鉆孔瞬變電磁法研究現(xiàn)狀綜述

孫懷鳳，張瑩瑩，趙友超，劉玉超，趙華亮1,,3

(1.山東大學(xué) 巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061；2.新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830000；3.山東大學(xué) 地球電磁探測研究所，山東 濟(jì)南 250061；4.山東省工業(yè)技術(shù)研究院先進(jìn)勘探與透明城市協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 濟(jì)南 250061)

鉆孔瞬變電磁法是一種在井中接收電磁信號的瞬變電磁勘探方法，這種工作方式充分利用了鉆孔的優(yōu)勢，一方面可以對物探進(jìn)行約束和驗證，提高物探解釋的精度；另一方面由于接收點(diǎn)位于井孔中，距離探測目標(biāo)更近，可以觀測到更強(qiáng)的響應(yīng)信號，還可有效減弱地表各類電磁信號的干擾，信號反饋的目標(biāo)體信息也更加真實可靠[1-2]。鉆孔瞬變電磁法的發(fā)射源可位于地表，即地-井瞬變電磁法，分為回線源和電性源2 種；如果同時將發(fā)射源置于地下，相當(dāng)于把地-井瞬變電磁法的工作場景搬到礦下或隧道中，就是目前煤礦井下和隧道含水構(gòu)造超前探測中常用的隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法[3]。地-井及隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法(圖1)這2種方法的共同點(diǎn)是接收點(diǎn)都在井孔中，不同的是地-井瞬變電磁法的發(fā)射源在地表，而隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的發(fā)射源在地下。

圖1 鉆孔瞬變電磁法工作原理Fig.1 Working principle of borehole transiet electromagnetic method

鉆孔瞬變電磁法起于20 世紀(jì)70 年代，在80 年代得到迅速發(fā)展，該法具有探測深度大、響應(yīng)信號強(qiáng)、分辨率高和體積效應(yīng)小的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探[4-5]。近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求急劇增加，但近地表礦產(chǎn)資源儲量有限，難以滿足日益增長的需求，尋找深部隱伏礦體以及對礦山周圍礦體探測是當(dāng)前礦產(chǎn)資源開發(fā)的重要方向。我國于20 世紀(jì)80 年代開始發(fā)展地-井瞬變電磁法并取得了一些研究進(jìn)展，這得益于兩方面因素，一是國內(nèi)各大礦區(qū)在開采發(fā)掘的過程中形成了大量的鉆孔，為地-井瞬變電磁法的觀測和研究提供了前所未有的條件；二是隨著國外儀器設(shè)備引進(jìn)以及觀測條件改善，針對理論方法以及應(yīng)用的研究逐漸增加，國內(nèi)地-井瞬變電磁技術(shù)得到快速發(fā)展，也促進(jìn)了隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的進(jìn)步[6-7]。但是，由于地-井瞬變電磁法采用非共面裝置，接收點(diǎn)的深度不斷變化，且地下目標(biāo)體不同方位處觀測到的信號響應(yīng)特征有差異，無法將地面瞬變電磁法完善的理論直接應(yīng)用于地-井瞬變電磁法的研究[8]。雖然像地-井及隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法這一類井下接收的方法應(yīng)用效果會優(yōu)于常規(guī)的地面方法，但都面臨研究基礎(chǔ)弱的問題，目前都尚未形成系統(tǒng)的理論和解譯方法。

地-井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法這一類井下接收的鉆孔瞬變電磁方法在深部隱伏礦探測、煤礦和隧道施工安全生產(chǎn)中的水害探測方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢，近些年得到了越來越多的關(guān)注。根據(jù)工作方式的差異，這些方法可分為回線源地-井瞬變電磁法、電性源地-井瞬變電磁法和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法，其中回線源地-井瞬變電磁法歷史最為悠久，取得的研究成果最多，已在深部盲礦勘查方面得到了很好的應(yīng)用；電性源地-井瞬變電磁法和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法起步較晚，研究基礎(chǔ)相對薄弱，但在地質(zhì)地形條件復(fù)雜區(qū)深部盲礦勘查和煤礦及隧道隧道施工水害探測方面表現(xiàn)出了很大的潛力。針對上述方法，本文從正反演、儀器裝備和應(yīng)用實例等方面介紹了這些方法的國內(nèi)外發(fā)展歷程，并對各自的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行討論和分析，以期促進(jìn)鉆孔瞬變電磁法關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展，形成完善的理論和解譯方法，對深部礦體探測、煤礦和隧道含水構(gòu)造探測提供理論依據(jù)。

1 正反演研究

1.1 正 演

1.1.1 回線源地-井瞬變電磁法

正演是反演的基礎(chǔ)，國外學(xué)者最早于20 世紀(jì)70 年代便開展了回線源地井瞬變電磁法的相關(guān)研究，目前取得的研究成果也主要集中在回線源地-井瞬變電磁法，研究內(nèi)容包括：基于物理模擬或數(shù)值模擬的地-井瞬變電磁法可行性研究；簡單規(guī)則形體響應(yīng)特征分析；響應(yīng)影響因素；對多測道響應(yīng)曲線進(jìn)行定性分析判定地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布。

國外學(xué)者于1975 年便開展了基于物理模擬或數(shù)值模擬的井-井瞬變電磁法可行性研究，由于當(dāng)時數(shù)值模擬的計算能力不強(qiáng)，采用了PEM 瞬變電磁系統(tǒng)進(jìn)行比例模擬試驗研究，并將其應(yīng)用于地-井瞬變電磁數(shù)據(jù)正演[9]。1984 年A.V.Dyck 等[10]結(jié)合物理模型試驗和數(shù)值模擬方法討論了采用地-井瞬變電磁法三分量響應(yīng)數(shù)據(jù)對地下目標(biāo)體進(jìn)行定位的可行性研究，指出觀測三分量數(shù)據(jù)有助于解決多解性問題，這一研究將早期的單分量觀測技術(shù)拓展至多分量觀測，雖然已時隔近40 年，目前回線源地-井瞬變電磁法仍保留了這種觀測方式。

