瞬变电磁剖面法

瞬变场与谐变场一样，场源也分接地式和感应式两种，统称为发射装置。当发射装置 中的电流突然阶跃下降为零时，在其周围产生急剧变化的电磁场。它是形成地中涡流的激 发源。该场以两种途径传播到地下介质中。第一种途径是以光速C的电磁波，从空气中 直接传播到地表各点，并将部分能量传入地下，在离场源足够远的地表面上形成垂直向下 传播的不均匀平面波；第二种途径是电磁能量直接从场源所在地传播到地下，它在地中激 发的涡流，似“烟圈”那样随时间之推移逐步扩散到大地深处（图4-62）。

图4-62“烟圈”的立体图形

在场的传播初期，第一种途径的场是瞬间建立的，而第二种由于在传播中受到大地阻 抗作用，建立的时间相对较迟，故这期间两种传播方式的场在时间上是分开的。随后，这 两种场互相叠加在一起。再后来，第一种传播方式的场衰减至可忽略不计，这时地中的二 次场主要由第二种传播方式的场激发感生。
实际测量中，瞬变电磁法可分为剖面法和测深法。在勘探深度为几十米范围的应用 中，一般主要利用磁场的剖面信息，而很难利用其深度方面的信息，这时，一般将瞬变电 磁法作为剖面法对待；在勘探深度达数百米范围的应用中，不仅能利用磁场的剖面信息，还可以利用磁场深度方面的信息，这时，一般将瞬变电磁法视为测深法。
原则上频率域电磁法使用的场源在瞬变电磁法中均可以使用，但目前瞬变电磁法使用 较多的还是不接地回线场源，在理论研究中，可大致将其作为垂直磁偶极子对待。瞬变电 磁法可以使用方波、半正弦波、三角波等不同形式的脉冲，但目前地面瞬变电磁法使用较 多的是方波脉冲，并主要观测其关断后的瞬变电磁场。

（一）瞬变电磁法的野外工作方法与技术
由于探测对象不同,测区、测网、工作装置、仪器设备、野外施工等都有所差别。下面主要阐述工作技术中的几个主要问题。
1.近区磁源瞬变电磁法的野外工作中的几个技术问题
（1）工作装置选择
工作装置的选择应根据勘探目的、施工条件和各种装置的特点等因素综合考虑决定。如果探测目标深度在100m以内,要求达到较高的分辨率,围岩电性较好（易产生集流效应）时,同点装置是首选对象。如果要求进行较大深度的探测,或测区崎岖或有河谷等其他障碍使得铺设动源回线困难时,则应选择大回线定源装置。
（2）回线大小的选择
增大发射回线和接收回线边长,将会增强信号强度,并延长有效信号的持续时间,从而有利于加大探测深度。但二者的增大使野外工作难度增加,同时使测量结果受影响的范围扩大,从而降低了横向分辨率。此外,增大接收回线边长时,不仅增大了有效信号强度,也使干扰信号强度增大。因而,在保证预定勘探深度的情况下,一般都应选择尽可能小的回线边长。模拟实验结果和野外实例表明：同点装置可以有把握地探测到线性尺寸相当于回线边长、埋深为2倍回线边长的良导体。因此,采用同点装置时,应取回线边长等于或略大于0.5倍探测深度。采用框-回线装置时,大定源发送回线边长可等于或略大于拟探测深度。
（3）野外数据采集中的几个技术问题
回线布置
供电回线要采用电阻小、绝缘性能好的导线,一般要求每千米电阻小于6Ω,以便在有限的电源电压下可输出足够大的电流。电线要按测地布设的点位铺设,若线架上剩有残余导线,应将其呈之字形铺于地面,以免电线缠绕产生强烈的感应信号。一切紧挨回线的金属物体都会产生强烈的干扰信号,高压电力线的强干扰信号甚至可能损害测量电路。因此,回线布设应避开所有金属物体,远离高压电力线。
观测时间范围和叠加次数的选择
编写一个测区的工作设计时,往往需要根据所需探测深度和测区电阻率变化范围确定记录时间范围。从“烟圈”电流的扩散深度公式

