瞬变电磁测深曲线的解释方法

瞬变电磁测深法~

瞬变电磁法是电磁感应法的一个变种，20世纪60年代开始应用于油气勘探，在地震方法难以取得成效的地区，深部瞬变电磁法往往都能取得较好的效果。它比常用的大地电磁测深法具有更高的分辨能力、更高的生产效率和更强的抗干扰能力。
深部瞬变电磁法是通过电偶极子向地下供以脉冲电流，在其周围空间产生一次磁场。该磁场在地下导体中产生感应电流，断开供电回路的电流后，一次磁场迅速衰减，为了阻止这种衰减，地下介质中产生二次电磁场，即所谓瞬变电磁场。该瞬变电磁场，随着时间的延长，向下传播和向周围扩散。其传播速度、扩散方式和强度依赖于地下介质的电性结构特征。在断电后的早期衰减场中，高频成分占优势，其趋肤深度小，反映浅部地电断面信息；而在晚期衰减场中低频成分占优势，反映深部地电断面信息。在良导电体中，一次磁场可引起很大的涡旋电流，且衰减很慢，可延续几十毫秒到几秒，甚至几十秒。断电后，在地面观测该瞬变电磁场的传播过程，可获得一条瞬变电磁场曲线。对该曲线进行处理和反演，便可获得测点的地下介质电性分层、层厚和电阻率等参数。
这种方法不受高阻层屏蔽，勘探深度较大，一般在沉积盆地地区可达6km，在基岩出露地区可达12km，特别适合于面积性的区域普查和详查。因此，这种方法，不仅在石油和天然气的普查阶段，甚至在对局部构造进行精细探测时，也可发挥重要作用。

（一）瞬变电磁法的资料解释
TEM资料解释，就是根据工区的地质、地球物理特征分析TEM响应的时间特性和 空间分布特征，确定地质构造的空间分布特点，例如，覆盖层厚度变化，垂向岩性分层和 岩层的横向变化情况，断裂破碎带和其他感兴趣的局部地质构造目标的位置、形态、产 状、规模、埋深等。和其他物探方法一样，对资料的定性分析和解释是资料解释中最重要 和最基本的部分，定量解释一般都是在定性解释的基础上进行的。已有的一些简单实用的 定量计算方法都是根据简单地电条件导出的，因此，计算结果实际上只能认为是半定量 的，应用时应注意其局限性。
因TEM兼有剖面法和测深法两种性质，因此，大多数情况下，既要对整个工区或剖 面进行偏重于剖面法的资料解释，又要对一部分测点的TEM响应的时间特性作测深资料 解释。
TEM的测深解释与其他测深方法一样，在定性解释阶段，要分析曲线的畸变，制作 各种必要的定性图件，以求对测区（测线）的地电断面特征有一个定性的了解，并为定量 解释作好准备。其内容与其他测深法大同小异，这里不再重复。至于定量解释，也有量板 法、特征点法以及计算机自动拟合等方法。
TEM的剖面解释，重点就是要获得局部良导地质构造的产状和埋深等信息。首先要 进行异常的划分，得出局部异常后，再进行异常分类。然后结合测区地质和地形、地物情 况排除浅部干扰体（如金属管道等）异常和地质噪声，筛选出有意义的异常，根据异常的 空间和时间分布特点，确定异常体的形状、规模及埋深等。在可能的情况下，还应确定异 常体的电性参数。
（二）应用实例
目前，瞬变电磁法在矿产、工程、环境物探中的应用非常广泛，在桥址、路基、坝址、高层建筑地基勘查，地热和地下水资源探测，岩溶、滑坡、煤矿陷落柱、地下水污染 等灾害地质和环境地质调查中，TEM都发挥了重要作用。

图4-67 磨刀门大桥020N线瞬变电磁法综合剖面（据程志平，2007）（a）多道dBz/dt曲线；（b）推断地质剖面

1.磨刀门大桥桥址勘查
磨刀门大桥是广州珠海高速公路横跨珠江入海口磨刀门水道的大桥，水道宽约3km，初 选桥址的桥轴部位海水深几米到几十米。桥轴线东西两岸出露燕山期花岗岩，测区还零星出 露泥盆系地层。物探工作任务是查明待选桥址区的断层裂隙等地质构造的赋存状态。投入瞬 变电磁法，使用EM—37型瞬变电磁仪。浅水区采用中心回线装置，发射回线边长20m。发 射回线和接收回线固定在一个小木船上由机动船牵引。浅滩区采用框-回线装置。发射框布 置在岸上，尺寸为300m×700m，接收框在小船上。发射基频为25Hz和6.25Hz两组，每个 频率的采样道数均为20道，采样时间0.78～25.10ms，水上定位采用两台经纬仪作前方交 会定位。共布置平行于桥轴线的测线4条，平行河岸的测线6条。图4-67（a）所示为其中 初选桥轴线020N的dBz/dt多道剖面曲线（只绘出其中5～20道）。从图中可见，在1750～ 1917测点间有一个明显的晚期双峰异常，推断为断裂破碎带，根据峰值差异小可判断断裂 基本陡立，倾角约80°。根据对TEM剖面异常和部分测点ρτ曲线综合分析计算，绘出了推 断地质断面，如图4-67（b）所示。在1778号点设计验证钻孔，在深度49.5～57.0m之间为 断层破碎。该测线还布置了一些其他的验证孔，也与推断结果吻合较好。
根据该区TEM资料，查明初选桥址附近构造较发育，建议桥轴线向南或向北位移 200～400m。这一建议被公路设计部门采纳。

