ATEM型瞬变电磁法接收机说明书.docx
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ATEM型瞬变电磁法接收机说明书
接收机目录
一、仪器的主要性能指标…………………………………………………1
二、面板介绍………………………………………………………………1
三、操作窗口功能键及参数说明…………………………………………2
3-1简易操作过程……………………………………………………2
3-2具体操作步骤……………………………………………………2
四、注意事项………………………………………………………………6
五、常见故障及简单处理…………………………………………………6
六、野外工作方法的技术概要……………………………………………6
6-1普查观测…………………………………………………………6
6-2详查观测…………………………………………………………7
6-3布线的原则………………………………………………………7
6-4干扰电平的观测…………………………………………………7
6-5叠加次数和观测时间及背景场的选择…………………………7
七、回线组合装置的类型…………………………………………………8
7-1主要回线组合装置类型…………………………………………8
7-2主要回线组合装置的剖面曲线特征……………………………9
八、回线组合装置的选择………………………………………………11
8-1电磁噪声和目的物的参数……………………………………11
8-2地质噪声和回线的边长………………………………………11
8-3超顺磁效应和负响应…………………………………………12
九、简述资料解释及数据处理软件……………………………………13
十、野外工作实例………………………………………………………14
ATEM-II型瞬变电磁法接收机
使用说明书
一、主要性能指标
外形尺寸：
36cm*21cm*23cm
重量：
7kg（不含电池）
采样频率：
最快为5us，可选
动态范围：
156dB
叠加次数：
1-9999任选
带宽：
直流到30kHz
同步方式：
GPS同步、导线同步
同步精度：
优于500纳秒
二、面板介绍
接收机面板如下图所示:
（1）320*240VGA液晶显示器；
（2）5*4键盘；
（3）欠压指示二极管：
显示当前内部电池是否欠压；
（4）电源开关：
即总电源开关，打开开关，则接收机开始工作；
（5）外同步开关：
用于选择GPS同步或者导线同步，开关打开为导线同步，否则为GPS同步；选择GPS同步时，必须打开GPS电源开关。
（6）GPS天线：
当用GPS同步时，需要外接的GPS天线插孔；
（7）串口：
传输数据。
所有野外工作结束后，需要将野外的数据上传进行处理。
（8）输入：
为外部输入信号的插孔；
（9）外同步：
采用导线同步时，同步信号的输入插孔；
（10）充电：
对电池进行充电的插孔；
三、操作窗口、功能键及参数说明
3-1简易操作过程：
在主界面菜单下
按F1：
设置初始化参数→按F3GPS同步，时间设置→F2采集→F4绘图→F5退出（采用线同步时，F3GPS这步，可以省略）。
开机后待一会，屏幕出现选择菜单：
1.STARTTEM
2.STARTCOMMUNICATION
一、菜单STARTTEM
直接按“确定”键，则进行接收机工作菜单。
如下图所示，为TEM接收机的主界面。
按照按钮提示，可进入下一级子菜单。
●F1：
设参
在主界面时，按“F1”键，进入设置参数菜单，如图所示。
该菜单为初始化参数设置，各项涵义如下：
（1）点数：
即在一个测点要采集多少个点，通常我们取300—4000个点，点数是与发射的周期、采样率有关的。
（2）周期数：
即叠加次数，可取1—9999次任意。
（3）增益：
在此可不输入。
（4）采样率：
单位为KHz，如输入为100，也就是采集率为10us。
（5）边长：
