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1、(10)申请公布号 CN 104360399 A (43)申请公布日 2015.02.18 CN 104360399 A (21)申请号 201410746452.4 (22)申请日 2014.12.10 G01V 3/08(2006.01) (71)申请人 中国科学院地质与地球物理研究所 地址 100000 北京市朝阳区北土城西路 19 号 (72)发明人 薛国强 岳建华 陈卫营 崔江伟 韩德品 (54) 发明名称 长导线接地源地下瞬变电磁探测方法及装置 (57) 摘要 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法及 装置， 包括作为发射源的接地导线和作为接收的 地下接收装置 ； 接地导线布置在地面。
2、 ； 在地面利 用已有钻孔或利用已有的地下巷道， 在孔中沿钻 孔方向或者在地下巷道沿巷道方向逐点布置接收 探头 ； 所述接地导线由三组接地导线构成 ； 其中 两组互相平行， 同时与第三组垂直。 本发明涉及长 导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 接地导线产 生的电场与具有不同电阻率值的地层相交， 水平 分量激发的感应电流有利于低阻体的探测， 垂直 分量在地层电性界面感应的电荷有利于高阻体的 探测， 本发明长导线的布设与大回线相比不仅有 更大的灵活性， 而且也有利于探测高阻目标体。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12。
3、)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104360399 A CN 104360399 A 1/1 页 2 1. 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 其特征在于 ： 包括作为发射源的接地导线和作为接收的地下接收装置 ； 接地导线布置在地面 ； 在地面利用已有钻孔或利用已有的地下巷道， 在孔中沿钻孔方向或者在地下巷道沿巷 道方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导线由三组接地导线构成 ； 其中两组互相平行， 同时 与第三组垂直。 2. 根据权利要求 1 所述长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 其特征在于 ： 所述接地导线的长度等于接地导线与钻孔的距离并且。
4、等于目标层的埋藏深度。 3. 根据权利要求 2 所述长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 其特征在于 ： 所述接地导线的长度为 800 米到 1500 米。 4. 根据权利要求 1 所述长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 其特征在于 ： 所述长接地导线发射源的发射功率为 30 千瓦。 5. 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性脉冲电流， 接 地导线产生激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在钻孔中沿钻孔方向 逐点测量地下介质产生的感应二次场， 其特征在于， 分别对布置在地面的三组接地导线中 的每一组进行发射 ； 沿钻孔方向布置的接收探头分别接收三组发射。
5、源在地下介质产生的感 应二次场信号。 6. 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 其特征在于， 包括作为发射源的接地导线和作为接收的地下接收装置 ； 接地导线设置在地面 ； 其特 征在于 ： 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导线由三组接地 导线构成 ； 其中两组互相平行， 同时与第三组垂直。 7. 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性矩形脉冲电 流， 在地下激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在煤矿巷道或者隧道沿 水平方向逐点接收地下介质产生的感应二次场， 其特征在于， 分别对布置在地面的三组接 地导线中的每一组进行发。
6、射 ； 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向布置的接收探头分别接收 三组发射源在地下介质产生的感应二次场信号。 权 利 要 求 书 CN 104360399 A 2 1/4 页 3 长导线接地源地下瞬变电磁探测方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种地球物理勘测方法， 具体地说， 是涉及一种长导线接地源地下瞬 变电磁探测方法。 背景技术 0002 瞬变电磁场法 (Transient Electromagnetic Method， 简称 TEM) 是一种建立在电 磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。 它是利用不接地回线或接地导线向地下 发射一次场， 在一次场关断后， 测量由地下介质产生的。
