1、計(jì)劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域什么是ATTEM？ All Time Transient ElectroMagnetic Method全程瞬變電磁法研究領(lǐng)域：利用電磁波在地下介質(zhì)中的傳播特性來(lái)探測(cè)地下，即屬于地球物理探測(cè)儀器的一種。地下電磁探測(cè)方法主要包括：1) 頻率域方法：Frequency Domain Electromagnetic（頻域電磁法FEM） Ground Penetration Radar (探地雷達(dá) GPR)， MagnetoTelluric(大地電磁測(cè)深 MT)2) 時(shí)間域方法： Transient ElectroMagnetic (瞬變電磁法TEM）一、問(wèn)題的提出 TEM發(fā)射機(jī) 發(fā)

2、射線圈TEM 接收線圈TEM 接收機(jī)TEM 的工作方式之一常規(guī)TEM工作原理tVTEM衰減曲線示意地下電阻率不同影響衰減曲線變化常規(guī)TEM工作原理T0Slow DelayFast Delay新疆某銅礦0線TEM電阻率斷面圖國(guó)內(nèi)外TEM儀器發(fā)展情況面向資源探測(cè)：國(guó)外：前蘇聯(lián)（MPPO），加拿大（EM-37、57，UTEM，PEM），美國(guó)（GDP-16、32），澳大利亞（SIROTEM）國(guó)內(nèi)：WDC-2，TEM-3S，ATEM-1面向近地表探測(cè)：國(guó)外：加拿大（EM-47），美國(guó)（NanoTEM, VETEM）國(guó)內(nèi)：目前還沒(méi)有研究（空白）北京延慶國(guó)內(nèi)TEM儀器對(duì)比實(shí)驗(yàn)參加單位使 用系 統(tǒng)開(kāi) 發(fā)水 平

3、注 釋廊 坊物探所WDC-2 商品化儀 器導(dǎo) 線同 步吉林大學(xué)ATEM-1研 究樣 機(jī)GPS同步桂 林工學(xué)院?jiǎn)蚊}沖大電流TEM-3S商品化儀 器導(dǎo) 線同 步西 安煤研所自行研制單脈沖大電流商品化儀 器導(dǎo) 線同 步中 國(guó)地質(zhì)大學(xué)自行研制大電流試 驗(yàn)樣 機(jī)儀器出現(xiàn)故障使 用系 統(tǒng)開(kāi) 發(fā)水 平采用測(cè)量裝置加拿大EM-67 商品化儀 器中心回線裝置吉大ATEM-1研 究樣 機(jī)中心回線裝置有色研究所TEM-3S商品化儀 器重疊回線裝置美國(guó)GDP32商品化儀 器中心回線裝置新疆土屋國(guó)內(nèi)外儀器TEM對(duì)比實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)研制的用于資源探測(cè)的TEM系統(tǒng)及其與國(guó)外的對(duì)比淺層高分辨探測(cè)問(wèn)題 城市的迅速擴(kuò)張、地下空間的利用迫

4、切需要對(duì)近地表地下空間進(jìn)行精細(xì)探測(cè)。 近年來(lái)，工程地質(zhì)勘察、地下水資源勘察、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、城市地下管線等埋藏物調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等推進(jìn)了我國(guó)工程與環(huán)境地球物理探測(cè)的快速發(fā)展。電磁法用于淺層會(huì)遇到什么問(wèn)題？電磁法的探測(cè)深度頻率域方法： FEM（頻率域電磁法）GPR(地質(zhì)雷達(dá))， MT(大地電磁測(cè)深) 探測(cè)深度： f =/f1/2 時(shí)間域方法： TEM(瞬變電磁法）探測(cè)深度： t=2T/1/2 例如對(duì)一個(gè)50歐姆米的半空間， 不同電磁方法的最佳探測(cè)范圍： 地質(zhì)雷達(dá)（GPR）：1000米上述方法有探測(cè)盲區(qū)（Gap），這個(gè)盲區(qū)又是地下人文活動(dòng)最頻繁的區(qū)域。如何解決 2 - 20 米范圍的問(wèn)題？探測(cè)盲區(qū)

5、（Gap）GPRTEM/FEM地表TEM理論模型的缺陷 瞬變電磁法的基本原理I（發(fā)射電流）T（時(shí)間）I0T0瞬變場(chǎng)的時(shí)間范圍（二次場(chǎng)）地面T0T1T2T1T2T3理想模型難以物理實(shí)現(xiàn)的原因：發(fā)射電流不能用零時(shí)間關(guān)斷！I（發(fā)射電流）T（時(shí)間）I0T0實(shí)際記錄時(shí)間范圍地面T1T2T2T3D實(shí)際記錄開(kāi)始時(shí)刻瞬變電磁法的實(shí)際模型T3T1VETEM（Very Early TEM) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想I（發(fā)射電流）T（時(shí)間）I0T0常規(guī)儀器記錄時(shí)間范圍T1T2TVT1TV=5微妙D地面VETEM的探測(cè)范圍VETEMVETEM 的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：利用了早期信號(hào)，提高了分辨率。缺點(diǎn)：時(shí)間范圍小，限制了探測(cè)能力。模 糊