即发射的线圈边长，必须设为1米，在数据软件处理中，需要进行归一处理时，应根据实际工作中的边长大小，单位为米。
（6）工作方式：
有1、2、3三种选择，具体选择多少，要根据发射机的设置而定，通常取1。
（7）前段：
为了提高输入信号的动态范围，在前放级又增加了分段放大，即第一段放大倍数为1，第二段放大倍数为10。
例如我们采集900个点，前段设置为100，即为前100个点放大1倍，后800个点放大10倍；若不想分段放大，则前段设置的点数可与采集点数相同，则所有的点都为1倍。
（8）线号：
实际野外测量中，为了标明测量数据所在的点号和线号，通常在采集过程中，实际输入测量的线号及点号，例如我们输入2，则采集结束后形成的数据文件名为：
X2d1、X2d2、X2d3等数据文件。
参数设置这项采单中又包括了三个按钮：
（1）F1：
保存
即对本次输入的结果按“确定”键后，按“F1”保存。
（2）F2：
取消
若输入错误参数，可按“F2”，取消该项设置，重新输入参数值，并按“确定”键。
（3）F3：
退出
按“F3”键，退出参数设置菜单，回到主界面。
●
F2：
采集主要设置起始采样点号和电流值
（1）点号在前面已有声明，每次进行采集时，都要进入采集菜单，因此，为了方便，点号每次自动增1，如有变动，可重新输入后，按“确定”键。
（2）电流单位为mA，也是用于数据文件归一的参数，图中输入的为1000mA，即为1A，这里必须设为1A，在数据软件处理中，需要进行归一处理时，应根据实际工作中的电流值大小，单位为安培。
同样的，每次输入新值后，都要按“确定”键。
“F2”键的作用同参数设置菜单中的“F2”键。
（3）设置结束后，按“F1”键，即开始采集，采集过程中有状态提示：
“正在采集”，采集结束后，提示：
“采集结束”，并自动绘制该点测得的单对数衰减曲线。
如下图：
按“F1”、“F2”可对绘制的曲线进行放大和缩小。
按“F3”退回到主界面。
●F3：
GPS（采用外同步，即导线同步时，此项操作省略只将开关指向外同步）。
进入该界面，即显示当前GPS时间，及是否同步，如果GPS已跟踪上卫星，此时，可进行GPS同步设置，同步设置完成后，GPS到达预置的指定同步时间，则同步状态显示：
“GPS已同步”，可进行采集工作了，否则显示“GPS没有同步”。
可按“F2”返回主界面。
若没有同步，则同步状态显示：
“GPS没有同步”，此时，按“F1”进行同步设置，如下图。
起始同步时间及结束同步时间为需要设置的GPS同步的起始与结束时间。
工作频率有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9可选，此项设置要与发射机相同。
所有设置完成后，按“F1”进行保存。
●F4：
绘图
在主界面按“F5”，则绘制刚测得的一条曲线的深度--视电阻率曲线图。
X轴表示深度，Y轴表示视电阻率。
同样按“F1”、“F2”可进行放大和缩小，按“F3”回到主菜单。
●
F5：
退出
二、菜单STARTCOMMUNICATION
按“2”，再按“确定”，可进行数据上传操作，此时可不管接收机，用于串行传输数据的另外一台主机把接收机当成一个子机，该主机上需装入interlnk.exe文件，就可上传数据到主机中了。
四、注意事项
（1）开关开启顺序为：
首先“开电源开关”，然后“GPS开关”；关机顺序与之相反。
（2）充电端口接12V直流充电器。
（3）数据上传时，应先打开接收机，再开主机。
五、常见故障：
（1）使用导线同步时，采集过程停滞不前，检查“外同步”插孔是否接好。
（2）开机时，如屏幕显示为黑屏或半黑屏，要关机重新开机。
（3）接收机与PC机传输数据时，如果用WINDOWS98，则要在CONFIG.SYS文件末尾加入下面语句：
DEVICE=INTERLINK.EXE所在的路径。
比如INTERLINK.EXE在PC机的C盘根目录，则在CONFIG.SYS末尾加入DEVICE=C:
\INTERLNK.EXE.
