西方瞬变电磁法（西方瞬变电磁法（ TETEMM ）进展及其在寻找深）进展及其在寻找深

部隐伏矿中的应用部隐伏矿中的应用

周 平周 平中国地调局发展研究中心情报室中国地调局发展研究中心情报室

2008.092008.09

内 容 提 要内 容 提 要 瞬变电磁法（瞬变电磁法（ TEMTEM ）简介）简介 TEMTEM 的发展及其主要进展的发展及其主要进展 1. 1. 航空瞬变电磁系列航空瞬变电磁系列 （（ 11 ）固定翼航空瞬变电磁系统）固定翼航空瞬变电磁系统 （（ 22 ）直升机航空瞬变电磁系统）直升机航空瞬变电磁系统

2. 2. 地面瞬变电磁系列地面瞬变电磁系列 3. 3. 半航空瞬变电磁系统半航空瞬变电磁系统 TEMTEM 在深部隐伏矿找矿中的应用在深部隐伏矿找矿中的应用 小结小结

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（一、瞬变电磁法（ TEMTEM ）简介）简介22 、特点、特点 TEMTEM 是在脉冲间隙进行的，一次场源的干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，勘查深度也就不地层中的传播速度不同，勘查深度也就不同，因此，同，因此， TEMTEM 同时具有时间和空间上的同时具有时间和空间上的可分性。 可分性。

—— —— 探测深度大探测深度大、、分辨率高分辨率高、、信息丰富信息丰富等等优点优点

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

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

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

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

二、 西方二、 西方 TEMTEM 的发展及其主要进的发展及其主要进展展

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

INPUT

INPUT＋MARK Ⅴ

PROSPECT

SPECTREM

GEOTEM

SALTMAP

MEGTEM

TEMPEST

MEGATEM Ⅱ

GEOTEM 1000

1959

1998

1985

1965

1989

1988

1992

2000

2001

QUESTEM

2002

年代

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（ Smith 等， 2003 ）

固定翼时间域 AEM 偶极矩的变化（ Smith 等， 2003 ）

偶极矩与固定翼时间域 AEM 有效勘探范围（ Smith 等， 2003 ）

阿比蒂比型矿体

固定翼时间域固定翼时间域 AEMAEM 进展进展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。

固定翼时间域固定翼时间域 AEMAEM 进展进展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：

测量测量 BB 场及场及 dB/dtdB/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。

THEM

ORAGS-TEM

HeliGEOTEM

VTEM

Aarhus SkyTEM

McPhar SCORPION

AeroTEM

NewTEM/HoisTEM

AERODAT HeliTEM

Anglo ExplorHEM

AERODAT TRUTH

HeliQUESTEM

HeliINPUT 1982

1999

1998

1997

2004

2002

2005

2003

1985

年代

主要直升机航空瞬变电磁系统

（修编自F

ountain

和Sm

ith, 2003;S

attel, 2006; W

itherly

和Irvine, 200

6

）

HeliGEOTEM 系统实物图及发射线圈图（ Fountain 等， 2005 ）

接收机与磁力计

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

上图： dB/dt数据；下图： B 场数据（ Fountain 等， 2005 ）

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。

直升机时间域 AEM 进展

地面瞬变电磁系列地面瞬变电磁系列在金属矿勘查领域，主要有回线法回线法和电磁偶极法电磁偶极法两种。

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。

加拿大加拿大 GeonicsGeonics 公司公司 EMEM 系列系列

主要系统 发射机 接收机 参数 备注

PROTEM47 TEM47

PROTEM

若输出电流 3A，回线 100×100m，有效探测深度 150m

轻便，专门为近地表测量设计

PROTEM57-MK2

TEM57-MK2

功率更大，有效探测深度 500m

PROTEM57的升级版系统

PROTEM67 TEM67

有效探测深度 >500m；若采用 BH43-3三轴钻孔探测器，探测深度可达 2km

原 PROTEM37的升级版系统

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。

PATEM 系统简图 (Sørensen 等 ,2000)

移动速度 1~1.5m/s

GEOTEMGEOTEM 系统和系统和 PROTEM47PROTEM47 系统对系统对比比

（ Christiansen 和 Christensen ， 2003 ）

半航空瞬变电磁系统半航空瞬变电磁系统

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。

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。

（ Smith 等， 1998 ）

三、三、 TEMTEM 在深部隐伏矿找矿中的应在深部隐伏矿找矿中的应用用案例一、井中案例一、井中 TEMTEM 发现老矿区深部矿体发现老矿区深部矿体

———— 加拿大加拿大 Chisel NorthChisel North 铜锌矿床铜锌矿床

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 矿床绿带、红带和紫带矿体及早期钻孔平面图

Chisel North 矿床红带和紫带 EM 回线布置及井中 EM 发现平面图

（ 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；

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。