简析瞬变电磁测深法及其应用
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摘要：瞬变电磁测深法在地球物理勘探中占有很重要的位置，它能够很好的解决一些工程问题，是现在地勘工作者比较青睐的一种勘测方式。一方面，它具有很高的分辨能力，即使是地下比较难以辨别的物体它都可以分辨出来；另一方面，它可以通过微分电导成像很直观的确定出低阻层的位置，反映出导电层存在的原因。下面我们将对瞬变电磁测深法的相关应用与其原理进行简单介绍，说明瞬变电磁测探技术的实效性与优越性。
关键词：瞬变电磁测深法； 地球物理勘探； 分辨能力； 优越性
中图分类号： O44 文献标识码： A 文章编号：
引言：瞬变电磁测深法有许多应用，它可以对大地电磁测深的曲线进行校正，可以对煤炭勘查起到一定作用，也可以对导电层进行成像分析等，为地勘工作带来了很多便利。具有很高的分辨能力是它的一大优点，不过在测深过程中还是会存在一些偏差，所以我们不仅要分析它的应用优势，还要对其缺点进行仔细分析并加以改进。
1.瞬变电磁测深法的分辨能力
瞬变电磁测深法的分辨能力包括横向和纵向两个方向，在众多测深法中，瞬变电磁测深法的能力脱颖而出，在地球物理勘探中被频繁应用。
1.1横向分辨率
我们可以通过瞬变晚期电磁场和谐变电磁场的响应式来判断瞬变电磁场的反应能力。
公式1：
此公式为谐变场远区响应式，由此公式可以看出其中的和成正比例关系。在近区测量的时候可以测量到很深的位置，但是在远区测量的时候却基本只可以测到电压响应。
公式2：
此公式为瞬变晚期响应式，由此公式可以看出和成正比例关系。
由上面两个公式对比我们可以得出，瞬变电磁场对电阻率的灵敏度更高一些。在瞬变电磁测深法法中，大回线瞬变电磁测深法更有效、更实用一些，它的横向分辨率也是各种瞬变电磁测深法中的佼佼者，即使是地下比较小的物体也可以分辨出来。
1.2纵向分辨率
即垂向分辨率。第一，我们要计算中间薄层是较高的电阻和较低电阻时的不同的深度的值，同时还要计算出不一样的与不一样的时的能够被辨别出的薄层的深度。第二，研究基底电阻的高低对分辨率的影响。通过对以上几者的研究我们可以知道瞬变电磁测深法的频谱由低到高，组成全面，所以和频率测深法相比较来说，它具有较高的分辨率。尤其是在较低电阻的薄层中，采取近区测量的方法，会拥有更高的分辨率。当，，电阻比较低的时候，它的分辨能力就更是直流测深法与频率测深法无可比拟的。
2.瞬变电磁测深法的探测深度、正反演计算及误差补正
瞬变电磁测深法具有很强的分辨能力和很高的工作效率，其中大回线电磁测深法最为常用，它利用地面大回线当作发射回线来进行观测，在较高电阻地区可以不被岩石类物体屏蔽。是一种探测速度快，探测效率高的探测方法。
探测深度的计算
瞬变电磁场在大地的传播中地表主要分布着较高频率部分，而较低频率部分则大多传播到了较深的区域内，而且区域越深，分布的频率范围就越大。下面是相应的计算公式：
①
其中为传播深度，则为传播时间。
同时又由于②
结合上面两个式子我们可以得出 ③。
其中为电阻率，为发送磁矩，为最小可分辨电压。
由公式③我们可以分析得到瞬变电磁的探测深度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。
2.1瞬变电磁测深法的正反演计算
2.1.1正演计算公式：
此公式可以将滤波系数和褶积次数的的计算大大减少，方便了计算，提高了速度。
2.1.2反演计算公式：
此公式为阻尼最小二乘可行方向法，它可以减少多解现象的发生，提高了计算效率。
2.2对瞬变电磁测深法的数据偏差进行修正和避免
