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西方瞬变电磁法（ TEM ）进展及其在寻找深部隐伏矿中的应用. 周 平 中国地调局发展研究中心情报室 2008.09. 内 容 提 要. 瞬变电磁法（ TEM ）简介 TEM 的发展及其主要进展 1. 航空瞬变电磁系列 （ 1 ）固定翼航空瞬变电磁系统 （ 2 ）直升机航空瞬变电磁系统 2. 地面瞬变电磁系列 3. 半航空瞬变电磁系统 TEM 在深部隐伏矿找矿中的应用 小结. 一、瞬变电磁法（ TEM ）简介. 1 、 TEM 基本原理
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西方瞬变电磁法（TEM）进展及其在寻找深部隐伏矿中的应用西方瞬变电磁法（TEM）进展及其在寻找深部隐伏矿中的应用 周 平 中国地调局发展研究中心情报室 2008.09
内 容 提 要 • 瞬变电磁法（TEM）简介 • TEM的发展及其主要进展 1. 航空瞬变电磁系列 （1）固定翼航空瞬变电磁系统 （2）直升机航空瞬变电磁系统 2. 地面瞬变电磁系列 3. 半航空瞬变电磁系统 • TEM在深部隐伏矿找矿中的应用 • 小结
一、瞬变电磁法（TEM）简介 1、TEM基本原理 以不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。通过分析和研究二次场的时空变化特征，可判定地下地质体的电性特征，推断其赋存位置、产状、埋深及规模等信息。
一、瞬变电磁法（TEM）简介 2、特点 TEM是在脉冲间隙进行的，一次场源的干扰小，且脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主要频率不同，相应时间的场在地层中的传播速度不同，勘查深度也就不同，因此，TEM同时具有时间和空间上的可分性。 ——探测深度大、分辨率高、信息丰富等优点
二、 西方TEM的发展及其主要进展 20世纪50年代——低阻异常填图——硫化物勘探 电子技术和计算机技术的发展 测量精度和灵敏度大为提高 20世纪80年代以后 延伸至构造地质填图和水文地质研究等领域
二、 西方TEM的发展及其主要进展 • 航空瞬变电磁系列 • （1）固定翼航空瞬变电磁系统 • （2）直升机航空瞬变电磁系统 2. 地面瞬变电磁系列 3. 半航空瞬变电磁系统
1. 航空瞬变电磁系列 航空电磁物探特点：快速+大面积+成本低+工效高 应用：基础地质调查+矿产勘查+水工环调查等 航空电磁系统（AEM）分类： 1、方法原理：航空瞬变电磁+航空频率域电磁 2、系统载体：固定翼AEM+直升机AEM
主要固定翼航空瞬变电磁系统 (修编自Fountain和Smith, 2003)
GEOTEM系统实物图（左）及其示意图（右） （Fountain等，2005）
INPUT系统和MEGATEM系统对Perserverance矿体的响应信号对比INPUT系统和MEGATEM系统对Perserverance矿体的响应信号对比 （Smith等，2003）
固定翼时间域AEM偶极矩的变化 （Smith等，2003）
阿比蒂比型矿体 偶极矩与固定翼时间域AEM有效勘探范围 （Smith等，2003）
固定翼时间域AEM进展 1、单分量（x分量） 三分量（x,y,z）测量； 2、脉冲频率和脉宽皆可选。 优势： Y分量——判定导体的对称性、横向不均匀性等； Z分量——确定导体的深度和倾角，信噪比更好（尤其是在晚期延时阶段）； 频率——原则上，脉冲基频越高，信噪比越好；脉冲基频越低，上覆岩层的响应就越会受到压制，从而达到更好地区分导体与上覆岩层的目的。
