檢測認證人脈交流通訊錄
- 一、PROTEM瞬變電磁儀 加拿大Geonics公司是專門研制和生產時間域電磁儀的專業公司，共有近20種時間域電磁測量儀，應用于各種不同目的和場合，在世界上享有很高聲譽。該公司自1978年研制和生產瞬變電磁儀以來，已更新換代多次，目前在市場上銷售的PROTEM47、PROTEM47HP（井下探水系統），PROTEM57-MK2和PROTEM67瞬變電磁儀占據著世界上該類儀器的很大市場份額。2003年至2007年4月，國內用戶通過我公司已訂購9套PROTEM47，14套PROTEM47HP,20套PROTEM57-MK2和18套PROTEM67以及兩套BH43-3鉆井瞬變電磁儀。Geonics公司的售后服務中心也設立在我公司。 PROTEM瞬變電磁儀的主要特點： ● 三分量同時觀測，有30個觀測道。 ● 關斷時間短信息量大：關斷時間是瞬變電磁儀的重要技術指標之一，關斷時間長，將失掉淺層信號，減弱二次場強度，直接影響探測效果。PROTEM47關斷時間可短至0.5μv.關斷時間取決于發射機性能、發射電流大小和發射線圈尺寸。 ● 分辨率高，動態范圍大：由于瞬變電磁場從早期到晚期的變化幅度從n×105μv到0.nμv。達6個量級，所以要求信號分辨率和動態范圍都要高。PROTEM的信號分辨率為24位，系統分辨率為29位，動態范圍達175dB。 ● 信噪比高：PROTEM瞬變電磁儀采取多種措施提高信噪比，包括壓制工頻干擾，采用“聰明疊加”技術和提高重復率等等。重復率是指1秒之內能發射多少個雙極性脈沖。PROTEM的重復率為237.5HZ-0.25HZ，即4.2ms-25ms,可選。因此它在30秒觀測時間內可以發射14,250-2,400個脈沖信號和接收到同樣多的瞬變電磁信號。如果重復率為25HZ－0.416HZ，即40ms-24,000ms,它在30秒觀測時間內僅能發射和接收到1,500個－0.083個信號，也即在相同的觀測時間內前者比后者的信噪比高10倍。 ● 觀測裝置靈活 ：瞬變電磁法有五種野外觀測裝置，它適用于不同的勘探目標和深度。這五種裝置是：①重疊回線,②中心回線,③偶極④大定回線外，觀測⑤大定回線內觀測。前三種裝置適合淺層勘探，后兩種適合深層勘探。由于PROTEM瞬變電磁儀采用發射和接收分離結構，所以除重疊回線裝置外，它適合其它四種裝置。但如果采用發射和接收一體化裝置，則僅適合重疊回線裝置，當采用其它四種觀測裝置時，就必須把接收線圈中的微弱瞬變場信號、用一條較長的信號電纜傳輸給接收機，從而帶進不可預測的干擾。 ● 勘探深度大：瞬變電磁法勘探深度H，由下式近似表達， H=0.55(Mρ/RmN)1/5 M=IS為發射磁矩（I為發射電流，S為發射線圈面積），ρ為大地平均電阻率值，RmN為取決于儀器信號比和抗干擾能力的最小可分辨信號值?？梢娫赟和ρ一定的情況下，勘探深度H取決于發射機的最大輸出電流I，而I又取決于發射機的最高輸出電壓。在淺層勘探時，發射磁矩M對任何型號的瞬變電磁儀都不是問題；但在深層勘探時，由于要采用大面積（S）發射線圈，電阻值大，因此要獲得大的發射電流I，就必須應用高輸出電壓的發射機。PROTEM應用的大功率發射機TEM67和加強型TEM67，其發射電壓高達150V和240V，因此在大面積（S）發射線圈情況下，也能輸出很大的發射電流值。如果發射機的最高輸出電壓只有100V，那就很難用于深層勘探。 ● 穩定性高，工作溫度寬：穩定性包括觀測的重復性和儀器故障率。PROTEM的觀測重復性為100%，儀器故障極低。PROTEM工作溫度范圍為-40℃－+60℃，在任何季節，任何地區均可順利地進行觀測；如果工作溫度范圍很窄，那就只能在合適的季節或合適的地區進行野外觀測。 二、PROTEM瞬變電磁儀主要應用領域 ●在地面探測含水層，斷層含水性，煤層結構和陷落??； ●在井下探測采區內部和外圍以及掘進頭前方的儲水結構； ●探測良導性礦體埋深和產狀，探測蘊礦構造； ●探測老窯及其含水性； ●工程勘探和環境勘探。 三、PROTEM瞬變電磁儀的類型 ● TEM47，最大勘探深度150m，統稱PROTEM47 ● TEM57-MK2，最大勘探深度500m，統稱PERTEM57 ● TEM-67，最大勘探深度1000m-1200m，統稱PROTEM67 ● 加強型TEM67,最大勘探深度2000m ● TEM47Hp，井下探水，探測距離100m-120m，統稱加強型PROTEM47HP ● BH43-3鉆井內三維瞬變電磁儀，可在2,000m深鉆孔內工作，探測半徑120m 四、PROTEM瞬變電磁儀性能和技術指標 1．PROTEM數字接收機 它是上述六種瞬變電磁儀共用的接收機 圖1 PROTEM接收機 PROTEM接收機具有24位瞬時分辨率，29位系統分辨率，270KHz 帶寬，微秒級的30個采樣門和XYZ三分量同時觀測等特點，是時間域電磁系統的最佳選擇。 技術指標： ● 觀測值：三分量感應磁場的衰減比，nv/m2 ● 電磁傳感器：空心線圈 ● 道數：用單道接收線圈順序測量或用三分量接收線圈同時測量 ● 時間門：在兩個量級時間軸上20個門測量，或三個量級時間軸上30個門測量 ● 信號分辨率：24位，包括1個符號位，系統分辨率29位 ● 基本頻率：0.3，0.75，3，7.0，30，75，285Hz（60Hz工頻時） 0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5Hz（50Hz工頻時） ● 積分時間：0.5，2，4，8，15，30，60和120秒 ● 顯示器：240×64點液晶顯示 ● 數據管理：固態存儲3300套數據，RS232輸出 ● 同頻：參考電纜同步或高穩定性石英鐘同步 ● 工作溫度：-40℃—+60℃ ● 電源：12V可充電電源，可連續工作8小時 ● 重量：15Kg ● 體積：34×38×27cm 2．PROTEM發射機 圖2 TEM47發射機 1）TEM47發射機 是最小、最輕便的發射系統，關斷時間極短，可探測近地表異常。PROTEM47（PROTEM接收機配以TEM47發射機）經常用于淺部幾米到150m深的探測。在這種模式下，可用單匝5m×5m到100m×100m發射線圈，關斷時間可短至0.5μs，從而獲得最高的淺表分辨率。也可采用多匝發射線圈。 TEM47采用參考電纜同步，可滿足淺部探測對高精度同步的要求。無論在那種情況下，PROTEM47都使用高頻接收線圈。該接收線圈的帶寬足以捕捉最早期的瞬態衰減信號。當PROTEM47用于剖面測量時，采用8匝5m×5m移動式發射線圈，2.5A發射電流時，發射磁矩為500Am。在基頻75Hz、20-30個測量門時，該模式便成為最佳的淺部勘探的斯陵格蘭姆電磁系統。 