時(shí)間域電磁法原理

前言

　　筆者分別于1985年和1993年主編出版了《脈沖瞬變電磁法及應(yīng)用》和《時(shí)間域電磁法原理》兩本書，也主編出版了兩冊(cè)譯文集。實(shí)際上是我校與冶金部第一地勘局、新疆有色地勘局、湖南有色地勘局、華北有色地勘局、華東有色地勘局、湖南煤炭地質(zhì)局、安徽煤炭地質(zhì)局、長(zhǎng)沙智通新技術(shù)研究所及長(zhǎng)沙白云儀器開發(fā)有限公司等單位合作開發(fā)研究成果的總結(jié)。大量的理論研究、物理模擬、正反演計(jì)算程序、儀器研制、野外試驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用實(shí)例等資料來(lái)自合作開發(fā)的成果。在近十幾年中，筆者繼續(xù)與冶金部第一地勘局、云南有色地勘局、湖南有色地勘局、山西煤炭地質(zhì)局、核工業(yè)203所等單位合作繼續(xù)開展方法技術(shù)野外試驗(yàn)研究和實(shí)踐，在探測(cè)深部金屬礦、地?zé)峥辈椤⒖辈樯顚铀?、工程勘察、湖海水面作業(yè)勘查等方面取得成效，編制了用于實(shí)踐的數(shù)據(jù)處理和半定量解釋用的軟件包。起草了《中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):地面瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》。在儀器研制方面，協(xié)助白云儀器開發(fā)有限公司在原已經(jīng)省部級(jí)鑒定并獲湖南省科技創(chuàng)新金獎(jiǎng)的SD-l瞬變電磁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)成型為MSD一1瞬變電磁儀；并于1998年與杜其江高工、潘秋明研究員等合作，研制成功GPS信號(hào)同步中功率瞬變電磁儀。這些點(diǎn)滴成果都有待總結(jié)、充實(shí)、提高，在我國(guó)進(jìn)一步推廣應(yīng)用時(shí)間域電磁法中發(fā)揮作用。　　我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)、礦業(yè)、油氣田、交通、電力、工程建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、古建筑(古墓等)勘測(cè)等對(duì)應(yīng)用地球物理提出了新需求，尤其需要適應(yīng)勘查深部隱伏礦的需求。此外，在對(duì)煤礦生產(chǎn)至關(guān)重要的煤田水文地質(zhì)勘查方面，瞬變電磁法已經(jīng)成為了首選的物探手段。有鑒于此，近十年來(lái)，時(shí)間域電磁法在國(guó)內(nèi)外備受青睞并得到很快發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域涉及方方面面，新技術(shù)、新觀測(cè)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。不少合作者及同行朋友都提出需要重新編著一本適應(yīng)于當(dāng)前形勢(shì)的需要的書?？紤]了很久，筆者還是下定決心編寫新版《時(shí)間域電磁法原理》一書，好在現(xiàn)在條件有所改善，可以上網(wǎng)查閱近幾年所空缺的資料，此外還有眾多合作者的支持?！　”緯鴱膽?yīng)用的角度出發(fā)，闡述討論有關(guān)時(shí)間域電磁法的理論基礎(chǔ)、方法技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。全書分以下五篇：理論基礎(chǔ)、瞬變電磁信號(hào)檢測(cè)原理及儀器、剖面測(cè)量方法、測(cè)深方法和井中瞬變電磁方法。為了避免篇幅過(guò)大，一些電磁場(chǎng)理論的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程已刪除，直接引用其結(jié)論，指明所引用的文獻(xiàn)。建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時(shí)間域電磁法，二維、三維正反演方法(包括成像)所引用的仍然是經(jīng)典理論推導(dǎo)結(jié)果的公式，人們引入了一些現(xiàn)代計(jì)算方法及技巧，把復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題作了許多簡(jiǎn)化，成為諸多的方法。至今，這些方法應(yīng)用于實(shí)踐還存在許多問(wèn)題，因此，書中僅作簡(jiǎn)要介紹，指明具有代表性的文獻(xiàn)。另外，野外應(yīng)用中，剖面測(cè)量和測(cè)深方法的資料整理和解釋，通常并沒(méi)有明顯界線，有時(shí)剖面測(cè)量的結(jié)果可以整理出測(cè)深的圖件，反之亦然；書中只是為了系統(tǒng)闡述方便而將其截開。在儀器方面，這些年國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，書中重點(diǎn)敘述近代儀器檢測(cè)原理；具體的儀器僅主要介紹Geonics公司的PROTEM系統(tǒng)等世界公認(rèn)的一流儀器，使讀者了解這類儀器的技術(shù)指標(biāo)和突出優(yōu)點(diǎn)，能夠與其他各類儀器(可上網(wǎng)查詢)有個(gè)對(duì)比。

