瞬变电磁法应用

瞬变电磁法起源于上世纪50年代,最初在前苏联、加拿大、美国等西方国家发展起来,我国至70年代才开始初步的研究。按其工作空间不同可分为:地面瞬变电磁法、地下瞬变电磁法、航空瞬变电磁法及海洋瞬变电磁法。(由于前两种现今应用较成熟,重点介绍后面两种)

1.地面瞬变电磁法

地面瞬变电磁法是发展最久、应用最广泛的瞬变电磁法,国内发展现状也较好。一般用于:
1)探测金属矿产
2)浅层油气构造填图
3)划分地层结构与隐伏构造
4)探测埋地管道
5)地下水位、污染调查
6)考古发掘
7)道路、桥梁选址等

2.地下瞬变电磁法

地下瞬变电磁法也称矿井、地井、井下瞬变电磁法,主要应用于煤矿等地下资源开采现场的超前探测。地下瞬变电磁法是全空间的瞬变响应,来自于回线平面上下(或左右)底层。受坑道空间条件限制,瞬变电磁超前探测主要采用2m×2m的多匝小线框同心回线布置方式,迎头数据采集简单。目前常用的观测系统有U型和扇形两种形式,也可为两者相结合的方式进行数据采集。地下超前探测范围一般为掘进工作面前方较大一个球面,通过将线圈转动不同角度探测顶板、顺层至底板方向的地质,通过视电阻率换算可进行初步预判:若出现低阻异常则有可能是地下水层,若出现高阻异常则有可能是地下采空区或溶洞等。

3.航空瞬变电磁法

我国幅员辽阔,地质勘探工作量大,需要利用一种快速探测的方法进行地质普查;而我国地形地质多变,西部多高原、戈壁,中部多山、密林,一般的勘探设备难以进入或快速探测。航空卡瞬变电磁探测具有快速、大面积、低成本等特点,在基础地质调查、矿产勘查和水工环(水文、工程、环境)调查等领域得到广泛应用。

按系统载体的角度,可分为固定翼航空瞬变电磁系统和直升机瞬变电磁系统。1948年,第一套固定翼航空频率域系统问世;1955年,第一套直升机航空频率域系统问世;1965年,第一套固定翼航空瞬变电磁系统“INPUT”问世。虽然航空频率域电磁系统出现时间比航空瞬变电磁系统早,但由于后者在勘探深度、应用范围及数据采集和资料解释等方面的优势,其发展速度远胜于前者。

我国的航空电磁从上世纪五十年代末开始研究,最初是地质部门去苏联学习接地长导线半航空电磁系统,但在1963年半途中止。后来几十年一直停滞不前,发展极为缓慢。到了2000年以后,国家重新重视这方面的研究,启动了许多航空瞬变电磁项目。

1) 固定翼航空瞬变电磁系统

最早的方法是将发射装置放于飞机前端,接收装置放于机身尾部,到了后来进行了改进,将飞机机身四周缠绕上多匝巨大发射线圈,利用飞机自身发动机的强大功率提供发射电流,具有非常大发射磁矩的固定翼航空瞬变电磁探测系统能在短时间内实现大面积快速勘探。

但是由于固定翼飞机飞行高度较大,飞行速度快,勘测精度与系统的空间分辨率较低,且难以在地形起伏较大的地区作业。

2) 直升机航空瞬变电磁系统

最早的直升机航空电磁系统从上世纪70年代开始研制,那时还停留在频率域电磁时代,到了上世纪90年代后,美国、加拿大、澳大利亚等国开始加强了对直升机航空瞬变电磁系统的研究,近十年来得到迅速发展。

与固定翼航空瞬变电磁系统相比,虽然直升机航空瞬变电磁系统的运行成本要高,探测深度也比前者弱,但其操作灵活、在横向分辨能力更好,能在高海拔地区进行勘测。对于小规模探测,直升机瞬变电磁系统更加经济、高效。

4.海洋瞬变电磁法

海洋占地球表面积的71%,蕴藏着大量的矿产油气等资源,在陆地资源越来越匮乏的形势下,探索海洋变得极其紧迫,研究海洋勘测的方法意义重大。为了满足海底探测的需要,人们提出了许多探测方法,瞬变电磁法是其中之一。

上世纪20年代,法国科学家Schlumberger兄弟首次开展了电磁法水上电阻率的测量,到了60-70年代,人们对海洋电磁法的研究开始起步。至80年代初,海洋瞬变电磁法已得到较快发展,但当时主要应用于国防和军事目的。我国的海洋瞬变电磁技术薄弱,开始于90年代后期,直至现在仍处于理论及实验探索阶段。

海洋电磁探测是利用海水中电场或磁场与海底电导率之间的关系来获取海底介质信息的,海底电导率与海底介质组成和分布特点有关,可用于研究海底地质构造、工程环境和油气储层等。其基本原理是,在海底表面发射电磁场,电磁场在海水和海底介质中传播,并感生二次场,二次场的大小与介质的电导率密切相关。通过测量海底表面某一点的总场,便可获得海底介质的电导率信息。总场与介质电导率的具体关系由海洋地电模型和发射接收装置类型决定。通过相应数学模型,可以由测量的总场反演出海底介质的电导率。

海洋瞬变电磁系统由发射机、接收机、天线装置等部分组成。海洋瞬变电磁系统有两种探测模式:一种是在海底放置很多固定接收装置,海面上的测量船拖着发射装置移动;另一种是测量船拖着发射及接受装置一起在海底运动。与陆地瞬变电磁探测系统不同,由于高导海水的存在,若在海面放置发射装置,因海水的电磁屏蔽效应会导致到达海底的发射信号幅值很小,甚至无法正常接收。系统的工作环境在海底这个特殊环境中,仪器与天线浸泡在海水中,而操作人员在海面船只上控制,运动的海水会与地球摩擦产生电磁干扰,海底复杂的环境也不利于系统平稳较好地采集数据,通信模块、密封抗压、配重等都是需要克服的难点。

青春悄然而逝,我,一路向前...

| ^_^ 本站因你的评论更精彩!

发表评论