六、野外工作方法的技术概要
瞬变电磁法的应用前提是欲测对象与周围介质存在一定的电性差异。
6-1普查观测
1）采用重叠回线组合装置或内——回线组合装置时，如果有超顺磁效应，应将接收回线从发射回线处移开（对重叠回线至少移开3米，对内——回线至少移15米）。
2）回线边长的选择：
回线边长对异常响应是一个比较复杂的函数关系。
回线边长一般依据初测对象的规模，埋深及电性选定，一般选择原则是回线边长与探测对象的埋深大致相同。
因为回线边长的增大对局部导体的分辨能力差，且受旁侧地质体的干扰增大。
3）剖面点距一般选等于回线边长或是边长的一半。
4）在没有地电断面的资料的情况下，在适当的地点做瞬变电磁测深是可取的方法。
测深用内——回线装置接收方式，而发射回线边长比如说可以用100米，计算假定的半空间电阻率，可以用反演程序对资料进行反演。
5）欲探测目的物的尺寸较小，则回线的尺寸也应相应的减小。
6-2详查观测
1）优先采用移动接收线圈，有时采用分离回线组合装置，回线中心之间距离大约等于目的物的埋深时，圈定陡倾斜岩脉更好些。
2）象普查一样，要研究测区已知的地质和地球物理数据，以计算最佳的延时，极限探测深度以及发射回线的大小。
3）测网要比较密，重叠回线组合装置，辅设剖面点距一般选等于回线边长的四分之一或重叠10%为宜。
用移动线圈组合点距要5米～10米。
6-3布线的原则
野外布线时，测线方向应选择与可能的构造走向垂直，尽量远离铁路，地下管道和电力线等地电干扰。
严禁将剩余导线残留在线架上，并应将其呈“S”型辅于地面。
回线装置的形状可以不必太严格，只要保证有足够大的发射磁矩就行。
6-4干扰电平的观测
各个观测点的干扰电平并不完全一致，为了确定各观测点晚期观测值的观测精度，一般要求在每个观测点上或相同几个测点上实测干扰电平。
6-5叠加次数和观测时间及背景场的选择
仪器的叠回次数和常用频率范围的选择主要取决于测区的倍噪比和灵敏。
在干扰电平不太大的情况下叠加次数取256或512次时，既能保证观测质量又能保证观速度，能够取得较好的效果，常用观测频率3.6Hz、6Hz、30Hz。
对应的输入数据0.2（4Hz）、0.3（8Hz）、0.5（32Hz）在基岩地质和库基岩地区有所不同。
背景场的确定，通常选择人及噪声较小且稳定低阻覆盖层厚度均匀，下伏岩层构造不发育的地段作为背景（正常）场。
七、回线组合装置的类型
7-1主要回线装置类型
1）发射——接收重叠回线组合装置
此回线组合装置的几何形状与同一回线组合一样，只是发射回线和接收回线是两个独立的回线，两者空间上重叠在一起。
家用绞合胶质电线（质量要好，要耐拉耐磨），用于回线组合最合适，因为发射和接收所用的两条线可以在一起一次辅好。
发射——接收重叠回线装置
有时为了降低超顺磁效应，发射回线和接收回线要分开3m左右，这称为偏离回线回线组合。
2）内——回线组合装置（中心回线组合装置）
内——回线组合装置，也称中心回线装置，是重叠回线一个变种，它是用偶极接收图（如用多匝空心的，铁淦氧磁体的或导磁金属心探头）放在大发射回线中心所组成。
发射回线和接收回线线圈在作剖面观测时同时移动，即接收线圈总是在发射线回线的中心。
3）分离发射——接收回线组合装置
这种组合装置的发射回线和接收回线相隔——固定的距离。
比如两个50m边长的回线，中心相距100m，这就是Slingram组合。
这种组合有一个变种，由一个大发射回线和它外面保持一定间距的偶极接收线圈组成。
4）双回线组合装置（Spies回线组合）
这种组合装置由两个相邻并联回线组成。
此组合对直立导体耦合比较好。
而对覆盖层的耦合减弱。
两个回线中由电性干扰感应的相位相同的噪声反向相加，这意味此种组合能使回线噪声大为减弱。
比如，采用这种组合有助于在50Hz噪声源附近工作。
（发射接收电缆分开）
