几种规则形体上瞬变电磁剖面法异常特征

在瞬变电磁剖面法工作中，一般将测量结果绘制成由发射电流归一的测量线圈感应电 压值（V/I）。由于同点装置（重叠回线和中心回线装置）是目前瞬变电磁法使用较多的 装置，下面主要介绍同点装置在直立导电脉状体上的瞬变电磁V/I异常剖面曲线。
为了了解各种回线组合观测到的剖面曲线特征，设想脉状体为直立导电薄脉，其围岩 为高阻介质（即导电围岩和覆盖层的影响不予考虑）。图4-64给出了上面介绍过的各种 回线装置在直立薄脉上方的剖面特征。其中双回线剖面即双回线装置获取的剖面异常特 征，该装置由两个相邻并联的回线组成，发射和接收用同一电缆。图4-65是重叠回线直 立薄脉上的多道V/I异常剖面曲线，异常为对称于板体的双峰。在薄板正上方，虽然发、 收回线距离板体最近，但它们与薄板的耦合很差，发射的磁力线平行于板面，因此，几乎 不能激发出感应电流，这样，便几乎没有瞬变电磁异常了。在薄板正上方的两侧，发、收 回线与薄板的耦合最好，形成了最强异常。

图4-64 直立薄脉上瞬变电磁回线组合的剖面曲线特征纵坐标均为V/I（单位：μV/A）

（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。

在瞬变电磁剖面法工作中，一般将测量结果绘制成由发射电流归一的测量线圈感应电压值(V/I)。对于球体、水平圆柱体及薄板状体等几种典型形体瞬变电磁响应的正演问题，在不少文献中均有阐述，这里只引用正演计算或实验模拟结果。由于同点装置是目前瞬变电磁法使用较多的装置，所以下面主要讨论同点装置激励下的剖面异常特征。

4.4.6.1 球体和水平圆柱体上同点装置的异常特征

图4.4.13所示为重叠回线在水平良导圆柱体上由物理模拟得到的多道V/I异常剖面曲线。从图中可以看出，重叠回线在水平良导圆柱体上的磁场异常曲线为一正的单峰对称异常。在圆柱体正上方，发、收回线均距离圆柱体最近，与圆柱体耦合最好，形成最强异常。球体的异常剖面曲线形态与圆柱体相似，只是异常宽度不同，而随时间衰减的速度也不同。实际工作中，一般根据异常的平面分布特征分辨二者的异常。

4.4.6.2 导电薄板上同点装置的异常特征

导电薄板的异常形态和幅度以及薄板的产状有关。图4.4.14所示为重叠回线在直立薄板上的多道V/I异常剖面曲线，异常为对称于板体的双峰。在薄板正上方，虽然发、收回线距离板体最近，但它们与薄板的耦合很差，发射的磁力线平行于板面，不能激发出感应电流，也就几乎没有瞬变电磁异常了。在薄板正上方的两侧，发、收回线与薄板的耦合最好，形成异常最强。

图4.4.13 重叠回线装置在水平良导圆柱体上的多道V/I异常剖面曲线

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

图4.4.14 重叠回线装置在直立薄板上的多道V/I异常剖面曲线

铝板70cm×40cm×0.1cm，h=5cm；重叠回线边长10cm；测点间距4cm

图4.4.15所示为重叠回线在倾斜薄板上的多道V/I异常剖面曲线。异常为不对称双峰，板体倾向一侧的峰值较强，极小值从板顶向反倾向一侧略有偏移。不同测道的V/I曲线形态略有差别。在板状体倾向一侧，由于发射回线距板状体近，因而薄板处一次场较强，更兼一次磁场的磁力线与板面夹角较大，因而能在板状体内激发出较强的感应电流，产生出较强的二次磁场；同时，在倾向一侧，接收回线距二次场源近，而且二次磁场的磁力线与接收回线所在平面的夹角也较大，因而便能测到较强的异常。而在反倾向一侧，由于发、收回线距离板状体较远，而且耦合较差，测得的异常便较弱。

倾斜薄板双峰异常的不对称程度与板状体的倾角有关。图4.4.16所示为重叠回线在不同倾角薄板上相同延迟时间的V/I异常剖面曲线。从图中可见，随倾角从90°减小到30°，主峰异常幅度逐渐增加，双峰异常的不对称性逐渐加强。

图4.4.15 重叠回线装置在倾斜薄板上的多道V/I异常剖面曲线

铜板：80cm×20cm×0.6cm，h=5.5cm，a=45°；板顶在0号点；重叠回线边长5cm

图4.4.16 重叠回线装置在不同倾角薄板上相同延迟时间V/I异常剖面曲线

铝板70cm×40cm×0.1cm，h=5cm；重叠回线边长10cm；测点间距4cm；t=1.2 ms