瞬變電磁法理論的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展初探

王玉方

摘 要：隨著改革開放的不斷深化，科技水平得到了極大地提高，作為時間域電磁法的一種表現(xiàn)形式，瞬變電磁法在我國多個領(lǐng)域得到了廣范的應(yīng)用。文章主要對瞬變電磁法理論應(yīng)用的現(xiàn)狀和研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；含義；現(xiàn)狀；進(jìn)展

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0052-01

瞬變電磁法誕生于20世紀(jì)50年代的西方，經(jīng)過多個國家地球物理學(xué)家對其理論、技術(shù)等多方面的深入分析探究，尤其是20世紀(jì)的70、80年代，前蘇聯(lián)在這方面開展了大量的試驗、測量工作。80年代后，瞬變電磁法得到了廣泛的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用的領(lǐng)域有：油氣勘測、礦產(chǎn)勘查、工程勘察、環(huán)境調(diào)研、考古探測、軍事探測等。隨著科技的不斷進(jìn)步，設(shè)備種類也越來越多，越來越細(xì)化，推出了適應(yīng)不同領(lǐng)域的不同設(shè)備類型。

1 瞬變電磁法的含義

瞬變電磁法是時間域電磁法的重要組成部分，它的生成原理主要是通過不接地線或接地線源向地下傳送一次脈沖電磁場，在一次電磁場的作用下，地下導(dǎo)體內(nèi)部受感應(yīng)產(chǎn)生渦旋電流，然后在一次脈沖磁場的間隙期間，渦流電流產(chǎn)生的二次磁場不會隨著一次磁場的消失而馬上消失，繼而產(chǎn)生了一個瞬變過程。通過線圈或接地電極來觀測二次磁場，進(jìn)而觀察它與時間之間的關(guān)系，得出結(jié)論判斷地下導(dǎo)體的電性分布結(jié)構(gòu)和空間形態(tài)。

2 瞬變電磁法理論的應(yīng)用現(xiàn)狀

從工作時間上進(jìn)行劃分，可以將瞬變電磁法分為四種：地面瞬變電磁法、地下瞬變電磁法、航空瞬變電磁法、海洋瞬變電磁法。在我國瞬變電磁法的應(yīng)用過程中，主要使用的是地面瞬變電磁法。

2.1 瞬變電磁法在地面勘測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

瞬變電磁測深法具有能夠近區(qū)觀測、直接測二次場、工作效率高及受靜態(tài)位移影響小的特性。隨著科技的發(fā)展，瞬變電磁儀器智能化、數(shù)字化技術(shù)水平得到了極大的提升。瞬變電磁法也不在僅僅局限于金屬礦勘測，還廣泛地應(yīng)用于工程建筑、環(huán)境等方面的地質(zhì)研究調(diào)查，如對地下采空區(qū)、陷落柱等煤田災(zāi)害的探測，油氣田的勘測等都取得了很好的成效，在地面勘測中除了瞬變電磁法之外，還應(yīng)用了磁源重迭回線法、大回線源法等。這些技術(shù)方法的大量應(yīng)用，極大地解決了地面工程地質(zhì)存在的難題，并在實際應(yīng)用和理論研究中取得不錯的成績。

2.2 瞬變電磁法在地下勘測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 瞬變電磁法在礦井勘探中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在井下工作會受到多種因素的制約，其中環(huán)境因素占主要地位。在線圈裝置中不能使用大線圈，只能使用邊長<3 m的多砸小線圈，這樣才能提高井下作業(yè)的工作效率。瞬變電磁法在井下施工過程中具有一定的方向性，在施工過程中，可以根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的不同，對發(fā)射線框和煤層底板之間的角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。也可以把線圈直立在巷道里，當(dāng)線圈面與巷道挖掘前方平行時，不僅可以對礦井進(jìn)行超前勘測，還可以對煤層內(nèi)含水構(gòu)造異常體進(jìn)行探測。還可以把線圈放置在巷道底板處，確定夾角的位置，利用這種探測方式對一定范圍內(nèi)煤層底板下含水異常體的橫向或垂向的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行深入的分析了解。為了方便和地下異常體產(chǎn)生最好的耦合反映，必須將發(fā)射線框、接收線框的線框完全分離并設(shè)置成不同的匝數(shù)。

