国内研制的用于资源探测的TEM系统及其与国外的对比
北京延庆国内TEM仪器对比实验 仪器对比实验 北京延庆国内
参加单位 使 用 系 统 开 发 水 平 注 释
新疆土屋国内外仪器TEM对比实验 对比实验 新疆土屋国内外仪器
使 用 系 统 开 水 发 平 采用测 量装置
廊 坊 物探所
WDC-2
商品化 仪 器
发射电流
关断波形
T0
T1
发射机准确记录关断波形
实施策略之二: A/D采样策略 实施策略之二:双A/D采样策略
V
发射电流 接收一次场+二次场 接收一次场 二次场
TEM采样区间 采样区间 ATTEM采样区间 采样区间
t
超高速A/D 超高速 24位A/D 位
可能实施的策略之三: 可能实施的策略之三:
Channel 1
1/2
例如对一个50欧姆米的半空间， 不同电磁方法的最佳探测范围： 地质雷达（GPR）：< 2米 瞬变电磁（TEM）：20-1000米 大地电磁（MT） ：>1000米
上述方法有探测盲区（Gap），这个 上述方法有探测盲区（Gap），这个 ）， 盲区又是地下人文活动最频繁的区 域。
GPR
探测盲区（Gap） 探测盲区（Gap）
用双通道并行前放和相关技术来压制噪声
预期的主要研究成果
• • • 一套ATTEM系统样机； 一套ATTEM系统样机； ATTEM系统样机 一套ATTEM数据处理软件； 一套ATTEM数据处理软件； ATTEM数据处理软件 ATTEM试验数据( ATTEM试验数据(该实验数据将对今 试验数据
后的浅层地球物理探测研究起到重要 的指导作用) 的指导作用)
VETEM 的优缺点 优点： 优点：利用了早期 信号， 信号，提高了分辨 率。 缺点：时间范围小， 缺点：时间范围小， 限制了探测能力。 限制了探测能力。
地面 D
模 糊 区
T1
VETEM的探测范围 的探测范围
TV=5微妙 微妙
VETEM系统的实施实例（来自Wright，et al，2000）
VETEM 的优缺点 优点：速度快， 优点：速度快，可 进行大面积扫描。 进行大面积扫描。 缺点：庞大笨重； 缺点：庞大笨重； 代价昂贵； 代价昂贵；对地形 要求高。 要求高。
浅层高分辨全程瞬变电磁系统 ATTEM） ( ATTEM）与关键技术研究
矿
长：祖章贤
总工程师： 总工程师：上官隆 技术推荐： 技术推荐：王益伦
什么是ATTEM？
All —Time Transient ElectroMagnetic Method
全程瞬变电磁法
研究领域：利用电磁波在地下介 研究领域： 质中的传播特性来探测地下，即 质中的传播特性来探测地下， 属于地球物理探测仪器的一种。 属于地球物理探测仪器的一种。
电磁法的探测深度
频率域方法： 频率域方法： 频率域电磁法） FEM（频率域电磁法） GPR(地质雷达)， MT(大地电磁测深) 探测深度： 探测深度： δf =[ρ/πfµ] 时间域方法： 瞬变电磁法） 时间域方法： TEM(瞬变电磁法） 瞬变电磁法 探测深度： 探测深度： δt=[2ρT/µ]1/2
EM-47
25, 62.5, 262.5 Hz 双极性阶跃波 0～9V 可调 ～ 最大 3A 垂直分量 84db 单道 6.8～2200µs（关断后） ～ （关断后） 20/30门固定中心时间 门固定中心时间 <1µs (纯电阻 纯电阻) 纯电阻 12V 电瓶 20～100m ～
ATTEM
1～10KHz可调 ～ 可调 双极性阶跃波 0～110V可调 ～ 可调 最大30A 最大 三分量 120db 3道 全程记录（含关断时间） 全程记录（含关断时间） 全程密集采样 <1µs (纯电阻 纯电阻) 纯电阻 12V电瓶 电瓶/2800W发电机 电瓶 发电机 2～500m ～
1. 电流关断期间和关断后的早期一次场 与二次场叠加在一起，如何分离？ 与二次场叠加在一起，如何分离？ 2. 硬件实现上的困难：早期信号特别强， 硬件实现上的困难：早期信号特别强， 易出现过饱和现象，还需高密度采样； 易出现过饱和现象，还需高密度采样； 晚期信号特别弱可低密度采样， 晚期信号特别弱可低密度采样，但信 噪比极低。全程采样需要解决海量数 噪比极低。全程采样需要解决海量数 据存储和大动态范围（超过24位 据存储和大动态范围（超过 位）的 技术难题。 技术难题。
地表
TEM/FEM
如何解决 2 - 20 米范围的问题？
TEM理论模型的缺陷
瞬变电磁法的基本原理
I（发射电流） （发射电流）
理想模型难以物理 实现的原因： 实现的原因： 发射电流不能用零 时间关断！ 时间关断！
I0 T0
瞬变场的时间范围（二次场） 瞬变场的时间范围（二次场）