电法勘探技术

可推知TEM的探测深度正比于 。若假定探测深度相当于烟圈电流深度的一半,则可用

电法勘探技术


电法勘探技术

确定观测时间范围。上两式中tmin和tmax分别为最小延时和最大延时；hmin和hmax分别为要求的最小和最大探测深度；ρmin和ρmax为测区岩层的最低和最高电阻率。
一般说来,在实际工作中希望在尽可能宽的时间范围内记录到有用信号。但由于测量回路本身存在一定的过渡过程,观测的最小延迟时间不能太早。而测区干扰电磁场以及仪器噪声电平的存在又限制了观测的最大延迟时间。记录时间范围过宽,实际上晚期道的观测质量已不能保证。在一个测区工作前最好先做点试验工作。如果最后几道读数为噪声电平,说明有用信号都已记录下来了；如果最后几道读数超过噪声电平,就应增大观测时间范围。当然,选定了观测时间范围后,在实际观测中遇到衰减很慢的异常,应即时延长时间范围重复观测,使有用信号能被完整记录下来。
为了压制测区的干扰电磁信号,提高观测资料的信噪比,现代的瞬变电磁仪大都采用了“累加平均”取数的技术。增加叠加次数可以降低记录数据中干扰噪声的水平,然而,增加叠加次数将增加观测时间,降低观测速度。叠加次数的选取应兼顾数据质量和观测速度。所选取的最小叠加次数应使高于仪器噪声电平的有用信号能以足够大的信噪比被记录下来。
发射和测量信号波形与供电电流强度的确定
发射和测量信号波形-现在使用的仪器的发射电流全部为占空比1：1的正负相间的矩形波,如图3-45上面的波形（发射电流和一次场波形）,图3-45中间的波形（感应电动势）为发射磁场在接收回线中产生的感应电动势波形这并不是需要观测的信号,需要观测的是地下感应涡流产生的二次场信号,也就是图3-45下面的信号（二次磁场波形）。

