摘要：时间域直升机航空电磁法是航空物探常用的测量方法之一。本文分析了基于AeroTEM直升机时间域的航空电磁响应曲线。
关键词：AeroTEM；时间域航空；电磁响应
航空电磁法测量的基本原理是基于麦克斯韦方程组，工作过程与地面的电磁有所不同，它是在空中进行激发和接收。而且其具有速度快、成本低、通行性好、可大面积覆盖等优势，它在水平分辨率及有效探测尝试等方面有着突出的优点，得到了广泛的应用。
一、AeroTEM航电系统
AeroTEM航空电磁系统，由加拿大Aero-quest公司制造，第一代吊舱航空电磁系统于1996年到1999年研发，并于1999年5月投入使用。目前该系统已发展到第三代(AeroTEMHD)。
直升机航空电磁系统众多，不同航空电磁系统间的差异主要包括：发射和接收线圈面积、匝数、线圈高度等参数。各系统的发射电流峰值和波形也不同，包括三角波、梯形波和正弦波。同时，各系统的脉冲宽度和脉冲间隔时间（占空比）也不同。本文主要选择AeroTEMⅡ航空电磁系统参数进行正演模拟。实验中，具体参数为：发射线圈面积19.8m2，线圈匝数5，发射线圈和接收线圈高度35m，水平收发距离0，线圈由Z分量和X分量测量，发射电流峰值260A，发射波形为三角波，基频为90Hz，脉冲宽度为1.877ms，脉冲间隔为3.038ms。
在实际生产过程中，上述发射基频、发射电流参数和发射接收线圈的高度是不固定的，参数可根据工作区域的实际情况进行调整。
二、航空电磁法
航空电磁法是航空物探常用的测量方法之一，它是通过研究由人工或天然形成的电磁场，对地质体感应激发产生的异常场特征和规律（即应用交变电磁场的感应原理），来寻找矿体或解决某些地质问题。其特征包括：①方波发射,改进了地面响应和数据处理；②宽脉冲提高了对导电体的鉴别能力；③提高了对系统几何形态变化的监视能力；④数据处理中清除了由于系统几何形态变化带来的影响；⑤地层深度反演。
三、正演模拟曲线分析
正演模拟可用于电磁勘探的正演模拟、处理和反演解释，将二维板间的横向间距、倾角和埋深作为变量，进行一系列正演模拟，分析相应的响应曲线和时间切片，从而得到上述参数对系统响应的影响。
1、异常体横向距离对响应曲线的影响分析。利用实测响应推求异常体的走向和规模，是时间域航空电磁勘探中反演解释的重要内容。因观测数据是从野外观测得到的，所以观测本身存在一定的误差。为了得到异常信息，各种处理方法都是近似的，而且测量点数目有限，因此不同的电阻率和地质体的出现，往往会在一定范围内的测量异常误差内造成相同的异常，即反演问题具有多解性，进而影响反演结果的分辨率。比如，一块异常体（规模较大）和两块异常体（间距较小），会产生相同的异常。因此，提出研究系统的空间分辨率，即研究异常体空间测量系统的最小精度。
以下的正演模拟，使用X和Z分量测量，同一系统的响应结果由两幅图组成。图1记录了测量网中的板和测量点的坐标位置；图2详细描述了测量的两分量值。
图1进行空间分辨率分析的板状体在工区具体位置坐标
图2直升机航电系统响应的X(蓝色)、Z(红色)分量
正演模拟参数为：单条飞行测线为10000N，测线通过水平薄板中心200个测量点，测量点间距离25m；水平薄板参数为200m×200m，电导率为100S，深度为100m。两薄板间的距离分别为10m、25m、50m、100m和200m。系统参数AeroTEM II系统一致。
图2中的横坐标是测量点的坐标，纵坐标是目标体的响应值，红色表示Z分量，蓝色表示X分量，单位为nT/s。模拟结果表明：Z分量形成的“鞍点”能很好地确定两板间隔点的位置，直升机航空电子系统对距离为25m的两个板具有较好的分辨率，两薄板间的距离大于50m，直升机系统的分辨率特性将更为显著。
为了更好地反映直升机航空电磁系统对异常体的电磁响应特性，在图1的测网基础上增加三条与10000N平行的测线：9800N、9900N和10100N，测线间距为100m，每条测线测点200个，点距为25m。
AeroTEM系统二次场采用17道接收，时间从1.9964ms到5.5552ms，将得到的以上四条测线异常体正演响应值，选取响应值第3道、第8道、第12道的Z分量数据，来制作单道时间切片，同时，直升机航空电磁系统的高横向分辨率的特征可通过时间片清楚地看到。
2、异常体倾角对响应曲线的影响。近年来，直升机航空电磁系统发展迅速，大多数系统使用中心回线设备。以AeroTEM II为例，具体分析了该系统的响应曲线。正演模拟参数为：单条航线，21个测量点，测量点间距离25m；薄板模型为100m×100m，电导率为100s，深度为70m，倾角为0°、30°、60°、90°，电磁响应单位是nT/S。由其结果可知：
1）对具有中心回线装置的直升机航电系统，倾斜角为90°时，Z分量等于两个异常峰，而X分量的异常响应从正到负，并且响应值在薄板顶部为零。
2）当倾角逐渐减小(60°倾角时)，Z分量在下倾方向上的异常比在上倾方向上的异常更为明显，而X分量在倾角减小的过程中，曲线形态从原来的由负到正逐渐向由正到负进行变化。
3）当倾角为30°时，Z分量基本上没有看到双峰异常的存在。因此，当导线埋设较浅时，利用Z分量双峰异常的变化，来确定导体倾角的方法将产生较大的误差。在这种情况下，进一步的研究表明，结合X分量和Z分量的峰值来确定倾角可获得更好的效果，而Z分量的单峰异常可用来作平板状或倾角较小异常体的定性解释。
3、异常体埋深变化对响应曲线的影响。正演模拟参数为：单条航线，21个测量点，测量点间距离25m；薄板模型：100m×100m，电导率100S，深度为25m、50m、75m、100m，电磁响应单位为nT/s。由其结果可知：
1）当异常体的埋深随深度增加时，Z分量两波峰值间的距离也在增加。进一步的分析表明，两波峰间的距离和异常体的埋深满足前人总结的近似线性关系。
2）X分量随着异常体埋深的增加，可知响应曲线两侧的幅度逐渐趋于平缓。通过以上正演模拟，根据当前设定的AeroTEM II系统参数可得出：当垂直板埋设超过100m时，仍可看到清晰的响应剖面图。
3）进一步模拟表明，在不考虑围岩电阻率影响的情况下，系统对100*100直立板状体探测深度在160m左右。当埋深达到200m时，响应很弱，并且很难将响应作为有用的信息进行处理和解释。
四、结语
航空电磁系统飞行速度低，并具有较小的收发距，因此该系统具有更好的空间分辨率和较低的能耗。同时，可在实际生产应用中用于目标矿体的精确定位，结合地面电磁勘探和钻井资料，以此取得更好地效果。
参考文献
[1]王卫平.时间域航空电磁法正演研究[J].地球物理学报，2014．
[2]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南大学出版社，2014．
[3]李永兴．基于AeroTEM直升机时间域航空电磁响应曲线分析[J]．物探化探计算技术，2013
论文作者:王琳琳
论文发表刊物:《知识-力量》2018年12月上
论文发表时间:2018/11/2
标签：电磁论文; 异常论文; 分量论文; 系统论文; 航空论文; 倾角论文; 测量论文; 《知识-力量》2018年12月上论文;