7、感应二次场随时间的变化， 来达到寻 找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。 0003 图 1 为传统地面回线源瞬变电磁法的工作装置图， 其中应用较多的是中心回线装 置， 即在地面布设回线， 在回线正中心点测量， 由于这种装置异常简单， 易于解释， 得到了广 泛的应用。 0004 但是， 当在地面接收时， 电磁场需要从异常位置传播到地面接收装置， 才能被采集 到。 电磁场传播的时间和路程都比较长， 并极易受到发射源和接收装置间不均匀体的影响。 如果能在地下靠近异常目标体的位置进行接收， 则电磁场传播的时间和路程相对较短， 并 且最大程度地避免了发、 收之间不均匀体的影响， 能够观测到最大异常值，。
8、 大大提高了对目 标体的探测能力。 0005 传统的地井瞬变电磁法， 就是在钻孔附近的地面上布置不接地线圈作为发射源， 用接收探头在钻孔中沿钻孔方向逐点测量地下介质产生的感应二次场， 其方法原理如图 2 所示。在不接地回线中供以双极性脉冲电流， 从而激发电磁场， 在该电磁场的激励下， 地下 介质受感应而产生涡旋电流， 当发射回线的脉冲电流从峰值跃变到零， 激发场立即消失， 而 地下介质中的感应涡流并不立即消失， 而是有一个衰减过程， 这个过程的特征与地下电性 结构有关。通过研究井中感应二次场在空间和时间上的变化特征， 可以达到研究钻孔周围 电性结构分布的目的， 从而可以对井旁、 井底附近的地质。
9、体进行高精度地分辨， 或推断已见 矿体的空间分布与延伸方向。 0006 在地井TEM测量时， 所观测到的地井TEM响应曲线的特征， 一方面取决于导电矿体 的导电性和几何形态， 另一方面还与发射回线、 导体、 接收探头之间的相互位置有关。在实 际工作中， 当已有资料不足以对异常体进行精确定位时， 可以在地面不同方位布置多个发 射回线， 如图3。 每个回线激发时都用探头在钻孔中测量一遍， 得到不同特征的响应曲线， 从 而获得更丰富的地电信息， 有助于对异常体的定性、 定量解释。 0007 由于回线源的对称性使场有相互抵消作用， 能量在地层中衰减较快， 探测深度较 浅， 边长较大时不易敷设， 回线源。
10、仅能产生切向电场分量， 易于在低阻层中激发感应电流， 对探测低阻层十分有利， 但在探测高阻层时， 回线源不是最好的装置形式。 0008 当接收空间为煤矿巷道或者隧道这种大致水平情况时， 常规的地井观测装备变成 了如图5所示的形式。 即在地面布设较大线圈、 增强供电电流保证探测深度 ； 井下沿巷道进 行接收， 接收线圈距目标体较近， 接收信号强， 可提高分辨率与探测精度， 增强 “旁视” 能力。 说 明 书 CN 104360399 A 3 2/4 页 4 同时， 改变地面发射线圈与巷道中接收线圈的相对位置， 或者改变接收线圈的法方向， 可用 于多层采空区探测。 发明内容 0009 针对上述现有。
11、技术中的不足， 本发明提供一种提高勘探精度和准确性的长导线接 地源地下瞬变电磁探测装置。 0010 本发明所采取的技术方案是 ： 0011 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 0012 包括地面发射源接地导线和地下接收装置 ； 接地导线布置在地面 ； 0013 在地面利用已有钻孔或利用已有的地下巷道， 在孔中沿钻孔方向或者在地下巷道 沿巷道方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导线由三组接地导线构成 ； 其中两组互相平行， 同时与第三组垂直。 0014 所述接地导线的长度大致等于接地导线与钻孔的距离并且大致等于目标层的埋 藏深度。 0015 所述接地导线的长度为 800 米到 1500 米。 。
12、0016 所述长接地导线发射源的发射功率为 30 千瓦。 0017 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性脉冲电流， 接地导线产生激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在钻孔中沿钻孔方 向逐点测量地下介质产生的感应二次场， 分别对布置在地面的三组接地导线中的每一组进 行发射 ； 沿钻孔方向布置的接收探头分别接收三组发射源在地下介质产生的感应二次场信 号。 0018 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 0019 包括作为发射源的接地导线和地下接收装置 ； 接地导线设置在地面 ； 0020 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导。
13、线由三组接地 导线构成 ； 其中两组互相平行， 同时与第三组垂直。 0021 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性矩形脉冲电 流， 在地下激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在煤矿巷道或者隧道沿 水平方向逐点接收地下介质产生的感应二次场， 分别对布置在地面的三组接地导线中的每 一组进行发射 ； 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向布置的接收探头分别接收三组发射源在 地下介质产生的感应二次场信号。 0022 本发明相对现有技术的有益效果 ： 0023 本发明长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 接地导线的电场与具有不同电阻率 值的地层相交， 水平分量激发的感。