內(nèi)容概要

本書從應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述了有關(guān)時(shí)間域電磁法(即瞬變電磁法)的理論基礎(chǔ)、方法技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。全書分以下五篇：理論基礎(chǔ)，瞬變電磁信號(hào)檢測(cè)原理及儀器，剖面測(cè)量方法，測(cè)深方法，井中瞬變電磁方法。書中列舉了筆者和合作者在勘查深部金屬礦產(chǎn)及擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域方面取得效果的實(shí)例，也將近些年來(lái)與作者合作的合作者提供的卓有成效的實(shí)例分成十個(gè)專題編入本書的附錄。全書理論聯(lián)系實(shí)際，從基本的電磁場(chǎng)理論(或物理概念)出發(fā)，深入淺出地論述了方法原理，充實(shí)和闡述了近代電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)在儀器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理、成圖、解釋軟件等方面的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向。本書反映了筆者及合作者20多年來(lái)的研究成果和業(yè)績(jī)，同時(shí)精選了眾多國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和手冊(cè)中的內(nèi)容。本書可供地質(zhì)、地球物理工作者，大專院校高年級(jí)學(xué)生，研究生等作為“電磁法勘探專題”的主要參考用書。

書籍目錄

緒論  　0.1　發(fā)展概況　　0.2　工作裝置　　0.3　觀測(cè)參數(shù)　　0.4　時(shí)間域電磁法的特點(diǎn)和局限性第1篇 時(shí)間域電磁法的理論基礎(chǔ)　第1章　激發(fā)場(chǎng)源　　1.1　常用激發(fā)場(chǎng)波形及其頻譜　　1.2　觀測(cè)信號(hào)波形的特征　　1.3　發(fā)送波形參數(shù)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響　　1.4　關(guān)斷效應(yīng)影響的計(jì)算　　1.5　綜合闡述　　1.6　時(shí)間域與頻率域電磁場(chǎng)之間的關(guān)系　第2章　層狀大地的瞬變電磁場(chǎng)　　2.1 瞬變電磁測(cè)深觀測(cè)參數(shù)之間的關(guān)系　　2.2 均勻半空間的瞬變電磁場(chǎng)　　2.3 水平導(dǎo)電薄層上的瞬變電磁場(chǎng)　　2.4 層狀大地磁偶源的瞬變電磁場(chǎng)　　2.5 層狀大地電偶源的瞬變電磁場(chǎng)　第3章 局部導(dǎo)電體的瞬變電磁響應(yīng)　　3.1 高阻圍巖中導(dǎo)電球體的瞬變電磁響應(yīng)　　3.2 局部導(dǎo)體晚期瞬變電磁場(chǎng)的等效計(jì)算　　3.3 薄板狀導(dǎo)體的瞬變電磁響應(yīng)計(jì)算　　3.4 其他局部導(dǎo)電體瞬變電磁響應(yīng)的近似計(jì)算　　3.5 局部導(dǎo)電體對(duì)地下瞬變場(chǎng)擴(kuò)散的影響特征　第4章 物理模擬及數(shù)值模擬原理　　