對典型的簡單規(guī)則形體進(jìn)行正演，有助于了解響應(yīng)特征，為后續(xù)的解釋和反演提供參考，這部分的研究內(nèi)容豐富，模型包括自由空間中球體和板狀體、斷裂構(gòu)造、含巷道和異常體的地電模型、含低阻薄板均勻半空間模型、上覆低阻地層的含低阻薄板均勻半空間模型、含單個異常體的地電模型等，采用的正演方法有積分方程法、時域有限差分方法等[11-17]。從1987 年開始就已有這方面的研究工作，時至今日仍有這方面的研究，隨著計算機(jī)計算能力的提升，從早期的一維逐漸發(fā)展至目前的三維正演方法，分析的對象由簡單模型逐漸變成復(fù)雜模型，如早期的自由空間模型到電阻率軸向各向異性模型等，分析的響應(yīng)包含了軸向分量、三分量等；通過改變模型相關(guān)參數(shù)，總結(jié)典型模型的地-井瞬變電磁響應(yīng)特征與規(guī)律，2005 年周仕新等[14]依據(jù)推導(dǎo)的三維擴(kuò)散方程的七點(diǎn)差分格式，對含巷道和異常體的三維地電模型其進(jìn)行數(shù)值模擬計算，分析了瞬變場在巷道和低阻體處的響應(yīng)特征；2012 年孟慶鑫[15]基于時域有限差分方法，選用Mur 吸收邊界對含導(dǎo)電薄板的二維均勻半空間模型進(jìn)行正演計算，分析了含低阻薄板的均勻半空間模型的響應(yīng)規(guī)律以及增加上覆低阻層的含異常體半空間模型的響應(yīng)規(guī)律；2020 年郭建磊等[17]基于三維時域有限差分算法研究了地層電導(dǎo)率軸向各向異性對地-井瞬變電磁三分量響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)水平軸電導(dǎo)率各向異性對地-井瞬變電磁三分量響應(yīng)的影響大于垂直軸電導(dǎo)率各向異性對其產(chǎn)生的影響，X軸各向異性對Y分量響應(yīng)的影響較大，Y軸各向異性對X分量響應(yīng)的影響較大，為地-井瞬變電磁各向異性研究提供了理論指導(dǎo)。

基于正演技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者很早就注意到在地-井瞬變電磁數(shù)據(jù)解釋中需要考慮到各類影響因素，主要包括來自于地層和套管環(huán)境及材料等方面的影響。地層的影響包括覆蓋層和導(dǎo)電圍巖的影響，1984 年P(guān).A.Eation 等[18]采用積分方程法研究了導(dǎo)電圍巖條件下異常體在井中產(chǎn)生的瞬變電磁響應(yīng)，指出在地-井瞬變電磁數(shù)據(jù)解譯中需充分考慮覆蓋層和導(dǎo)電圍巖的影響；1996 年G.Buselli 等[19]研究了均勻半空間以及含上覆導(dǎo)電層的半空間中包含2 個平行板狀異常體模型的瞬變電磁響應(yīng)規(guī)律，提出上覆導(dǎo)電層與目標(biāo)體間的電磁耦合會對模型的TEM 響應(yīng)產(chǎn)生較大影響。2011 年，宋汐瑾等[20]采用Gaver-Stehfest 逆拉氏變換方法進(jìn)行正演計算，分析了井眼泥漿、套管以及水泥環(huán)等因素對井中瞬變電磁響應(yīng)的影響，并指出套管內(nèi)徑以及套管磁導(dǎo)率會對瞬變電磁響應(yīng)產(chǎn)生較大影響而水泥環(huán)參數(shù)僅會對低阻層產(chǎn)生較大影響。

井旁定位、對多測道響應(yīng)曲線進(jìn)行定性分析判定地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布是近些年地-井瞬變電磁法正演分析的一個重要方向，已有大量學(xué)者開展了相關(guān)研究，證實了基于正演響應(yīng)特征進(jìn)行定性解釋的有效性。2014 年張杰等[21]采用EMVISION 軟件針對井旁板狀異常體模型進(jìn)行數(shù)值模擬計算，研究了井旁板狀導(dǎo)體的位置、埋深、產(chǎn)狀等參數(shù)對地-井瞬變電磁響應(yīng)特征的影響，為地-井瞬變電磁井旁異常體的定性解釋提供了理論依據(jù)。2017 年王鵬[22]采用三維數(shù)值模擬重點(diǎn)對地-井瞬變電磁Y分量響應(yīng)特征進(jìn)行研究，將總結(jié)的Y分量響應(yīng)規(guī)律在山西某煤礦的積水采空區(qū)加以驗證，經(jīng)過理論結(jié)果指導(dǎo)分析得到的積水采空區(qū)范圍與鉆探揭露位置相吻合，說明地-井瞬變電磁法對積水采空區(qū)探測具有良好效果。2019 年姚偉華等[23-24]基于時域有限差分正演算法，研究了煤礦井下掘進(jìn)工作面的鉆孔瞬變電磁響應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)鉆孔瞬變電磁三分量響應(yīng)隨時間的形態(tài)變化規(guī)律完全遵循“煙圈”理論并指出可依據(jù)異常場的形態(tài)組合判別異常體相對于鉆孔的方位和深度；此外，他們還嘗試將地孔瞬變電磁場分為總場與異常場分而論之，分別討論三分量響應(yīng)特征，物理模擬實驗證實三分量在復(fù)雜模型情況下也可對多個異常進(jìn)行定位，表明鉆孔瞬變電磁法在煤礦水害探測中具有廣泛應(yīng)用前景。2019 年王鵬等[25]對地面-鉆孔瞬變電磁的三分量純異常場進(jìn)行研究，總結(jié)一系列三分量純異常場對異常體變化的響應(yīng)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上以最小二乘約束反演算法對異常場進(jìn)行處理，處理結(jié)果顯示該方法可定位異常體中心位置、傾角、尺寸等相關(guān)參數(shù)，鑒于數(shù)值結(jié)果在陜西榆林市某煤礦進(jìn)行實測，通過采集、處理、解釋得到在鉆孔北側(cè)具有小煤窯積水采空區(qū)，鉆孔揭露實際情況與解釋結(jié)果相一致，表明地-井瞬變電磁具有較好的井旁探測能力。

