CN105842740A - 固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，包括以下步骤：（1）选定测量点；（2）采用发射接收重叠组合线框可旋转的瞬变电磁探测设备采集测量点地下目标体各个旋转角度的瞬变电磁数据；（3）将采集的瞬变电磁数据输入计算机进行数据分析和处理，获取地下目标体地质信息。本发明方法能有效克服地形地貌条件苛刻区域无法开展电法剖面（扫面）测量的问题，仅需要选择数个可观测点进行勘测，便可达到对整条剖面和区域的测量，在拓宽勘查范围、消灭勘查盲区的同时，大大提高了工作效率。

Description

固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，适用于无法开展电法剖面（扫面）测量的地形地貌条件苛刻的区域进行勘探工作。

背景技术

瞬变电磁测深法( Transient elect romagneticmet hod，简称TEM)是电磁法勘探中应用较广的一种，是近年来在工程地质勘察中普遍应用的时间域电磁探测方法，它是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励，在大地产生过渡过程场，断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场，测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性，从测量得到的异常信号中分析出地下不均匀体的导电性能和位置，从而推断矿体、工程基础、地下水、地质灾害、工程病态等地下目标体的分布性态。该技术具有灵敏度高、分辨率强、探测深度大、灵活多变适应性强以及轻便、快速、廉价诸多优点，近年来发展十分迅猛，应用前景十分广阔。目前，瞬变电磁法已经成为地球物理探测领域内的重要方法之一，已广泛应用于水利、交通、城建、环保、考古等部门，成功地解决了大量实际问题。

中国专利（CN102508308B）公开了一种隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法，，包括以下步骤：1) 在隧道掌子面布置瞬变电磁发射天线；2) 连接瞬变电磁设备；3) 对隧道内预先设定的测点采集垂直分量；4) 移动发射天线，重复第3) 步直到完成整条测线的数据采集；5) 将数据传输到计算机进行处理，计算二维视电阻率深度；6) 将第5) 步得到的视电阻率深度数据按照测点空间位置布置形成离散三维视电阻率数据体；7) 将第6) 步的离散数据体进行三维空间插值形成三维插值视电阻率图。由该图即可确定隧道中含水构造的形态和空间分布。该方法通过三维插值视电阻率图和切片图，分析得到了隧道含水构造的空间展布规律，并能够对观察含水构造进行多方位多角度的观察。

中国专利（CN103472487A）公开了一种瞬变电磁多分量超前探测方法与装置。包括三个探测线框，每个探测线框呈一定角度交叉布置，不同角度布置的探测线框用于采集三个方向的瞬变电磁数据。本发明采用多通道瞬变电磁仪，将发射和接收线框按中心回线装置布设三个分量，实现巷道掘进工作面超前探测的三分量数据采集。一次探测可获得多组测试电性参数剖面，便于对探测空间多方向岩煤层地质条件进行解释与分析，提高瞬变电磁法探测低电阻率异常区的空间定位能力，为巷道掘进安全提供更为有效的技术参数。

但以上方法均需要沿测线方向布设大范围的激发线框，勘测时，完成一个测量点数据采集后再按0.2-0.5m间距移动测点距离，进行下一点数据采集，直至完成对整个测试断面的数据采集，当在地形地貌条件苛刻的区域（如岩溶峰丛地区）进行探矿时，受地形制约，激发线框难以有效布设，致使电法剖面（扫面）测量工作无法开展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，该方法能有效克服地形地貌条件苛刻区域无法开展电法剖面（扫面）测量的问题，仅需要选择数个可观测点进行勘测，便可达到对整条剖面和区域的测量，在拓宽勘查范围、消灭勘查盲区的同时，大大提高了工作效率。