4.1 物理模擬相似性準(zhǔn)則　　4.2　空氣介質(zhì)中物理模擬方法與技術(shù)　　4.3　導(dǎo)電圍巖條件下物理模擬的幾個(gè)問(wèn)題　　4.4　二、三維數(shù)值模擬原理及反演解釋　　4.5　導(dǎo)電薄板瞬變電磁響應(yīng)的數(shù)值解法　第5章　瞬變電磁場(chǎng)的附加效應(yīng)　　5.1　位移電流效應(yīng)　　5.2　接收線圈固有的過(guò)渡過(guò)程　　5.3　集流效應(yīng)　　5.4　磁張弛效應(yīng)　　5.5　感應(yīng)激發(fā)極化效應(yīng)第2篇 瞬變電磁信號(hào)檢測(cè)原理及儀器　第6章　瞬變電磁信號(hào)檢測(cè)原理　　6.1　瞬變電磁信號(hào)的特點(diǎn)　　6.2　電磁噪聲　　6.3　硬件構(gòu)成概述　　6.4　檢測(cè)方法原理　　6.5　抑制電磁噪聲的觀測(cè)方法　第7章 時(shí)域電磁法儀器　　7.1　航空TEM系統(tǒng)　　7.2　加拿大Geonics公司的地面儀器系統(tǒng)　　7.3　澳大利亞的地面儀器系統(tǒng)　　7.4　加拿大Crone公司的地面儀器系統(tǒng)　　7.5　使用連續(xù)波的儀器系統(tǒng)　　　7.6　可以觀測(cè)瞬變電磁場(chǎng)的多功能電測(cè)站　　7.7　應(yīng)用于LOTEM方法的儀器系統(tǒng)　　7.8　俄羅斯(包括前蘇聯(lián))的時(shí)域電磁法儀器　　7.9 國(guó)內(nèi)SD系列儀器系統(tǒng)簡(jiǎn)介第3篇 剖面測(cè)量方法　第8章 同點(diǎn)裝置方法　　8.1 同點(diǎn)裝置瞬變電磁場(chǎng)的時(shí)間特性　　8.2 同點(diǎn)裝置異常的剖面曲線特征　　8.3　地形影響　　8.4　導(dǎo)電覆蓋層的影響　　8.5　導(dǎo)電圍巖對(duì)異常的影響　　8.6　影響瞬變電磁法探測(cè)深度的幾種因素　　8.7　工作技術(shù)　　8.8　資料解釋　　8.9　實(shí)例分析　第9章　大定回線源及偶極裝置方法　　9.1 時(shí)域與頻域異常剖面曲線特征的比較　　9.2　大定回線源裝置異常剖面曲線特征　　9.3　偶極裝置異常的剖面曲線特征　　9.4　導(dǎo)電覆蓋層和導(dǎo)電圍巖的響應(yīng)特征　　9.5　幾種常用裝置的比較與選擇　　9.6　實(shí)例分析第4篇 瞬變電磁測(cè)深方法　第10章　水平層狀大地的測(cè)深　　10.1　遠(yuǎn)區(qū)和近區(qū)瞬變電磁測(cè)深方法的比較　　10.2　兩層斷面的pT曲線特征　　10.3　三層斷面的pT曲線特征　　10.4　中心回線裝置的pT曲線特征　　10.5　二、三層斷面的ST曲線特征　　10.6　瞬變電磁測(cè)深方法的探測(cè)能力　　10.7　瞬變電磁測(cè)深工作方法與技術(shù)　　10.8　定性解釋方法　　10.9　半定量解釋方法　　10.10　pT曲線的計(jì)算機(jī)一維反演方法概述　　10.11　實(shí)例分析　第11章　非均勻?qū)訝畲蟮厣系臏y(cè)深　　11.1　非水平層狀大地上的測(cè)深　　11.2　局部導(dǎo)體上的瞬變電磁測(cè)深曲線　　11.3　實(shí)際斷面的等效代替計(jì)算方法　　11.4　實(shí)例分析第5篇 井中瞬變電磁方法　第12章 井中瞬變電磁方法　　12.1 井中瞬變電磁響應(yīng)的模擬計(jì)算　　12.2 