瞬变电磁法理论的应用现状及研究进展初探

王玉方

摘 要：随着改革开放的不断深化，科技水平得到了极大地提高，作为时间域电磁法的一种表现形式，瞬变电磁法在我国多个领域得到了广范的应用。文章主要对瞬变电磁法理论应用的现状和研究进展进行了简要分析。

关键词：瞬变电磁法；含义；现状；进展

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0052-01

瞬变电磁法诞生于20世纪50年代的西方，经过多个国家地球物理学家对其理论、技术等多方面的深入分析探究，尤其是20世纪的70、80年代，前苏联在这方面开展了大量的试验、测量工作。80年代后，瞬变电磁法得到了广泛的应用，目前主要应用的领域有：油气勘测、矿产勘查、工程勘察、环境调研、考古探测、军事探测等。随着科技的不断进步，设备种类也越来越多，越来越细化，推出了适应不同领域的不同设备类型。

1 瞬变电磁法的含义

瞬变电磁法是时间域电磁法的重要组成部分，它的生成原理主要是通过不接地线或接地线源向地下传送一次脉冲电磁场，在一次电磁场的作用下，地下导体内部受感应产生涡旋电流，然后在一次脉冲磁场的间隙期间，涡流电流产生的二次磁场不会随着一次磁场的消失而马上消失，继而产生了一个瞬变过程。通过线圈或接地电极来观测二次磁场，进而观察它与时间之间的关系，得出结论判断地下导体的电性分布结构和空间形态。

2 瞬变电磁法理论的应用现状

从工作时间上进行划分，可以将瞬变电磁法分为四种：地面瞬变电磁法、地下瞬变电磁法、航空瞬变电磁法、海洋瞬变电磁法。在我国瞬变电磁法的应用过程中，主要使用的是地面瞬变电磁法。

2.1 瞬变电磁法在地面勘测中的应用现状

瞬变电磁测深法具有能够近区观测、直接测二次场、工作效率高及受静态位移影响小的特性。随着科技的发展，瞬变电磁仪器智能化、数字化技术水平得到了极大的提升。瞬变电磁法也不在仅仅局限于金属矿勘测，还广泛地应用于工程建筑、环境等方面的地质研究调查，如对地下采空区、陷落柱等煤田灾害的探测，油气田的勘测等都取得了很好的成效，在地面勘测中除了瞬变电磁法之外，还应用了磁源重迭回线法、大回线源法等。这些技术方法的大量应用，极大地解决了地面工程地质存在的难题，并在实际应用和理论研究中取得不错的成绩。

2.2 瞬变电磁法在地下勘测中的应用现状

2.2.1 瞬变电磁法在矿井勘探中的应用现状

在井下工作会受到多种因素的制约，其中环境因素占主要地位。在线圈装置中不能使用大线圈，只能使用边长<3 m的多砸小线圈，这样才能提高井下作业的工作效率。瞬变电磁法在井下施工过程中具有一定的方向性，在施工过程中，可以根据地质任务的不同，对发射线框和煤层底板之间的角度进行适当地调整。也可以把线圈直立在巷道里，当线圈面与巷道挖掘前方平行时，不仅可以对矿井进行超前勘测，还可以对煤层内含水构造异常体进行探测。还可以把线圈放置在巷道底板处，确定夹角的位置，利用这种探测方式对一定范围内煤层底板下含水异常体的横向或垂向的发育规律进行深入的分析了解。为了方便和地下异常体产生最好的耦合反映，必须将发射线框、接收线框的线框完全分离并设置成不同的匝数。

