瞬变电磁在实际中的应用

瞬变场与地层电导率和延时之间关系复杂 ,计算也相当繁琐. 为了寻求地质解释 ,已

有文献提出了计算视电阻率和深度的方法[18] ,这方面的工作是从地面观测值着手的;而

计算瞬变电场在地下的扩散过程 ,是从物理意义上分析瞬变场的响应问题.

地面观测的瞬变电磁场是大地感应涡流产生的 ,Nabighian,Hoversten 和 Morrison，Reid 和 Macnae的研究表明 ,这个涡流可近似地用圆形电流环等效. 等效电流环形如发射回线喷出的“烟圈”,随着时间的推移向下向外扩散 ,应用解析式(10)可将均匀半空间的“烟圈”扩散过程用电场等值线剖面图表示出来. 图 2(a) ,(b) ,(c)分别是 3 个时刻用时域数值方法算出的均匀大地电场等值线图 ,正源位于 0 m、负源位于 50 m 处 ,大地电阻率ρ= 300Ωm. 图中 H , D 分别表示水平距离和深度 ,图中电场的单位是 :μV，可以看出 ,瞬变场在下半空间随着时间的延迟向下向外传播 ,伴随“烟圈”的场的等值线如图表示进行扩散.“烟圈”理论的公式是从均匀半空间出发推导得到的 ,当大地为非均匀介质时 ,应用时

域数值计算方法仍能将“烟圈”的扩散、吸收、形变等过程表示出来.

 

在上述均匀大地中置一个电阻率 5Ωm ,宽 20 m ,高 100 m ,顶部埋深 50 m ,在 y 方向无限延伸的二维低阻体 ,图 3(a)是这个模型在 0.03 ms 时刻的瞬变电场等值线 ,图 3(b)是将此二维低阻体水平放置后同一时刻的电场等值线. 将图 3(a) ,(b)与图 2(c)比较 ,可见电场等值线受低阻体影响发生畸变. 在低阻体及其附近 ,电场等值线密集 ,梯度变大 ,表明“烟圈”扩散到低阻体时其扩散速度降低下来 ,如同受到吸引 ,象征着涡流在低阻体中密度大、衰减慢. 因此 ,瞬变场对导体有良好的分辨能力 ,这是用瞬变场寻找金属矿、含水地质体的依据. 图 3(a) ,(b)之间的等值线又有区别 ,这是异常体状态不同所致.

 上面各图表示的都是瞬变场在地下分布状况 ,而实际主要在地面测量其感生电动势 ,

然后推测地下地电结构. 已知单位面积点接收线圈中垂直感生电动势与电场的关系为：

图 6(a ,b ,c)是图 5 所示地电模型分别在 0. 6 ms ,2 ms ,4 ms 3 个时刻地面上垂直感生电动

势曲线. 在图 6(a)中 ,虚、实曲线(见图注)刚刚分开 ,交点对应着地下异常体中心的平面

位置;图 6(b)中 ,时间推进到 2 ms;图 6(c) 中时间又推进到 4 ms ,信号已大大衰减但异常

并未减弱 ,虚、实两线的交点仍对应异常体位置 ,两线差异更为明显. 这说明瞬变响应有

延时现象 ,即异常体一旦引起瞬变响应 ,就会使响应延续较长时间. 在实际的工程勘查中闫述等[22]曾用 3 —5 ms 以后的时段探测过较浅的异常体 ,如 20 —150 m深度范围内的老窑采空区 ,且地质成果经钻孔证实. 上述时域数值计算结果为以往的实践提供了理论上的

支持.