图3-45 瞬变电磁法发射和接收波形示意图

供电电流强度的确定-可根据所用装置及最大延时观测信号达到最低可分辨信号水平计算出供电电流强度。例如,对于重叠回线装置,有

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式中：I为供电电流强度；ρmax为测区预计最大视电阻率；tmax为对应于最大探测深度所要求的最大延时；Vmin为对最低可分辨电压；L为回线边长。
噪声电平的测量
工区的噪声电平高与低,对于最小可分辨电平η值有着举足轻重的影响,尽管仪器本身对工业用电等外界电磁干扰有很强的抑制能力,并且可以采用高次叠加的方法提高信噪比,但是从仪器本身输出的噪声电平在各个地区有相当大的差异。因此,需要了解工区内各个地段的输入于仪器及输出的干扰噪声电平。例如EM-37系统在低干扰区的平均噪声电平低于0.5nV/m2,一般为0.15～0.24nV/m2,在强干扰区则可达n×10nV/m2。
在工矿区工作时,一般要求每个测点上或相间几个测点实测仪器的输出干扰电平,这种测量采用让发送电流送入匹配负荷的方法检测。输入于仪器的噪声电平,对于周期性的低频讯号（例如50Hz工频干扰）可以使用晶体管毫伏计直接并联于接收回线两端检测。对于非周期性的随机干扰（例如天电）需要有能够连续采样记录波形的专门仪表检测；也可以自装一个简单的音频放大器,用扬声器监听检测。
2.瞬变电磁测深仪器系统的选择
一般地说,瞬变电磁方法要求仪器灵敏度高、抗干扰能力强及动态范围大等,时间范围及发送功率则要求适应于探测目的。以探测目标划分,可以把仪器大致分为四类。
1）应用于浅层测深的小功率轻便型仪器。它的探测深度为n×10m至n×100m的浅层,要求时窗范围为n～n×104μs,发送机通常用10 A·h轻便可充电电瓶作为电源,电压为12～60V,供电电流一般小于10A,例如,加拿大EM-47及国产的SD-1属于此类。
2）应用于探测100m～n×100m目标层的仪器。一些专用于矿产普查的仪器,其时窗范围为n×10－1～n×10ms,供电电流不超过10A。例如澳大利亚的SIROTEM-Ⅱ、国产的WDC-2等。这些仪器的起始时间较晚；由于发送功率低,大约30ms以后的数据已低于或接近噪声电平。因此,不能应用于详测上覆地层,仅仅是在低阻覆盖地区有所改善。
3）应用于探测100m至1000m左右深度的中功率仪器。一些应用于勘查深部矿产及煤田的仪器,例如EM-37、数字PEM、GDP-32等。时窗范围为n×10-2～n×102ms,最大供电电流达20A,已基本上能满足勘查金属矿田及煤田构造的要求。
4）应用于勘查油气田或深部构造的大功率仪器。这类仪器的时窗范围为n×10－1ms至几秒,供电电流达100A左右,探测深度为n×102～n×103m,例如加拿大的EM-42、苏联的ЦИКЛ-2、4等。应用于探测深部构造的LOTEM方法是在西方国家发展起来的瞬变电磁测深方法,具有代表性的仪器是德国的DEMSⅣ系统。
3.资料整理与解释
（1）资料整理的内容
资料整理包括以下几个方面的内容：
1）传输打印野外观测数据；
2）检查验收原始记录数据、野外测点状况和仪器工作状态的记录；
3）对于原始记录数据进行整理、编号、汇总,并编写索引和说明；
4）根据需要,对数据进行滤波处理；
5）根据需要,换算各种导出参数（如：τs、Sτ、hτ、ρτ）。
（2）成果的图示
瞬变电磁法成果图一般有以下几种：
1）多道 或 剖面图；
2）ρτ拟断面图；
3）ρτ曲线类型图；
4）Sτ-hτ曲线类型图；
5）某些测道的ρτ或 平面等值线图。
当工作目的主要是探测局部导体时可不做上述第2～4种图件。而工作的目的偏重于大地的分层时,则上述第2～4种图件是重要的基本图件。上述剖面性图件经常汇总在一起绘成综合剖面图,用来做综合解释。
（3）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析特征,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响应的时间特性做测深资料解释。
（二）应用实例
1.辽宁张家沟硫铁矿上脉冲瞬变法剖面测量
图3-46是辽宁张家沟硫铁矿上脉冲瞬变法剖面测量的典型曲线。该矿体位于前震旦纪变质岩中,围岩为白云质大理岩、白云母花岗岩与高阻岩石。矿体为磁黄铁矿,电阻率为0.05Ω·m。由图可见,在矿体上方有明显异常。利用衰减曲线由比值法求视时间常数

电法勘探技术

求得TS＝7.7ms,即该导体的视时间常数较大,利用矢量解释法大致估计异常的等效电流中心,它在矿体顶部附近[图3-46（c）],该图（a）给出40m×40m的共圈法观测结果。

图3-46 辽宁张家沟硫铁矿脉冲瞬变法观测结果

（a）共圈方式40m×40m；（b）回线方式100m×100m：实线—垂直分量,虚线—水平分量；（c）地电断面：1—第四系,2—白云质大理岩,3—白云母花岗岩,4—硫铁矿；（d）衰减曲线；TS＝7.7ms
※补充
接收线圈中感应电动势为
ε＝ke－mαt
其中：k为与时间无关的常数；m为与矿体形状有关的系数；α为矿体的综合参数,单位为s-1。单对数坐标下：

