瞬變電磁法TEM系列磁探頭

簡(jiǎn)介

我公司長(zhǎng)期從事瞬變電磁法磁探頭的研制和生產(chǎn)，目前產(chǎn)品分兩大類。

①地面TEM磁探頭，型號(hào)為TEM-250K[包括TEM-250K(P)],TEM-70K;TEM-16K；TEM-7K共四種，解決不同深度的地質(zhì)問(wèn)題。

②井中三分量TEM磁探頭，型號(hào)為JZTEM-15K，安包括二個(gè)探頭，其一是測(cè)井中垂直分量HZ的JZTEM-15K（HZ）磁探頭，另一個(gè)是井中測(cè)水平分量Hy，Hx及探頭姿態(tài)（傾角與方位角）的JZTEM-15K（Hx，y）磁探頭。可尋找占孔周圍和井底TEM異常。

上述各型號(hào)TEM磁探頭均可與國(guó)內(nèi)外大部分瞬變電磁儀配套使用，例美國(guó)Zonge公司的GDP-32，加拿大鳳凰公司的V8等綜合電法儀，地科院物探所的IGGETEM-30瞬變電磁儀等。

一、地面TEM磁探頭：

現(xiàn)根據(jù)磁探頭的諧振頻率，由高到低分述如下。

1/TEM-250K磁探頭：

TEM-250K磁探頭是2001年底投產(chǎn)的，其諧振頻率為250KHZ，是TEM系列磁探頭中諧振頻率較高的一種，它的有效面積為200ｍ２，靈敏度大于１μν/ｍT.HZ（小于100KHz頻段），重約1.2kg,探頭直徑50mm，長(zhǎng)415mm。由于其諧振頻率較高，適用于解決淺部地質(zhì)問(wèn)題，在礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中均可應(yīng)用。TEM-250K磁探頭具有靈敏度較高，線性好，噪聲低，重量輕等特點(diǎn)，是瞬變電磁法解決淺部地質(zhì)問(wèn)題的理想磁探頭。探頭外觀見(jiàn)圖1，幅頻特性曲線見(jiàn)圖2。

TEM—250K（P）探頭是在TEM-250K磁探頭的基礎(chǔ)上在探頭頂部增加屏蔽層，并將供電電池也放在探頭頂部，在坑道內(nèi)使用時(shí)可減少目的層對(duì)面地層的影響，其主要性能與TEM—250K相同。探頭重約1.3kg，探頭全長(zhǎng)500mm,探頭主體直徑50mm,長(zhǎng)300mm，屏蔽筒直徑75mm，長(zhǎng)200mm。外觀見(jiàn)圖3，幅頻特性曲線見(jiàn)圖4。

2/TEM-70K磁探頭是TEM系列磁探頭中較常用的一種，2002年投產(chǎn)，其諧振頻率為70KHZ，其有效面積為2000ｍ２，靈敏度大于10μν/nT.Hz(≤40KHZ頻段），重約１.3kg,直徑60mm，長(zhǎng)510mm，由于其頻段適中，高低頻兼顧，適用于解決中、淺部地質(zhì)問(wèn)題，在礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中均可應(yīng)用，TEM-70K磁探頭具有靈敏度較高，線性好，輸出動(dòng)態(tài)范圍大，重量輕等特點(diǎn)，是瞬變電磁法常用的磁探頭，其性價(jià)比較高。外觀見(jiàn)圖5，幅頻特性見(jiàn)圖6。

瞬變電磁法TEM系列磁探頭

3，研制的TEM-16K磁探頭是TEM系列瞬變場(chǎng)磁探頭中諧振頻率較低的一種，2011年底投產(chǎn)，其諧振頻率為16KHZ，有效面積為(10000ｍ２）,與美國(guó)GDP-32綜合電法儀配備的TEM/3磁探頭有效面積(10000ｍ２）相同，靈敏度大于55μν/nT.Hz（ƒ≤10Kz頻段），重約２kg（帶電池），探頭全長(zhǎng)880mm，主體直徑50mm，探頭前部電源及放大器盒140×93×55mm.TEM-16K磁探頭具有體積小，重量輕，靈敏度高，噪聲小，線性段長(zhǎng)，雙端輸出，動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，它采用特殊輸出電路，驅(qū)動(dòng)能力特強(qiáng)，輸出電纜長(zhǎng)達(dá)100米時(shí)信號(hào)失真很小（見(jiàn)附表），在野外作業(yè)搬站時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)儀器不動(dòng)，只移動(dòng)探頭進(jìn)行測(cè)量，這樣可以提高效率或?qū)崿F(xiàn)多個(gè)探頭同時(shí)在不同地點(diǎn)測(cè)量。TEM-16K探頭適用于解決中、深部地質(zhì)問(wèn)題，是瞬變電磁法尋找中、深部礦體的有力工具。外觀見(jiàn)圖7，幅頻特性見(jiàn)圖8。