具体的，本发明所述固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，包括以下步骤：

（1）选定测量点；

（2）采用发射接收重叠组合线框可旋转的瞬变电磁探测设备采集测量点地下目标体各个旋转角度的瞬变电磁数据；

（3）将采集的瞬变电磁数据输入计算机进行数据分析和处理，获取地下目标体地质信息。

地面瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在地面布设的接地线源或不接地发射线圈中加入脉冲电流，产生一个瞬变的激励磁场V1，该磁场垂直发射线圈向空间和地下两个方向传播，依据上半空间介质均匀，电导为0，磁场不发生变化的特征，忽略地面以上磁场，仅考查其向地下的传播。当磁场向地下深部传播时，在遇到不同介质，会产生符合法拉第电磁感应的涡流场；当外加瞬变磁场消失后，这些涡流场开始的释放，此时，利用接收线圈便可测量到包含了地下介质电性特征的感应电动势V2。通过对归一化V2 或视电阻率旳反演便可以得到地下岩层的电性结构，达到找矿目的。

本发明方法是基于地形地貌条件苛刻的探矿工作区域无法开展电法剖面（扫面）测量而设计的，其核心是利用可变化角度的发射接收重叠组合线框，分角度对矿体进行激发和测量，消灭勘查盲区，获取矿体深部信息而达到勘查目的。在一条探测剖面中，仅需要数个观测点即可达到对整条剖面的调查，克服了垂直观测工作地点无法攀爬的弊端，同时提高了整条剖面的工作效率，并可以推广到无障碍到达地区的瞬变电磁法工作中，属于瞬变电磁法工作方案创新。

不接地瞬变电磁法通常分为分离回线、中心回线和重叠回线3 类，以重叠回线得到的信息最为完整。该方法为同点组合观测，属纯异常法，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，对低阻体反应敏感，能自动消除主要噪声，具有提高探测深度、无地形影响、形态简单、分辨能力强、工作效率高等特点。

作为上述方法的进一步说明，所述旋转角度为发射接收重叠组合线框旋转后与测量点地形线构成的角度，角度范围≤35度。

针对地形影响，为保障探测信号的畸变值足够小，半空间解释结果良好，按烟圈扩散效应考虑，野外工作发射接收重叠组合线框旋转角度的范围，必须保证激励磁场产生的烟圈范围处于地下半空间中，否则需进行全空间场的定量计算。经研究确定，发射接收重叠组合线框旋转的角度范围≤35度为佳。

作为上述方法的进一步说明，在一条探测剖面中，仅需要数个测量点（数量≤10）即可达到对整条剖面的调查。

作为上述方法的进一步说明，所述瞬变电磁探测设备包括重叠组合的发射线框和接收线框、用于放置发射接收重叠组合线框的固定支架、大功率超强源电磁发射仪。

所述发射线框的线圈为1～2匝，边长为1.5～3.5m。

所述接收线框的线圈为4～12匝，边长为1.5～3.5m。

所述固定支架可旋转可折叠，边长为1.5～3.5m。

所述大功率超强源电磁发射仪的供电电流达1600～2200A。

由于受地形限制，本发明方法所采用的瞬变电磁探测设备为轻便型。采用可旋转可折叠的小型固定支架可便于携带和安装，带动镶嵌在其身上的发射接收重叠组合线框旋转。为解决小型线框的深部探测信号问题，探测工作中选择采用具有电池压缩技术的大功率超强源电池发射仪和多匝接收线圈，供电电流高达1600～2200A，以增强激励磁场磁矩和解决二次场信号观测的微弱问题。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：该方法为同点组合观测，属纯异常法，当激发与观测角度对应控制目标体有效面积最大时，激励二次场产生最佳（低阻）或最弱（高阻）耦合，获得明显的响应异常，从而区别于其他角度的观测，通过定量计算便可获得对目标体空间位置的确定；具有和瞬变电磁法同点回线装置一致的优点，探测深度大，可不同角度的旋转获取不同方位的地下1000m以上的地质信息，且对低阻体反应灵敏度高，可自动消除主要噪声，还可应用于正常探测和坑道内的超前预测；无地形影响，形态简单，分辨能力强、工作效率高。

附图说明

附图1是本发明固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法的工作原理示意图。

附图2是本发明垂直观测异常与通过旋转照射获取目标体最佳耦合异常的比对示意图。

图中：1-发射接收重叠组合线框；2-发射接收重叠组合线框旋转角度；3-激励磁场及方向；4-地表；5-目标体有效面积；6-目标体；7-目标体最佳耦合旋转角度。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，本实施例仅是对本发明作更清楚的说明，而不是对本发明的限制。