固定翼时间域AEM进展 3、同时测量电磁场的磁分量（B场）及其时间变化率“dB/dt”，如QUESTEM、GEOTEM、SPECTREM等系统 4、一次补偿算法——能够利用脉冲期间的数据。 优势： 测量B场及dB/dt：区分硫化物导体与其他非磁性导体，如粘土、石墨和剪切带等； 一次补偿算法: (1) 可测量高阻区的接通响应，如测量25μs/m以下的电导率； (2)对于高导区，接通响应信号用于波形反褶积，生成有限频宽的阶跃或脉冲响应，使得测量系统对高导体的响应更加灵敏。
主要直升机航空瞬变电磁系统 （修编自Fountain和Smith, 2003;Sattel, 2006; Witherly和Irvine, 2006）
接收机与磁力计 HeliGEOTEM系统实物图及发射线圈图 （Fountain等，2005）
直升机系统与固定翼系统对比： 不足： 1、机载设备功率较小，探测深度不如固定翼系统。固定翼最大偶极矩已经达到2.2×106Am2，而直升机只有6 ×105Am2； 2、直升机AEM运行成本要高些。 优势： 1、直升机系统的横向分辨率更好，操作灵活，可野外条件较为恶劣的地方进行测量，如高海拔区、地形起伏较大的山区、丘陵地带等； 2、直升机系统飞行高度低，一般为25m；而固定翼系统至少在100m以上，如GETEM系统为120m。
MEGATEM系统数据（左）与HeliGEOTEM系统数据（右）对比MEGATEM系统数据（左）与HeliGEOTEM系统数据（右）对比 上图：dB/dt数据；下图：B场数据（ Fountain等，2005）
直升机时间域AEM进展 • 研发出多线圈对、多频率系统，如五个线圈对、五个频率以上的系统； • 三分量测量，如THEM、NewTEM、HeliGEOTEM等系统； • 全波形记录，如AreoTEM、THEM等。
地面瞬变电磁系列 在金属矿勘查领域，主要有回线法和电磁偶极法两种。 回线法：利用不接地正方形或长方形回线作为一次场源，每边长（n×102~103）m ，由发射机供给交变电流。 电磁偶极法：由发射机将交变电流通入直径一米左右的多匝空芯线圈或磁芯线圈产生一次场。 电磁偶极法能量衰减快，其勘探深度比回线法要小，一般为几十米至百米。因此，在寻找深部隐伏矿时，回线法更为常用。 回线法通常有重叠线圈、内置线圈和水平线圈等形态。内置线圈探测水平层状或似层状导体比水平线圈要好；而对于垂直或近垂直导体而言，水平线圈效果更佳。
西方地面瞬变电磁系统发展情况 早期多采用单一方法，如加拿大Geonics公司EM系列、Lamontange公司的UTEM系统、Crone公司的PEM系统等 上世纪90年代后，电法仪器趋于集成化，研发了多种多功能仪器，TEM只是其功能之一，如加拿大Phoenix公司的V-5、V-6型系统，及美国Zonge公司的GDP系统等。 最近Phoenix公司的V-8网路型多功能电磁接收机，可开展包括MT、AMT、CSAMT、IP及TEM在内的多方法测量。类似的还有GDP-32Ⅱ多功能电法工作站等。
PATEM系统简图(Sørensen等,2000) 移动速度1~1.5m/s PATEM——新的拖曳阵列式瞬变电磁系统 该系统与传统瞬变电磁系统相比，最大的优势：能沿着剖面进行连续的瞬变电磁测深，从而减小因数据加密和增加覆盖区域等需求所带来的成本。
GEOTEM系统和PROTEM47系统对比 （Christiansen和 Christensen，2003）
半航空瞬变电磁系统 半航空瞬变电磁系统：一种地面发射、空中接收的测量系统，如FLAIRTEM系统和TerraAir系统；适用于测量条件较为复杂的地区，如地势起伏的山区。 特点：相比地面瞬变电磁系统，具有方便、高效等优势；较航空瞬变电磁系统，信噪比更高、空间分辨率更好。
