直升机大功率时间域(TEM)航空电磁系统简介及在勘查多金属矿床上的应用
第43卷第1期物探化探计算技术Vol.43No.1 2021年1月COMPUTING TECHNIQUES FOR GEOPHYSIC A L AND GEOCHEMIC A L EXPLORATION Jan.2021
文章编号：1001-1749(2021)01-009106
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直升机大功率时间域（TEM）航空电磁系统简介
及在勘查多金属矿床上的应用
卢俊丰，纪福山
（中国冶金地质总局地球物理勘查院，保定071051）
摘要：国内在大功率时间域航空电磁法的应用上，还不像航空磁测、航空放射性测量那样普
及，起步也较晩，由于历史原因目前技术尚不成熟，大家对其设备、飞行方法、数据采集等方面了
解的还不是很多。这里介绍了TS—150型时间域航空电磁系统的设备组成、发射机原理、系统
工作的原理、系统中的补偿原理、采集数据的取样方式、数据的记录单位、系统的测量噪声及测线
飞行测量结果的nT/s平面阶图、测线剖面nT/s异常图的初步解释推断等内容，并进行了实
验验证。
关键词：航空电磁系统；吊挂系统；电磁补偿；取样率；测量噪声；数据记录单位
中图分类号：P631.3文献标志码：A DOI：10.3969力.issn.1001-1749.2021.01.12
0引言
2013年10月，中国冶金地质总局地球物理勘查院（勘查院）引进了加拿大BECI—胜利勘查公司生产的TS—150型大功率时间域航空电磁系统。在内蒙古阿鲁科尔沁旗野外现场顺利通过了各项技术指标的验收，并及时投入了内蒙古敖包吐试验区和1017高地试验区多金属矿1：10 000大比例尺的航空电磁法测量工作。由此，勘查院的航空物探测量能力有了极大的提升，有能力开展大比例尺勘查多金属硫化物矿床的飞行测量工作，拓宽了航空物探工作的领域，更经济、更精准、更快速的为矿山勘查服务。利用该套设备，勘查院于2016年和2018年又分别完成了新疆白石头泉一带航空TEM测量和安徽怀远一蒙城一带航空TEM测量任务，取得了令人满意的测量效果。
1TS—150型大功率时间域航空电磁系统简介
勘查院在内蒙古敖包吐试验区和1017高地试验区，采用AS350—B3型小松鼠直升机吊挂装置进行了生产飞行。吊挂缆绳长55m，钾光泵磁力仪吊挂在距飞机下方20m处，飞行高度平均为80m〜90m。正
常飞行过程中，吊挂缆绳与飞机机身的向下垂直线夹角为15°〜20°飞行速度为80km/h〜100km/h，即22m/s~28m/s。似平面同点偶极装置的电磁系统的发射线圈、接收线圈距地面30m〜40m（图1、图2）。
学习礼仪的心得体会1.1电磁系统组成及发射波形
TS—150型时间域航空电磁系统由似平面同点偶极装置［1］的发射线圈、发射机、高压发生器、发射
收稿日期：2019-11-21
美国丧尸
第一作者：卢俊丰（1971—），男，高级工程师，主要从事航空物探勘查工作，E-mail：147878640@qq 。
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图1AS350—B3小松鼠直升机吊挂电磁系统
测线飞行图
Fig1AS350—B3theli t lesquirrelhelicopter
flightfigurehangingelectromagnetic
system of measuring line
图2AS350—B3型小松鼠直升机吊挂系统
地面全貌图
Fig2AS350—B3theli t lesquirrelhelicopter
hanging system ground close—up view
控制器、发射机控制信号发生器、补偿线圈、z向接收线圈、X向接收线圈、前置放大器、磁、电磁数据处理器、电源分配器、数据收录系统组成。
系统发射波为双极性三角波，发射频率及占空比由发射控制脉冲决定，半周期发射和接收波形如图3所示。
发射频率由25Hz到330Hz不等，共分12档可选，在国内常用的三种频率分别为25Hz,75Hz 及125Hz。
1.2电磁系统的补偿方式
由于TS—150型时间域电磁系统的似平面同点偶极装置接收线圈放置于发射线圈中间，发射时接收线圈可以接收到很强的一次场，强一次场可使前置放大器达到饱和状态，无法顺利的测量断电后导体产生的二次场，同时也丢失了发射三角波期间的导体二次场的测量，所以必须将接收线圈中所接
图3半周期波形图(下半周期相位相反)
Fig3Halfcyclewaveformfigure(thesecond
halfofthecycleofoppositephase)
/\发射一次场波形(PF)
无导体时才Z/df波形
-
a为发射电流)
\无导体时/"dr波形
J有导体时才刀边波形
接收线圈接收的PF+SF的合成波形
收到的很强的一次场补偿掉，这样接收到的就只有导体的二次场。