圖9是TEM-16K探頭與美國(guó)GDP-32綜合電法儀配備的TEM/3磁探頭在河北某地的對(duì)比資料，測(cè)量?jī)x器為GDP-32，在同一條剖面上共測(cè)24個(gè)測(cè)點(diǎn)，圖9是136~142四個(gè)點(diǎn)的TEM曲線對(duì)比圖。（備有詳細(xì)資料，需要者請(qǐng)備U盤）。

TEM-16K磁探頭與美國(guó)GDP-32配的TEM/3磁探頭實(shí)測(cè)TEM曲線對(duì)比

4，TEM-7K磁探頭是TEM系列瞬變場(chǎng)磁探頭中諧振頻率較低的一種，2009年投產(chǎn)，其諧振頻率僅為7UH，有效面積達(dá)40000ｍ２,靈敏度為220μν/ｍT.HZ（ƒ≤4 KZ），重量為4.2kg（帶電池），全長(zhǎng)1mm,前部為為65mm×120mm方盒，后部為直徑60mmABS管，TEM-7K磁探頭具有靈敏度高，噪聲低，線性好，雙端輸出，適用于解決中、深部礦產(chǎn)地質(zhì)、地?zé)岬龋撬沧冸姶欧▽ふ疑畈康V體的有力工具。外觀見(jiàn)圖10，幅頻特性見(jiàn)圖11。

圖12是用GDP-32綜合電法儀在同一測(cè)點(diǎn)，用TEM-7K與GDP-32的TEM/3磁探頭的對(duì)比結(jié)果（如需原始測(cè)量數(shù)據(jù)，請(qǐng)備U盤）。

二、井中TEM三分量磁探頭JZTEM-15K：

井中TEM三分量磁探頭由兩個(gè)探頭組成，其一是測(cè)井中垂直分量Hz(井軸分量）探頭，型號(hào)為JZTEM-15K（HZ），分為1000米型和2000米型2000米型兩種，其二是測(cè)井水平分量Hx，Hy探頭，同時(shí)測(cè)量井中探頭姿態(tài)（傾角與方位角），型號(hào)為JZTEM-15K (Hx,y ).井中水平探頭只有2000米型的一種。垂直分量探頭可單獨(dú)使用，也可與水平探頭聯(lián)合使用進(jìn)行井中三分量TEM測(cè)量。

為了配合井中TEM測(cè)量，我公司專門設(shè)計(jì)生產(chǎn)了手搖1000米型絞車，體積長(zhǎng)45×寬65×高75cm重量約55kg,外觀見(jiàn)圖14 。并外協(xié)生產(chǎn)了六芯聚胺酯測(cè)井電纜，直徑6.5mm,拉力300kg,長(zhǎng)度較大為2000米（需預(yù)訂）。

同時(shí)外協(xié)生產(chǎn)了適用六芯聚胺酯測(cè)井電纜的自動(dòng)排纜電動(dòng)絞車（用Ac220V電源），有1000米型和2000米型二種（需預(yù)訂）。

1000米型自動(dòng)排纜絞車，可配1000米直徑6.5mm,拉力300kg的六芯聚胺酯測(cè)井電纜，具有自動(dòng)/手動(dòng)、恒速控制、點(diǎn)測(cè)/連測(cè)，深度校正功能。速度范圍：0~30米/分鐘。工作電源：交流220V±10%，50Hz，凈重110kg,體積：860mm×600mm×700mm（長(zhǎng)×寬×高）。帶井口滑輪及連接井下儀的接頭。外觀見(jiàn)圖。

②2000米型自動(dòng)排纜絞車，可配2000米直徑6.5mm，拉力300kg的六芯聚胺酯測(cè)井電纜，性能同1000米型，凈重140kg(不含電纜），體積1020mm×700mm×550mm（長(zhǎng)×寬×高）,外觀見(jiàn)圖。

