瞬變電磁儀

1. 系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)傳輸由微震傳感器、微震數(shù)據(jù)采集分站、設(shè)備供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。電法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電極、采集主機(jī)、采集基站、設(shè)備供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。 （a）設(shè)備供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)端采用蓄電池及 220V 市電進(jìn)行供電；地面數(shù)據(jù)處理服務(wù)器采用遠(yuǎn)端 220V 市電進(jìn)行供電。（b）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)利用礦井局域網(wǎng)將采集分站與遠(yuǎn)端監(jiān)控端（地面數(shù)據(jù)采集服務(wù)器） 連接， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程查看和控制。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)......

一、 簡(jiǎn)介

瞬變電磁法或稱(chēng)時(shí)間域電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡(jiǎn)稱(chēng)TEM），利用不接地回線（線圈）向被測(cè)地質(zhì)體發(fā)射脈沖式電場(chǎng)作為場(chǎng)源（一次場(chǎng)），以激勵(lì)被測(cè)地質(zhì)體產(chǎn)生二次場(chǎng)，在發(fā)射脈沖的間隙利用接收回線（線圈）接收二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的響應(yīng)。從接收的二次場(chǎng)數(shù)據(jù)中分析出地質(zhì)體異常導(dǎo)電體的位置，從而達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的目的。

二、 工作原理

瞬變電磁法物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理，據(jù)此理論，在電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率均勻的地質(zhì)體上，敷設(shè)輸入階躍電流的回線，當(dāng)發(fā)送回線中電流突然斷開(kāi)時(shí)，在下半空間就要被激勵(lì)起感應(yīng)渦流場(chǎng)以維持在斷開(kāi)電流前存在的磁場(chǎng)，此瞬間的電流集中在回線附近的地質(zhì)體表面，并按指數(shù)規(guī)律衰減。隨后，面電流開(kāi)始擴(kuò)散到地質(zhì)體下半空間中，在切斷電流后的任意晚期時(shí)間里，感應(yīng)渦流呈多個(gè)層殼的環(huán)帶狀，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，渦流場(chǎng)將向下及向外擴(kuò)散。感應(yīng)渦流場(chǎng)在地質(zhì)體表面引起的磁場(chǎng)為整個(gè)“環(huán)帶"各個(gè)渦流層的總效應(yīng)，這種效應(yīng)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的電流環(huán)等效，表現(xiàn)為一系列與發(fā)送線圈同形狀并且向下向外擴(kuò)散的電流環(huán)，通常稱(chēng)之為“煙圈"。

在發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，觀測(cè)由地質(zhì)體受激勵(lì)引起的渦流產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的感應(yīng)二次場(chǎng)的強(qiáng)度。

地質(zhì)體介質(zhì)被激勵(lì)所感應(yīng)的二次渦流場(chǎng)的強(qiáng)弱決定于地質(zhì)體介質(zhì)所耦合的一次脈沖磁場(chǎng)磁力線的多少，即二次場(chǎng)的大小與地下介質(zhì)的電性有關(guān)：

（1）低阻地質(zhì)體感應(yīng)二次場(chǎng)衰減速度緩慢，二次場(chǎng)電壓較大；

（2）高阻地質(zhì)體感應(yīng)二次場(chǎng)衰減速度較快，二次場(chǎng)電壓較小。

根據(jù)二次場(chǎng)衰減曲線的特征，就可以判斷被測(cè)地質(zhì)體的電性、性質(zhì)、規(guī)模和產(chǎn)狀等，由于瞬變電磁儀接收的信號(hào)是二次渦流場(chǎng)的電動(dòng)勢(shì)（即二次電位），因此，瞬變電磁作為一種時(shí)間域的人工源地球物理電磁感應(yīng)探測(cè)方法，是根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造本身存在的物性差異來(lái)間接判斷相關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象的一種有效的地質(zhì)勘探手段。

任一時(shí)刻地下渦旋電流在地表產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以等效為一個(gè)水平環(huán)狀線電流的磁場(chǎng)。在發(fā)射電流剛關(guān)斷時(shí)，該環(huán)狀線電流緊接發(fā)射回線，與發(fā)射回線具有相同的形狀。隨著時(shí)間的推移，該電流環(huán)向下、向外擴(kuò)散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。附圖示意了發(fā)射電流關(guān)斷后不同時(shí)刻地下等效電流環(huán)的分布。從圖中可以看到，等效電流環(huán)很像從發(fā)射回線中“吹"出的一系列“煙圈" 。

    從煙圈效應(yīng)的觀點(diǎn)看，早期瞬變電磁場(chǎng)是由近地表的感應(yīng)電流產(chǎn)生的，反應(yīng)淺部電性分布，晚期瞬變電磁場(chǎng)是由深部的感應(yīng)電磁場(chǎng)產(chǎn)生的，反映深部的電性分布。因此，觀測(cè)和研究大地瞬變電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，可以探測(cè)大地電位的垂向變化，這便是瞬變電磁測(cè)深的原理。

三、 技術(shù)特點(diǎn)

1.礦井瞬變電磁法由于受儀器煤安條件限制、施工環(huán)境限制、測(cè)量線圈大小限制等諸多因素，其勘探深度不如地面深，一般深度小于100 m左右，

2.井下為全空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來(lái)自于回線平面上下(或前后)地層，井下的支護(hù)、軌道等鐵構(gòu)件屬于良導(dǎo)體，這對(duì)確定異常體的位置帶來(lái)困難。

3.由于井下測(cè)量環(huán)境不同于地面，不可能采用地表測(cè)量時(shí)的大線圈(地面線圈邊長(zhǎng)都大于50 m)、大電流裝置，只能采用邊長(zhǎng)小于3 m的多匝小線框，因此數(shù)據(jù)采集勞動(dòng)強(qiáng)度小，測(cè)量設(shè)備輕便，工作效率高、成本低。

4.由于采用小線圈測(cè)量，點(diǎn)距更密(一般為2 -3 m)，降低了體積效應(yīng)的影響，提高了勘探分辨率，特別是橫向分辨率

5.由于是小電流、小線圈，就造成一次場(chǎng)強(qiáng)小，所得到的二次感應(yīng)場(chǎng)也小，二次場(chǎng)容易被人文電磁場(chǎng)噪聲干擾、甚至淹沒(méi)。

6.井下測(cè)量裝置排除天電干擾，提高了測(cè)量信號(hào)的信噪比。

可以將線圈置于巷道底板測(cè)量，探測(cè)巷道底板下一定深度內(nèi)含水異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律

7.可以將線圈直立于巷道內(nèi)，當(dāng)線圈面平行巷道掘進(jìn)前方，可進(jìn)行超前探測(cè);當(dāng)線圈面平行于巷道側(cè)面煤層，可探測(cè)工作面內(nèi)和頂、底板一定范圍內(nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律

8.由于瞬變電磁法關(guān)斷時(shí)間、一次場(chǎng)干擾等因素的影響，與其它物探方法相比，無(wú)法探測(cè)到更淺部的異常體(淺部2-10 m左右）