为了实现补偿，必须在接收线圈外围放置一个补偿线圈。补偿线圈内的电流方向与发射线圈内的电流方向相反，接收线圈接收到的补偿线圈产生的电磁场与发射线圈产生的电磁场强度相同。这样接收线圈所接收到的电磁场就是大小相等，方向相反的二个电磁场的和［，］。这个值很小甚至为零，由此达到理想的补偿效果。
设"为自由空间的导磁率；犚为线圈半径；犖为线圈匝数；为线圈中电流峰值；dB为线圈中间处的电磁场强度。在自由空间的情况下有：
dB=狌*I*N*dt/2R(1)设：
dB补=—dB发(2)则有：
u*I*N发*dt/2R发—u*I*N补*dt/2R补
(3)式中：N发为发射线圈的匝数；N补为补偿线圈的匝数;R发为发射线圈的半径；R补为补偿线圈的半径。我们取补偿线圈匝数为“1”，使发射线圈中的电流峰值与补偿线圈中的峰值相同，则公式(3)经整理后有：
R补—R发/N发(4)
TS—150型时间域电磁系统发射线圈半径为4 m，匝数为7匝，补偿线圈为1匝，则：
R补—4/7—057m(5)
TS—150型时间域电磁系统发射线圈和补偿线圈为同一根电缆绕成，只是在发射线圈3.5
圈处绕
1期卢俊丰，等：直升机大功率时间域（TEM）航空电磁系统简介及在勘查多金属矿床上的应用93
图4TS—150型大功率时间域航空电磁
系统发射开、关时间的取样道数
与每道取样个数示意图
Fig.4TS一150type high power airborne electromagnetic launch system in time domain，time of samp l ing
number and number of each sample
岀一个半径为0.57m，方向相反的一匝补偿线圈。所以它们中的电流峰值、波形、频率都是一样的。
1.3电磁系统测量的道数与取样率
TS—150型时间域航空电磁系统发射波为双极性三角波，在三角波发射期间为on—time，三角波结束期间为o ff—time即发射开时间和发射关时间囚。在发射开时间和发射关时间内均分为24个 取样道。在发射开时间内每道取一个样，在发射关时间内每道取样数不同，即前12道为每道取一个样，第13道取5个样，第14道〜19道每道取6个 样，第20道取8个样，第21道取12个样，第22道取16个样，第23道取20个样，第24道取28个样。图4为发射开时间和发射关时间的取样道数与每道取样个数示意图。
半个周期内共计48个取样道，取200个样。一个周期内取400个样。由数据处理系统将反向的下半周期变化为正向，所以一个周期400个取样全为正数。
TS—150型时间域电磁系统取样率为10次/s，即0.1s—个读数，则频率为25Hz时，一个读数为1000个样的平均值;75Hz时，一个读数为3000个 样的平均值；125Hz时，一个读数为5000个样的平均值。
1.4TS—150时间域电磁系统记录单位
TS—150型时间域电磁系统记录单位以电磁场强度与时间的比值即nT/s为单位（nT为伏特X 10—9,s为秒）。接收线圈的有效面积为10，前置放大器放大倍数为150[4]，则总的有效面积（m2）就等于1500m2。即接收线圈内有1.5#V的信号时，再乘以103/1.5X103等于1nT/s，有1.5mV的信号时，再乘以106/1.5X103等于1000nT/s，有1.5V的
图5第1道nT/s数据平面阶图
Fig.5Figure1nT/s data flat face order
图6第5道nT/s数据平面阶图
Fig.6Figure5nT/s data flat face order
信号时，再乘以109/1.5 X103等于1000000nT/s。2应用分析
奔跑吧第8季免费观看内蒙古敖包吐试验区共飞121条测线，每条测线平均长度为7.5km，条切割线，每条平均长度为12km，测区总面积为90km2。重复线3条，飞行测量比例尺为1:10000。即线距为100m。发射频率为75Hz。
测区飞行测量时，平均飞行高度（本文所标高度都为飞机飞行高度，吊舱高度应减去飞机与吊舱的垂直高度）为80m〜90m，则量装置距地面30m〜40m，飞行速度为22m/s〜28m/s，即每小时80 km〜100km。飞行航偏平均值小于士10m。各项指标均达到了航空电磁法的设计要求。
2.1测线飞行
测线飞行测量完毕后，绘制了第1道至24道发射关时间犣线圈的nT/s阶平面图24张。第1道、第5道、第15道、第20道的四张平面阶图如图5〜图8所示。
对比图5〜图8可以看岀，则区中间有一条北西一南东走向的低阻异常，它的衰减时间常数大，电磁信号衰减的较慢。在图6（第5道数据视导电率平面阶图）中显示的更为突岀，一直到图7（第15道数据视导电率平面阶图）还有明显地反映，
到图
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图7第15道nT/s数据平面阶图
Fig.7Figure15nT/s data flat face order
图8第20道nT/s数据平面阶图
Fig8Figure20nT/sdataflatfaceorder
图9530线nT/s异常剖面图及异常在
平面图中的位置图