6、 區(qū)VETEM系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)例（來(lái)自Wright，et al，2000）VETEM 的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：速度快，可進(jìn)行大面積掃描。缺點(diǎn)：龐大笨重；代價(jià)昂貴；對(duì)地形要求高。I（發(fā)射電流）T（時(shí)間）I0T0常規(guī)儀器記錄時(shí)間范圍T1T2TVT1TV=5微妙D地面VETEM的探測(cè)范圍VETEM模 糊 區(qū)ATTEM解決問(wèn)題：1 近地表模糊區(qū)的探測(cè)2 禰補(bǔ)VETEM和常規(guī)電磁法儀器的空白區(qū) 3 降低發(fā)射機(jī)下降沿設(shè)計(jì)難度二、ATTEM系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路ATTEMI0I（發(fā)射電流）T（時(shí)間）T1T0ATTEM 采樣試驗(yàn)瞬變?nèi)^(guò)程二次場(chǎng)范圍一次場(chǎng) +二次場(chǎng)發(fā)射信號(hào)記錄信號(hào)電流關(guān)斷期間和關(guān)斷后的早期一次場(chǎng)與二次場(chǎng)疊加在一起，如

7、何分離？ 硬件實(shí)現(xiàn)上的困難：早期信號(hào)特別強(qiáng)，易出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象，還需高密度采樣；晚期信號(hào)特別弱可低密度采樣，但信噪比極低。全程采樣需要解決海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和大動(dòng)態(tài)范圍（超過(guò)24位）的技術(shù)難題。采樣空間延拓之后遇到的難題：創(chuàng)新點(diǎn)在理論上：研究一次場(chǎng)與二次場(chǎng)的分離技術(shù)。在硬件上：采用高密度方式同時(shí)采集總場(chǎng)和一、二次場(chǎng)，把記錄時(shí)間擴(kuò)展到瞬變開(kāi)始的全過(guò)程。 先進(jìn)性（與國(guó)外儀器性能指標(biāo)對(duì)比）指標(biāo)類別EM-47ATTEM發(fā)射頻率25, 62.5, 262.5 Hz110KHz可調(diào)發(fā)射波形雙極性階躍波雙極性階躍波輸出電壓09V 可調(diào)0110V可調(diào)輸出電流最大 3A最大30A接收分量垂直分量三分量動(dòng)態(tài)范圍84db1

8、20db采樣通道單道3 道記錄時(shí)間6.82200s（關(guān)斷后）全程記錄（含關(guān)斷時(shí)間）采樣方式20/30門固定中心時(shí)間全程密集采樣關(guān)斷時(shí)間1s (純電阻)1s (純電阻)電 源12V 電瓶12V電瓶/2800W發(fā)電機(jī)探測(cè)范圍20100m2500m三、研究方案總體設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) / 改進(jìn)軟件設(shè)計(jì) / 改進(jìn)建立 / 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)模型試驗(yàn)滿意？成果：1. ATTEM系統(tǒng)硬件和軟件樣品；2. 試驗(yàn)參數(shù)資料；3. 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)模型。實(shí)施策略之一:發(fā)射機(jī)關(guān)斷電流波形的記錄（傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)只記錄關(guān)斷時(shí)間），用于一次場(chǎng)的計(jì)算與分離。發(fā)射電流發(fā)射機(jī)準(zhǔn)確記錄關(guān)斷波形T0T1關(guān)斷波形 實(shí)施策略之二:雙A/D采樣策略ATTE

9、M采樣區(qū)間TEM采樣區(qū)間發(fā)射電流接收一次場(chǎng)+二次場(chǎng)超高速A/D24位A/DtV 可能實(shí)施的策略之三:Block diagram of a correlated spectrum analyzer (IEEE Trans Instr & Meas, 2000 )FrequencySelectorMultiplierDUTAmplifierAmplifierFrequencySelectorAveragerOutputInputportChannel 1Channel 2用雙通道并行前放和相關(guān)技術(shù)來(lái)壓制噪聲A few pV 一套ATTEM系統(tǒng)樣機(jī)； 一套ATTEM數(shù)據(jù)處理軟件； ATTEM試驗(yàn)數(shù)據(jù)