电法勘探技术

计算表明：对球体,m＝10；柱体,m≈5.8。而在野外,不知矿体形状,无法知道
m,令 ,可由m＝ ,得到）

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2.在湖南水口山铅锌金矿田中的应用
湖南水口山铅锌金矿田是著名的老矿山,水口山矿田康家湾铅锌金矿为大型层控矿床。矿体赋存在侏罗系底砾岩与栖霞灰岩、壶天灰岩、当冲硅质岩的接触破碎带中（QBf）,呈层状缓倾斜近于水平产出,埋深200～500m不等,多层矿,总厚1～25m。白垩系东井组红层覆盖于侏罗系、二叠系地层之上,呈不整合接触。岩、矿石的电性参数测定结果表明：铅锌金矿石的平均电阻率为0.1～1Ω·m ,比围岩（电阻率大于1000Ω·m）低三个级次以上。上覆红层（K1d3）的电阻率为50～100Ω·m,为典型的低电阻覆盖层。
剖面测量使用200 m×200 m的重叠回线装置工作,所用仪器是澳大利亚生产的SIROTEM Ⅱ电磁系统,选取延时0.4～22.2ms之内（即1～18取样道）,观测参数为V（t）/I。
为了增大信噪比,要求发送电流大于5A,使用双匝接收回线观测。叠加次数的选取视各观测点的干扰电平而定,在远离电网的山区选用512次,而在近工业设施的地段选用2048次或4096次。每个取样道的观测值按公式：
ρτ＝6.32×10－3L8/3[V（t）/I]－2/3t－5/3
换算成视电阻率ρτ（t）数据。式中各个参数的单位分别为：ρτ为视电阻率（Ω·m）；L为回线边长（m）；V（t）/I为接收回线上观测到的归一化感应电压值（μV/A）；t为各测道对应的延时（ms）。通常用V（t）/I观测值绘制成多测道剖面曲线图[图3-47（a）]及ρτ（t）拟断面图[图3-47（b）],分析地电断面沿横向及纵向的变化规律。
如图3-47（a）所示,多测道V（t）/I剖面曲线的前8道主要反映了浅部地质体的横向变化,曲线呈阶梯状。东边的高值区反映了厚层白垩系东井组上段（K1d3）低电阻率红层的分布。随测道的增加,阶梯转折点向东移,反映了红层向东厚度变大的特征。曲线中段的低值响应反映了侏罗系及二叠系相对为高阻地层。矿层的响应主要反映在10测道以后,从Ⅰ线24～32号测点及Ⅱ线57～63号测点的曲线可见,尽管异常低缓,但相对于背景仍然清晰可辨,并随测道的增大异常变得更明显。由于Ⅰ线矿体埋深（300m）比Ⅱ线矿体埋深（180 m）要大,故开始显示异常的时间相对较晚；异常的综合参数（衰减指数）α值分别为13s－1、14s－1,表明为具有一定规模的良导体引起。
图3-47（b）为视电阻率ρτ的拟断面图,明显地说明了地电断面的横向和纵向变化。ρτ等值线直观地说明了低阻红层（K1d3）的起伏形态及深部高阻层（P1q、P1d）的隆起。拟断面图对于矿层的反映并不明显,仅仅在60Ω·m、40Ω·m等值线封闭圈上有所显示。
3.瞬变电磁测深的试验应用效果
以湖南涟邵煤田为例来说明。
（1）区内地层及电性特征
测区出露地层由新至老为第四系（Q）,下三叠统大冶群（T1D）,上二叠统大隆组（P2d）、龙潭组（P2l）,下二叠统当冲组（P1d）、栖霞组（P1q）。第四系由黏土、砂质黏土和砾石组成冲积、坡积残积层,厚0～15 m,其电阻率在n×10～n×100Ω·m范围,呈低阻覆盖层。大冶群分布于测区中心地带,总厚度大于500m,主要由泥灰岩、泥质灰岩及灰岩组成；大隆组由硅质灰岩、泥质灰岩、厚层砾屑灰岩及薄层硅质岩组成,底部夹有薄层钙质泥岩,全组厚度一般70～80 m。大冶及大隆组地层电阻率一般在100Ω·m以上,成为煤系地层的上覆高阻层。龙潭组为本区含煤地层,根据岩性及含煤性分为上、下两段：上段（P2l2）为含煤段,由黑色泥岩、砂页泥岩及浅灰色砂岩互层组成,厚约100m,含煤四层；下段（P2l1）不含煤,由泥岩、砂质泥岩、砂岩组成,厚约300 m。整个煤系地层呈低阻层,电阻率一般为n×10Ω·m。当冲组及栖霞组为硅质灰岩、灰岩、泥岩等,是测区的高阻基底标志层,电阻率大于300～500Ω·m。