從上述分析中可以看出，我國對地-井瞬變電磁法的研究起步較晚，20 世紀(jì)80 年代國內(nèi)才開始開展地-井瞬變電磁法的研究工作，受制于當(dāng)時的技術(shù)手段和理論方法，在最初的十幾年中，地-井瞬變電磁方法并未得到相應(yīng)的重視，針對地-井瞬變電磁理論和應(yīng)用的研究較少。直至20 世紀(jì)90 年代中期，在國家相關(guān)政策和項目的支持下，地-井瞬變電磁法得到重視，針對地-井瞬變電磁法數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)解譯的研究開始逐漸增加，且主要集中于回線源地-井瞬變電磁法。進(jìn)入21 世紀(jì)后，地-井瞬變電磁技術(shù)得到快速發(fā)展，大量學(xué)者通過正演證實了回線源地-井瞬變電磁法優(yōu)越的探測能力，應(yīng)用場景也從最初的礦產(chǎn)勘查拓展至煤礦水害探測，這部分工作主要是由中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院有限公司等單位完成的。

1.1.2 電性源地-井瞬變電磁法

由于回線源在山區(qū)、沼澤、湖泊等地形條件較差的區(qū)域不易開展工作，采用電性源激勵成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，出現(xiàn)了電性源地-井瞬變電磁法。該法不僅地形適應(yīng)性更強(qiáng)，理論研究表明由于電性源的垂向擴(kuò)散速度大于回線源，具有更大的探測深度；由于電性源可在地下激發(fā)TE 和TM 兩種極化模式的電磁場，與目標(biāo)體產(chǎn)生更復(fù)雜的耦合作用，提供更豐富的電性信息，可服務(wù)于大深度精細(xì)探測。2016 年李術(shù)才等[26]基于一維正演分析了地-井瞬變電磁法的采集范圍和傳播規(guī)律，總結(jié)了電性源地-井瞬變電磁法的最佳觀測方向及可供參考的發(fā)射源長度和探測深度對應(yīng)關(guān)系。2017 年武軍杰等[27-29]從一維正演和三維正演兩方面分析了電性源地-井瞬變電磁法不同分量響應(yīng)對電性界面的靈敏程度及場的空間分布特征，并基于反函數(shù)原理討論了三分量響應(yīng)的全域視電阻率定義問題，為電性源地-井瞬變電磁的探測效果和實際應(yīng)用提供了理論和數(shù)值試驗支撐；同年，陳衛(wèi)營等[30-31]基于電性源地下瞬變場一維正演理論，對直角坐標(biāo)系下的各電磁場分量在地下的擴(kuò)散、分布進(jìn)行了研究，指出Ez和Hx分量對目標(biāo)層的反映最為明顯，Ex和Hy分量在地下擴(kuò)散時受“返回電流”的影響會出現(xiàn)變號現(xiàn)象，這會對異常體的分辨造成一定影響。2018 年李凱等[32]基于三維多尺度時域有限差分系統(tǒng)研究不同地質(zhì)災(zāi)害響應(yīng)規(guī)律，如層狀含水體、充水陷落柱、充水?dāng)鄬?，通過總結(jié)上述問題響應(yīng)特征，驗證了地-井瞬變電磁法高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，指出分析上述地質(zhì)問題響應(yīng)時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注晚期響應(yīng)幅值與尖點(diǎn)特征，實現(xiàn)礦井不良含水體超前地質(zhì)預(yù)報與預(yù)警。2021 年Wang Luyuan 等[33]提出一種針對復(fù)雜地形的基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格矢量有限元法的地-井瞬變電磁三維正演算法，與一維解析解對比驗證了算法的準(zhǔn)確性并通過數(shù)值模擬分析了電性源Ex和dBy/dt分量的零值帶分布規(guī)律和成因，為實際探測中如何選擇最合適的鉆井以獲得最佳分辨率提供了理論依據(jù)。采用電性源激勵，可以通過多源以一定角度聯(lián)合發(fā)射，提高電性源地-井瞬變電磁響應(yīng)的信噪比和對地探測分辨率，獲得多維度地質(zhì)信息，實現(xiàn)精細(xì)探測。2021 年趙華亮等[34]借助半航空瞬變電磁法中多輻射場源的概念，基于電性源地-井瞬變電磁一維正演理論，采用褶積及高斯公式，研究了4 種典型發(fā)射波形下B、dB/dt的全分量瞬變響應(yīng)，依據(jù)單一變量原則對比分析了偏移距以及接收深度對地-井瞬變電磁響應(yīng)的影響。

電性源地-井瞬變電磁法的研究進(jìn)展主要集中在近5 年，研究的內(nèi)容包含了電磁場傳播與分布、典型地質(zhì)模型響應(yīng)特征分析、帶地形正演，發(fā)射波形分析等，借助于回線源地-井瞬變電磁的相關(guān)研究基礎(chǔ)及三維正演的快速發(fā)展，電性源地-井瞬變電磁法當(dāng)前的研究主要為觀測系統(tǒng)設(shè)計等提供參考。

1.1.3 隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法

為了滿足煤礦安全生產(chǎn)和工程項目安全施工的需求，隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法借鑒地-井瞬變電磁法保留了井中接收數(shù)據(jù)信噪比高、異常響應(yīng)強(qiáng)、探測精度高的特點(diǎn)，雖然起步較晚，但近些年取得了一些研究進(jìn)展。隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法目前大部分研究成果是由中國礦業(yè)大學(xué)、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司和山東大學(xué)完成，中國礦業(yè)大學(xué)和中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司的研究主要集中在巷道鉆孔瞬變電磁法，偏重解決煤礦水害的探測問題；山東大學(xué)的研究主要集中在隧道鉆孔瞬變電磁法，側(cè)重解決隧道施工過程中水害的探測問題。目前，隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法正演研究的主要內(nèi)容包括：基于物理模擬或數(shù)值模擬的隧(巷)道瞬變電磁法可行性研究[35-37]；簡單規(guī)則形體響應(yīng)特征分析；觀測系統(tǒng)設(shè)計等。