5）大定源发射回线，移动接收线圈组合装置（中梯）铺设边长达1Km长的大发射回线，固定其位置不动，用小的接收线圈或磁探头沿垂直回线一边的测线移动进行观测。
这种组合与频率域中Turam采用的组合一样。
在详查工作时，发射回线要布置在对目的物激激励最佳的位置，接收线圈沿着测线以大约10m点距移。
如果接收回线用的磁探头，所以通常情况下观测垂直分量（Z），还可以测场的（X和Y）分量，用小接收线圈的其他组合也可以这样做（如内——回线组合装置）。
6）滚动测深组合装置（野外常用）
为了提高野外工作效率，实际上可以把一个边单独分开，边与边的连接采用耐高压，耐大电流的插头，插座连结，接成如右图的连接形式。
设①——⑥都是单独的一条线，其长度由目的物的埋深而定，①④⑤⑥各线之间距离为L/2边长（L——为边长）。
野外工作过程：
首先由①②③⑤四条线组成回线（如重叠回线，用双绞线），测完第一点后将①线向前移距⑥号线L/2处，同时移动②③号线，组成由④②③⑥组成的第二点回线，测完后，可将④号线移动①号线前L/2处，再由⑤②③①组成测第三点的回线装置，依次类推，可以测得一个连续的断，大大的提高了工作效率。
7-2各种回线组合的剖面曲线特点
为了了解各种回线组合观测到的剖面曲线特征。
设想目的物为高阻介质中的直立导电薄脉。
（1）
重叠回线或同一回线剖面图
二个峰值异常中夹一个低谷异常，低谷异常对应导体顶部。
分离回线剖面
矿体上为负异常，两边为正常异常
双回线剖面
三个异常峰值，最大的峰正在导体顶上，所有峰值都是正的。
固定发射回线剖面图
（1）场的垂直分量
（2）场的水平分量
图直立脉上TEM回线组合的剖面特征。
垂直分量：
正异常峰在矿体靠发射回线一边，过零点后，矿体另一边为负峰，零点在矿体顶部。
分水平量：
单个正异常峰在矿体顶部上方。
八、回线装置类型的选择
一般准则，在给定的情况下，要选用最佳的回线组合装置受到许多因素的影响，主要有
（1）目的物的特性，
（2）地质环境，（3）电磁噪声干扰。
一般来说，动源组合的灵敏度随位置的变化是均匀的，而定源回线组合装置的灵敏度随离开发射回线的距离的增加而降下。
在不知道目的物（埋深100m左右）走向和（或）不知道它的位置是否在400m以内的情况下，采用动源组合装置较为合适。
因此，在地质去路源组合装置，比如重叠回线装置；而在后一段的祥查工作中可用大定源组合装置。
另外，勘探深部的目的物需要高的灵敏度，大固定源回线装置供给高的磁矩最为方便。
为了找深部矿1甚至在勘探初期也要用这种装置。
8-1目的物的参数和电磁噪声
目的物的主要参数决定了目的物的响应，接收机测到的信号强度是目的物的大小，电导率和顶部埋深的函数。
在选出回线组合装之前，最好能估计有关目的物的参数值，特别是顶部埋深，或是确定能达到的极限值。
一个可行的方法先给定大小导体的极限深度，从而确定不同组合装置的响应。
而影响瞬变电磁法探测深度的因素
（1）是瞬变电磁系统中的电磁噪声，一般情况下外部噪声来源于天电及工业电干扰，其平均值为0.2μV/m2左右，在干扰大的地区可达5μV/m2，这种噪声限止了观测弱信号的能力，从而限定了测量深度。
天电噪声与纬度和季节有关，高纬度噪声小，冬季噪声小。
还有一个值得注意的是电磁噪声场的水平分量比垂直分量高5-8倍。
8-2回线的边长和地质噪声
1）回线的边长：
重叠回线边长与导体异常幅度值的关系，当边长在某一定的范围内变化时，随着回线边长的增大，提了发射磁矩和接收线圈的灵敏度，接收信号才与边长大小成线性关系。
对于某一个导体来说，回线边长较小的情况下，异常幅度随边长的增大呈线增大，最后达到饱和值。
这是由于随着边的增大，异常受旁侧地质干扰增大。
在实际工作中，我们总希望回线边长不要太大。
同时，随着回线边长的增大对局部导电体的横向分变能力变差。
因此，根据理论计算和野外实际工作情况定义最佳回线边长为达到0.8Vmax时的回线边长值。
2）地质噪声
地质噪声环境分为三种情况：