图3-47 Ⅰ、Ⅱ测线瞬变电磁法综合剖面图

（a）多测道V（t）/I剖面曲线；（b）ρτ拟断面图；（c）地质剖面示意图：
K1d3—白垩系东井组上段（红层）；J1g—侏罗系高家田组；P2d1—二叠系斗岭组；P1d—二叠系当冲组；P2q—二叠系栖霞组；C2+3—石炭系壶天群；QBf—硅化破碎带
综上所述,测区各地层电性存在较明显的电性差异,电法勘探方法找煤工作具备较好的物性前提。
（2）试验应用效果
工作采用中心回线装置,回线边长L＝250m及400m,发送电流I＝17A。测区内平均的电磁干扰电平为0.24nV/m2,属于中等受干扰的地区。少数地段也使用了电偶源装置,AB＝1000m,r＝750～1250m。总共完成了三条剖面45个测深点的工作量。野外观测数据经过处理绘制出了ρτ曲线类型图、ρτ拟断面图,以及Sτ（hτ）曲线图。依据这些图件资料及计算机反演的结果,推断确定了煤系地层的顶、底界面。
图3-48为13线瞬变电磁测深综合剖面图。由图可见,ρτ曲线大都属手H型,其极小值均在20～30Ω·m范围之内；ρτ拟断面图的低值等值线的分布反映了向斜构造轮廓。

图3-48 13线瞬变电磁测深综合剖面图

中心回线L＝250m；I＝17A；时窗0.8～71.9ms。T1D—下三叠统大冶群；P1d—下二叠统当冲组；P2l2—上二叠统龙潭组上段（含煤层）；P2l1—上二叠统龙潭组下段；P2d—上二叠统大隆组；F—断层；○－－－○－－－○为推断的煤系上、下界面
煤系地层的顶、底界是由经过校正的Sτ（hτ）曲线的转折点确定的,表3-5给出了推断结果与钻探资料的对比数据,平均相对误差为6.4%。因此,可以认为所推断的煤系地层顶、底界面基本上能勾画出它的分布状况。

表3-5 推断与钻探结果对比表

解释人员在进行人机联做拟合解释的基础上,对该剖面上的6个测深点又做了自动拟合反演计算。6个点拟合总的平均相对误差为5.9%,推断煤系上界面的深度与用Sτ（hτ）曲线推断的结果相差不多,平均相对误差为12.3%。
这一试验结果表明,在涟邵煤田或类似地质条件的地区应用中功率瞬变电磁测深系统,能够确定出埋深在1～1.5km的煤系地层顶、底界面。成果图中,由ρτ（t）曲线类型图及ρτ（t）拟断面图可以大致圈定出煤系地层分布的轮廓。利用经过校正的Sτ（hτ）曲线推断确定煤系地层顶、底界面是行之有效的方法。

（一）工作装置

在瞬变电磁（TEM）法中，常用的剖面测量装置如图4-6-1所示。根据发、收排列的不同，它又分为同点、偶极和大回线源三种。同点装置中的重叠回线是发送回线（Tx）与接收回线（Rx）相重合敷设的装置。由于TEM法的供电和测量在时间上是相分开的，因此Tx与Rx可以共用一个回线，称之为共圈回线。同点装置是频率域方法无法实现的装置，它与地质探测对象有最佳的耦合，是勘查金属矿产常用的装置。偶极装置与频率域水平线圈法相类似，Tx与Rx要求保持固定的发、收距r。在瞬变电磁（TEM）法中，常用沿测线逐点移动观测dB/dt值。大回线装置的Tx采用边长达数百米的矩形回线，Rx采用小型线圈（探头）沿垂直于Tx边长的测线逐点观测磁场三个分量的dB/dt值。