針對礦井孔中瞬變電磁法和巷-孔瞬變電磁法可行性研究，2015 年儲韜玉[35]為增強(qiáng)對井下鉆孔空間的利用，結(jié)合礦井瞬變電磁技術(shù)對煤礦富水區(qū)探測的優(yōu)越性，開展了礦井孔中瞬變電磁測量方法及其應(yīng)用的系統(tǒng)研究，通過數(shù)值模擬和煤礦現(xiàn)場實驗證明礦井孔中瞬變電磁法能夠有效地探測鉆孔周邊的異常，對鉆孔圍巖巖性的變化有較好的分辨能力；李學(xué)潛[36]、趙睿[37]等分別對巷-孔瞬變電磁三分量探測技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該法可有針對性地對鉆孔附近異常進(jìn)行三維探查，有效識別掘進(jìn)工作面前方含水構(gòu)造的范圍和位置，或?qū)λ毫蚜芽p的發(fā)育情況進(jìn)行監(jiān)測，用于評價水力壓裂效果。

簡單規(guī)則形體響應(yīng)特征分析方面，為了更貼合實際情況，學(xué)者們設(shè)計的模型主要有充水?dāng)鄬雍湍M積水采空區(qū)的低阻板狀體這2 種。采用積分方程法進(jìn)行礦井全空間孔中瞬變電磁數(shù)值模擬時發(fā)現(xiàn)當(dāng)煤層底板含水平低阻板狀異常體時，在對異常體的縱向分辨率和異常響應(yīng)的持續(xù)時間方面，孔內(nèi)感應(yīng)電動勢的水平分量相對優(yōu)于垂向分量，但垂向感應(yīng)電動勢的幅值強(qiáng)于水平感應(yīng)電動勢[38-39]。

觀測系統(tǒng)設(shè)計方面，由于隧(巷)道施工空間有限，為了保證異常體與發(fā)射源的最佳耦合，目前隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法采用的發(fā)射源主要是回線源，雖然正演結(jié)果表明在礦井全空間中，條件允許時應(yīng)盡可能使用大回線裝置，但受空間限制，可以使用小回線作為孔中瞬變電磁探測的發(fā)射源[40]。2021 年呂榮其[41]對礦用孔中瞬變電磁探測裝置及特性研究，為探究孔中瞬變電磁的響應(yīng)規(guī)律，通過數(shù)值實驗和物理實驗?zāi)M單偶極子和雙偶極子發(fā)射線圈的響應(yīng)特征，并基于2 種線圈發(fā)射方式，對比研究了煤礦井下孔中的巷-孔探測模式和孔-孔探測模式。

2020 年以來，參考回線源地-井瞬變電磁法井旁定位理論，部分學(xué)者開展了隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法定性解釋的井旁定位研究。2020 年張軍[42]結(jié)合典型災(zāi)害特征，設(shè)計多組三維模型，分別研究在地面-井下鉆孔瞬變電磁和隧道-工作面鉆孔瞬變電磁2 種不同裝置形式下模型的響應(yīng)規(guī)律，并在正演響應(yīng)規(guī)律研究的基礎(chǔ)上提出了基于總場的水體定位方法，可將井旁水體快速圈定于井周90°范圍。隧道鉆孔瞬變電磁法的研究成果相對較少，主要有基于三維正演模擬或物理模擬試驗的工作，可有效識別地質(zhì)異常體在鉆孔周圍的分布特征，提高探測的橫向分辨率[43-44]。

根據(jù)上述分析，在正演研究方面，回線源地-井瞬變電磁法的研究基礎(chǔ)相對豐厚，特別是在2000 年以來近20 年間伴隨著各類三維正演技術(shù)的發(fā)展取得了較多研究成果，應(yīng)用領(lǐng)域從深部找礦拓展至煤礦水害探測，除了傳統(tǒng)的分析響應(yīng)特征證實方法有效性、得出規(guī)律指導(dǎo)實際生產(chǎn)等，還開發(fā)了利用多測道響應(yīng)曲線形態(tài)判定井旁異常體的方法；電性源地-井瞬變電磁法和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的研究基礎(chǔ)相對較弱，研究成果主要集中在2017 年—2021 年，目前的研究內(nèi)容大都是通過分析響應(yīng)特征證實方法的可行性和有效性，其中電性源地-井瞬變電磁法的探測目標(biāo)是深部盲礦，隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法主要解決煤礦生產(chǎn)和隧道施工過程中可能會遇到的水害探測問題。

