[发明专利]一种零磁通浅层瞬变电磁测试线圈及其测试方法

说明书

本发明公开一种零磁通浅层瞬变电磁测试线圈及其测试方法，包括发射线圈和接收线圈，所述发射线圈嵌套在接收线圈的内部，并共面、同轴设置，所述接收线圈包括外接收线圈和内接收线圈两个部分，所述外接收线圈半径大于内接收线圈半径，所述内接收线圈半径等于发射线圈半径，同时所述发射线圈与接收线圈内部各匝之间均以串联方式相互连接。并通过提供的测试方法，使内、外接收线圈中一次场大小相等、方向相反，相互抵消使接收线圈内总磁通量为零，实现一次场的有效消除，从而获得纯二次场信号，极大的减小浅层探测盲区范围，有效地提高了瞬变电磁浅层探测分辨率。

技术领域

本发明属于地球物理瞬变电磁探测技术领域，具体涉及一种零磁通浅层瞬变电磁测试线圈及其测试方法。

背景技术

瞬变电磁法(TEM)是地球物理探测中一种重要方法，是利用不接地回线向地下发送一次脉冲电磁场，用线圈观测一次脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，从而解决有关地质问题的时间域电磁法。

随着城市基础建设、水库大坝检测及铁路公路的迅速发展，对于浅层地质问题探查显得尤为重要。考虑到施工场地条件的限制，现阶段实现高效、高分辨浅层瞬变电磁探测，其解决方案是发射、接收距离和线圈面积设计越来越小，线圈匝数越来越多，但收发线圈之间的自感和互感也逐渐增强。

为了消除发射与接收线圈的互感电动势，即发射电流非阶跃关断导致的一次场在接收线圈中磁通量不为零且随时间而变化，一次场与浅层探测目标体感应的二次场混叠，导致接收线圈无法得到早期纯净的二次场信号，出现信号失真，使得浅层地质条件无法准确探测，形成探测盲区。

针对上述存在的一次场与浅层探测目标体感应的二次场混叠，导致接收线圈出现信号失真的技术问题，目前已有相关专利：

中国专利授权公开号为CN106371142B中公开了一种用于瞬变电磁勘探的线圈及其应用方法，其实质主要是发射回线和接收回线位于同一平面，回线各匝之间保持一定间距并采用螺旋回绕共中心点的方式布设，其中，发射回线嵌套接收回线外部，发射回线各匝之间采用串联或并联方式，接收回线各匝之间均采用串联方式。该方案中发射线圈在外侧，接收线圈在内侧的设置，实际使用时，内部磁场的磁感应强度较大，接收线圈接收到的磁场比较大，不易消除；同时接收线圈在内所接收到的磁场不均匀，线圈之间会产生自感或互感，一次场和二次场相互混叠，这样会导致早期的数据不能直接被应用。而且该装置形式较复杂，实际施工繁琐且接收线圈内互感电动势仍对二次场产生极大影响，并不能从根本上消除一次场。

中国专利申请公布号为CN107356977A中公开了一种消除瞬变电磁一次场的装置，其实质是发射线圈包括两个以上等长的发射线圈分割段，利用多个等长分段供电导线等效一个线圈，且发射线圈分段的地方利用双绞线接到发射机的两端输出。在实际探测过程中，该装置的发射线圈被分割次数是有限的，同时双绞线也会使自感加大，因此该装置对于一次场的消除效果仍有待进一步加强。

再如中国专利申请公布号为CN105629314A中公开了一种瞬变电磁发射线圈的自感信号的剔除方法和装置，其实质是采用矩形回线源探测预定观测参数的待估区是二次感应瞬变电磁数据，以及采用预设观测参数获得发射线圈自感信号瞬变电磁场数据，并通过对比两者之间的数据差值剔除发射线圈自感影响，从而得到待估区的电磁感应信号。然而，该发明专利中所述方法在理论计算与实际测量存在不可避免的偏差，而且对于发射电流非零关断期间的一次场并未剔除，实际探测数据中早期信号仍不能有效被利用。

综上所述，对于浅层瞬变电磁早期信号的干扰剔除和校正方法的研究以及仪器装置的改进目前都仅限于尽可能减小瞬变电磁探测盲区，并未从根本上消除一次场的存在。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种零磁通浅层瞬变电磁测试线圈及其测试方法，解决了现有技术中一次场与浅层探测目标体感应的二次场混叠，导致接收线圈出现信号失真的技术问题。