法 剖面 圈 (Bvselli 澳 大利 亚 E L V RA 磁黄 铁矿 1980) 维普资讯 中 国 煤 田 地 质 7卷 衰减 时 ( m s ) 道 号 衰 减 时 1 85O 1g50 2 050 21 50 1250 2350 2●50 2550 2 B50 2750 E 囝 8澳 大 利亚 EL V RA 磁 黄铁 矿瞬 变电磁 法视 电阻率 拟断 面圉 (Buselli l 980) . 9澳 大利亚 巢煤 田瞬变 电磁 法观 测结 果 (Henderson, 1986) 断地质剖面。勘查效果取决于煤层与围岩电阻率差异大小。 3. 3石 油勘探 图 10 为瞬变电磁法在澳大利亚新南威尔~ gH境内勘探油田的实例。 测井资料表明该区含 油层埋深约 1040m , 顶 部为一高 阻层 和低阻表 层 。 上图为瞬变 电磁法视 电阻率与 时间的关 系曲 2 3 4 5 6 7 im 3 7 ● 6 4 2 O B O 5 ● 7 2 6 ∽ : : 维普资讯 期 静恩杰肆: 瞬变电磁法基本原理 线 , 图形标记为实测值 }方形记号是测井 资料 的计算值 , 二者能很好吻合 。 下方左 图为计算 的输 入模型, 右图为输出模型。可以看出, 三个不同电阻率的地质层在瞬变法电阻率曲线上均有明 显反映 , 其 油层顶部 界面 反映在瞬 变磁 场衰减时为 100 毫秒 区段 。 E 0 替 崮 照 。 观i鼻 I值 口 计算 值 一口0 LL n 一u 一0一 o ^* l o o 3 0n生 m 18 f l m , 、 s~F -+- * V I 咂0 _ 图 l 0澳大利亚某油田瞬变电磁法观测结果 ( H end erson 1986) 2 OO f 10 O 参考 文献 I G r a nt F . S . . and W e st , G . F .-l 9 65 , In ter pr e tati on th eor y in appl ir d g eophy sic s : M cG raw H ill +New Y ork . 2 J ing ⋯ E 1995 -M odelling electromagnetic res ponses of 3 一 D eart h structores : P h. D . thesis , U niversity of M e l bour ne . 3 N aBig hian 。 M . N . a nd M acn ae, J . C ., 199t , T ime dom ain elehtromag netie p rospect ing methods . in N ab ig hi a n . M 、 N ., E d., E l ec tonag netic m ethods in appl ied g eophy sics , vo1. 2 : I nve stig at i9 ne in G eophy si cs , S oc. E x pl 、 O e o phys .。 4 2 7 - -5 20 4 W ait , J . R . . 19511a , T ransient electroma etic p ropagat ion in a cond uc ting m ehium : G eo physic s , 1 6 。 2 1 3 - -2 21 . 5 W ea ver , J . T 、 、 1970 , T he general t heory of E M i~ ducti on in a c onducting half sp ace G e o phys . R oy . A ut r . S oe., 2 2 。 8 2 一 l O0 . 维普资讯


排列5

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

排列5