PROTEM瞬變電磁儀

一.引言

加拿大Geonics公司是專門研制和生產(chǎn)時(shí)間域電磁儀的專業(yè)公司，共有近20種時(shí)間域電磁測(cè)量?jī)x，應(yīng)用于各種不同目的和場(chǎng)合，在世界上享有很高聲譽(yù)。該公司自1978年研制和生產(chǎn)瞬變電磁儀以來(lái)，已更新?lián)Q代多次，目前在市場(chǎng)上銷售的PROTEM47、PROTEM47HP（井下探水系統(tǒng)），PROTEM57-MK2和PROTEM67瞬變電磁儀占據(jù)著世界上該類儀器的很大*。2003年至2009年6月，國(guó)內(nèi)用戶通過(guò)我公司已訂購(gòu)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(wù)中心也設(shè)立在我公司。
 
PROTEM瞬變電磁儀的主要特點(diǎn)：

三分量同時(shí)觀測(cè)，有30個(gè)觀測(cè)道。
關(guān)斷時(shí)間短信息量大：關(guān)斷時(shí)間是瞬變電磁儀的重要技術(shù)指標(biāo)之一，關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)，將失掉淺層信號(hào)，減弱二次場(chǎng)強(qiáng)度，直接影響探測(cè)效果。PROTEM47關(guān)斷時(shí)間可短至0.5μv.關(guān)斷時(shí)間取決于發(fā)射機(jī)性能、發(fā)射電流大小和發(fā)射線圈尺寸。
分辨率高，動(dòng)態(tài)范圍大：由于瞬變電磁場(chǎng)從早期到晚期的變化幅度從n×105μv到0.nμv。達(dá)6個(gè)量級(jí)，所以要求信號(hào)分辨率和動(dòng)態(tài)范圍都要高。PROTEM的信號(hào)分辨率為24位，系統(tǒng)分辨率為29位，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)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(shù)和提高重復(fù)率等等。重復(fù)率是指1秒之內(nèi)能發(fā)射多少個(gè)雙極性脈沖。PROTEM的重復(fù)率為237.5HZ-0.25HZ，即4.2ms-25ms,可選。因此它在30秒觀測(cè)時(shí)間內(nèi)可以發(fā)射14,250-2,400個(gè)脈沖信號(hào)和接收到同樣多的瞬變電磁信號(hào)。如果重復(fù)率為25HZ－0.416HZ，即40ms-24,000ms,它在30秒觀測(cè)時(shí)間內(nèi)僅能發(fā)射和接收到1,500個(gè)－0.083個(gè)信號(hào)，也即在相同的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)前者比后者的信噪比高10倍。
觀測(cè)裝置靈活  ：瞬變電磁法有五種野外觀測(cè)裝置，它適用于不同的勘探目標(biāo)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(cè)⑤大定回線內(nèi)觀測(cè)。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(fā)射和接收分離結(jié)構(gòu)，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(fā)射和接收一體化裝置，則僅適合重疊回線裝置，當(dāng)采用其它四種觀測(cè)裝置時(shí)，就必須把接收線圈中的微弱瞬變場(chǎng)信號(hào)、用一條較長(zhǎng)的信號(hào)電纜傳輸給接收機(jī)，從而帶進(jìn)不可預(yù)測(cè)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(dá)，
　　H=0.55（Mρ/RmN）1/5
M=IS為發(fā)射磁矩（I為發(fā)射電流，S為發(fā)射線圈面積），ρ為大地平均電阻率值，RmN為取決于儀器信號(hào)比和抗*力的zui小可分辨信號(hào)值。可見(jiàn)在S和ρ一定的情況下，勘探深度H取決于發(fā)射機(jī)的zui大輸出電流I，而I又取決于發(fā)射機(jī)的zui高輸出電壓。在淺層勘探時(shí)，發(fā)射磁矩M對(duì)任何型號(hào)的瞬變電磁儀都不是問(wèn)題；但在深層勘探時(shí)，由于要采用大面積（S）發(fā)射線圈，電阻值大，因此要獲得大的發(fā)射電流I，就必須應(yīng)用高輸出電壓的發(fā)射機(jī)。PROTEM應(yīng)用的大功率發(fā)射機(jī)TEM67和加強(qiáng)型TEM67，其發(fā)射電壓高達(dá)150V和240V，因此在大面積（S）發(fā)射線圈情況下，也能輸出很大的發(fā)射電流值。如果發(fā)射機(jī)的zui高輸出電壓只有100V，那就很難用于深層勘探。
穩(wěn)定性高，工作溫度寬：穩(wěn)定性包括觀測(cè)的重復(fù)性和儀器故障率。PROTEM的觀測(cè)重復(fù)性為*，儀器故障極低。PROTEM工作溫度范圍為-40℃－+60℃，在任何季節(jié)，任何地區(qū)均可順利地進(jìn)行觀測(cè)；如果工作溫度范圍很窄，那就只能在合適的季節(jié)或合適的地區(qū)進(jìn)行野外觀測(cè)。