技術指標： ● 電流波型：偶極方波，正、負方波之間可設置50%占空系數 ● 基本頻率：30，75，285Hz，(60Hz工頻時) 25，62.5，237.5Hz，（50Hz工頻時) ● 關斷時間：40×40m發射線圈，3A發射電流時，2.5μs ● 發射線圈尺寸： 5m×5m（8匝）到100m×100m（單匝） ● 輸出電壓：0到9V連續變化，最大發射電流3A ● 同步：電纜同步 ● 工作溫度：-40℃—+60℃ ● 電源：12伏可充電電瓶，在2A輸出時可連續工作5小時；加強型TEM47HP供電電源為24伏或36伏，最大發射電流10A ● 重量：5.3Kg ● 尺寸：10.5×24×32cm 2）TEM57-MK2發射機 圖3 TEM57-MK2 發射機 TEM57-MK2是TEM57的升級型，與PROTEM數字接收機搭配使用，便構成PROTEM57瞬變電磁系統。TEM57-MK2在內部電源供電時發射功率達1500W，是一種非常輕便的中功率時間域電磁發射機。內部電源電壓18—60V可變，可與發射線圈實現最佳匹配。如使用外部電源，發射功率可達3800W，電壓可達160V。 TEM57-MK2是一種完美的中功率發射機，勘探深度達500m。 可自動顯示關斷時間。配備短參考電纜、輕便發射機和三維接收線圈的TEM57-MK2，可圈定深至250m－300m的形態復雜的構造和礦體。如果采用晶體同步和大發射線圈，它可圈定埋深至500m的礦體和目標體。通過反演解釋，可給出礦體的電導率、傾角和延伸等參數。 技術指標： ● 電流波型：偶極方波，占空系數50% ● 基本頻率：3，7.5，30Hz（功率傳輸線為60Hz時） 2.5，6.25，25Hz（功率傳輸線為50Hz時） 如果用電纜同步，可以達到1Hz以下的基頻 ● 關斷時間：20到115μs，依賴發射線圈尺寸，匝數和發射電流大小 ● 發射線圈尺寸：單匝可任意尺寸，但最小電阻不應低于0.7歐姆，最大發射線 圈可到300×600m ● 輸出電壓：18伏—60伏連續可調，當外接電源時可達180伏 ● 同步：電纜或高穩定性晶體同步 ● 輸出電流：最大28A ● 工作溫度：-40℃—+60℃ ● 關斷時間顯示：自動顯示關斷時間 ● 電源：1800瓦，110/220V單項發電機供電或2－6個12伏電瓶直流供電 ● 防護：電和電磁防護 ● 重量：15公斤 ● 尺寸：43 x 25 x 25 厘米 3）TEM67發射機 圖4 TEM67發射機 這是大功率發射機，它是在TEM57-MK2發射機基礎上加一個功率模塊，構成TEM67發射機。這就是說，增加一個功率模塊并配備一臺5,000W發電機，就可將TEM57-MK2升級為TEM67。反之，如果對某些勘查任務而言無需TEM67發射機，只用TEM57-MK2，便可大大減輕重量。TEM67的輸出電壓18-150V連續可調用，可自動顯示關斷時間。 配備三維接收線圈的PROTEM67，是一種理想的探測深部高導礦體，蘊礦構造，含水構造以及其它地質目標體的最佳瞬變電磁法儀器，其勘探深度可達1,000m－1,2000m。 技術指標： ● 電流波型：偶極方波，占空系數50% ● 基本頻率：0.3，0.75，3，7.5，30Hz（功率傳輸線為60Hz時） 0.25，0.625，2.5，25Hz（功率傳輸線為50Hz時） ● 關斷時間：20到750μs，依賴于發射線圈尺寸，匝數和發射電流大小 ● 輸出電流：最大28A ● 輸出電壓：18到150伏連續可調 ● 同步：高穩定性晶體同步 ● 工作溫度：-40℃—+60℃ ● 電源： 5000W， 220伏，50Hz，單項發電機 ● 重量：15公斤 ● 尺寸：43 x 25 x 25 厘米 4）加強型TEM67發射機 加強型TEM67發射機是在TEM57-Mk2發射機上連接兩個TEM67功率模塊，發射電壓可高達240v，最大發射電流28A，所以可利用大尺寸或大有效面積發射線圈，以達到更大的勘探深度。