PROTEM瞬變電磁儀

一.引言

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*。2003年至2009年6月，國內用戶通過我公司已訂購13套PROTEM47，23套PROTEM47HP,27 套PROTEM57 -MK2和24套PROTEM67，2套PROTEM67 HP以及3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：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*力的zui小可分辨信號值。可見在S和ρ一定的情況下，勘探深度H取決于發射機的zui大輸出電流I，而I又取決于發射機的zui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zui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*，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．主要應用領域

在地面探測含水層，斷層含水性，煤層結構和陷落住
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
油、氣田勘探
三、類型

TEM47，zui大勘探深度150m，統稱PROTEM47
TEM57-MK2，zui大勘探深度500m，統稱PERTEM57
TEM-67，zui大勘探深度1000m-1200m，統稱PROTEM67
加強型TEM67HP,zui大勘探深度1500m
EM47Hp，井下探水，探測距離100m-150m
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150-250m
四、性能和技術指標：

1．PROTEM數字接收

它是上述六種瞬變電磁儀共用的接收機

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*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

1）TEM47發射機

是zui小、zui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zui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zui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*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，zui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，zui大發射電流10A
重量：5.3Kg
尺寸：10.5×24×32cm
2）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*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*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zui小電阻不應低于0.7歐姆，zui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：zui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

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*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：zui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，zui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一倍。