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电磁探测特种电源瞬变电磁法

2022/07/13438 作者:佚名
导读:电磁探测特种电源瞬变电磁法基本原理 电磁探测技术是地球物理勘探技术的一大种类,从场源的形式,分为人工场源和天然场源;从场源的性质,分为电耦源和磁耦源两类;按响应的性质,分为频域电磁法和时间域电磁法。 瞬变电磁法(TransientElectroMagnetic,简称TEM),或称时间域电磁法(Timedomainelectromagnetic,简称TDEM),是一种利用电磁法原理进行地质勘探的先进

电磁探测特种电源瞬变电磁法基本原理

电磁探测技术是地球物理勘探技术的一大种类,从场源的形式,分为人工场源和天然场源;从场源的性质,分为电耦源和磁耦源两类;按响应的性质,分为频域电磁法和时间域电磁法。

瞬变电磁法(TransientElectroMagnetic,简称TEM),或称时间域电磁法(Timedomainelectromagnetic,简称TDEM),是一种利用电磁法原理进行地质勘探的先进技术。以接地导线通以脉冲电流为激励场源,称电耦源瞬变电磁法;以不接地导线通以脉冲电流为激励场源,称磁耦源瞬变电磁法。TEM最早由Ward于1938年提出,50年代,原苏联提出了远区和近区建场法,1962年,加拿大Barringer公司的INPUT系统投入使用。此后,国内外各研究机构和生产厂家,不断推出智能化瞬变电磁仪。

图1 磁耦源瞬变电磁法工作模式分同点装置、偶极装置和大定回线装置三种。图1为大定回线装置系统框图,系统由发射系统和接收系统两部分构成。

系统各部分作用如下:

发射机系统:由电池组、瞬变电磁发射机、发射线圈、GPS同步控制器组成,用于产生激励电流波形,负载为发射线圈。激励电流有双极性电流脉冲、三角波和半正弦波几种。但最常用的是双极性电流脉冲,发射波形频率在0.0625~32Hz之间,发射功率为数百瓦~数十千瓦,发射电流为几安培至上百安培,发射时序由GPS同步控制器产生。

接收机系统:由瞬变电磁信号接收机、接收线圈、GPS同步控制器组成。接收地质体的感应信号,传感器为接收线圈、有源磁探头或高温超导量子干涉仪,接收由GPS同步控制器控制。

GPS同步控制器:用于协调发射机、接收机的时序(在同点装置或小回线应用时也可采用电缆同步)。

在大定回线装置系统中,为了提高工作效率,多套接收系统可以同时同步工作。

电磁探测特种电源瞬变电磁法发射技术的关键问题

实际的发射机不可能做到理想的阶跃电流激励,存在关断延时,在电流下降沿期间,存在一次场和二磁场的混叠。为了提高浅层探测能力,应缩短发射机的关断延时,将数据采集起始时刻尽量前移。另外,发射机还存在开关噪声、下降沿波形无规律、受负载变化影响等问题。

①发射电流波形类型

瞬变电磁法的激励场源分单极性和双极性电流脉冲两类。产生单极性电流脉冲的原理近似于照相机闪光灯原理,利用电容存储高能量,在瞬间释放,可产生高达100A的放电电流,这种技术也叫能量压缩技术。

单极性场源产生的响应信号强,仪器节能、低损耗,但存在明显缺点:由于脉冲很窄,上升沿和下降沿产生的电磁响应混迭在一起,上升沿的影响不能忽略;设计加速电流下降和改善下降沿波形的电感能量释放回路很困难;对于双极性激励,可采用正向、负向响应相减的办法,消除运算放大器零点,但单极性激励无法采用这种技术。因此,目前的TEM系统一般采用双极性场源。

②关断延时对TEM响应的影响

关断延时越小,谐波分量越丰富,对探测浅部信息越有利,浅部地质结构产生的响应衰减较快,反映在TEM接收信号早期,深部地质结构产生的响应衰减较慢,反映在TEM接收信号晚期。

③电流下降沿波形形状影响

由于负载呈感性,电流一般呈指数上升,需要经过一段时间才能达到稳态;在电流下降沿,由于不同发射机的电感能量泄放回路拓扑结构的不同,下降沿形状变化较多,较普遍的是呈指数规律下降,也可能是线性或其他函数。电流下降沿波形与电感能量释放网络结构、负载电感量、负载电阻、发射电流、器件参数有关。电子开关的极间电容产生振荡、二极管的恢复时间会造成电流过冲、IGBT拖尾电流使波形畸变、非理想的驱动信号都会造成电流波形失真。

④发射电流大小

大的发射电流有利于增强信噪比,并增强深部地质结构的电磁响应,因此,总是希望发射电流越大越好。目前,双极性脉冲电流一般在50A以内。

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