Fig9530nT/sabnormalsectionanditslocation
mapintheunusualplan
图10540线 nT/s异常剖面图及异常在
平面图中的位置图
Fig10540nT/sabnormalsectionanditslocation
mapintheunusualplan
8（第20道数据视导电率平面阶图）才基本没有反映了。
研究相对应的这一低阻带上的Z线圈发射关
图11560线nT/s异常剖面图及异常在
平面图中的位置图
Fig11560nT/sabnormalsectionanditslocation
mapintheunusualplan
图12610线 nT/s异常剖面图及异常在
平面图中的位置图
Fig12610nT/sabnormalsectionanditslocation
mapintheunusualplan
时间的nT/s异常剖面图。530测线、540测线、560测线及610测线24道nT/s异常剖面图（图9〜图12）o由图9〜图12可以看出，异常峰值非常明显，异常衰减较慢，直到15道异常仍然明显存在。飞机在这几条测线异常峰值点上，飞行的相对高度为86 m〜93m。电磁法测量装置距地面为36m〜43m。图9
〜图12可以清楚地看到在电磁异常处没有磁异常反映。推断此异常为无磁性的低阻带，属于高导电率的多金属矿带。
狗狗名字大全2.2地面工作验证
为验证航测资料的准确性，地面验证人员选取了560线异常相应位置布设了地面检查线，进行了地面瞬变电磁法测量、激电测量。对照情况见图13o由图13可以看出，地面瞬变电磁测量结果与航电Zoff 曲线变化趋势相同，可以证明TS—150型时间域电磁系统的测量数据是真实可靠的。
后期地面钻孔和航电资料反演的结果见图14，矿体位置与反演低阻体基本一致，钻孔资料显示该低阻带为铅、锌、银多金属矿带［］，证实了此前的推断。反演结果显示，该低阻体深部仍可能有延伸
。
1期 卢俊丰，等：直升机大功率时间域(TEM)航空电磁系统简介及在勘查多金属矿床上的应用
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dB/dt
1E012
1E007
1E008
1E009
1E010
1E011
1E0061900 2000 2100 2200 2300
图13 560线航电异常地面检查剖面图
Fig. 13 560 line  AEM  anomaly  ground  checks  profile
()激电中梯Ps 、Ms 剖面曲线图；(b)瞬变电磁dB/dt 剖面曲线图
4907200
4907600
4908000
4908400
图14 560线航电异常推断解释与钻孔位置图
Fig. 14 560 line  inversion  results  and
drilling  locations
()560线Zoff 8 — 20道实测曲线图；(b)
560线XoffS  — 20道实测曲线图；(c)反演矿体位置图
图15 600线Z 线圈发射关时间第5道
重复测量对比曲线图
Fig. 15 600 Z  coil  fired  o ff  time  5 repeated measurementcomparisongraph
2.3重复线飞行
重复线飞行是验证电磁系统的稳定性、可靠性的 一种技术手段。图15、图16为内蒙古敖包吐试验区 测区600线、660线的重复线。
由对比曲线可以看出，系统的重复测量一致性很 好。这说明TS —150型时间域电磁系统有着良好的
3000 5000 7000
距离/m
1000
图16 660线Z 线圈发射关时间第5道
重复测量对比曲线图
Fig16 660 Z coilfiredo f time5repeated
measurementcomparisongraph
稳定性及可靠性。2.4测量噪声
系统测量时的噪声，反映系统的分辨能力、测得
信息的可靠程度［7］，所以系统测量时的噪声水平也是 衡量系统好坏的一个标准。按设计要求，系统测量
时，接收线圈犣的噪声应控制在40 nT/s 以内X 线 圈噪声应控制在160 nT/s 以内。
TS —150型时间域航空电磁系统在发射频率为
75 Hz 、不同的飞行高度，接收线圈测量时的噪声对比
如表1所示。
由于受当时外界条件的影响，高度的噪声数据不 降反略升，分析是高高度时线圈受到了高空风的影
响，吊缆发生抖动，导致噪声偏大，但总体噪声都在设 计要求范围之内，也能反映噪声的变化趋势，可以进
行生产作业。
躲春需要一天吗表1噪声对比表
Tab. 1
The  noise  contrast  table
飞行高度
z 线圈噪声X 线圈噪声/m
/nT  - s —1/nT  - s —1400
285814200
285
814
150
27.476. 9
125
34.7
787100316
791
从表1中可见,TS —150型时间域电磁系统的噪

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