下表是TEM67和加強TEM67發射功率的對比表，可見在發射線框尺寸2000m×2000m情況下（相當2000m勘探深度）加強型TEM67的發射磁矩M（I×S）可高達36363636A m2，。如果選擇發射圈電阻值為1,65歐姆/公里，則加強型TEM67發射機的發射電流可達到18.2A,發射磁矩M=72727272Am2 ， 此時的信噪比可以高倍。 TEM發射機性能對比表 5) TEM47HP井下探水系統 圖5 井下探水瞬變電磁系統 TEM47HP是TEM47的加強型，是在TEM47的基礎上加大發射功率，使發射電壓高達36V，最大發射電流達10A。TEM47HP主要用于煤礦井下或隧道開掘中的水情探測和斷層探測。 由于井下空間窄小，所以發射線圈是由絕緣材料做成帶凹槽的、可調節角度的方形骨架（尺寸視巷道空間大小而定，一般為1.5m×1.5m或2m×2m）,發射線圈嵌入凹槽之內。發射線圈匝數一般為80匝或64匝。發射線匝有效面積S為180㎡或 256㎡。 技術指標： ● 電流波型：偶極方波，占空系數50% ● 基本頻率：30，75，285Hz（功率傳輸線為60Hz時） 25，62.5，285Hz（功率傳輸線為50Hz時） ● 關斷時間：取決發射線圈有效面積S及發射電流A ● 發射線圈尺寸：1.5m×1.5m(80匝)或2m×2m（64匝） ● 輸出電壓：0－12V 24V或36V ● 最大輸出電流：10A ● 同步：電纜同步 ● 工作溫度：-40℃—+60℃ ● 電源： 內置12V，外接12V或24V ● 重量：6公斤 ● 尺寸：43 x 25 x 25 厘米 6) BH43-3鉆井中瞬變電磁儀 圖6 鉆井中瞬變電磁儀三分量探頭和絞車 井中三分量瞬變電磁儀探頭BH43-3與位于地面的發射系統和PROTEM接收機共同組成鉆井中瞬變電磁儀。在地面布設500m×500m的發射線圈便可獲得2000m深鉆孔，200-300m半徑內的礦產資源、水文地質和地質結構等諸多方面信息。 沿鉆井探測的空間分辨率為1m。井中觀測點間距根據要求分辨出的目標體大小而定。 BH43-3是三分量、寬頻帶的井中探頭，能有利地壓制高壓線和其它干擾源的干擾。 BH43-3配有專用軟件包，可編輯、顯示和解釋測量數據。井中電纜和絞車可在國內配置。 技術指標： ● 傳感器：三個互相垂直的線圈（一個軸向，兩個徑向） ● 傳感器有效面積：軸向線圈：10000m2；徑向線圈： 2500m2 ● 傳感器前置放大器諧振頻率：10KHz ● 傳感器旋轉角校正：用兩個互相垂直的傾角儀，改正范圍：±1℃—±80℃ （自垂直軸算起） ● 工作溫度：-30℃—±80℃。 ● 電源：密封可充電鎳鎘電池，可連續工作40小時。 ● 控制箱：用于通道選擇，探頭和PROTEM接收機之間的阻抗和增益匹配（將三個傳感器的有效面積按100m2歸一化）；帶有超低頻濾波器。 ● 電纜：雙芯屏蔽電纜，聚氨脂外皮，keular高強度外護膜，直徑5.6m，重40Kg/km，抗拉強度500kg。 ● 重量：傳感器，9.5kg 控制箱：1.5kg。 ● 尺寸：傳感器，直徑3.8cm，長234cm 控制箱，22×13.5×8cm。 五、PROTEM瞬變電磁儀應用實例 實例1：地質結構和活斷層探測 利用PROTEM57-MK2在福州郊區一強干擾環境下，獲得了清晰的地質結構和活動斷層圖象（圖8）。 時間：2002年1月 環境：高壓線正好在側線上方 （如右場景圖） 儀器：PROTEM57-MK2。 野外測量：發射裝置為100×100m的 回線，回線內垂直構造走 向布置了三條剖面，測量點距10m。 圖7 野外施工現場 探測結果如下圖： 圖8 福州市郊八一水庫地下電性結構 （根據中國科學院地質和地球物理研究所 白登海資料） 實例2：峰峰煤礦梧桐莊礦井下探測儲水構造的剖面布置 圖9 PROTEM探測剖面位置 圖10, 圖11, 圖12和圖13是在梧桐莊井下探測儲水構造的瞬變電場場響應曲線 和井下觀測裝置布置圖： 圖10 偶極觀測裝置的瞬變電磁場響應曲線 瞬變場響應曲線是是判斷異常的最重要依據。上圖給出的是偶極觀測裝置的瞬變場響應曲線，剖面中部的強異常是最可能含水的地方。圖中由上向下表示從早期道到晚期道的響應（共30道），反映了沿剖面從淺到深的異常分布情況。 偶極方式觀測裝置如下圖所示： 圖11 井下偶極觀測裝置的布置 圖12 中心觀測裝置的瞬變電磁場響應曲線 上圖給出的是中心觀測裝置的瞬變場響應曲線，剖面中部也有強異常，是最可能含水的地方。晚期道異常明顯。 中心方式觀測裝置如下圖所示： 圖13 井下中心方式觀測裝置和布置 圖14是根據圖10的瞬變場響應反演的梧桐莊煤礦某采區的地下儲水構造： 圖14 梧桐莊煤礦某采區儲水構造分布 （已被鉆探證實） 實例3： 煤礦陷落柱探測¬—（梧桐莊煤礦）探測礦陷落柱的剖面布置圖 圖15 剖面布置圖 儀器：PROTEM 67；發射電流13A； 發射框邊長640m×560m. 資料來源：石昆法(2002) 反演結果 圖16 梧桐莊礦陷落柱的探測結果（陷落柱含水為低阻區） 實例4： 煤層地質構造探測 山西晉城某煤礦煤層地質構造的探測剖面 圖17 PERTEM瞬變電磁儀對煤層地質構造探測 上圖、中圖、下圖是位于測區西部、中部和東部的三條剖面。地表至100m左右的高阻層（紅色）是砂巖層，125m左右的低阻層（蘭色）是煤層，往下至300m的中阻層（綠色）是砂頁巖層。三條剖面中160m測點處的構造是逆掩斷層。 實例5： 金礦探測 圖18 利用PROTEM瞬變電磁儀對澳大利亞西部某金礦的探測剖面位置 圖19 電阻率剖面圖（金礦賦存于高阻流紋斑巖（蘭色）之中，圍巖為較低阻的綠巖帶，中間以斷層相隔）。（根據中國地震局地質研究所 趙國澤等資料） 圖20 黑龍江某金礦PROTEM瞬變電磁探測結果（Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ號異常體是預測的含金礦體）根據中國地震局地質研究所 趙國澤資料 實例6：地下空洞的探測 澳大利亞西部庫爾嘎底地區地下空洞PROTEM測量結果 圖21 瞬變場響應曲線 圖22 反演的電阻率剖面（圖中蘭色為地下采空區） 實例7： 有色金屬礦探測實例 圖23 云南某錫礦瞬變電磁響應曲線 圖24 是據圖22反演的電阻率剖面。 （PROTEM57－MK2） （電阻率值小于350歐姆.米的區域礦帶) 已知硫化礦體 圖25 是根據圖24 推斷的地質斷面（粗蘭線表示錫礦帶，它已被鉆探證實） 根據云南省有色地質調查院資料