2.2.2 瞬變電磁法在隧道勘探中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著道路交通事業(yè)的迅速發(fā)展，我國鐵路、公路隧道等方面的道路工程建設(shè)也得到了快速的發(fā)展。由于隧道勘測設(shè)計的時間十分有限，在施工前很難有充足的時間進(jìn)行詳細(xì)的地球物理勘測及巖石工程地質(zhì)研究，再加上施工建設(shè)中施工現(xiàn)場地形、地質(zhì)和自然環(huán)境的影響，現(xiàn)有的理論知識和技術(shù)條件都不能對突發(fā)狀況進(jìn)行及時有效地處理。在隧道勘測中，使用瞬變電磁法可以有效對隧道掌子面施工前方地質(zhì)優(yōu)劣情況及逆行那個超前預(yù)報，并取得了一定成效。主要采用的是當(dāng)掌子面的高和寬大于5倍回線尺寸時，可以將其看做是半平面。采用微分電導(dǎo)成像技術(shù)，對掌子面前方的含水結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘測解決，在利用3 m長的回線框作為發(fā)送，直立貼近掌子面，再用接收磁探頭對掌子面發(fā)出的二次感應(yīng)電壓信號進(jìn)行接收，通過對隧道電磁信息的多次接收校正，得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2.3 瞬變電磁法儀器的應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代我國才開始對瞬變電磁儀器系統(tǒng)進(jìn)行探索研究，最早主要應(yīng)用在地質(zhì)部門和科研院所等。隨著經(jīng)濟全球的不斷發(fā)展，市場競爭愈加激烈，國外大量先進(jìn)儀器的涌入，對我國自產(chǎn)儀器市場造成了極大的沖擊。在我國大的工程項目為了確保工程質(zhì)量，都選擇了國外的先進(jìn)儀器，如加拿大的GEON-ICS公司生產(chǎn)的PROTEM系統(tǒng)；美國ZONGE公司生產(chǎn)的GDP-32系統(tǒng)等。受到國內(nèi)市場及國外先進(jìn)瞬變電磁儀器的嚴(yán)重影響，我國瞬變電磁儀器必須革新技術(shù)，向高性能、高分辨率的發(fā)展方向進(jìn)發(fā)，才能獲得更多的市場份額，才能提高國際競爭力。

3 瞬變電磁法理論應(yīng)用的研究進(jìn)展

在瞬變電磁法的理論方面和實踐技術(shù)方面我國已經(jīng)進(jìn)行了30多年的分析探究，雖然在瞬變電磁法整體技術(shù)研究中取得了很大的進(jìn)步，并在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但就現(xiàn)階段的研究成果而言，還處于理論研究及儀器研發(fā)的初級階段。為了提高瞬變電磁法的技術(shù)水平，在未來還需對以下幾個方面進(jìn)行研究。

3.1 瞬變電磁法的理論研究

當(dāng)下及未來在瞬變電磁法理論研究中，還需對高分辨率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、三維精細(xì)解釋方式、三分量技術(shù)等多方面進(jìn)行分析研究。

3.2 瞬變電磁法弱信號技術(shù)的研究

瞬變電磁法弱信號技術(shù)的研究主要包括早期信號研究和晚期信號研究兩個方面。在瞬變電磁的接收線圈及發(fā)射線圈里，存在個體自感和兩者互感的現(xiàn)狀，它的等效回路可以看做是RLC電路，在研究過程中，如何將迭加在一起的自感信號和電磁響應(yīng)信號，進(jìn)行有效地分離，并準(zhǔn)確對觀測時間進(jìn)行確定及對瞬變電磁探測最小深度的確定都是今后研究的方向。對這幾個方面進(jìn)行研究時，必須充分考慮瞬變電磁法的探測深度問題、探測儀器分辨率的高低、地下介質(zhì)導(dǎo)電的具體情況、施工現(xiàn)場的土質(zhì)、巖石情況等。在瞬變電磁信號的晚期信號能量很弱，甚至?xí)槐尘暗脑胍舾采w。在未來研究中還要對信號晚期的信號和噪音進(jìn)行科學(xué)有效地分離，以此增強瞬變電磁法勘測的精準(zhǔn)度和深度。

3.3 瞬變電磁法儀器方面的研究

目前瞬變電磁儀器開發(fā)研制的重點、難點就在于采集系統(tǒng)圖像化及多通道大功率、多功能、數(shù)字智能化電測系統(tǒng)等的研發(fā)中，為了更好地適應(yīng)社會及市場的需求，我國瞬變電磁儀器必須向著多功能、數(shù)字智能化、自動化、簡便化的方向發(fā)展，尤其是在多分量瞬變電磁法儀器的研發(fā)中，要充分考慮到勘測巖層中各向異性對勘測結(jié)果產(chǎn)生的作用，并對其進(jìn)行深入研究。

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展和經(jīng)濟全球化的逐步深入，我國在瞬變電磁法整體技術(shù)研究中取得了很大的進(jìn)步，并將其應(yīng)用到了多個領(lǐng)域，包括油氣勘測、礦產(chǎn)勘查、工程勘察、環(huán)境調(diào)研、考古探測、軍事探測等。但就現(xiàn)階段的研究成果而言，我國的瞬變電磁法還處于理論研究及儀器研發(fā)的初級階段。為了完善我國瞬變電磁法系統(tǒng)，必須從理論、技術(shù)、儀器等多方面加強研究力度，才能增強瞬變電磁法勘測的精準(zhǔn)度和深度，才能促進(jìn)我國瞬變電磁法研究的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛國強，李貅，底青云.瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，（4）.

[2] 徐凱軍，李桐林.時域瞬變場電磁場有限差分法[J].世界地質(zhì)，2004，（3）.

[3] 劉志新，于景村，郭棟.礦井瞬變電磁法在水文鉆孔探測中的應(yīng)用[J].物探與化探，2006，（1）.

[4] 薛國強，李貅，底青云.瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[A].紀(jì)念中國地球物理學(xué)會成立60周年專輯[C].2007.