PROTEM瞬變電磁儀系列
一、PROTEM瞬變電磁儀
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，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市場(chǎng)份額。
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：PROTEM瞬變電磁儀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PROTEM瞬變電磁儀采用發(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)比和抗干擾能力的最小可分辨信號(hào)值。可見在S和ρ一定的情況下，勘探深度H取決于發(fā)射機(jī)的最大輸出電流I，而I又取決于發(fā)射機(jī)的最高輸出電壓。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)的最高輸出電壓只有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100%，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、PROTEM瞬變電磁儀主要應(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。
三、PROTEM瞬變電磁儀的類型
● TEM47，最大勘探深度150m，統(tǒng)稱PROTEM47
● TEM57-MK2，最大勘探深度500m，統(tǒng)稱PERTEM57
● TEM-67，最大勘探深度1000m-1200m，統(tǒng)稱PROTEM67
● 加強(qiáng)型TEM67,最大勘探深度2000m
● TEM47Hp，井下探水，探測(cè)距離100m-120m，統(tǒng)稱加強(qiáng)型PROTEM47HP
● 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120m
四、PROTEM瞬變電磁儀性能和技術(shù)指標(biāo)
PROTEM接收機(jī)：
PROTEM接收機(jī)是PROTEM瞬變電磁儀系列中的通用接收機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三分量同時(shí)接收，電纜或晶體同步，有30個(gè)觀測(cè)道，24位信號(hào)分辨率和29位系統(tǒng)分辨率,有27個(gè)基本頻率，積分時(shí)間從0.5秒-120秒，工作溫度-40℃到+60℃，防水、防潮、防震，重15Kg。
TEM47和TEM47HP發(fā)射機(jī)：
是最小、最輕便的發(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，從而獲得最高的淺表分辨率。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最早期的瞬態(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)，該模式便成為最佳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，最大發(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，最大發(fā)射電流10A
● 重量：5.3Kg
● 尺寸：10.5×24×32cm
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)最佳匹配。如使用外部電源，發(fā)射功率可達(dá)3800W，電壓可達(dá)160V。
TEM57-MK2是一種完美的中功率發(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)卧芽扇我獬叽纾钚‰娮璨粦?yīng)低于0.7歐姆，最大發(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：最大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
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，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)體的最佳瞬變電磁法儀器，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：最大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
加強(qiáng)型PROTEM67：
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，最大發(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)的信噪比可以高倍。
PROTEM瞬變電磁儀發(fā)射機(jī)參數(shù)
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