图4-6-1 TEM剖面测量装置

（a）同点装置；（b）偶极装置；（c）大回线源装置

（二）观测参数

瞬变电磁仪器系统的一次场波形、测道数及其时窗范围、观测参数及其计算单位等，不同仪器有所差别。尽管各种仪器绝大多数都是使用接收线圈观测发送电流脉冲间歇期间的感应电压V（t）值，就观测读数的物理量及计量单位而言，大概可以分为三类：

（1）用发送脉冲电流归一化的参数：仪器读数为V（t）/I值，以μV/A作计量单位。

（2）以一次场感应电压V₁归一的参数：例如加拿大Crone公司的PEM系统，观测值使用一次场刚刚将要切断时刻的感应电压V₁值来加以归一，并令V₁＝1000，计量单位量纲为一，称之为Crone单位。

（3）归一到某个放大倍数的参数：例如加拿大的EM 37系统，野外观测值为

地球物理勘探概论

式（4-6-1）中V（t）为接收线圈中的感应电压值；G为前置放大器的放大倍数；2^N为仪器公用通道的放大倍数，N＝1，2，…，9。m值以mV计量。

为了便于对比，在整理数据中，无论用哪种仪器，一般都要求换算成为下列几种导出参数，并以这几种参数作图。

（1）瞬变值B（t）：B（t）＝dB（t）/dt＝V（t）/S_RN，以nV/m²计量。这里S_R表示接收线圈的面积，N为接收线圈的匝数。有时采用B（t）/I，以nV/m²·A计量。

由V（t）/I观测值换算成B（t）的公式为

地球物理勘探概论

由m观测值换算成B（t）的公式为

地球物理勘探概论

由Crone单位观测值R_c换算成B（t）的公式为

地球物理勘探概论

式（4-6-4）中G为放大倍数，n为观测道数。

（2）磁场B（t）值：由对B（t）取积分得到B（t）值，以pW/m²计量。

（3）视电阻率ρ_τ（t）值，以Ω·m计量。

（4）视纵向电导S_τ（t）值，以S［西（门子）］计量。

（三）时间响应

对于任意形态的脉冲信号，可以根据傅里叶频谱分析分解成相应的频谱函数。对各个频率，地质体具有相应的频率响应。将频谱函数与其对应的地质体频率响应函数相乘，经过傅里叶反变换，就可获得地质体对该脉冲信号磁场的时间响应。

设发射脉冲的一次磁场是以T为周期的函数H₁（t），其频谱函数为

地球物理勘探概论

由位场变化知识得知，地质体二次磁场的时间函数H₂（t）为

地球物理勘探概论

式（4-6-6）中S（ω）＝F［H₁（t）］，D（ω）＝F［h（t）］，F与F^－1分别表示傅里叶变换及其反变换；h（t）是地质体的脉冲滤波函数，而D（ω）是地质体的频率响应函数。考虑到频谱函数的离散性，可将二次磁场的时间函数H₂（t）写成

地球物理勘探概论

式（4-6-7）中H₁₀为H₁（t）的振幅值；S_n是n次谐波的频谱系数；X_n和Y_n是对于n次谐波时地质体频率响应的实部和虚部，ω₀＝2πf₀。

图4-6-2是导电球体的时间响应。由该图中（a）可见：若球体电导率σ＝1S/m，当t＝12ms时，异常已衰减殆尽。当电导率增大时，异常衰减变缓，延时增长。σ＝80S/m的情况下，t＝28ms时，异常仍未衰减完，但它在初始时间的异常幅值却减小了。利用这一时间特性，可在晚期观测中将不良导干扰体（如围岩、覆盖层等）的异常去除。

图4-6-2 导电球体时间域电磁响应

（a）衰减曲线；（b）导电窗；场源：不接地大回线；脉冲：正负交替矩形波

τ＝10ms；间歇20ms；基频f₀＝16.67Hz；球半径r₀＝50m

为便于理解上述结果，可以从由频率域合成时间域的角度进行分析。当球体电导率很小时，球体产生的振幅和相位异常均很小，因而合成的时间域异常也很小。当球体电导率增大时，球体产生的振幅和相位异常场增大，故合成的时间域异常也增大。当球体电导率继续增大后，虽然高频成分的振幅增大了，但其相位移趋于180°，因而对应高频成分的早期时间异常值反而减小。由于低频成分的综合参数处于最佳状态，于是与低频成分相对应的晚期时间异常幅值反而增大了。这在瞬变曲线上表现为衰减很慢。当电导率趋于无穷大时，所有谐波相位移趋于180°，故H₂（t）值趋于零。

