GEONICS PROTEM 瞬变电磁系统.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑GEONICS PROTEM 瞬变电磁系统 GEONICS PROTEM 瞬变电磁系统 1. 瞬变电磁系统简介 加拿大Geonics公司的PROTEM瞬变电磁系统是地球物理学的时间域电磁法测量系统与世界上同类产品对比PROTEM系统是应用最为广泛的，其应用领域笼罩了矿体勘探、地下水和煤田勘探、工程勘探、污染检测以及咸水侵入范围等等 1979年第一台时间域系统EM37问世以来，Geonics公司在9年的阅历根基上于1988年研制并生产了基于前身EM37的PROTEM瞬变电磁系统从那以来的19年中，系统中参与了大量新器件和新功能，做了屡屡提升和升级目前PROTEM瞬变电磁系统成为最全面、最生动的时域电磁法测量系统 2. 系统描述 2.1 简介 最新版本的PROTEM瞬变电磁系统包括五个主要片面： 1) 放射机 2) 放射线圈 3) 数字接收机 4) 传感器探头 5) 系统软件 PROTEM瞬变电磁系统的核心是PROTEM数字接收机根据应用类型和探测深度的不同，可选择不同配置的放射机、放射线圈、探头和软件 图1所示为PROTEM系统主要功能模块框图。

图1 PROTEM功能模块图 通用的PROTEM系统包括放射机，放射线圈（单分量高频接收线圈或三分量低频接收线圈），放射机电源（电池或发动机）和接收机 图2所示为PROTEM系统的几种观测装置的设置方法在中心回线测量模式下，接收机置于放射线圈中心（如图2-a）；在剖面测量模式下，放射线圈不移动，接收机沿测线移动（如图2-b）此外还有偶极测量模式，接收机和放射线圈间距固定，整个阵列沿测线移动（如图2-c）假设勘探深度很深，可以用接地偶极子作为激发源，称为LOTEM 图2 TDEM 观测装置 图3所示为PROTEM测量系统信号波形图图3-a放射电流；图3-b目标体内的感应电压；图3-c目标体内部电流；图3-d接收机接收的目标体和一次场的感应电压；图3-e瞬变场和采样时间门 图3 PROTEM系统的信号波形图 2.2 主要模块描述 以下是对主要模块的细致描述 a. 放射机 PROTEM放射机主要包括：时间操纵器、前级鼓舞、输出级，连续可变供电电源 时间操纵器产生时间脉冲，其中包括接收机同步脉冲。

它为前级鼓舞电路供给信号，依次操纵放射机的输出级输出级为放射线圈供给电流放射机有电磁、 电路过载养护 b. 接收机 接收机包括接收线圈（分单匝和多匝）、前置放大器和一次场噪声抑制电路 前置放大器将线圈感应到的相当小的信号放大，使其大于系统噪声在正常操作下噪声抑制电路截断一次场持续期间内的其他信号，防止接收机过载噪声抑制级之后是可变增益的模拟放大器，它有7个二进制增益级，用来扩展接收机的动态范围在放射机开启或关断时间内，放大信号分为20或30 时间门选通操纵被选通的信号送入积分器做平均，然后通过多路调制器和模/数转换器，结果以数字信号形式存储在固态存储器中 接收机微处理器和操纵板操纵接收机全体操作，包括系统同步的操纵存储器内的数据可以显示并下载到外接PC上，并以表格或框图形式表示为十进制电压或视电阻率，此外选通门的谱线外形也可显示出来数据快速欣赏功能用来操纵数据质量 c. 软件 软件GeonicsGSPx7是用于对PROTEM瞬变电磁系统的数据举行处理，如读数、编辑、归纳、电磁法响应模拟等等 3. PROTEM系统设置 为了使TEDM方法能够适应更广泛的应用领域，Geonics的PROTEM 瞬变电磁系统具有高度的生动性并供给多种观测装置方法。

系统具有五种不同的放射机，多种放射线圈尺寸（单匝或多匝）从1m到1000米；可供给七种不同的地表感应线圈和二种井下感应线圈以及二种地表磁探头和一种井下磁探头 图4为不同的观测装置配置 放射机 TEM47(HP) (25w) 自备电池组 TEM57－MK2 (1600w) GPU或电池组 TEM67& TEM67-PLUS (4200&6700w) GPU 放射线圈选择 浅部勘探 几米——150米 多匝:1×1m 多匝:5×5m 单匝:5×5m至200×200m 中等深度勘探 至400米 多匝:5×5m 单匝:20×20m至400×400m 深部勘探 至1000米 单匝:40×40m至2000×2000m 接收线圈和探头 高频单分量线圈 高频三分量线圈 接收机 PROTEM数字接收机 软件 GeonicsGSPX7 中低频单分量 三分量 10000×25000m2可便线圈 BH43-1D和BH43-3D井下探头 三分量磁探头 三分量井下磁探头 PetRos EiKon’s EMIGMA Interpex IX1D 4. 系统组成 4.1 放射机 a. TEM47和TEM47-HP TEM47和TEM47-HP 是轻型电池组供电的放射机，用于2～150m深的浅部探测，通常应用于环境监测，如浅层电阻率测深、地下水污染监测、咸水侵入及地质填图以及煤矿井下探测储水构造。