1.2 反 演

井旁異常體精確定位一直是地-井瞬變電磁法研究中亟待解決的問題，雖然利用多測道響應(yīng)曲線形態(tài)可以判定井旁異常體的大致區(qū)域，但無法做到精確定位井旁異常體。因此，為了進(jìn)一步實現(xiàn)井旁異常體精確定位，地-井瞬變電磁法反演研究不可或缺，國內(nèi)外學(xué)者很早就開展了相關(guān)研究工作，取得的研究成果主要基于回線源地-井瞬變電磁法。1985 年，S.Talor 等[45]在第55 屆SEG 年會上提出了地-井瞬變電磁數(shù)據(jù)的等效電流環(huán)非線性最小二乘回歸反演；2 年后，P.K.Fullagar[46]、A.C.Duncan[47]提出了類似的等效電流環(huán)反演方法并通過物理模型試驗和野外實測數(shù)據(jù)證實了方法的有效性，該法認(rèn)為在發(fā)射源與異常體位置固定的情況下，若不同接收點(diǎn)接收到的響應(yīng)是由同一個異常體產(chǎn)生的渦流場在不同位置的場值，則必然存在一個垂直鉆孔分布的電流環(huán)可在異常體中心產(chǎn)生與異常體本身相同的響應(yīng)場值。2001 年，Zhang Z 等[8]提出了針對地面瞬變電磁和鉆孔瞬變電磁數(shù)據(jù)的一維反演方法，并指出地表數(shù)據(jù)在早期時間道的信噪比較高，而鉆孔數(shù)據(jù)在晚期時間道的信噪比較高；最后對地表數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演，對比發(fā)現(xiàn)聯(lián)合反演結(jié)果優(yōu)于單個數(shù)據(jù)集反演的結(jié)果。2014 年楊毅等[48]采用遺傳算法實現(xiàn)了基于等效渦流的地-井瞬變電磁純異常反演。2015 年張杰等[49]在等效電流環(huán)理論的基礎(chǔ)上提出地-井瞬變電磁探測矢量交匯法，可用于定位井旁異常體中心。2019—2022 年，范濤等針對巷道瞬變電磁成像和反演分別研究了4 種方法，分別是疊加成像、基于聚類的鉆孔瞬變電磁立體成像、擬地震反演和可行域約束的Occam 反演算法，疊加成像基于孔中數(shù)據(jù)峰值點(diǎn)后方衰減段的全期視電阻率計算，可有效圈定采空區(qū)異常邊界；基于K-Means 聚類算法的鉆孔瞬變電磁視電阻率立體成像是地球物理和機(jī)器學(xué)習(xí)的有機(jī)結(jié)合，可實現(xiàn)長距離瞬變電磁水害立體超前探測，為井下掘進(jìn)工作面隱伏水害超前探測精細(xì)解釋提供技術(shù)支撐；二維擬地震反演基于波場反變換算法將二維鉆孔瞬變電磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為虛擬波場數(shù)據(jù)，并最終利用全波形反演方法實現(xiàn)巷道-鉆孔瞬變電磁數(shù)據(jù)的反演；可行域約束的Occam 反演算法可減小瞬變電磁體積效應(yīng)影響，精確探測鄰礦越界開采采空區(qū)規(guī)模[50-54]。2019 年陳衛(wèi)營等采用Occam 算法對不同分量的電性源地-井瞬變電磁響應(yīng)加以反演，結(jié)果表明各分量中垂直電場和水平磁場對時間的導(dǎo)數(shù)對電性界面較敏感，為進(jìn)一步驗證算法，在安徽某煤礦開展實測工作，反演結(jié)果顯示出兩含水層所在位置與實際鉆孔相一致，表明該反演算法在煤礦應(yīng)用中具有良好效果；2020 年，利用Occam 算法實現(xiàn)了電性源地-井瞬變電磁法一維反演，并在安徽的煤田成功預(yù)測含水層位置[31,55]。2020 年S.Malecki 等[56]采用地上布置多個發(fā)射源，地下共用接收點(diǎn)的裝置形式，提出信賴域算法對地-井瞬變電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行一維反演可以準(zhǔn)確定位地下接收點(diǎn)的位置。2022 年智慶全等[57]提出一種基于瞬變沖激時刻的快速定量解釋方法直接獲取大地電阻率參數(shù)，適用于回線源地-井瞬變電磁法的快速初步定量解釋。

目前，地-井瞬變電磁反演領(lǐng)域常用的反演方法主要包括：等效電流環(huán)反演、頻率域一維反演、Occam 反演、二維擬地震反演以及矢量交匯法，這一類方法仍屬于一維反演方法。反演方法的研究對象主要是回線源地-井瞬變電磁法，電性源地-井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的反演研究相對較少，整體來說，各類鉆孔瞬變電磁法在成像和反演方面的研究基礎(chǔ)仍然較弱。

2 儀器裝備及系統(tǒng)研發(fā)

在理論研究發(fā)展的同時，隨著電子技術(shù)和硬件研制能力的提升，國外各類瞬變電磁設(shè)備相繼問世。加拿大GRONE 公司率先推出了性能穩(wěn)定，實用型瞬變電磁儀，隨后又研制了脈沖電磁系統(tǒng)并被廣泛應(yīng)用于瞬變電磁設(shè)備研制。此后，各類瞬變電磁儀器設(shè)備如雨后春筍紛紛涌現(xiàn)，例如加拿大GEONICS 公司的定源回線裝置EM-37 系統(tǒng)、法國BRGM 公司推出的SYSCALR2 系統(tǒng)、美國ZONE 公司的GDP 系統(tǒng)、加拿大Phoenix 公司生產(chǎn)的V-5、V-6 系統(tǒng)以及V8 網(wǎng)絡(luò)型多功能系統(tǒng)。與此同時，結(jié)合深部探測需求，國外在瞬變電磁儀快速發(fā)展的基礎(chǔ)上開展地-井瞬變電磁探測設(shè)備的研制。20 世紀(jì)70 年代，最先研制出單分量地-井瞬變電磁儀，至20 世紀(jì)90 年代初已經(jīng)出現(xiàn)商品化的三分量測量系統(tǒng)，例如加拿大Geonics 公司于20 世紀(jì)80 年代末期研制的PROTEM 瞬變電磁系統(tǒng)及其配套的BH43-3 鉆井觀測裝置，探測范圍可達(dá)井周200～300 m，探測深度可至井下2 000 m[58]。2014 年，俄羅斯學(xué)者N.O.Kozhevnikov 等[59]通過現(xiàn)場試驗研究了垂直鉆孔金屬套管對地-井瞬變電磁響應(yīng)產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)在早期金屬套管產(chǎn)生的渦流對井中瞬變電磁響應(yīng)的影響可以忽略不計，在后期套管效應(yīng)產(chǎn)生的影響則占據(jù)主導(dǎo)地位。

20 世紀(jì)80 年代初，國內(nèi)首次引進(jìn)加拿大CORNE公司生產(chǎn)的SIROTEM 瞬變電磁系統(tǒng)，并以此開展地-井瞬變電磁研究工作，而國內(nèi)的地-井瞬變電磁儀器研制工作也拉開帷幕。最初，只有少數(shù)科研院所開展地-井瞬變電磁相關(guān)儀器的研制，例如物化探研究所在七五、八五科研攻關(guān)項目研究期間都進(jìn)行了地-井瞬變電磁井中探頭的研制[60-62]；20 世紀(jì)80 年代末期，蔣邦遠(yuǎn)和石中英成功研制井中軸向探頭并投入野外試驗[63]。2003 年，國內(nèi)又引進(jìn)加拿大CRONE公司生產(chǎn)的三分量地-井瞬變電磁系統(tǒng)，國內(nèi)專家學(xué)者也針對地-井瞬變電磁三分量系統(tǒng)做了相應(yīng)的改進(jìn)。

隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法裝備研制方面，2007 年楊海燕等[64]討論了多匝線圈與單匝線圈自感系數(shù)的關(guān)系，同時分析了瞬變電磁線圈等效回路的暫態(tài)過程以及多匝線圈感應(yīng)電動勢的響應(yīng)特征，為提取早期數(shù)據(jù)的研究提供了一定的參考；同年，姜志海等[65]采用物理實驗對礦井瞬變電磁觀測系統(tǒng)的發(fā)射功率、發(fā)射磁矩、關(guān)斷時間隨發(fā)射線圈匝數(shù)的變化關(guān)系以及關(guān)斷時間、接收信號隨接收線圈匝數(shù)的變化關(guān)系進(jìn)行了定性研究，給出了礦井瞬變電磁觀測系統(tǒng)發(fā)射接收線圈最優(yōu)匝數(shù)選擇。2016 年苗彬等[66]對巷道-鉆孔瞬變電磁儀器的研制開展研究，對時鐘同步、接收機(jī)設(shè)計、通訊傳輸、軟件開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)加以實現(xiàn)，并將研制的儀器在山西朔州某煤礦開展試驗，該設(shè)備可有效識別高低阻區(qū)域，實現(xiàn)連續(xù)探測，縮短決策時間，提高煤礦安全管理水平。同年，林君等[67]針對礦井瞬變電磁探測需求，研制了適用于井中探測的瞬變電磁空芯線圈傳感器。2018 年中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司針對多路合成發(fā)射和三分量磁感應(yīng)接收探頭這2 個關(guān)鍵技術(shù)開展研發(fā)，試制了孔-巷瞬變電磁儀并開展了實驗室測試和煤礦井下現(xiàn)場試驗[68]。2019 年于景邨等提出采用一種多匝中心小回線非接觸式發(fā)射源探查礦井內(nèi)含水體病害的位置并結(jié)合鉆孔信息進(jìn)行驗證；此外，他們還針對巷道內(nèi)金屬體的干擾及其去除技術(shù)進(jìn)行了專門的研究[69-70]。2019 年安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司(惠洲院)研制了集鉆孔測斜、測深于一體的YCS360HK 礦用本安型巷孔瞬變電磁儀，該設(shè)備服務(wù)范圍廣泛，可用于礦山、隧道、水利、地鐵等領(lǐng)域的隱患探查。2020 年中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司進(jìn)一步研發(fā)了用于定向鉆孔的孔中動源動接收孔中瞬變電磁探測技術(shù)與裝備，為煤礦巷道快速掘進(jìn)提供了超前探測距離800 m 以上的“長掘長探”水害預(yù)報手段。

由于起步較早，地-井瞬變電磁法裝備的研究程度相對較高且很早便服務(wù)于生產(chǎn)，發(fā)射裝置一般都是采用地面瞬變電磁設(shè)備的發(fā)射機(jī)，但需要特制的井下接收裝置，所以研究熱點(diǎn)主要在井中接收探頭的研制方面，接收裝置由早期的單分量現(xiàn)已發(fā)展至三分量測量系統(tǒng)。隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的發(fā)射和接收裝置都位于地下，接收探頭可以采用地-井瞬變電磁裝備，但需要配以特制的發(fā)射裝置，中國礦業(yè)大學(xué)、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司和安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司(惠洲院)在這方面做了大量工作，相繼研發(fā)了有代表性的設(shè)備，已逐步開始被廣泛應(yīng)用。

3 測試實驗與應(yīng)用案例

礦產(chǎn)資源勘探是地-井瞬變電磁法應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，國外最先于19 世紀(jì)80 年代將地-井瞬變電磁法應(yīng)用于礦體探測，在澳大利亞、加拿大的一些老礦區(qū)中，該法在尋找深部隱伏礦床中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，成為圈定深部隱伏礦床的有效方法之一。19 世紀(jì)80—90 年代取得的大量應(yīng)用研究進(jìn)展都位于澳大利亞，采用的都是地表固定放置的與目標(biāo)體有最佳耦合的回線源，如1984 年，紐蒙特(Newmont)公司對新南威爾士州的三個銅-鐵-鉛-鋅多金屬礦床進(jìn)行回線源地-井瞬變電磁探測，發(fā)射源尺寸800 m×400 m，發(fā)射電流50 A，電流關(guān)斷后使用單分量測量裝置在井中采集1.06～75.6 ms 范圍內(nèi)的28 個采樣點(diǎn)，此次試驗利用多測道曲線的形態(tài)變化較為準(zhǔn)確地確定了3 個礦床的傾向、深度和走向[71]。1987 年是地-井瞬變電磁法應(yīng)用研究在澳大利亞取得爆發(fā)性成果的一年，在硫化物礦、鎳礦、黃鐵礦、鉛鋅礦、錫礦等具有良導(dǎo)特征礦床的深部隱伏礦探測方面積累了一大批典型案例，如R.J.Irvine[4]在昆士蘭北部Thalanga 地區(qū)進(jìn)行開展地下塊狀硫化物和板狀鉛、鋅、銅礦床探測工作，在距離鉆孔150 m 處成功探測到塊狀硫化物，證實了地-井瞬變電磁法對井旁較強(qiáng)的探測能力，同時發(fā)現(xiàn)地-井瞬變電磁可有效探測低阻覆蓋層下的良導(dǎo)地質(zhì)體，并發(fā)現(xiàn)這時小尺寸線圈的探測效果將優(yōu)于大尺寸線圈；J.R.Bishop 等[72]在塔斯馬尼亞西部的雷尼森貝爾錫礦，采用地-井瞬變電磁方法探測到地下1 000 m 深度范圍外的含錫黃鐵礦礦脈，在鉆孔深度540 m 處距離鉆孔75 m 的位置發(fā)現(xiàn)了隱伏盲礦體；T.Eadie[73]在塔斯馬尼亞的赫利爾礦區(qū)進(jìn)行了地-井瞬變電磁實驗，結(jié)果證實該法不僅可以提供礦床的形狀信息，預(yù)測出礦體位置，結(jié)合地面數(shù)據(jù)還可展示礦體細(xì)節(jié)，如礦體傾角等，從而有效預(yù)測深部及復(fù)雜區(qū)域礦體信息；A.J.Mutton[74]在西澳大利亞伊爾崗地塊安格紐鎳礦帶開展了地-井瞬變電磁工作，該礦區(qū)由于存在高導(dǎo)覆蓋層，地面瞬變電磁法很難觀測到來自礦體的響應(yīng)，限制了瞬變電磁法的探測深度和效果，但地-井瞬變電磁法可刻畫出復(fù)雜良導(dǎo)地質(zhì)體的范圍與延伸方向，不僅可以加大瞬變電磁法的探測深度，還能有效識別多個低阻體；R.J.L.Lane[75]在南澳大利亞坎曼圖海槽內(nèi)開展了地-井瞬變電磁勘探工作并發(fā)現(xiàn)了地下黃鐵礦礦床；在悉尼盆地南部煤田面臨輝綠巖入侵導(dǎo)致煤炭焦化形成煤渣并最終氧化成黏土材料的問題，M.W.Asten 等[76]針對該問題開展地-井瞬變電磁探測工作，并最終判定了輝綠巖侵入范圍。1996 年CRONE 公司在昆士蘭北部的Balcooma 銅礦床進(jìn)行了多環(huán)軸向以及三分量地-井瞬變電磁探測，比較兩者探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)相較于軸向數(shù)據(jù)，三分量數(shù)據(jù)能夠更加準(zhǔn)確檢測到礦體位置以及延伸方向，在200 m 深度處發(fā)現(xiàn)了井旁盲礦體響應(yīng)特征，定位出礦脈的延伸方向，并通過打鉆進(jìn)行了驗證[77]。1997 年，L.Vella[78]使用CRONE 脈沖電磁系統(tǒng)將地-井裝置移至西澳大利亞金屬礦巷道中探測磁黃鐵礦，有效圈定了地下富含磁黃鐵礦的BIF 靶區(qū)。西澳大利亞卡爾古利坎博爾達(dá)硫化物鎳礦床表明存在低阻覆蓋層，同時還有一層很厚的磁黃鐵礦沉積物，勘探難度大，1998 年J.Elders 等[79]在該區(qū)開展了地-井瞬變電磁工作，采用兩個發(fā)射線圈通以反向電流，這種多線圈發(fā)射方式經(jīng)電流反向耦合后的響應(yīng)在極性反轉(zhuǎn)位置可成功對界面進(jìn)行定位。