因为电磁场很复杂，在操作过程中更偏向用于越波激励的模型去研究实际问题。但是在实际的电磁测深应用中，却采用方波的方式进行激励。而后者却往往容易出现较大的误差，尤其是当信号本来就比较小的末期，折中误差就更加明显了。当方波的脉宽越来越狭窄的时候，电阻率曲线就会越来越畸形，尤其是在早期与末期的时候，这种畸形更为严重，虽然中间的地方稍微好一些，但也存在一些问题。如果我们变换的计算方式，那么就可以减小误差。
将方波激励源信号的电磁场相应代入到上式中，即可解出单脉冲的视电阻率。所以在用方波激励源进行激励的时候，可以采用单脉冲激励源的电磁测深方法进行处理和解释结果，它可以减少对反演计算的影响，最好不要采用阶跃波激励源的解释方法。
3.瞬变电磁测深法的一些应用实例
瞬变电磁法还有时间域电磁法之称，近几年来多用于煤矿工程之中。在层序完整的煤岩柱但是煤层呈现采空状态的物性条件下，或是煤岩柱两边出现部分塌落或是煤岩柱的本身电阻率干扰情况下，可应用矩形框内回线设备，探测电阻率，推测出煤岩柱本身的形状和大小。
下面我们将具体举一个实例：瞬变电磁测深法在宁夏灵新矿井探测老窑采空区的应用。
宁夏灵新矿井内涵许多采空地区，再加上已经很久没有再进行开采了，小窑已经被坍塌部分所掩没了，现在在地表很难找到它的采空区域的分布形态与涵盖范围。并因此造成了一个新开采区域由于遇到老区而无法施工的现象。所以我们在进行矿井建立之前，要勘察好采空区的所在区域和涵盖范围。在进行宁夏灵新矿井采空区范围勘查的时候，我们发现它的表层属于第四系，的范围是25-40Ω·m，含煤层的电阻率为10-25Ω·m，而采空区则高达40Ω·m，由此可见采空区和围岩之间存在着很大的电阻差别。为此，勘查人员采用了瞬变电磁法，利用中心回线设备，将发射线设为150*150的边长，中心框则为15*15的正方形框，匝数设为10。在利用瞬变电磁测深法测出的电阻率图中，我们可以发现，采空区的周围电性的变化都比较平稳而且分布均匀，而在采空区则出现了非常大的差异，它的变化非常剧烈，还有封闭圈的存在。勘查人员根据此图判断出采空区的涵盖范围，并通过一系列的试验验证而得出此方法的误差不超过十米。是测量比较精确的一种方法。
在邵阳市短陂桥测区或类似地质条件的地区应用瞬变电磁测深方法能够确定出埋藏深度在1km到1.5km 的煤系地层。在测量过程中，勘查人员利用L为250m的中心回线设备进行勘测。因为这种类似区域存在很厚的岩石，可以在测深的时候造成屏蔽效应，一方面使得直流电测深法无法顺利实施，它的曲线无法对煤层做出显著的反映。另一方面，频率测深法因为外界因素而无法顺利进行，有近场效应和过渡带效应，因而干扰到了实验的结果正确性。而瞬变电磁测深法则避免了这些弊病，它不仅将外界干扰自动清除，还不受体积效应的干扰，对地层具有很高的分辨率。当遇到高阻厚层覆盖的低阻厚层的时候，瞬变电磁测深法的优势就更加明显了。运用这种方法时首先要把观测出的数据整理换算为视电阻率。其次是计算出电导和视探测深度。根据相应公式再绘制出关于视电阻率的曲线图和视探测深度的曲线图。根据图示来推算视电阻率的属的型号和最小电阻率的范围，根据视探测深度曲线推测出煤层的顶端和底边界限。其次要绘制出视电阻率拟断面图，此图能够反映出构造的大体形态。但是此实验还是存在一些弊端，比如在晚期的的时候观测的精准度会稍微降低一些，还有就是当遇到比较复杂的区域的时候，多解性容易干扰探测准确度。
4. 结语
本文主要介绍了瞬变电磁测深法的原理和分辨能力，并通过具体实例展示了它的应用效果、优势及其不足之处，希望对地勘工作有所帮助。
参考文献：
[1] 叶剑湘. 瞬变电磁测深法找煤效果研究[J]. 中国煤田地质，2000.
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