如果取样时间选定，改变球体电导率时，二次异常磁场的幅值变化如图4-6-2（b）。由图可见，与某一取样时刻对应有一最佳电导率值，图中曲线和频率域的虚部响应规律相似，称为导电性响应“窗口”。在图4-6-2的条件下，球体的最佳导电窗口σ＝10S/m。脉冲瞬变法系观测纯二次场，故增加发射功率或提高接收灵敏度都可增大勘探深度。由于不观测一次场，该方法受地形影响较小。此外，该方法对线圈点位、方法和收发距的要求均可放宽，因而测地工作简单。顺便说明，由于脉冲瞬变电磁法是在宽频带进行观测，故对测量仪器要求较高，在音频干扰大的地区（如有线广播等）工作时比较困难。

（四）典型规则导体的剖面曲线特征

1.球体及水平圆柱体上的异常特征

图4-6-3 水平圆柱体上物理模拟剖面曲线

（据牛之琏，1992）

铜柱：直径8cm，长41.7cm，h＝5cm；重叠回线边长＝10cm；点号间距＝4cm

导电水平圆柱体上不同测道的剖面曲线如图4-6-3所示，异常为对称于柱顶的单峰，异常随测道衰减的速度决定于时间常数τ值，τ＝μσa²/5.82。

球体上也是出现对称于球顶的单峰异常，球体的时间常数τ＝μσa²/π²，τ_柱＝1.8τ_球。故在半径a相同的条件下，球体异常随时间衰减的速度要比水平圆柱体快得多，异常范围也比较小。在直立柱体上，也具有此类似的规律。

2.薄板状导体上的异常特征

导电薄板上的异常形态及幅度与导体的倾角有关，如图4-6-4所示。当α＝90°时，由于回线与导体间的耦合较差，异常响应较小，异常形态为对称于导体顶部的双峰；矿顶出现接近于背景值（噪声）的极小值；不同测道的曲线（见图4-6-5），除了异常幅值及范围有所差别外，具有与上述相同的特征。

图4-6-4 不同倾角板状体的异常比较

（据牛之琏，1992）

导体模型：铝板70cm×40cm×0.1cm，h＝5cm；矿顶位于60号点；重叠回线边长＝10cm，t＝1.2ms

当0°＜α＜90°时，随α的减小，回线与导体间耦合增强，异常响应随之增强；但双峰不对称，在导体倾向一侧的峰值大于另一侧。极小值随α的减小而稍有增大，其位置也向反倾斜侧有所移动。两峰值之比主要受α的影响，据物理模拟资料统计，α与主峰和次峰值之比α₁/α₂的关系为

地球物理勘探概论

如图4-6-6所示，在倾斜板的情况下，不同测道异常剖面曲线形态有所差别。随测道从晚期到早期，极小值随之增大，并往反倾斜侧稍有移动；双峰变得愈来愈不明显，异常形态的这种变化反映了导体内涡流分布随延迟时间的变化。

当α＝0°时，回线与导体处于最佳耦合状态，异常幅值比直立导体的异常大几十倍。异常主要呈单峰平顶状，在近导体边缘的外侧，出现不明显的次级值或挠曲。

图4-6-5 直立板上不同测道的异常剖面曲线

（据牛之琏，1992）

铝板规模：70cm×40cm×0.1cm，h＝5cm重叠回线边长＝10cm；α＝90°；板顶位于60号点，点号间距＝4cm

图4-6-6 倾斜板上不同测道的异常剖面曲线

（据牛之琏，1992）

铜板模型：80cm×20cm×0.6cm，h＝5.5cm，α＝45°；顶板部在0号点，重叠回线边长＝5cm

（五）应用实例

实例1。图4-6-7是辽宁张家沟硫铁矿上脉冲瞬变电磁法的工作结果。该矿体位于前震旦纪变质岩中，围岩为白云质大理岩、白云母花岗岩等高阻岩石。矿体为磁黄铁矿，其电阻率为0.05Ω·m。如图所示，矿体上方有明显异常。根据衰减曲线求得T_s＝7.7ms，和理论曲线对比，求得α＝12.3s^－1，α为矿体的综合参数。利用大回线观测的垂直与水平分量，用矢量解释法求得的等效发射中心在矿体顶部附近。