二．主要應(yīng)用領(lǐng)域

在地面探測(cè)含水層，斷層含水性，煤層結(jié)構(gòu)和陷落住
在井下探測(cè)采區(qū)內(nèi)部和外圍以及掘進(jìn)頭前方的儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)
探測(cè)良導(dǎo)性礦體埋深和產(chǎn)狀，探測(cè)蘊(yùn)礦構(gòu)造
探測(cè)老窯及其含水性
工程勘探和環(huán)境勘探
油、氣田勘探
三、類型

TEM47，zui大勘探深度150m，統(tǒng)稱PROTEM47
TEM57-MK2，zui大勘探深度500m，統(tǒng)稱PERTEM57
TEM-67，zui大勘探深度1000m-1200m，統(tǒng)稱PROTEM67
加強(qiáng)型TEM67HP,zui大勘探深度1500m
EM47Hp，井下探水，探測(cè)距離100m-150m
BH43-3鉆井內(nèi)三維瞬變電磁儀，可在2,000m深鉆孔內(nèi)工作，探測(cè)半徑150-250m
四、性能和技術(shù)指標(biāo)：

1．PROTEM數(shù)字接收

它是上述六種瞬變電磁儀共用的接收機(jī)

PROTEM接收機(jī)具有24位瞬時(shí)分辨率，29位系統(tǒng)分辨率，270KHz 帶寬，微秒級(jí)的30個(gè)采樣門和XYZ三分量同時(shí)觀測(cè)等特點(diǎn)，是時(shí)間域電磁系統(tǒng)的*選擇。

技術(shù)指標(biāo)：

觀測(cè)值：三分量感應(yīng)磁場(chǎng)的衰減比，nv/m2
電磁傳感器：空心線圈
道數(shù)：用單道接收線圈順序測(cè)量或用三分量接收線圈同時(shí)測(cè)量
時(shí)間門：在兩個(gè)量級(jí)時(shí)間軸上20個(gè)門測(cè)量，或三個(gè)量級(jí)時(shí)間軸上30個(gè)門測(cè)量
信號(hào)分辨率：24位，包括1個(gè)符號(hào)位，系統(tǒng)分辨率29位
基本頻率：0.3，0.75，3，7.0，30，75，285Hz（60Hz工頻時(shí)）
         0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5Hz（50Hz工頻時(shí)）
積分時(shí)間：0.5，2，4，8，15，30，60和120秒
顯示器：240×64點(diǎn)液晶顯示
數(shù)據(jù)管理：固態(tài)存儲(chǔ)3300套數(shù)據(jù)，RS232輸出
同頻：參考電纜同步或高穩(wěn)定性石英鐘同步
工作溫度：-40℃—+60℃
電源：12V可充電電源，可連續(xù)工作8小時(shí)
重量：15Kg
體積：34×38×27cm
2.PROTEM 發(fā)射機(jī)

1）TEM47發(fā)射機(jī)

是zui小、zui輕便的發(fā)射系統(tǒng)，關(guān)斷時(shí)間極短，可探測(cè)近地表異常。PROTEM47（PROTEM接收機(jī)配以TEM47發(fā)射機(jī)）經(jīng)常用于淺部幾米到150m深的探測(cè)。在這種模式下，可用單匝5m×5m到100m×100m發(fā)射線圈，關(guān)斷時(shí)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(fā)射線圈。

TEM47采用參考電纜同步，可滿足淺部探測(cè)對(duì)高精度同步的要求。無(wú)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(tài)衰減信號(hào)。當(dāng)PROTEM47用于剖面測(cè)量時(shí)，采用8匝5m×5m移動(dòng)式發(fā)射線圈，2.5A發(fā)射電流時(shí)，發(fā)射磁矩為500Am。在基頻75Hz、20-30個(gè)測(cè)量門時(shí)，該模式便成為*的淺部勘探的斯陵格蘭姆電磁系統(tǒng)。

技術(shù)指標(biāo)：

電流波型：偶極方波，正、負(fù)方波之間可設(shè)置50%占空系數(shù)
基本頻率：30，75，285Hz，（60Hz工頻時(shí)）
         25，62.5，237.5Hz，（50Hz工頻時(shí)）
關(guān)斷時(shí)間：40×40m發(fā)射線圈，3A發(fā)射電流時(shí)，2.5μs
發(fā)射線圈尺寸： 5m×5m（8匝）到100m×100m（單匝）
輸出電壓：0到9V連續(xù)變化，zui大發(fā)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(shí)可連續(xù)工作5小時(shí)；加強(qiáng)型TEM47HP供電電源為24伏或36伏，zui大發(fā)射電流10A
重量：5.3Kg
尺寸：10.5×24×32cm
2）TEM57-MK2發(fā)射機(jī)

TEM57-MK2是TEM57的升級(jí)型，與PROTEM數(shù)字接收機(jī)搭配使用，便構(gòu)成PROTEM57瞬變電磁系統(tǒng)。TEM57-MK2在內(nèi)部電源供電時(shí)發(fā)射功率達(dá)1500W，是一種非常輕便的中功率時(shí)間域電磁發(fā)射機(jī)。內(nèi)部電源電壓18—60V可變，可與發(fā)射線圈實(shí)現(xiàn)*匹配。如使用外部電源，發(fā)射功率可達(dá)3800W，電壓可達(dá)160V。