14、应电流有利于低阻体的探测， 垂直分量在地层电性界面 感应的电荷有利于高阻体的探测， 直角坐标下电磁场的全部 6 个分量都具有探测能力， 为 深部大型矿床 ( 藏 ) 信息探测与提取原理和方法提供了更多的可能性 ； 长导线的布设与大 回线相比有更大的灵活性。 附图说明 0024 图 1 传统回线源瞬变电磁法的工作装置图 ； 说 明 书 CN 104360399 A 4 3/4 页 5 0025 图 2 地井瞬变电磁原理示意图 ； 0026 图 3 地井瞬变电磁工作示意图 ； 0027 图 4 本发明接地源地井 ( 垂直 ) 瞬变电磁装置示意图 ； 0028 图 5 常规回线源地井瞬变电磁测量装置。
15、 ； 0029 图 6 本发明接地源地井 ( 水平 ) 瞬变电磁装备示意图 ； 0030 图 7 采用现有方法的接地源地井瞬变电磁测试图 ； 0031 图 8 采用本发明的接地源地井瞬变电磁测试对比结果图。 具体实施方式 0032 以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明 ： 0033 附图 1-8 可知， 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 0034 包括地面发射源接地导线和地下接收装置 ； 接地导线布置在地面 ； 0035 在地面利用已有钻孔或利用已有的地下巷道， 在孔中沿钻孔方向或者在地下巷道 沿巷道方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导线由三组接地导线构成 ； 其中两组互相平行， 。
16、同时与第三组垂直。 0036 所述接地导线的长度大致等于接地导线与钻孔的距离并且大致等于目标层的埋 藏深度。 0037 所述接地导线的长度为 800 米到 1500 米。 0038 所述长接地导线发射源的发射功率为 30 千瓦。 0039 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性脉冲电流， 接地导线产生激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在钻孔中沿钻孔方 向逐点测量地下介质产生的感应二次场， 分别对布置在地面的三组接地导线中的每一组进 行发射 ； 沿钻孔方向布置的接收探头分别接收三组发射源在地下介质产生的感应二次场信 号。 0040 一种长导线接地源地。
17、下瞬变电磁探测装置， 0041 包括作为发射源的接地导线和地下接收装置 ； 接地导线设置在地面 ； 0042 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向逐点布置接收探头 ； 所述接地导线由三组接地 导线构成 ； 其中两组互相平行， 同时与第三组垂直。 0043 一种长导线接地源地下瞬变电磁探测方法， 在接地导线中供以双极性矩形脉冲电 流， 在地下激发电磁场， 地下介质受感应而产生涡旋电流 ； 接收探头在煤矿巷道或者隧道沿 水平方向逐点接收地下介质产生的感应二次场， 分别对布置在地面的三组接地导线中的每 一组进行发射 ； 在煤矿巷道或者隧道内沿水平方向布置的接收探头分别接收三组发射源在 地下介质产生的感应二。
18、次场信号。 0044 本发明相对现有技术的有益效果 ： 0045 本发明长导线接地源地下瞬变电磁探测装置， 接地导线的电场与具有不同电阻率 值的地层相交， 水平分量激发的感应电流有利于低阻体的探测， 垂直分量在地层电性界面 感应的电荷有利于高阻体的探测， 直角坐标下电磁场的全部 6 个分量都具有探测能力， 为 深部大型矿床 ( 藏 ) 信息探测与提取原理和方法提供了更多的可能性 ； 长导线的布设与大 回线相比有更大的灵活性。 说 明 书 CN 104360399 A 5 4/4 页 6 0046 对于巷道或者隧道接收空间， 本专利提出 ： 采用接地源代替回线源， 就是在隧道或 者巷道上面的地面。
19、布置三组接地导线作为发射源， 分别对这三组中的每一组导线源进行发 射， 用探头在地下沿巷道或者隧道方向逐点测量地下介质产生的感应二次场， 其方法原理 如图 3 所示。在接地导线中供以双极性矩形脉冲电流， 在地下激发电磁场， 在该电磁场的激 励下， 地下介质受感应而产生涡旋电流， 当发射回线的脉冲电流从峰值跃变到零， 激发场立 即消失， 而地下介质中的感应涡流并不立即消失， 而是有一个衰变过程， 这个过程的特征与 地下电性结构分布有关。通过研究井中感应二次场在空间和时间上的变化特征， 可以达到 研究钻孔周围电性分布结构的目的， 从而可以发现推断目标体的空间分布与延伸方向。 0047 为了说明发明。
20、专利的优越性， 本发明给出了测试对比结果。 0048 图 7 和图 8 为接地源地井瞬变电磁测试对比结果图。其中， 图 7 为采用图 1 的观 测方案得到的观测结果 ； 图 8 为采用图 6 的方案得到的观测结果。从图 7 可以看出， 采用传 统方法， 两个异常迭加在一起， 分辨程度不好， 从图 8 可以看出， 采用本次发明专利方法进 行观测， 两个异常明显分开， 说明对目标体分辨程度较高。 说 明 书 CN 104360399 A 6 1/5 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104360399 A 7 2/5 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104360399 A 8 3/5 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104360399 A 9 4/5 页 10 图 7 说 明 书 附 图 CN 104360399 A 10 5/5 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 104360399 A 11 。