（Smith等，1998） TerraAir、GEOTEM和PROTEM37实测对比显示：对于地下浅部导体， PROTEM37的晚期信噪比最好（50000:1），TerraAir次之（500:1）， GEOTEM最低（仅为25:1）。 数字模拟结果显示：导体埋藏加深，地面TEM系统的晚期信噪比优势将减弱，而半航空TEM系统始终强于航空TEM系统。
三、TEM在深部隐伏矿找矿中的应用 案例一、井中TEM发现老矿区深部矿体 ——加拿大Chisel North铜锌矿床 Chisel矿：1956-1994年，共生产了约787万吨矿石（含Zn10.6%，Cu0.54%） Chisel和Chisel North矿体产在弗林弗伦火山岩带东部，属近源VMS矿床，硫化物矿化为半块状－块状闪锌矿和黄铁矿。矿床下面发育有宽阔的热液蚀变带，其中产有含Zn、Fe、Pb、Cu、As和Ag的富含绢云母和绿泥石的透镜体。
Chisel North矿床红带和紫带EM回线布置及井中EM发现平面图 Chisel North矿床绿带、红带和紫带矿体及早期钻孔平面图 （Vowles，http://www.cronegeophysics.com/Chisel%20case%20history%20for%20SEG.pdf ）
C84-18钻孔PEM响应剖面 C87-4W1钻孔PEM响应剖面 （Vowles，http://www.cronegeophysics.com/Chisel%20case%20history%20for%20SEG.pdf ）
案例二、多种TEM系统应用于深部隐伏矿体 ——加拿大Voisey’s Bay铜镍硫化物矿床 Voisey’s Bay Ni-Cu-Co矿床平面图（a）和纵剖面图（b） (Balch，2000)
西延带矿化7＋00W测线的电磁响应图 (Balch，2000) 西延带矿化向南陡倾，覆盖层厚达90m。 UTEM剖面表明，所探测到的是一个陡倾导电体，延深大且高电导。GEOTEM剖面也显示出强烈响应，X分量峰值达1250ppm。HEM响应的同相分量（CP-I和CX-I）仅10ppm，表明这种方法的穿透深度有限。异相分量（CP-Q和CX-Q）受到厚覆盖层的强烈影响
Crone PEM阶跃响应剖面（a）与UTEM阶跃响应剖面(b)的比较图 (Balch，2000) 二者在980m孔深处都呈现强烈井孔外响应。早时段响应表明在同一孔深段打到了一个电导较低的单元，钻孔实际打到的是9.3m弱矿化橄长岩。在已知Ni-Cu硫化物矿化孔段，井孔内响应在晚时段变为井孔外响应，这清楚地表明附近有更好的矿化。根据EM测量的方位分量，在附近打了第二个钻孔，结果打到20.4m矿化，其中包括8.25m块状硫化物
小 结 • TEM系统已从单分量发展到多分量、多参数测量，从小功率、小探测深度到大功率、大探测深度，信噪比、空间分辨率不断提高； • 测量B场及B场的时间变化率“dB/dt”，有助于区分导电磁性与其他非磁性矿体； • 井中TEM系统由于更加接近深部隐伏矿体，可降低上覆盖层的影响，在钻孔周边200～300m半径范围内具有较好的分辨能力，能最大限度地发现深部隐伏矿体。但成本较高，在应用时需综合考虑经济效益等因素；
航空TEM系统具有快速、大面积、成本低、工效高等特点，在基础地质调查、矿产勘查和水文地质调查等领域被广泛应用。但是，对于深部矿产勘探，由于探测深度不如地面TEM系统，所以通常作为前期辅助性勘探方法，初步圈定异常大区带；航空TEM系统具有快速、大面积、成本低、工效高等特点，在基础地质调查、矿产勘查和水文地质调查等领域被广泛应用。但是，对于深部矿产勘探，由于探测深度不如地面TEM系统，所以通常作为前期辅助性勘探方法，初步圈定异常大区带； • 地面TEM系统具有快速探测能力、较好的空间分辨率、探测深度大等优点，近年来被广泛用于矿产勘查和水工环勘查等领域。