1.JZTEM-15K（Hz）磁探頭是井中三分量TEM探頭中專門測(cè)量垂直分量（井軸分量）的探頭。它可以與水平探頭聯(lián)合使用，也可以單獨(dú)使用，占國(guó)內(nèi)外各種TEM儀器配合可進(jìn)行地-井瞬變電磁法測(cè)量，以便檢查或發(fā)現(xiàn)鉆孔未打到的旁側(cè)異常或井底異常。測(cè)量井深分1000米和2000米二種（1000米探頭2011年已小量生產(chǎn)）。1000米的井中探頭已進(jìn)行過(guò)15Mpa打壓試驗(yàn)，2000米的井中探頭已進(jìn)行過(guò)30Mpa，溫度85º的打壓試驗(yàn)，探頭外徑為38mm，適用于一般小口徑鉆孔。

JZTEM-15K(Hz)井中垂直分量Hz磁探頭的諧振頻率為15KHz,有效面積為10000ｍ

2.重量5kg,直徑38mm，長(zhǎng)1640mm（不包括連接電纜通用接頭）。該磁探頭具有靈敏度高，噪聲小，線性段長(zhǎng)，雙端輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是瞬變電磁法發(fā)現(xiàn)井中旁測(cè)異常和井底異常的有力手段，拓寬了瞬變電磁法的應(yīng)用范圍，是解決較復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的有力工具。外觀見(jiàn)圖15，幅頻特性見(jiàn)圖16。

圖 一  是JZTEM-15K(Hz)探頭在野外實(shí)測(cè)地--井TEM五方位資料。

地—井TEM系統(tǒng)JZTEM-15K垂直分量探頭下井試驗(yàn)

一、試驗(yàn)孔概況：選擇在江蘇省某地ZK1孔進(jìn)行地—井TEM系統(tǒng)試驗(yàn)，終孔深度約500米，鉆孔附近地形較平坦，沒(méi)有明顯的電磁干擾源。據(jù)收集到的地質(zhì)資料顯示，該區(qū)地層總體呈水平層狀，走向約北西330°。ZK1孔電阻率和激電測(cè)井曲線見(jiàn)圖1，在400～410米深度段顯示明顯的低阻高極化特征。

二、100m×100m五方位測(cè)量：井口至井底全程測(cè)量，點(diǎn)距5米，異常段（400m-420m）加密至2米，發(fā)射時(shí)基10ms,下降沿500μs，發(fā)射電流10安培。測(cè)量設(shè)備：IGGE TEM-30A瞬變電磁儀，JZTEM-15K井下探頭，JC-1000A自動(dòng)排纜絞車。

三、結(jié)論：實(shí)測(cè)響應(yīng)曲線的異常深度與鉆孔資料基本相符。

1.   JZTEM-15K(Hx,y)磁探頭是井中TEM三分量磁探頭中測(cè)量水平分量水平分量Hx，Hy及探頭在井中姿態(tài)（傾角與方位角）的探頭，其諧振頻率為15KHz，有效面積為2500ｍ２ (Hx，Hy相同)，探頭外徑38mm,它分二部分，探頭下部是水平分量測(cè)量線圈、放大器及電源，上部為測(cè)量探頭在井中姿態(tài)的傳感器及電源，這二部分運(yùn)輸時(shí)是分開(kāi)的，到井場(chǎng)后組裝成一體下井。該水平探頭與JZTEM-15K(Hz)垂直分量探頭配合可進(jìn)行井中三分量TEM測(cè)量，可更有效的確定井旁異常和井底異常的空間位置，井中三分量瞬變電磁法是目前尋找深部礦體較*方法之一。JZTEM-15K（Hx,y）已基本完成室內(nèi)測(cè)試，其主要技術(shù)指標(biāo)與加拿大克隆公司的PEM井中三分量探頭相近，即將投產(chǎn)。探頭的水平線圈部分直徑38mm，長(zhǎng)  重  kg,探頭測(cè)姿態(tài)部分直徑38mm，長(zhǎng)　重  kg,配六芯聚胺酯測(cè)井電纜，較大探測(cè)深度2000米。圖 18是JZTEM-15K（Hx,y）水平探頭與加拿大克隆公司的PEM井中水平分量探頭的幅頻特性曲線對(duì)比圖。

探頭對(duì)比數(shù)據(jù)(無(wú)電纜)

蘭線：進(jìn)口PEM水平線圈、原裝放大器

綠線：進(jìn)口PEM水平線圈、配自己研制放大器

黃線：JZTEM-15K(Hx,y)自制水平探頭Hx分量、No6副放大器

紅線：JZTEM-15K(Hx,y)自制水平探頭Hy分量、No6主放大器