TEM57-MK2是一種*的中功率發(fā)射機(jī)，勘探深度達(dá)500m。

可自動(dòng)顯示關(guān)斷時(shí)間。配備短參考電纜、輕便發(fā)射機(jī)和三維接收線圈的TEM57-MK2，可圈定深至250m－300m的形態(tài)復(fù)雜的構(gòu)造和礦體。如果采用晶體同步和大發(fā)射線圈，它可圈定埋深至500m的礦體和目標(biāo)體。通過(guò)反演解釋，可給出礦體的電導(dǎo)率、傾角和延伸等參數(shù)。

技術(shù)指標(biāo)：

電流波型：偶極方波，占空系數(shù)50%
基本頻率：3，7.5，30Hz（功率傳輸線為60Hz時(shí)）
                2.5，6.25，25Hz（功率傳輸線為50Hz時(shí)）
                如果用電纜同步，可以達(dá)到1Hz以下的基頻
關(guān)斷時(shí)間：20到115μs，依賴發(fā)射線圈尺寸，匝數(shù)和發(fā)射電流大小
發(fā)射線圈尺寸：?jiǎn)卧芽扇我獬叽纾珃ui小電阻不應(yīng)低于0.7歐姆，zui大發(fā)射線圈可到300×600m
輸出電壓：18伏—60伏連續(xù)可調(diào)，當(dāng)外接電源時(shí)可達(dá)180伏
同步：電纜或高穩(wěn)定性晶體同步
輸出電流：zui大28A
工作溫度：-40℃—+60℃
關(guān)斷時(shí)間顯示：自動(dòng)顯示關(guān)斷時(shí)間
電源：1800瓦，110/220V單項(xiàng)發(fā)電機(jī)供電或2－6個(gè)12伏電瓶直流供電
防護(hù)：電和電磁防護(hù)
重量：15公斤
尺寸：43 x 25 x 25 厘米
3）TEM67發(fā)射機(jī)

這是大功率發(fā)射機(jī)，它是在TEM57-MK2發(fā)射機(jī)基礎(chǔ)上加一個(gè)功率模塊，構(gòu)成TEM67發(fā)射機(jī)。這就是說(shuō)，增加一個(gè)功率模塊并配備一臺(tái)5,000W發(fā)電機(jī)，就可將TEM57-MK2升級(jí)為TEM67。反之，如果對(duì)某些勘查任務(wù)而言無(wú)需TEM67發(fā)射機(jī)，只用TEM57-MK2，便可大大減輕重量。TEM67的輸出電壓18-150V連續(xù)可調(diào)用，可自動(dòng)顯示關(guān)斷時(shí)間。

配備三維接收線圈的PROTEM67，是一種理想的探測(cè)深部高導(dǎo)礦體，蘊(yùn)礦構(gòu)造，含水構(gòu)造以及其它地質(zhì)目標(biāo)體的*瞬變電磁法儀器，其勘探深度可達(dá)1,000m－1,2000m。

技術(shù)指標(biāo)：

電流波型：偶極方波，占空系數(shù)50%
基本頻率：0.3，0.75，3，7.5，30Hz（功率傳輸線為60Hz時(shí)）
                0.25，0.625，2.5，25Hz（功率傳輸線為50Hz時(shí)）
關(guān)斷時(shí)間：20到750μs，依賴于發(fā)射線圈尺寸，匝數(shù)和發(fā)射電流大小
輸出電流：zui大28A
輸出電壓：18到150伏連續(xù)可調(diào)
同步：高穩(wěn)定性晶體同步
工作溫度：-40℃—+60℃
電源： 5000W， 220伏，50Hz，單項(xiàng)發(fā)電機(jī)
重量：15公斤
尺寸：43 x 25 x 25 厘米。
4）加強(qiáng)型TEM67發(fā)射機(jī)

加強(qiáng)型TEM67發(fā)射機(jī)是在TEM57-Mk2發(fā)射機(jī)上連接兩個(gè)TEM67功率模塊，發(fā)射電壓可高達(dá)240v，zui大發(fā)射電流28A，所以可利用大尺寸或大有效面積發(fā)射線圈，以達(dá)到更大的勘探深度。下表是TEM67和加強(qiáng)TEM67發(fā)射功率的對(duì)比表，可見(jiàn)在發(fā)射線框尺寸2000m×2000m情況下（相當(dāng)2000m勘探深度）加強(qiáng)型TEM67的發(fā)射磁矩M（I×S）可高達(dá)36363636A m2，。如果選擇發(fā)射圈電阻值為1,65歐姆/公里，則加強(qiáng)型TEM67發(fā)射機(jī)的發(fā)射電流可達(dá)到18.2A,發(fā)射磁矩M=72727272Am2 ， 此時(shí)的信噪比可以高一倍。