除了澳大利亞，加拿大在地-井瞬變電磁法的應(yīng)用方面也取得了不少研究進(jìn)展，19 世紀(jì)80 年代，在加拿大魁北克省Dufault 地區(qū)福爾肯布里奇銅礦區(qū)，采用地-井瞬變電磁測量發(fā)現(xiàn)了一個深達(dá)950 m 的井旁盲礦體；在薩德伯里(Sudbury)銅鎳礦區(qū)，發(fā)現(xiàn)深度超過1 000 m的林茲里(Linsley)礦體、埋深超過2000 m 的維克多(Victor)富銅鎳礦床、埋深1 000～1 500 m 的新麥克里達(dá)銅鎳礦床和埋深1 200～1 500 m 的東麥克里達(dá)礦床；在諾蘭達(dá)礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了深度約700 m 的科伯特和深度約1 280 m 的安西爾礦床[80-82]。英國圣埃弗斯地區(qū)由于地表有較厚風(fēng)化層，并被高鹽度地下水所飽和，對金礦勘查造成困難，2003 年，采用井下直流電阻率法與井下瞬變電磁法的聯(lián)合探測，結(jié)果表明由于受到低阻覆蓋層的影響，井下直流電阻率法只能探測到高礦化地質(zhì)體，無法檢測到強(qiáng)異常；而井下瞬變電磁響應(yīng)在Junction 金礦附近出現(xiàn)強(qiáng)異常特征，該異常表現(xiàn)為傾斜板狀體特征，后經(jīng)證實該異常為一個含金剪切帶[83]。

國內(nèi)地-井瞬變電磁方法雖然在理論研究方面取得了顯著進(jìn)展，但是其實際應(yīng)用領(lǐng)域范圍狹窄且大多都是配合鉆探或者其他方法進(jìn)行試驗驗證，直接用于礦產(chǎn)資源勘探的實例并不是很多。2003 年國內(nèi)引進(jìn)三分量地-井瞬變電磁探測系統(tǒng)之后，在新疆某銅礦地區(qū)開展探測，發(fā)現(xiàn)并驗證井旁存在富銅礦區(qū)[12,84-85]。2005 年施俊法等[82]在其所著《信息找礦戰(zhàn)略與勘查百例》一書中提到地井瞬變電磁法經(jīng)過改進(jìn)和完善能夠探測到約3 000 m 深、距離鉆孔200～300 m 范圍內(nèi)的大型良導(dǎo)地質(zhì)體，并有確定其位置、形狀和規(guī)模。2008 年在危機(jī)礦山中開展了1 萬多米的地-井瞬變電磁測量示范研究工作。2013 年運(yùn)用瞬變電磁法在安徽省池州市黃山嶺鉛鋅礦礦區(qū)成功發(fā)現(xiàn)井旁盲礦，為該地區(qū)深部找礦工作打開新局面；在湖北省大冶市銅綠山礦區(qū)成功探測深部礦體的延伸方向[86]。鐘明峰等[87]介紹了地-井瞬變電磁法在青海野馬泉M1 磁異常區(qū)金屬礦產(chǎn)勘探的應(yīng)用情況，通過對兩個鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解釋成功確定了井旁盲礦的方位以及產(chǎn)狀。

隧(巷)道鉆孔瞬變電磁在煤礦積水采空區(qū)、隧道探測中應(yīng)用較多，應(yīng)用案例集中在2017—2021 年，如山西陽泉、朔州地區(qū)、陜西省榆林市、韓城市、濟(jì)寧、安徽省淮北市、廣西岑溪市等不同地區(qū)的煤礦和隧道上均有成功應(yīng)用[36-44]。中國科學(xué)院地球物理研究所利用PROTEM 礦用瞬變電磁儀對井下全空間瞬變電磁法進(jìn)行了研究，在巷道掘進(jìn)過程中進(jìn)行了跟蹤式超前探測實驗，成功探測了前方的富水低阻異常區(qū)域。