图4-68 云南会泽铅锌矿6号矿体上的TEM异常

2. 云南会泽铅锌矿深部找矿
1998年，云南会泽铅锌矿的第二轮找矿中，TEM法在深部找矿中取得了较好的效果。
该铅锌矿属层控改造型，含矿层位于下石炭系顶部的白云岩夹灰岩。围岩为泥盆系、 石炭系和二叠系，岩性以灰岩、白云质灰岩及白云岩为主，只在二叠系底部有一薄层细砂 岩与碳质页岩互层。已知矿体中的6号矿体金属储量为大型，顶部埋深约600m。深部找 矿的目的是在地质预测剖面上查证含矿层中是否存在相同类型的铅锌矿体。
矿体不具磁性，磁法无效。矿体密度虽然很大，但在地面上只能引起几十微伽（1μGal＝0.01g.u.）的重力异常，在复杂地形条件下，重力测量难以达到目的。矿体的 电阻率很低，只有几十欧姆·米，围岩电阻率在1000Ω·m以上，是唯一可以利用的物性 参数。但是，要求的探测深度大，常规电法难以奏效，TEM法成为首选的探测手段。TEM法采用重叠回线装置，边长200m，发射电流100A。地形倾角为30°左右，已知矿6 号矿体顶部埋深约600m，顶板垂直地面深度大于500m。图4-68所示为TEM法在6号 矿体上的测量成果。由图可见，在已知矿体（层状低阻体）上获得明显的水平板状体异 常，在对方没有提供地质资料的情况下，根据TEM资料推断的矿体深度及空间位置与6 号矿体基本吻合。
在已知剖面上取得成效的基础上，进行了地质预测剖面的测量，并发现了含矿层中的 层状低阻体异常，推断深度约400m。后经验证，该异常为矿体异常，这一实例说明TEM 法重叠回线装置可以探测埋深约为3倍回线边长的低阻体异常，其探测深度可以达到 600m以上。这一实例也表明了TEM法探测微弱异常的卓越能力。

（一）视纵向电导解释法

根据均匀大地表面的理论研究，瞬变电磁测深的等效深度为

地电场与电法勘探

在不均匀介质中该式为

地电场与电法勘探

比例系数α_τ依赖于地电断面参数和收⁃发距，用实验方法确定。

与频率测深方法相同，引入等效二层断面的概念。这时等效厚度和等效电阻率确定为

地电场与电法勘探

因此

地电场与电法勘探

对于远区场，356≤α_τ≤503，而对于近区场α_τ≤189。用与频率测深相同的方法可得视电阻率断面图或视纵向电导断面图。这时纵坐标可用

表示。

视纵向电导曲线直观地给出断面中赋存良导地层情况。由于随着时间推移瞬变电磁场向地层深处传播，所以当出现新的导电层时，在纵向电导曲线上便出现数值增加。我们在下面所述的“视纵向电导”指的是，在断电后的某一时刻，电磁场的有效分布范围内地电断面能被具有一定深度的均匀导电平面等效代替时，后者的纵向电导。由此可见，这样的等效导电平面和其纵向电导以及等效深度均随时间而改变。

下面讨论由野外实测值如何确定视纵向电导和等效深度的方法。以S—MN装置（根据互换原理也可用于AB—s装置中）为例说明这一方法的实质。由（2⁃4⁃66）式可确定到深度h对应的瞬变时间t的纵向电导S。在实测的E_φ（t）曲线上取微分：

地电场与电法勘探

式中K=3P_M/πr³，F（

）=

/（1+4

）^5/2。然后再取一个新的辅助函数：

地电场与电法勘探

事先计算函数值：

地电场与电法勘探

形成数表或列线图。借助于列线图或数表（见前页表2⁃4⁃4），根据实测曲线的φ_实（

）值确定

值，再由（2⁃4⁃66）式确定：

地电场与电法勘探

确定薄板参数的上述方法可适用于任一收⁃发距和时间。但须知，我们引入随时间增大而匀速“下沉”的等效导电平面，并用它代替均匀大地，从而求得均匀大地表面的瞬变场。如前所述，对于任意水平层状地电断面，仍然可以用此法求得瞬变场的近似解，但此时的等效平面随时间t增大而“下沉”的速度不再是常数，而是分别与各层介质的电导率有关。这样我们便可以在层状介质中引入视值，即

