笔者分别于1985年和1993年主编出版了《脉冲瞬变电磁法及应用》和《时间域电磁法原理》两本书,也主编出版了两册译文集。实际上是我校与冶金部第一地勘局、新疆有色地勘局、湖南有色地勘局、华北有色地勘局、华东有色地勘局、湖南煤炭地质局、安徽煤炭地质局、长沙智通新技术研究所及长沙白云仪器开发有限公司等单位合作开发研究成果的总结。大量的理论研究、物理模拟、正反演计算程序、仪器研制、野外试验和实践应用实例等资料来自合作开发的成果。在近十几年中,笔者继续与冶金部第一地勘局、云南有色地勘局、湖南有色地勘局、山西煤炭地质局、核工业203所等单位合作继续开展方法技术野外试验研究和实践,在探测深部金属矿、地热勘查、勘查深层水、工程勘察、湖海水面作业勘查等方面取得成效,编制了用于实践的数据处理和半定量解释用的软件包。起草了《中华人民共和国地质矿产部行业标准———地面瞬变电磁法技术规程》。在仪器研制方面,协助白云仪器开发有限公司在原已经省部级鉴定并获湖南省科技创新金奖的SD-1瞬变电磁系统的基础上,改进成型为MSD-1瞬变电磁仪;并于1998年与杜其江高工、潘秋明研究员等合作,研制成功GPS信号同步中功率瞬变电磁仪。这些点滴成果都有待总结、充实、提高,在我国进一步推广应用时间域电磁法中发挥作用。
我国经济建设的快速发展,矿产、矿业、油气田、交通、电力、工程建设、环境保护、古建筑(古墓等)勘测等对应用地球物理提出了新需求,尤其需要适应勘查深部隐伏矿的需求。此外,在对煤矿生产至关重要的煤田水文地质勘查方面,瞬变电磁法已经成为了首选的物探手段。有鉴于此,近十年来,时间域电磁法在国内外备受青睐并得到很快发展,应用领域涉及方方面面,新技术、新观测系统不断涌现。不少合作者及同行朋友都提出需要重新编著一本适应于当前形势的需要的书。考虑了很久,笔者还是下定决心编写新版《时间域电磁法原理》一书,好在现在条件有所改善,可以上网查阅近几年所空缺的资料,此外还有众多合作者的支持。
本书从应用的角度出发,阐述讨论有关时间域电磁法的理论基础、方法技术和应用实例。全书分以下五篇:理论基础、瞬变电磁信号检测原理及仪器、剖面测量方法、测深方法和井中瞬变电磁方法。为了避免篇幅过大,一些电磁场理论的详细推导过程已删除,直接引用其结论,指明所引用的文献。建立在电磁感应原理基础上的时间域电磁法,二维、三维正反演方法(包括成像)所引用的仍然是经典理论推导结果的公式,人们引入了一些现代计算方法及技巧,把复杂的地质问题作了许多简化,成为诸多的方法。至今,这些方法应用于实践还存在许多问题,因此,书中仅作简要介绍,指明具有代表性的文献。另外,野外应用中,剖面测量和测深方法的资料整理和解释,通常并没有明显界线,有时剖面测量的结果可以整理出测深的图件,反之亦然;书中只是为了系统阐述方便而将其截开。在仪器方面,这些年国内外发展很快,书中重点叙述近代仪器检测原理;具体的仪器仅主要介绍Geonics公司的PROTEM 系统等世界公认的一流仪器,使读者了解这类仪器的技术指标和突出优点,能够与其他各类仪器(可上网查询)有个对比。应用实例方面,精选了几位笔者和合作者在勘查深部盲矿及扩大应用领域方面取得效果的例子,也将近些年合作者提供的不少实例分成十个专题编入本书的附录中。读者如在实践中遇到困难和问题,笔者非常乐意本着共同提高的目的,予以回答、协助和讨论。
书中引用了与笔者愉快合作长达26年的刘本浩教授级高工主持完成的三个实例,尤其是在资源严重危机的矿山———辽宁红透山矿区的应用实例引人注目,几年的工作使红透山矿的资源量增加了一倍;书中相当多篇幅内容也是共同合作研究的成果。张宪润教授、李凤初高工、刘本浩教授级高工、杨治元高工、黄秦高工、任光明老总、冯索夫高工、周国华工程师、王隆平博士(教授级高工)、叶英博士、潘秋明研究员、杜其江高工、卢军高工、李文尧教授、罗鉴凡高工、廖忠工程师、雷治远高工、沈长明高工、李爱华高工、宋先旺高工、孙紫英教授、刘国生高工等长期来与本人愉快合作,或协助笔者完成了多项课题。由长期从事电磁测深理论研究和二、三维正反演计算方法研究的资深学者陈明生研究员和闫述教授编写了《二、三维数值模拟原理及反演解释》及《局部导电体对地下瞬变场扩散的影响特征》两节。此书编写过程中,征求过李金铭、程方道、任怀宗、刘国栋等四位资深老教授的意见,与吕国印教授级高工、罗国平高工、朱献平高工、刘显跃教授讨论了若干技术难题,获益匪浅。
在此,深切怀念曹冰河教授级高工,他卓有成效地把时间域电磁法引入湖南,成功地开展了深部找矿的试验研究及投入勘查工作,论著颇多,贡献极大。
本书的出版得到北京欧华联科技有限责任公司、湖南有色地勘局、云南铜业勘查物化探公司及长沙白云仪器开发有限公司资助,得到中南大学信息物理工程学院席振珠等老师的支持,在此深表谢意。
本书涉及内容较多,着重于技术应用,适应于有一定实践经验和基础的读者,也希望对正准备开展该方法的读者有所帮助。为此,在文字上相当省略,期望能节省一些读者的宝贵时间。是否能达到预期效果,敬请读者评价、批评指正。
牛之琏
2007年5月1日于中南大学
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