2.2.2 瞬变电磁法在隧道勘探中的应用现状

随着道路交通事业的迅速发展，我国铁路、公路隧道等方面的道路工程建设也得到了快速的发展。由于隧道勘测设计的时间十分有限，在施工前很难有充足的时间进行详细的地球物理勘测及岩石工程地质研究，再加上施工建设中施工现场地形、地质和自然环境的影响，现有的理论知识和技术条件都不能对突发状况进行及时有效地处理。在隧道勘测中，使用瞬变电磁法可以有效对隧道掌子面施工前方地质优劣情况及逆行那个超前预报，并取得了一定成效。主要采用的是当掌子面的高和宽大于5倍回线尺寸时，可以将其看做是半平面。采用微分电导成像技术，对掌子面前方的含水结构进行勘测解决，在利用3 m长的回线框作为发送，直立贴近掌子面，再用接收磁探头对掌子面发出的二次感应电压信号进行接收，通过对隧道电磁信息的多次接收校正，得出准确的数据信息。

2.3 瞬变电磁法仪器的应用现状

20世纪70年代我国才开始对瞬变电磁仪器系统进行探索研究，最早主要应用在地质部门和科研院所等。随着经济全球的不断发展，市场竞争愈加激烈，国外大量先进仪器的涌入，对我国自产仪器市场造成了极大的冲击。在我国大的工程项目为了确保工程质量，都选择了国外的先进仪器，如加拿大的GEON-ICS公司生产的PROTEM系统；美国ZONGE公司生产的GDP-32系统等。受到国内市场及国外先进瞬变电磁仪器的严重影响，我国瞬变电磁仪器必须革新技术，向高性能、高分辨率的发展方向进发，才能获得更多的市场份额，才能提高国际竞争力。

3 瞬变电磁法理论应用的研究进展

在瞬变电磁法的理论方面和实践技术方面我国已经进行了30多年的分析探究，虽然在瞬变电磁法整体技术研究中取得了很大的进步，并在多个领域得到了广泛的应用，但就现阶段的研究成果而言，还处于理论研究及仪器研发的初级阶段。为了提高瞬变电磁法的技术水平，在未来还需对以下几个方面进行研究。

3.1 瞬变电磁法的理论研究

当下及未来在瞬变电磁法理论研究中，还需对高分辨率的数据采集系统、三维精细解释方式、三分量技术等多方面进行分析研究。

3.2 瞬变电磁法弱信号技术的研究

瞬变电磁法弱信号技术的研究主要包括早期信号研究和晚期信号研究两个方面。在瞬变电磁的接收线圈及发射线圈里，存在个体自感和两者互感的现状，它的等效回路可以看做是RLC电路，在研究过程中，如何将迭加在一起的自感信号和电磁响应信号，进行有效地分离，并准确对观测时间进行确定及对瞬变电磁探测最小深度的确定都是今后研究的方向。对这几个方面进行研究时，必须充分考虑瞬变电磁法的探测深度问题、探测仪器分辨率的高低、地下介质导电的具体情况、施工现场的土质、岩石情况等。在瞬变电磁信号的晚期信号能量很弱，甚至会被背景的噪音覆盖。在未来研究中还要对信号晚期的信号和噪音进行科学有效地分离，以此增强瞬变电磁法勘测的精准度和深度。

3.3 瞬变电磁法仪器方面的研究

目前瞬变电磁仪器开发研制的重点、难点就在于采集系统图像化及多通道大功率、多功能、数字智能化电测系统等的研发中，为了更好地适应社会及市场的需求，我国瞬变电磁仪器必须向着多功能、数字智能化、自动化、简便化的方向发展，尤其是在多分量瞬变电磁法仪器的研发中，要充分考虑到勘测岩层中各向异性对勘测结果产生的作用，并对其进行深入研究。

4 结 语

综上所述，随着社会主义市场经济的不断发展和经济全球化的逐步深入，我国在瞬变电磁法整体技术研究中取得了很大的进步，并将其应用到了多个领域，包括油气勘测、矿产勘查、工程勘察、环境调研、考古探测、军事探测等。但就现阶段的研究成果而言，我国的瞬变电磁法还处于理论研究及仪器研发的初级阶段。为了完善我国瞬变电磁法系统，必须从理论、技术、仪器等多方面加强研究力度，才能增强瞬变电磁法勘测的精准度和深度，才能促进我国瞬变电磁法研究的快速发展。

参考文献：

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