S_τ=S（t），h_τ=h（t）（2⁃4⁃77）

图2⁃4⁃65给出了ρ_τ（τ₁/h₁）和S_τ（τ₁/h₁）曲线的对比图。由图可看出，S_τ曲线达到渐近线的时间远早于ρ_τ曲线。这给野外工作带来很大方便。尤其在电源功率不够大的条件下开展工作时，这一优点更为突出。利用（2⁃4⁃76）式的关系可将（2⁃4⁃77）式变换为S_τ（h_τ）关系曲线，且由一系列测点上的S_τ（h_τ）曲线绘出其断面图。

图2⁃4⁃65 ρ_τ与S_τ曲线对比图

1—ρ_τ曲线；2—S_τ曲线。

地电场与电法勘探

根据理论分析和实际经验可对 S_τ（h_τ）曲线和断面图作如下认识。S_τ（h_τ）图接近由电测井资料建立起来的真S（h）曲线。如果围岩介质在电性上是均匀的，则 S_τ（h_τ）曲线为相对于 h轴以固定角度 α 倾斜的直线，故ctgα=h/S。可见，真纵向电导值随α角的增加而减少（见图2⁃4⁃66）。在层状介质中，S_τ（h_τ）曲线具有由不同电阻率分界面引起的一系列转折曲线。拐点纵坐标对应于这些层的上盘位置。利用倾角α或渐近线可确定每一层的纵向电导值。良导层的α值大，不太良导者α值小。对比相邻点相同α角或曲线形态，最后可追索同一地质界线。该断面实质上是时间断面，然而，若至少有一个钻井控制时，则可类似于地震勘探法，对比S（h）和S_τ（h_τ）曲线，将时间断面转换为深度断面或地电断面。

图2⁃4⁃66 S_τ（h_τ）断面图

（二）改进的阻尼最小二乘可行方向解释法

1.原理

改进的阻尼最小二乘法（简称LMF法）是我们所熟知的，为了尽量减少多解性影响，可引入可行方向算法。

瞬变电磁测深曲线拟合的最优化问题可以归结如下。

给定初值x^（0），修正量为Δx，修正后的参量为x^（1），则x^（1）=x^（0）+Δx。参量修正后，应使目标函数φ（x）为最小值，并设定优化应满足的约束条件，即

φ（x）=min（2⁃4⁃78）

地电场与电法勘探

其中，φ（x）为目标函数，x=（x₁……x_m）^T，

为x_i的下界，

为x_i的上界，i=1，……，m。根据阻尼最小二乘法的原理，可得法方程：

（A^TA+αI）Δx=A^TB（2⁃4⁃80）

式中，A为雅可比矩阵，I为单位阵，α为阻尼因子。由方程组（2⁃4⁃80）解出的x_i的值未必满足（2⁃4⁃79）式，为使优化参数满足约束条件，现引入可行方向法如下：

①对于可行域内的

，利用LMF法求出Δx_i。

②令

地电场与电法勘探

其中ε为给定小正数。

③令

地电场与电法勘探

这样求得的x_i必在可行域内，即满足（2⁃4⁃79）式。

将利用可行方向法求得的

值作为下次迭代新的初值，如此迭代运算，直到求出x_i，……，x_m的最佳值。

2.反演方法

（1）目标函数和法方程的建立。为了在不同的采样时间上，使瞬变电磁测深曲线有相近似的拟合程度，取晚期视电阻率的相对误差为目标函数。

地电场与电法勘探

其中，ρ_τ（i）为第i个采样道的ρ_τ实测值；ρ_τ（i，P）为用模型参数P计算的第i个采样道上的ρ_τ理论值；n 为总的采样道数；P 为理论模型参数 P=（ρ₁……ρ_m，h₁，……h_m-1）^T；m为地层层数；ρ_i和h_i分别为第i层的电阻率和厚度。经台劳展开，取

=0，得

（A^TA）·ΔP=A^TB（2⁃4⁃84）

其中A为雅可比矩阵

地电场与电法勘探

将（2⁃4⁃84）式的对角线项加上阻尼因子α，即形成LMF的法方程

（A^TA+αI）·ΔP=A^TB（2⁃4⁃85）

约束条件为

地电场与电法勘探

按前述方法，对（2⁃4⁃85）、（2⁃4⁃86）式求解，所得的极小可行解必在可行域内。

（2）雅可比矩阵元素的计算。对于瞬变电磁测深问题，晚期视电阻率的理论函数ρ_τ（i，P）的一阶偏导数虽然存在，但难以用公式直接给出，但可采用简单差商公式代替一阶偏导数