TEM47放射机最重要的一个特点就是关断时间分外短，小于1μs放射机重量轻，包括内置电池在内共5公斤，有效提高了测量速度TEM47 放射机可以与多种放射线圈匹配对于浅层勘探要求测量速度高，可以使用尺寸1m×1m的多匝放射线圈；对中等深度勘探，如地下水勘探，可以使用尺寸5m×5m至200m×200m的单匝线圈TEM47放射机也可用于Slingram（水平线圈法）模式， 如定位断面，此时可使用5m×5m的多匝线圈TEM47-HP是TEM47的加强型，是在TEM47根基上加大了放射功率TEM47的最大放射电流为4A，TEM47-HP最大放射电流达10A两种放射机均使用同步电缆以达成浅层勘探需要的最高同步精度 b. TEM57-MK2 TEM57-MK2放射机勘探深度范围10m～500m，放射功率达1600W，电源电压在17—60V范围内可变在测深模式下，如地下水勘探中，选用250m×250m的 10号线线圈，18A放射电流，勘探深度可达400－500m对稍浅层勘探，可以使用小一些的线圈，如使用40m×40m、阻抗2Ω的线圈，放射电流28A与放射机匹配 TEM57-MK2放射机可用于中心回线观测装置以及其他几种观测装置。

如举行矿藏资源勘探，可用200m×300m放射线圈，放射电流18A，采用放射机固定/接收机移动的方法，勘探深度可达几百米还可以用250m×250m放射线圈，BH43-3D TDEM井中探头，勘探深度同样可达几百米用5m×5m多匝放射线圈，采用接收机放射机一起移动的Slingram法，TEM57-MK2放射机可以举行中等深度勘探TEM57-MK2放射机有两种供电方式，标准120/240VAC、50/60HZ发动机供电，或电池组供电，Slingram操作模式须采用电池组供电 c. TEM67和TEM67-PLUS 这两种放射机勘探深度可达1千米TEM67放射机可输出4200W，TEM67-Plus放射机放射功率可达6700W，输出电压17伏到240伏连续可调，最大放射电流28A放射机固定、接收机移动的测量方式下，可以应用大至2km×2km放射线圈，做深部勘探，探测深度可达1千米以上；中心回线或井下测量时，可匹配500×500m放射线圈两种放射机均由标准120/240VAC－50/60Hz汽油发电机供电 d. 放射机特点 ? 最大输出电流28A（56A pp） ? 连续可变的输出电压 ? 线性放射电流关断 ? 可以疏忽剩余电流和关断后的瞬时扰动电流 ? 电和电磁过载养护 ? 工作温度范围-40°C～+50°C ? 标准发电机或电池组供电 4.2 接收机 PROTEM数字接收机是专为TDEM测量研制的。

它可以生动地匹配五种PROTEM放射机和一系列地表及井下的传感器，如感应线圈、磁探头等PROTEM接收机的重要特性如下： a) 大动态范围29bits（单增益时23bits），可允许大动态范围的瞬变衰减以及抑制 外部噪声 b) 30个时间门保证了高灵敏度的衰减记录 c) 接收机带宽270kHz，对浅层勘探和弱信号失真尤其重要 d) 30门三分量同时测量 e) 自动测量放射机开启/关断期间 f) 野外绘制dB/dt衰减曲线及电阻率、实时噪音检测 g) 内部自校准——重要的质量操纵工具 h) 电缆和石英晶体同步 i) 工作温度范围-40°C～+50°C 4.3 传感器 PROTEM瞬变电磁系统包括多种传感器：高频浅层勘探；低频线圈深层勘探，有效面积25000m2（未含前置放大增益）有单分量和正交三分量接收线圈以及磁探头传感器供选择，用于地表和井下，其中磁探头是特意用于测量高导大型奇怪体的 除了井下传感器和磁探头外，全体PROTEM接收机线圈均为空心线圈，以消释铁质岩和镍铁高导磁合金引起的传感器响应此外，全体PROTEM线圈均为几何水平状，使颤噪问题最小化。

PROTEM传感器的带宽范围是3kHz（传感器）到800kHz（高频接收机线圈），在浅层勘测中与TEM47放射机匹配使用同PROTEM瞬变电磁系统的全体器件一样，全体传感器的工作温度范围均为-40°C～+50°C 4.4 软件 Geonics设计的多种软件包都可以处理PROTEM系统采集的EM数据Geonics设计的GSPx7是一套集读数、编辑、处理及模拟功能于一体的处理EM响应的软件它供给多时间门谱线成图，衰减曲线绘图，打印数据，输出选定数据的文件仪器读数时，数据可以直接显示，还可以恢复为响应脉冲，或转变为阶跃响应、晚期视电阻率/电阻率既支持数值文件编辑，也支持图形屏幕编辑 模拟模块供给全波形水平地层（1D）正演模拟，其中包括水平半空间、水平切片、松散布局（地壳和板块）的自由空间延时近似、以及电线细丝软件支持放射固定法、水平线圈法和井下的正演模拟 用Interpex 的1×1D可以直接读取PROTEM数据文件，作层状反演；还有PetRos EiKon的EMIGMA，也可以作矿体的层状或三维正反演 PROTEM的数据还可以用GEOSOFT处理及显示 5. 实例历史 5.1 用PROTEM47确定深度 BLACKHAWK GEOSCIENCES，使用全范围的GEONICS 仪器开展大范围的地球物理勘查以圈定地下水污染的范围。

在得克萨斯的卤水塘邻近，BLACKHAWK首先使用GEONICS EM34大地电导率仪来测定地下蓄水层中咸水侵入范围EM34成图显示咸水池邻近大地电导率明显增大，咸水污染了池子半径200米内的地面增大的电导率向西南延迟了800米，显示了蓄水层咸水侵的轮廓 然后BLACKHAWK使用GEONICS的PROTEM 47 EM测深系统来测定厚度和深度他们在水池南部100米处、垂直污染分散的方向，沿一条测线布置了五个测点PROTEM47电导率切片很领会的定义出了污染范围污染的高电阻率（大于500ms/s）与周边比较分外明显 目标体位于测点2和3下面，深度40到50米非渗透性的、低导层使得目标体下沉较深基于EM34和PROTEM47结。