T1
T2
T3
T 时间） （时间）
Amplifier
Multiplier
Averager
Input port
Frequency Selector
Output
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DUT
Amplifier
Frequency Selector
Channel 2
A few pV
Block diagram of a correlated spectrum analyzer (IEEE Trans Instr & Meas, 2000 )
T1
VETEM的探测范围 的探测范围
TV=5微妙 微妙
ATTEM 采样试验
I（发射电流） （发射电流） 发射 信号
瞬变全过程
I0 T（时间） （时间）
T0
一次场 + 二次场
T1
3
二次场范围
记录 信号
V(m v)
2
1
0 -200 0 200 400 600 800 1000
T(us)
采样空间延拓之后遇到的难题： 采样空间延拓之后遇到的难题：
四 研究基础
与本项目有关的研究工作积累
吉林大学（原长春科技大学） 吉林大学（原长春科技大学）： • 1989年地矿部资助开展以TEM为主多功能电磁法仪器与方法研究 1989年地矿部资助开展以TEM为主多功能电磁法仪器与方法研究 年地矿部资助开展以TEM • 1996-1997 年申请者赴美收集了 VETEM 系统的研究成果和试验资料 。 1996-1997年申请者赴美收集了VETEM系统的研究成果和试验资料 年申请者赴美收集了VETEM系统的研究成果和试验资料。 • 1996-2000 年地矿部重点资助研究了基于 GPS 的同步测量技术并研 1996-2000年地矿部重点资助研究了基于GPS的同步测量技术并研 年地矿部重点资助研究了基于GPS 制成功面向资源探测的TEM TEM发射与接收系统 制成功面向资源探测的TEM发射与接收系统 • 2000 年在中国地质调查局资助下 ，在北京延庆和新疆土屋等地开 2000年在中国地质调查局资助下 年在中国地质调查局资助下， 展了TEM野外对比试验研究。 TEM野外对比试验研究 展了TEM野外对比试验研究。 国家地震局地质研究所： 国家地震局地质研究所： • 2000年以来开展了常规TEM全程总场的试验，全程视电阻率的数值 2000年以来开展了常规TEM全程总场的试验 年以来开展了常规TEM全程总场的试验， 计算和关断电流校正的实现为ATEM ATEM系统的数据处理迈出了关键的 计算和关断电流校正的实现为 ATEM 系统的数据处理迈出了关键的 第一步。 第一步。 • 2000年4月在新疆进行了野外试验。 2000年 月在新疆进行了野外试验。
三、研究方案
硬件设计 / 改进 总 体 设 计 试 软件设计 / 改进 验 建立 / 改进实验 室标准模型 2. 试 验 参 数 资料； 资料； 3. 实 验 室 标 准模型。 准模型。 满意？ 满意？
成果： 成果：
1. ATTEM系 系 统硬件和软 件样品； 件样品；
实施策略之一: 实施策略之一: 发射机关断电流 波形的记录（ 波形的记录（传 统的发射机只记 录关断时间）， 录关断时间）， 用于一次场的计 算与分离。 算与分离。
导 线 同 步
加拿大 EM-67
商品化 仪 器
中心回 线装置
吉林大学
ATEM1 单脉冲 大电流 TEM3S 自行研 制 单脉冲 大电流 自行研 制 大电流
研 样
究 机
GPS 同步
桂 林 工学院
商品化 仪 器
导 线 同 步
吉 大 ATEM1 有色研 究 所 TEM3S
研 样
究 机
中心回 线装置
商品化 仪 器
TEM发 发 射机
(c)
TEM 的工作方式之一
t
V
常规TEM工作原理
地下电阻率不同影响 衰减曲线变化
Slow Delay Fast Delay
T0 TEM衰减曲线示意
t
新疆某铜矿0线 新疆某铜矿 线TEM电阻率断面图 电阻率断面图
0 50 100 150 200
5260
5340
5420
5500
5580
T0 T1 T2
地面
瞬变电磁法的实际模型
I（发射电流） （发射电流）
I0
实际记录时间范围
T0
T1
T2
T3
T 时间） （时间）
地面
D T1 T2 T3
实际记录开始时刻
VETEM（Very Early TEM) 系统的设计思想
I（发射电流） （发射电流）
I0 T0 T1
VETEM TV T2
常规仪器记录时间范围 T 时间） （时间）
重叠回 线装置
西 安 煤研所
商品化 仪 器
导 线 同 步