Page 65 - 水文地质勘察技术研究

第二章 水文地质勘探

中将会产生感应电流；当发射源的电源被快速关断后，磁场的剧烈变化使得磁通

量也发生巨大变化，当地下地质体为导体时，就会产生感应电动势，随之产生感
应电流（涡流或二次电流）。随着时间的变化，感应电流也会变化，并不断向地
下更深处扩散，从而又在周围产生新的磁场（即二次磁场）。由于感应电流具有
一定的欧姆损耗性，使得二次场随时间的推移而按指数规律衰减，由它产生的磁

场也按指数规律迅速衰减，这一过程相当短暂，因此我们称其为瞬变电磁场。利
用导电性与衰减程度成反比的规律，可以为瞬变电磁观测提供理论支撑，由地下

地质体产生的二次磁场可以反映出地质体详细的信息，利用这些原理和变化特征
便能达到预期的地质勘探目的。
（1）烟圈效应
美国地球物理学家 M.N.Nabi ghan 通过对发射电流在关断之后，感应电流场

在不同时间域上分布情况的探索，指出了涡流场的极大值存在于靠近发射线圈的
地层下，而且感应电流分布情况为环形特征，随着时间的变化，此极大值向外、
向前扩散，感应强度也逐渐变弱。感应电流在这一衰减过程中，一般可分为三个

阶段：在衰减早期，由于电磁场在媒介中的传播速度比在空气中的传播速度小很
多，具有衰减速度快、趋肤深度小的特点，相当于频率域中的高频成分，因此感
应磁场仅存在于地表附近，而感应电流则逐步不均匀地分布在地表上，此刻在回
型线圈附近的电流和磁场都是最强的。随着时间的推移，晚期的感应电流向深部

传播，分布和强度逐渐分别变得均匀和微弱，具有衰减速度慢、趋肤深度大的特
点，此时相当于频率域中的低频成分。为了获得目标体在不同深度位置下的导电
特性，可测量在不同时刻下二次磁场的变换规则。

通过对相关资料的研究可知，在地表以下的每一刻，可将涡旋电流产生的磁
场视为一个呈水平环状电流的磁场，当在实施电流关断时，紧贴于发射线圈的电
流形状与发射线圈的形状一致。“烟圈效应”的由来是源于人们对涡旋感应电流
在时间的推移下在向外、向下以及向上扩散中逐渐形成的环状电流，就像一圈一

圈从发射回线里“吹”的“烟圈”一样。
从上式中可看出，瞬变电磁场的传播速度和电导率呈现出反比关系。在“烟

圈效应”这一理论中，较难精准地观测出早期关断时间产生的瞬变电磁场，而这
点正好能反映出浅层电性的分布情况，对于晚期产生的深层瞬变电磁场更容易地
反映变化特征，从而获得较准确的数据。因此通过运用瞬变电磁仪器可以测量到

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