10、(該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將對(duì)今后的淺層地球物理探測(cè)研究起到重要的指導(dǎo)作用)預(yù)期的主要研究成果與本項(xiàng)目有關(guān)的研究工作積累吉林大學(xué)（原長(zhǎng)春科技大學(xué)）：1989年地礦部資助開(kāi)展以TEM為主多功能電磁法儀器與方法研究1996-1997年申請(qǐng)者赴美收集了VETEM系統(tǒng)的研究成果和試驗(yàn)資料。1996-2000年地礦部重點(diǎn)資助研究了基于GPS的同步測(cè)量技術(shù)并研制成功面向資源探測(cè)的TEM發(fā)射與接收系統(tǒng)2000年在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局資助下，在北京延慶和新疆土屋等地開(kāi)展了TEM野外對(duì)比試驗(yàn)研究。國(guó)家地震局地質(zhì)研究所：2000年以來(lái)開(kāi)展了常規(guī)TEM全程總場(chǎng)的試驗(yàn)，全程視電阻率的數(shù)值計(jì)算和關(guān)斷電流校正的實(shí)現(xiàn)為ATEM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理邁

11、出了關(guān)鍵的第一步。2000年4月在新疆進(jìn)行了野外試驗(yàn)。 四 研究基礎(chǔ)五 經(jīng)費(fèi)預(yù)算支 出 科 目金 額（萬(wàn)元）計(jì) 算 根 據(jù) 及 理 由 合 計(jì)1551.科研業(yè)務(wù)費(fèi)65人員費(fèi)3010人，每人每年1萬(wàn)資料費(fèi)5用于資料的檢索、查閱和收集計(jì)算及材料費(fèi)6用于日常數(shù)據(jù)處理、打印、繪圖等耗材,每年2萬(wàn)學(xué)術(shù)交流及差旅費(fèi)9國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流及調(diào)研,每年平均3人次,每人次1萬(wàn)野外試驗(yàn)費(fèi)15野外試驗(yàn)將在3年內(nèi)隨時(shí)進(jìn)行,試驗(yàn)總天數(shù)共約80天,租車2輛,每輛車每天300元,共4萬(wàn);試驗(yàn)人員及民工10人,每人每天100元,共8萬(wàn);野外耗材、充電瓶、發(fā)電機(jī)、賠青及其它費(fèi)3萬(wàn)。2.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)51ATTEM系統(tǒng)電子元器件，電路制作，

12、實(shí)驗(yàn)室其它耗材3.儀器設(shè)備費(fèi)4租用一臺(tái)EM-47作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)2次，每次一個(gè)月2萬(wàn)，共4萬(wàn)。4.實(shí)驗(yàn)室改建費(fèi)4.5建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型，目標(biāo)體制作，模型材料等。5.協(xié)作費(fèi)10用于國(guó)際合作，交流，主要和VETEM系統(tǒng)人員交流6.項(xiàng)目組織實(shí)施費(fèi)9項(xiàng)目的組織、協(xié)調(diào)管理，報(bào)告編寫(xiě)印刷等 7管理費(fèi)7.5項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)的5%8.其它不可預(yù)測(cè)費(fèi)4歡迎批評(píng)指正 謝謝各位！部分系統(tǒng)評(píng)價(jià)表對(duì)比系統(tǒng)勘 查深 度噪聲水平使用方便性解 釋水 平開(kāi) 發(fā)水 平注釋Sensors &SoftwarePulse EchoGPR 1m動(dòng)態(tài)范圍168dB重復(fù)性好受訓(xùn)練的2人，各種地表屏幕可監(jiān)視部分商品化儀器,商品化測(cè)量在INEL測(cè)

13、試場(chǎng)地GPR出現(xiàn)問(wèn)題USGSVETEM0-2m動(dòng)態(tài)范圍80dBtx變化5%2-3人，1人受嚴(yán)格訓(xùn)練卡車/絞手車沒(méi) 有開(kāi) 發(fā)研 究樣 機(jī)正在開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)ZongeNanoTEM 20m動(dòng)態(tài)范圍190dB 早期重復(fù)性 2%受訓(xùn)練的2-3人各種地表剖面/時(shí)間,等值線/時(shí)間ID反演商品化儀器,商品化測(cè)量相當(dāng)密的數(shù)據(jù)集-三分量Univ.ofArizona HF ellipticity 30m動(dòng)態(tài)范圍120dB 橢圓率60dB 重復(fù)性 1%受訓(xùn)練的2-3人2ATVs神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反 演工 程樣 機(jī)選擇區(qū)有 效GeophexGEM-2 5mInstr=1ppm噪聲，重復(fù)性50-200ppm受訓(xùn)練的1人各種地表等值線 數(shù)據(jù)商品化儀器,商品化測(cè)量快速異常映 像 研究?jī)?nèi)容：ATTEM系統(tǒng)的基本原理研究，特別是全程一次場(chǎng)的特點(diǎn)及其與對(duì)應(yīng)的總瞬變場(chǎng)的表現(xiàn)形式之間的關(guān)系。ATTEM系統(tǒng)的技術(shù)研究。在硬件上研究全程一次場(chǎng)和總場(chǎng)的采集技術(shù)，探討合理的采樣密度，研究巨量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸技術(shù)，研究硬件實(shí)現(xiàn)直接記錄磁場(chǎng)的可能性。在軟件上將研究與硬件配套的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集、編碼、存儲(chǔ)、傳輸與解碼。TEM系統(tǒng)的方法研究。研究