（1）冰川地区（未风化的岩石+覆盖着10m厚的高阻冰碛物）；
（2）热带地区（100Ωm厚约50m的覆盖层）；（3）干旱地区（10Ωm厚约100m的覆盖层）。
第
（1）种对TEM影响弱。
第（3）种最严重，它对选择回线的几何形状以及回线尺寸起重要影响。
对于埋深一定的目的物（异常体），以偶极线圈发射时；信号随着矩线性增加，信号特征愈来愈明显。
但是在干燥地带信号和噪声都是随磁矩m的增加而增加，所以m的增加并不增加信噪比。
在导电围岩或导电覆盖较厚的条件下，应尽量减小边长以减弱与围岩的耦合，实出导电体的响应异常，此时必须靠增大发射电流及增加观测叠加次数来提高倍噪比提高观测精度。
综上所述：
在中深度探矿中，如数百米深，采用重叠回线装置，对于任何形态导体的耦合均呈最佳状态。
在其它条例相同的情况，重叠回线装置的异常幅度值比偶极强得多。
在围岩导电或存在良导电覆层情况下，重叠回线装置，始终处于等效电流环的中心位置。
其响应曲线形态简单，便于分析。
所以重叠回线装置具有较高的接收水平，穿透深度大及便于分析解释的特点。
在测深上1KM的情况下或详查采用大定源回线装置。
8-3超顺磁效应和页响应
1）超顺磁效应：
现已发现近地表的超顺磁物质，如磁赤铁矿、赤铁矿。
超顺磁响应引进不正常瞬变场导致大地似乎比实际情况更为导电，从而晚延时的视电阻率值比预计的要低。
克服的方法是采用接收线圈和发射线圈隔一段距离的组合方式。
即采用偏移回线组合（重叠）和内——回线组合，偏移（重叠）回组合，偏移3m已经足够。
不过移动接收线圈时对超顺磁响应比较灵敏，所以在观测到超顺磁响应严重地区，接收线圈至少离回线边15m以外地方。
在这样地区采用内——回线组合装置,要求得到可靠的电阻率测深结果的话，发射回线边长要避免小于30m。
2）负瞬变电磁响应
在野外观测到很多这样的情况，在一部分时间范围内瞬变衰减值变成负值。
信号反转的可能性原因是与正常瞬变电磁响应一起感生出的激发极化响应有关。
有些情况下，在早延时观测到的正的响应，而在较晚的延时才变为负。
原因在导电脉和围岩界面或两种不同电导率岩石单的接触处有电流聚集造成的。
可以利用观测到的负瞬变电磁响应填厚覆盖下电导率差较小的长脉和接触带图。
（1）资料的定性解释
利用瞬变衰减曲线进行分析，在观测剖面上或测区内，选择具有代表性的测点，作出各个测点的瞬变衰减曲线，从这类曲线可以非常清楚的了解各种地电条件下衰减曲线类型。
（2）利用比值曲线进行分析
确定比值计算公式
Q（ti）=V（ti）/Vp（ti）
式中V（ti）：
某一观测点的感应电压值
Vp（ti）：
背景（背景）场某个点的感应电压
由于各测点所处的地电条件不同，Q（t）将呈现出不同类型的曲线。
如水平型；A型；K型等，这些不同型曲线反映了覆盖层及地下导电体的不同情况（即不同的异常反映）。
3、资料的未定量解释
强场源瞬变电磁技术完善与升级（安徽铜陵凤凰山铜矿TEM实验研究）
（国家十五科技攻关项目）
本项目的试验目标定在利用电法技术了解安徽铜陵凤凰山铜矿深部的矿体形态及空间分布情况，检验所选方法技术对凤凰山铜矿已知深部矿体的探测效果及分辨能力。
为实现上述目标，在2002年11月份的由吉林大学（原长春科技大学）、中南大学等研究单位的有关人员组成的TEM对比试验组分别于2002年11月10日-11月20日在徽铜陵凤凰山铜矿相思树矿区，对其55勘探线和51勘探线开展了TEM的试验，采用吉林大学自行研制的ATEM-II型强场源仪器系统。
经过试验组成员近一个月的野外详细工作和努力，取得了较丰富的第一手资料，本章给出对比试验的初步结果。
2002年11月13日至2002年11月19日，本项目研制的瞬变电磁系统，在安徽铜陵凤凰山铜矿相思树地区进行了野外实验，实验内容包括：
相思树矿区55线、51线实验，55线的大电流实验，在此实验的基础上，对未知区域51线进行了500米勘探。
凤凰山55线视电阻率断面图、凤凰山51线视电阻率断面图