地电场与电法勘探

其中ρ_τ（i，P）是给定一组P₁，…，P_2m-1求出的晚期视电阻率理论值，ρ_τ（i，P′）为给定一组P_j，…P_j+δP_j，…，P_2m-1求出的晚期视电阻率理论值，δP_j为适当选取的差分步长。根据数值计算的实验结果，取δP_j=（0.01～0.001）P_j比较合适。

（3）反演算例。设计模型为水平地层KH型四层断面。表2⁃4⁃5给出了该模型的真实参数、约束条件和反演结果，其中第二层和第三层具有S等值性，第二层和第三层的总的纵向电导为

S₂+S₃=80/200+10/200=0.45，而反演结果 S₂+S₃=73.9/183.6+12.3/266.5=0.45。反演结果说明了方法的有效性。

表2-4-5 KH型四层断面的反演数据表

除上述反演解释方法外，还有一种根据“烟圈”理论提出的解释方法见文献（方文藻等，1993）。

关于二维、三维地电体的瞬变电磁测深反演方法，虽已取得一些初步成果，但目前仍处于试验研究阶段。

---

刚察县13527065981： 瞬间变电磁法得原理及应用 - ？
孔凡板蓝： 摘要:瞬变电磁法是地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一,它基于电性差异,主要用于寻找低阻目标物,研究浅成至中深层地电结构.具有较高的抗干扰能力和分辨率. 关键词:瞬变电磁;装置;回线;野外工作技术1原理及优点 ...

刚察县13527065981： 一瞬间喜欢你用什么应用观看? - ？
孔凡板蓝： 一见钟情,所以说缘分真的很奇妙,来了挡都挡不住

刚察县13527065981： 瞬变电磁法的应用 - ？
孔凡板蓝： 瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流,产生一个瞬变的电磁场,该磁场垂直发射线圈向两个方向传播,通常是在地面布设发射线圈,依据半空间的传播原理,把地面以上的忽略.当磁场沿地表向深部传播,当遇到不同介质...

刚察县13527065981： 瞬变电磁法的曲线类型与直流电法中的曲线类型的物理意义一样吗？
孔凡板蓝： 从数据表达的曲线类型来看,其物理意义基本相同. 瞬变电磁仪的测点-电压曲线:X表示测点,Y表示该测点不同中心时间的采样电压值. 直流电法的测点-电压曲线:X也是表示测点,Y表示测点不同时间的采样电压值. 如果是剖面图就都一样了,X表示测点,Y表示深度,颜色表示视电阻率值

刚察县13527065981： 电磁场从频率域转换到时间域的几种算法比较 - ？
孔凡板蓝： 分享到: 收藏推荐 昌彦君,张桂青(中国地质大学,武汉)摘要研究了电磁场从频率域向时间域转换的三种具体算法,即余弦变换多项式近似法.G-S法和数值线性滤波法;用这三种变换法对电偶源电场的瞬变响应E_(x2)(t)进行了计算;将计算...

刚察县13527065981： 标准加入法原理及应用 - ？
孔凡板蓝： 先得到标准曲线 然后用插入法测定未知样品含量

刚察县13527065981： 瞬变电磁测深法有哪几种装置形式 - ？
孔凡板蓝： 瞬变电磁法,是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引起的二次感应涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法.其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次电磁场,并在地下导电岩矿体中产生感应电流:断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减.

刚察县13527065981： 瞬变电磁法的介绍 - ？
孔凡板蓝： 瞬变电磁法,是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引起的二次感应涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法.其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次电磁场,并在地下导电岩矿体中产生感应电流:断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减.

刚察县13527065981： 瞬变电磁法与大地电磁测深的区别?？
孔凡板蓝： 两种方法,TEM是主动源,MT为被动源.至于在固体矿勘查中的效果,看怎么说,如果是圈定岩体空间分布,灰岩(大理岩)与岩体的接触带以及构造等等,MT和TEM应该差不太多;如果是找低阻,那么TEM的效果就显现出来了,而且异常细节要比MT的要好.另外一个问题一般来讲,MT的深度要大于TEM.个人建议,地形好的位置,方便TEM布设线框的话,还是进行TEM测量,如果地形比较差,植被茂密,可以考虑MT或者AMT,目前很多人对AMT情有独钟,但是没有看到好的实例...

刚察县13527065981： 电阻率测深法中的G D曲线是什么意思 G D H A是什么缩写 - ？
孔凡板蓝： 那是电测深曲线类型: 二层地点断面,上为P1、下位P2 G型:基岩为高阻,P1D型:基岩为低阻,P1>P2 三层地点断面,上为P1、中为P2、下位P3 H型:中间低阻层,P1>P2 A型:电阻率递增,P1 至于英语我就不知道了,只能解决这么多.