井中瞬變電磁異常的一般特征　　12.3 薄板狀導(dǎo)體井中瞬變電磁響應(yīng)的規(guī)律　　12.4 井中瞬變電磁數(shù)據(jù)反演方法　　12.5 實(shí)例分析　　附錄1 瞬變電磁法應(yīng)用實(shí)例選編　　附錄2 TEM應(yīng)用軟件的進(jìn)展參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　第1篇 時(shí)間域電磁法的理論基礎(chǔ)　　第1章　激發(fā)場(chǎng)源　　1.1　常用激發(fā)場(chǎng)波形及其頻譜　　時(shí)域電磁法中，激發(fā)場(chǎng)的波形可以采用多種具有周期性的脈沖序列，如：距形、梯形、半正弦形、三角形、偽隨機(jī)等波機(jī)。根據(jù)傅里葉頗譜分析理論，任何一種脈沖波都可以分解成許多正弦或余弦諧波成分。顯然，每個(gè)諧波成分將對(duì)導(dǎo)電體激勵(lì)起按頻率域電磁法中的規(guī)律產(chǎn)生的電磁感應(yīng)響應(yīng)，這種響應(yīng)將具有相對(duì)應(yīng)的振幅值和相位。如果在不同的時(shí)域采樣時(shí)刻，把各個(gè)諧波激勵(lì)起來(lái)的二次場(chǎng)相疊加起來(lái)，便得到人們所感興趣的瞬變電磁場(chǎng)。可見，時(shí)域電磁法的測(cè)量結(jié)果相當(dāng)于頻率域方法中使用多頻觀測(cè)的效果?！　?shí)際應(yīng)用中，為了有效地抑制觀測(cè)系統(tǒng)中的直流移和噪聲的干擾，往往采用周期性重復(fù)的雙極性脈沖序列。幾種常用的激勵(lì)場(chǎng)波形，其傅里葉級(jí)數(shù)近似表達(dá)式如下?！　。?）雙極性矩形脈沖。它是我國(guó)儀器和SIROTEM、EM等地面系統(tǒng)使用的激勵(lì)場(chǎng)波形?！　。?）雙極性半正弦脈沖。大多數(shù)航空TEM系統(tǒng)使用，雙級(jí)性半正弦脈系列。　　可見，不同波形、不同脈沖持續(xù)時(shí)間d及前、后沿d1，其頻譜并不完全相同。眾所周知，頻域電磁法的工作頻率在n～n×10Hz的范圍之內(nèi)，因此，相應(yīng)地時(shí)域電磁系統(tǒng)中也應(yīng)適當(dāng)選擇波形參數(shù)，使它的頻譜落在此范圍之內(nèi)。此外，據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果，在導(dǎo)電圍巖或?qū)щ妼痈采w的條件下，頻域方法只有使工作頻率低于30Hz時(shí)礦體的響應(yīng)才能充分地分辨清楚。因此，地面TEM系統(tǒng)的一次場(chǎng)頻譜能量應(yīng)集中于n～n×10Hz范圍內(nèi)。

編輯推薦

　　《時(shí)間域電磁法原理》共分五大篇：時(shí)間域電磁法的理論基礎(chǔ)、瞬變電磁信號(hào)檢測(cè)原理及儀器、剖面測(cè)量方法、瞬變電磁測(cè)深方法、井中瞬變電磁方法。全書從應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述了有關(guān)時(shí)間域電磁法（即瞬變電磁法）的理論基礎(chǔ)、方法技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。

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