钻井资料对比
ATTEM系统与关键技术研究（舟山大陆连岛工程桥位区的工程勘探）
（自然基金项目）
随着城镇化进程的不断加快，工程探测和环境地质调查问题已是地球物理探测的新的研究分支，即工程与环境地球物理学的研究迅速兴起，促进了高精度高分辨率地下探测技术的发展。
电磁场探测在工程与环境地球物理中起着重要作用，但由于城市环境的特殊性，传统的探测方法在某些方面受到限制，难以满足工程与环境的要求。
尤其是近地表地下目标体，如城市活断层、含水断裂带、地下空洞等不良地质体，已有的物探手段如直流联剖、直流电阻率测深和高密度电法、探地雷达等可在一定范围内探测到目标体，但直流联剖仅能直观简单地确定低阻带（低阻破碎带型的断层），直流电阻率测深和高密度电法虽然可以确定不良地质体的丰富信息，但深度不够准确，探地雷达可以高分辨率地进行近地表分层，但探测深度浅，瞬变电磁不仅具有直流测深和高密度电法的效果，而且比探地雷达探测深度大、无损检测解决城市问题等优点。
舟山大陆连岛工程位于浙江省东部的东海海域内，连接舟山、宁波两市，主要由岑港大桥、响礁门大桥、桃天门大桥、西堠门大桥和金塘岛大桥组成。
其中即将建成的西堠门大桥为连接金塘岛和册子岛跨度约为
1650米的悬索桥，悬索桥的南北锚碇均位于金塘岛和册子岛上，北塔位于海中的老虎山上，南塔位于金塘岛上。
2003年6月，采用瞬变电磁方法对舟山大陆连岛工程中即将建设的西堠门大桥的桥位区的塔、锚处的基岩中的断裂、破碎、裂隙等不良地质问题进行了工程勘探，探测深度在地表以下40米~80米，此次勘探是采用ATEM-II型瞬变电磁探测系统在浅层工程探测的应用。
浅海底瞬变电磁探测技术研究（南京长江四桥工程桥位区的工程勘探）
（国家高技术研究发展计划）
电磁方法分两大类：
频率域电磁方法（如MT）和时间域电磁方法（如TEM）。
地下2～100米左右的深度范围是频率域方法的一个弱视区（或半盲区）。
对于时间域来说，探测深度是由观测时间的早晚决定的，要探测浅层目标体，唯一的办法就是缩短延迟的时间（即电流关断后开始记录的时间）。
对于目前市场上的时间域TEM仪器，从地表到地下20米左右是一个半盲区。
由此可见，地下2～20米范围对于以上几种方法来说都是一个困难，而这一范围却与人类活动极为密切。
本项目将地面瞬变电磁探测系统移至浅海底（水深小于20米），利用海水这个特殊介质进行快速探测，实现近海底的电阻率成像，直接服务于浅海底资源探查、海洋工程和近海岸的研究。
研究内容包括浅海底瞬变电磁发射技术、数据的快速采集与处理技术，浅海底拖曳系统的密封、耐压以及与海面观察系统的高效数据传输技术，并探索海底环境噪声的有效压制方法。
为解决浅海底瞬变电磁探测技术的难题，项目组于2004年2月20日至27日，在南京与江苏工程物理勘查研究院联合对长江四桥选址进行了野外瞬变电磁探测。
在栖霞镇煤码头、某油港码头进行了两条、各200米测线，近80个物理点的勘探，对长江四桥选址提供了第一手物探资料。
采用TEM技术和NMR技术结合在内蒙古牧区正镶白旗水资源勘探
水资源是关系经济民生问题的大事，水资源的短缺限制和影响了内蒙古牧区正镶白旗镇的可持续发展，此次勘探正为解决该旗镇的饮用水源问题。
由于核磁共振测量只能对单点勘探，并且测量一个点需要4～5个小时，如需测量一条剖面需要大量时间，对于内蒙古正镶白旗牧区水资源的评价是很困难，于是2003年6月对采用ATEM-II型瞬变电磁探测系统进行勘探，确定低阻异常点，下图给出的是测线3的勘探结果，确定测点160米处存在低阻异常，深度在100米左右，经牧区水利研究所核磁方法测量后，勘探深度只能探到地下100米，表明在测点160米处深度在－80米以上是含水的，采用ATEM-II型瞬变电磁探测系统进行勘探，避免了核磁共
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