工作概况：广西某矿田以岩溶地貌为主，矿床所在矿区为岩溶峰丛区，地形切割大，坡角常常大于45度，植被覆盖率高，所发育的山体与沟壑基本与矿带走向平行，地面仅有部分冲沟可投入工作，探测地段稀少，并且无法穿越矿带，难以形成对整个矿带的有效控制，达不到资源勘查的目的。针对该地貌，申请人创新提出了不接地大功率固定点多角度照射的瞬变电磁法探测工作方案，发现了隐伏矿体。

由于受地形限制，选用大功率轻便型的EMRS-3 型TEM探测仪，采用3m×3m可旋转可折叠的小型固定支架，用于放置重叠回线的发射线框和接收线框。为增强激励磁场磁矩和解决二次场观测信号微弱及小线圈勘探深度小的问题，对整个TEM测量系统的供电部分和接收测量部分的技术指标进行严格限定。

供电部分技术指标：最大供电电流：2200A 连续可调；供电脉宽时间：4ms或8ms可选；脉冲前延时间：小于2μs；脉冲后延时间：小于2μs；供电次数：1、4、8、16、32 可选；供电线圈：单匝，3m×3m。

接收测量部分技术指标：测量增益：16384 倍；主机带宽：0-20KHz；叠加次数：1、4、8、16、32 可选；观测电压分辨率：0.1μV；采样延时：32ms；抗扰能力：大于60db；采样程序：分22 道，采样间隔80μs；接收线圈：6 匝，3m×3m。

为保证设计方案具有足够的探测深度，使用误差理论中拉格布斯可靠异常的原则，按规范要求的三倍均方相对误差为异常下限，使用该设备工作参数，进行了一维正演数字模拟，对下层为低阻的两层电性模型的计算结果表明，该探测方案的仪器探测能力超过1000m，满足探测需要。

如图1所示，选定测量点后，开始探测工作。先连接好各工作设备，搭建发射接收重叠组合线框，镶嵌于特制可旋转的小型固定支架上，按扩散烟圈边界在800m的探测范围内，始终保持在地下半空间的条件计算发射接收重叠组合线框旋转角度为≤35度，依照5度的旋转量进行感应二次场数据采集，获取地下矿体一定角度连贯的瞬变电磁数据。探测过程中，为减弱和避免地面不均体的影响，需保持各次观测线框边悬空或与地面同一地点的介质接触。数据采集过程中，按《时间域地面瞬变电磁法技术规程》、《地面充电法技术规程》和《时间域激发极化法技术规程》执行，并现场绘制V/I 响应曲线，只有曲线没有过阻尼或欠阻尼时，才保存记录，否则重测，重测的时间间隔大于2 分钟。

如图2所示，当组合线框旋转至某个角度得到最佳耦合异常时，可通过多点连线简单获取目标体空间分布状况。

采用上述方法对多个测量点进行探测，然后将观测数据输入计算机，由数据分析软件对各测点的有效测道进行编辑，形成各测道归一化电压，使用一维模型对归一化数据进行反演计算，即可获取矿体空间位置及规模。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选定测量点；

（2）采用发射接收重叠组合线框可旋转的瞬变电磁探测设备采集测量点地下目标体各个旋转角度的瞬变电磁数据；

（3）将采集的瞬变电磁数据输入计算机进行数据分析和处理，获取地下目标体地质信息。

2.根据权利要求1所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述旋转角度为发射接收重叠组合线框旋转后与测量点地形线构成的角度，角度范围≤35度。

3.根据权利要求1或2任一所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述测量点数量≤10。

4.根据权利要求3所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述瞬变电磁探测设备包括重叠组合的发射线框和接收线框、用于放置发射接收重叠组合线框的固定支架、大功率超强源电磁发射仪。

5.根据权利要求4所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述发射线框的线圈为1～2匝，边长为1.5～3.5m。

6.根据权利要求4所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述接收线框的线圈为4～12匝，边长为1.5～3.5m。

7.根据权利要求4所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述固定支架可旋转可折叠，边长为1.5～3.5m。

8.根据权利要求4所述的固定点旋转照射大功率瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述大功率超强源电磁发射仪的供电电流达1600～2200A。