实例2。湖南水口山铅锌金矿田是著名的老矿山，水口山矿田康家湾铅锌金矿为大型层控矿床。矿体赋存在侏罗系底砾岩与栖霞灰岩、壶天灰岩、当冲硅质岩的接触破碎带中（QBf），呈层状缓倾斜近于水平产出，埋深200m～500m不等，多层矿，总厚1m～25m。白垩系东井组红层覆盖于侏罗系、二叠系地层之上，呈不整合接触。岩矿石的电性参数测定结果表明：铅锌金矿石的平均电阻率为0.1Ω·m～1Ω·m，比围岩（电阻率大于1000Ω·m）低三个级次以上。上覆红层（K₁d³）的电阻率为50Ω·m～100Ω·m，为典型的低电阻覆盖层。

剖面测量使用200m×200m的重叠回线装置工作，所用仪器是澳大利亚生产的SIROTEM-Ⅱ电磁系统，选取延时0.4ms～22.2ms之内（即1～18取样道），观测参数为V（t）/I。

为了增大信噪比，要求发送电流大于5A，使用双匝接收回线观测。叠加次数的选取视各观测点的干扰电平而定，在远离电网的山区选用512次，而在近工业设施的地段选用2048或4096次。每个取样道的观测值按公式：

图4-6-7 辽宁张家沟硫铁矿上脉冲瞬变法的观测结果

（a）40m×40m共圈装置；（b）100m×100m大回线（实线：垂直分量；虚线：水平分量）；（c）地质断面（1—第四系；2—白云质大理岩；3—白云母花岗岩；4—硫铁矿）；（d）衰减曲线T_s＝7.7ms

地球物理勘探概论

换算成视电阻率ρ_τ（t）数据。式中各个参数的单位分别为：ρ_τ为视电阻率（Ω·m）；L为回线边长（m）；V（t）/I为接收回线上观测到的归一化感应电压值（μV/A）；t为各测道对应的延时（ms）。通常用V（t）/I观测值绘制成多测道剖面曲线图（图4-6-8（a））及ρ_τ（t）拟断面图（图4-6-8（b）），分析地电断面沿横向及纵向的变化规律。

如图4-6-8（a）所示，多测道V（t）/I剖面曲线的前8道主要反映了浅部地质体的横向变化，曲线呈阶梯状。东边的高值区反映了厚层白垩系东井组上段（K₁d³）低电阻率红层的分布。随测道的增加，阶梯转折点向东移，反映了红层向东厚度变大的特征。曲线中段的低值响应反映了侏罗系及二叠系相对为高阻地层。矿层的响应主要反映在10测道以后，从Ⅰ线24～32号测点及Ⅱ线57～63号测点的曲线可见，尽管异常低缓，但相对于背景仍然清晰可辨，并随测道的增大异常变得更明显。由于Ⅰ线矿体埋深（300m）比Ⅱ线矿体埋深（180m）要大，故开始显示异常的时间相对较晚；异常的综合参数（衰减指数）α值分别为13s^－1、14s^－1，表明为具有一定规模的良导体引起。

图4-6-8（b）为视电阻率ρ_τ的拟断面图，明显地说明了地电断面的横向和纵向变化。ρ_τ等值线直观地说明了低阻红层（K₁d³）的起伏形态及深部高阻层（P₁q、P₁d）的隆起。拟断面图对于矿层的反映并不明显，仅仅在60Ω·m、40Ω·m等值线封闭圈上所有显示。