總的來說，在實際應(yīng)用方面目前取得的大部分研究成果均基于回線源地-井瞬變電磁法，這種通過感應(yīng)方式建立起來的場源非常適合在澳大利亞內(nèi)陸和加拿大的干旱和半干旱地區(qū)開展工作，地表固定放置的發(fā)射源能夠與地下異常體有最佳耦合，老礦區(qū)留下的鉆孔又為井下觀測提供了天然場所，所以19 世紀(jì)80—90 年代在知名礦區(qū)尋找深部隱伏礦床上取得了大量成果；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對發(fā)射和接收裝置均有改進(jìn)，如多線圈發(fā)射、三分量接收等，這些對于提高數(shù)據(jù)信噪比、加大探測深度都有幫助。在我國，地-井瞬變電磁法的應(yīng)用主要集中在近20 年，早期的成果均基于回線源但隨著找礦目標(biāo)逐漸往西部山區(qū)轉(zhuǎn)移，電性源地-井瞬變電磁法得到了越來越多的關(guān)注，但研究基礎(chǔ)較薄弱。隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法主要用于煤礦和隧道施工中水害的探測，雖然在我國不同地區(qū)均有成功應(yīng)用，同樣面臨研究基礎(chǔ)弱的現(xiàn)狀。

4 展 望

我國現(xiàn)在仍處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時期，礦產(chǎn)資源供不應(yīng)求仍然是制約國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，為了滿足日益增長的礦產(chǎn)資源需求，國家近幾年不斷加大礦產(chǎn)資源開發(fā)力度，探測目標(biāo)已轉(zhuǎn)移到地球深部。伴隨著社會發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，對煤礦生產(chǎn)和隧道施工的安全性提出了更高的要求，有效的災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)是非常有必要的。結(jié)合目前鉆孔瞬變電磁法研究現(xiàn)狀，未來我國地-井和隧(巷)道瞬變電磁技術(shù)發(fā)展面臨的問題主要包括以下幾個方面：

(1) 正演計算是反演研究的基礎(chǔ)，正演計算的速度很大程度上會決定反演計算耗時。由于需要對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，計算時需要考慮所有網(wǎng)格，現(xiàn)有的地-井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁三維正演算法計算速度較慢，加快三維正演計算速度，不僅對模擬復(fù)雜地質(zhì)地形模型意義重大，對實現(xiàn)三維反演、降低反演計算量也很重要。

(2) 由于井旁異常體定位目前仍處于定性分析階段，無法實現(xiàn)異常體精確定位，特別是在地形起伏劇烈及電性結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域，現(xiàn)有的一維反演方法存在一定的局限性，因此，研究帶地形的三維反演方法或快速有效的地形校正方法顯得更為重要，特別是對于地形適應(yīng)性好的電性源地-井瞬變電磁法。

(3) 目前我國使用的地-井瞬變電磁設(shè)備大多依靠引進(jìn)國外成品并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，還未研發(fā)出有自身特色、適應(yīng)自身需求的產(chǎn)品。就發(fā)射機(jī)而言，可以考慮從發(fā)射源的布置和發(fā)射電流入手，引入多輻射場源或類似于m 序列的偽隨機(jī)發(fā)射波形，提高對異常體的分辨能力；就接收探頭而言，可以在三分量傳感器的穩(wěn)定性、靈敏性，套管材料或套管干擾消除方法等方面開展相關(guān)研究工作。

(4) 電性源地-井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法目前的研究基礎(chǔ)均較薄弱，電性源地-井瞬變電磁法的應(yīng)用案例更少，今后可以在老礦區(qū)，特別是位于地質(zhì)地形條件復(fù)雜山區(qū)的老礦區(qū)，開展相關(guān)試驗工作，基于就礦找礦的思想，可能會對深部找礦提供較多幫助。

(5) 為了提高解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性，可采用多參數(shù)地球物理方法聯(lián)合解釋或聯(lián)合反演方法提高地-井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法的分辨率，如地-井瞬變電磁法可以聯(lián)合目前技術(shù)相對成熟的各類測井方法，如聲波測井、磁法測井等；隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法可聯(lián)合TSP 隧道超前預(yù)報波地震探測方法等。

5 結(jié) 論

a.鉆孔瞬變電磁法由于接收探頭位于孔中，具有探測深度大、分辨率高、受電磁噪聲及人文干擾小的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足深部找礦大埋深、水害防治精細(xì)化的探測需求。起步較早的回線源地-井瞬變電磁法目前在正演、成像、一維反演、儀器裝備、應(yīng)用案例等方面均積累了較多的研究成果，應(yīng)用領(lǐng)域包含了深部隱伏礦床勘查和圈定巖層入侵范圍，已經(jīng)是一種比較成熟的井下工作方法，但關(guān)于反演的研究多是基于一維反演，反演方法的維度有待提高。

b.電性源地-井瞬變電磁法具有地形適應(yīng)強(qiáng)、勘探深度大的特點(diǎn)，適合我國復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的礦產(chǎn)和工程勘查工作。但由于起步較晚，目前的研究基礎(chǔ)相對薄弱，大部分研究都是關(guān)于正演方面的響應(yīng)特征分析，聯(lián)合現(xiàn)有的地面瞬變電磁法發(fā)射裝置和回線源地-井瞬變電磁法接收裝置，該法在反演方法研究、觀測系統(tǒng)設(shè)計和實際應(yīng)用中有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

c.隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法以其信噪比高、探測精度高的特點(diǎn)在煤礦生產(chǎn)和隧道施工過程中的超前地質(zhì)探測災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警方面有著重要的現(xiàn)實意義，但仍然面臨研究基礎(chǔ)弱的現(xiàn)狀。目前研究內(nèi)容多偏重于響應(yīng)特征分析和現(xiàn)場應(yīng)用，雖然在實際生產(chǎn)中取得了一些成功應(yīng)用的案例，但是由于全空間探測的特殊性，該法在觀測系統(tǒng)設(shè)計、發(fā)射裝置設(shè)計和反演方法研究等方面仍有很多工作有待完成。

d.受孔中作業(yè)環(huán)境限制，鉆孔瞬變電磁法的理論和裝備不能完全照搬地面瞬變電磁方法成熟的先進(jìn)理論和技術(shù)裝備，必須立足于當(dāng)前鉆孔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合實際探測目標(biāo)和工程需求開展研究，提升井下工作方法的相關(guān)技術(shù)水平，在數(shù)字化、智能化和網(wǎng)格化技術(shù)方面突破技術(shù)瓶頸，達(dá)到大深度、高精度和高分辨率探測。