地-井瞬变电磁采集系统

应用范围
 勘查良导电金属矿体
 岩溶探测
 工程地球物理勘探
 地下水勘探
 地热勘探
 煤田勘探
地-井瞬变电磁勘探基本原理
加拿大CRONE公司研发生产的瞬变电磁勘探系统，是通过在地面布置发射线圈，通过发射机向发射回线通以“+/0/-/0”的方形脉冲（如图1所示），在其激发下，地下地质体中激励起的感应涡流将会产生随时间和空间变化的感应电磁场（一般称为二次场），通过在地面布置DB/DT感应线圈探头、三分量磁通门探头、超导探头或在钻井中布置三分量DB/DT感应线圈探头、三分量磁通门探头来记录感应涡流产生的磁感应强度B随着时间t和随着空间位置的变化关系，反演得到地下目标体的电导率和几何尺寸与位置的一种地球物理电磁勘探方法（如图2）。
详细描述TEM（瞬变电磁法）勘探的原理请参考恒达新创（北京）地球物理技术有限公司微信推送内容《V8瞬变电磁勘探》。

图1：发射机发射的电流波形

图2：地-井瞬变电磁观测示意图

野外观测系统布置
加拿大CRONE公司生产的地-井瞬变电磁勘探系统主要有以下8种勘探观测布置方式：
1) “DEEPEM”---深部勘探观测系统布置
发射线圈为固定不动的矩形发射线圈（如100m*100m～2200m*2200m），在发射线圈的外部，沿着与矩形发射线圈长边相垂直的测线进行测量，可以满足多个接收机同时测量，此装置特点如下：
 适合dBz/dt分量和dBx/dt分量感应线圈探测；
 对于位于发射回线以外角度≥45°的矿体耦合较好；
 探测的深度与探测目标体的尺寸和电导率的大小有直接的关系（例如，一个2百万吨小型硫化物矿体探测深度可能达到200米，而对于大型石墨矿体探测深度可能达到650米），探测深度的经验值是与发射回线的宽度相当；

图3：“DEEPEM”深部勘探观测系统布置

2) “Large In-Loop”---大发射回线布置方式
具有如下特点：
 大的固定发射回线：≥800m*800m
 测量线位于发射回线内部：可以多条测线同时进行采集
 适合dBx/dt、dBy/dt、dBz/dt分量采集；
 适合探测目标体位于发射回线内部且倾角≤50°的矿体；
 探测深度大：远远大于“DEEPEM”的回线外测量方式；
3) “Moving Coil” ---类偶极装置
具有如下特点：
 发射回线：7扎直径为13.7米
 移动方式：发射机和接收机沿着测线以一定的间隔同时移动
 记录点：发射和接收线圈的中点位置
 勘探深度：垂直矿体（收发距的0.75倍），近水平的矿体（收发距的1.5倍）
 适合区域：背景电导率比较高的区域

图4：类偶极装置观测系统图

4) “Moving Loop” ---类偶极装置
具有如下特点：
 发射回线：单扎回线（100m*100m～300m*300m）；
 移动方式：发射机和接收机沿着测线以一定的间隔（200m～700m）同时移动
 记录点：发射和接收线圈的中点位置
 勘探深度：垂直矿体（收发距的0.75倍），近水平的矿体（收发距的1.5倍）
 适合区域：背景电导率比较高的区域

图5：类偶极装置观测系统图

5) “Moving In-Loop” ---中心回线
此装置特点：
 发射回线：单扎回线（100m*100m～300m*300m）
 测量位置：单扎回线的中心位置
 测量量：z/x/y分量感应线圈探测
 适合勘探区域：背景电导率比较高的区域，对探测近于水平的矿体有效

图6：中心回线装置

6) “Isolated Borehole” ---单井采集方式
该装置有以下特点：
 钻井位置可以位于发射线圈内也可以位于外部
 可实现Db/dt三分量采集
 可实现3分量磁通门采集

图7：单井采集布置示意图

7) “Multiple Borehole” ---多井采集方式

图8：多井采集布置示意图

8) “Underground Borehole” ---井下巷道采集方式

图9：井下巷道布置示意图

系统配置
加拿大CRONE公司研发生产的地-井瞬变电磁勘探系统主要包括以下几个部分：
 发射部分：发电机、整流源、发射机
 发射监控部分：阻尼控制盒
 接收机：CDR2接收机
 地面dBdT感应线圈探头
 地面三分量磁通门探头
 地面超导探头
 井中三分量dBDT感应线圈探头
 井中三分量磁通门探头
我们以客户要实现以下功能所需的主要配置加以说明：
 地面DBDT感应线圈探测
 地面三分量磁通门探测
 井中三分量DBDT感应线圈探测
 井中三分量磁通门探测
 探测井深不小于2000米
 单台发射机最高实现30A发射

应用实例
实例一：硫化物矿体勘探
探测目的：感应线圈与超导探头联合探测陡倾角硫化物矿体
采集布置模式：“Moving In-Loop”---中心回线

图11：Z分量感应线圈（DBDT）及超导(B)记录对比图

实例二：铜镍矿勘探
探测目的：利用地表感应线圈和井中三分量感应线圈联合探测铜镍矿
探测实验点：加拿大Big Lake铜镍矿区

图12：第5道X&Z分量叠合显示平面图（上图）及钻井地质分层（下图）

图13：钻井地质分层示意图及三分量感应线圈曲线图
结论：三分量DBDT晚期衰减曲线揭示在钻井BL04-12的上部偏西方向有良导矿体存在（钻井BL04-08验证存在）

总结
加拿大CRONE公司研发的地-井瞬变电磁系统主要有以下几个特点：
 能够独立研发并生产地表感应线圈探头、地表三分量磁通门探头、井中三分量感应线圈探头、井中三分量磁通门探头的厂家
 单台发射机可以实现30A发射，可以两个发射机并联实现60A发射
 S1曲线数据处理技术：应用在井中感应线圈探测的数据处理上，可以解决当超低阻目标异常被大型低阻板（例如断层接触带）干扰引起干扰而引起dB/dt异常定性分析困难的时候获取真正的超低阻目标体响应
 所有井中探头耐高温耐高压：经历过井下3000米的耐温耐压测试
 能够实现衰减斜坡严格线性衰减的厂家：严格线性保证了s1曲线计算算法的精确性
 世界范围内经过上万口井的项目实验，证明简答CRONE公司研发生产的地-井瞬变电磁仪是稳定的地-井瞬变电磁勘探系统