航空瞬變電磁法儀

2020-11-25 電子產品世界

航空電磁法自上世紀50年代以來,基本上是在兩個平臺上發展。一個是直升飛機裝載的頻域率電磁法(HEM),它的頻帶窄,發射功率低,兩個接收線圈很接近,因此探測深度淺,解析度低。固定翼飛機裝載的時間域瞬變電磁法(AEM),它的頻帶寬,發射功率大,兩個接收線圈是分離的,因此它對目標體的電導率識別能力和空間解析度都優於 HEM,探測深度也遠大於HEM。自二十世紀末開始發展直升飛機裝載的時間域瞬變電磁法AeroTEM(圖1)


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201701/335884.htm

圖1 AeroTEM系統(在委內瑞拉勘探金剛石礦)


1.AeroTEM的接收線圈位於發射線圈的中部,兩者共中心。這種裝置結構具有一系列優點:


(1)對所有的探測目標體,無論其埋深多大,都能取得最大的響應。
(2)與AEM系統比較,AeroTEM系統所獲得的探測目標體異常最尖銳、清晰、簡單。
(3)異常形狀與飛行方向無關。
(4)探測深度最大,AeroTEMⅡ可達400m, AeroTEMⅢ可達600m, AeroTEMⅣ可達800m。
(5)對異常解析度和空間解析度最高。
(6)對高導覆蓋層不敏感。


2.AeroTEM系統的構成:

直升機裝載的AeroTEMⅡ系統的發射線圈直徑5m,由8匝銅線組成,最大發射電流250A,可以產生40000Am2的峰值發射矩.有兩個接收線圈,一個沿Z軸布置,另一個沿X軸布置。
發射線圈發射的三角形電流脈衝(一次場)向地下傳播,當遇到導體的探測目標時產生二次場。一次場和二次場被接收線圈所接收,並存儲在可移動的硬碟之中,以便進行後處理。
發射線圈、接收線圈和發射驅動線路安置在圓形的框架上,在飛行中發射?接收線圈距地面間距30m,距直升飛機40m。銫光泵磁力儀安置在發射--接收線圈10m以上的吊艙內。數據採集系統和定位系統,如GPS和無線電測高儀,安置在直升飛機內部。
由於AeroTEM系統有很大的發射功率和較小的距地面間距,所以它比裝載在固定飛機上的瞬變電磁系統AEM有很強的二次場響應和很高的解析度。


3.AeroTEM系統採用兩種方式抵消接收線圈中的一次場信號:

(1)利用補償線圈抵消Z軸上接收線圈內的一次場幅度(可從109nT/s抵消到103nT/s)。
(2) 在數據後處理當中,採用適當算法把剩餘的一次場信號去掉。最後結果是,在開通時段內(on time)僅剩有±2nT/s的一次場信號(噪聲),在關斷時間內(off time)僅剩有±0.2nT/s的一次場信號(噪聲),並且這個值在數據疊加過程中,可以作為常數消除掉。沿X軸布置的接收線圈對發射線圈起平衡揭合作用,接收不到一次場信號

AeroTEM系統的觀測過程及異常響應:AeroTEM系統是通過發射線圈向地下發射三角形電流脈衝即一次場(見圖2中的三角波形)。該一次場在地下導電目標體即礦體中,感應出二次場,即異常響應,(見圖2中的紅線和藍線)。接收線圈在一次場發射的後半期,即開通時段(on time)內觀測12個信號值。在開通時段內的二次場信號對於高導性目標體非常敏感。但由於在關斷時段內(off time)噪聲非常小,所以對探測某些導電目標體非常有利。

圖2 AeroTEM系統發射的1150毫秒正三角形電流脈衝


在開通時段內(on time)觀測的12道信號值是等間隔觀測;在關斷(off time)時段內觀測的16道信號值,其中前8個信號值是等間距觀測,後8個信號值按對數間隔觀測。
圖3和圖4分別是關斷時段內和開通時段內AeroTEM系統觀測到的異常響應諾模圖日本日置HIOKI,它們表示AeroTEM系統能夠探測到的導電目標體、即礦體的電導值(S)範圍。



圖 3 AeroTEM系統在關斷時段內觀測的16道信號模擬諾模圖


圖中設定的目標體是200m×200m的板狀導體,埋藏在非導體的下半空間 之內,埋深50m。橫坐標表示目標體的電導值(S),縱坐標表示導常響應值(nT/S)。從圖可見早期響應、即第一道觀測的峰值為5S,而晚期響應、即第16 道觀測的峰值為50S,而全部16道所覆蓋的目標體電導值為0.05S-500S。這表明,在這個電導值範圍內的目標體都可以被AeroTEM系統所發現。

圖 4 AeroTEM系統在開通時段內觀測的12道信號模擬諾模圖


目標體尺寸和埋深與上圖4相同。從圖可見,早期相應的峰值也是5S,而各道的晚期響應都趨於500S,對目標體的解析度為0.05S-500S。


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