Wojciech Klityński
Paweł Targosz
Metoda procesów przejściowych
Wstęp
Metoda procesów przejściowych TEM (transient electromagnetic) nazywana
najczęściej TDEM (time-domain electromagnetic method, metoda elektromagnetyczna w
domenie czasu) nale\
y do grupy metod elektromagnetycznych (EM) rozpoznania ośrodka
geoelektrycznego.
Podobnie jak tradycyjna metoda elektrooporowa (DC resistivity) słu\
y do określenia
oporności właściwej ośrodka geologicznego i jest stosowana najczęściej w wersji pionowych
sondowań a rzadziej w wersji profilowań. Metoda TDEM znana jest od kilkudziesięciu lat
jednak wraz z rozwojem techniki, szczególnie elektroniki i komputerowych technik
interpretacyjnych jej efektywność, a co za tym idzie znaczenie w rozpoznaniu ośrodka
geoelektrycznego wzrasta, zwłaszcza, \
e jest często bardziej efektywna od metody
elektrooporowej. Szczególnie wa\
ne jest to, \
e metoda ta nie wymaga systemu pomiarowego
o tak du\
ych rozmiarach jak w metodzie elektrooporowej, gdzie głębokość penetracji zale\
y
od rozmiaru układu pomiarowego (rozstawu) i jest kilkakrotnie mniejsza od tego rozstawu.
W metodzie procesów przejściowych wykorzystuje się fakt, \
e pole elektromagnetyczne
z
ródeł impulsowych w tzw. strefie bliskiej nie zale\
y od odległości nadajnik-odbiornik
dlatego pomiary mo\
e realizować cewka odbiorcza w pętli nadawczej (tzw. central loop) co
daje przewagÄ™ w metodyce pomiarowej w stosunku do metod: elektrooporowej czy CSAMT
(Control Source Audio Magnetotelluric), gdzie rozmiary układu pomiarowego dla osiągnięcia
określonego zasięgu głębokościowego muszą być du\
o większe (Klityński, Miecznik, 1998).
System pomiarowy w metodzie TDEM składa się z nadajnika i pętli nadawczej (transmitter
loop) i odbiornika (receiver) oraz cewki odbiorczej lub rzadziej pętli odbiorczej.
Głębokość badań w metodzie TDEM wynosi najczęściej od dziesiątków do ok. 1000
metrów (i więcej) i zale\
y m. in. od rozmiaru pętli nadawczej, mocy nadajnika i poziomu
zakłóceń w obszarze pomiarowym. Głębokość penetracji mo\
na zwiększyć nawet do 10 km
stosujÄ…c specjalnÄ… metodykÄ™ pomiarowÄ… i nadajniki wysokiej mocy (Keller et al., 1984).
Metoda TDEM charakteryzuje się największą poprzeczną i pionową rozdzielczością w
kartowaniu dobrze przewodzących struktur (wśród wszystkich elektromagnetycznych metod
(Krivochieva S., Chouteau M., 2001). Zwykle dokładność pomiaru w tej metodzie jest bardzo
du\
a (Keller, G.V.,1997).
1
Metoda TDEM ma szerokie zastosowanie m.in. w rozpoznawaniu ośrodka
hydrogeologicznego w tym kartowaniu kontrastu opornościowego wód kwaśnych i
zasolonych z jednej strony a wód słodkich z drugiej strony (Krivochieva S., Chouteau M.,
2001), określaniu geometrii wód podziemnych (Papadopoulos et al., 2004), w kartowaniu
kontrastów opornościowych związanych z występowaniem wód geotermalnych, lokalizacji
skupień rud siarczków charakteryzujących się wysoką przewodnością zlokalizowanych w
ośrodku o niskiej przewodności, w poszukiwaniu struktur dobrze przewodzących związanych
z występowaniem uranu, diamentu i rud metali (Chow-Son Chen and Shuhjong Tsao, 2001),
w kartowaniu struktur geologicznych związanych z występowaniem węgla kamiennego, w
kartowaniu granic pomiędzy zmarzliną a ośrodkiem nie zamarzniętym, w kompleksie z
innymi metodami geofizycznymi: z metodÄ… elektrooporowÄ…, z metodÄ… magnetotellurycznÄ…
(Krivochieva S., Chouteau M., 2003) oraz CSAMT i jako dodatkowa z metodÄ… sejsmicznÄ….
W Polsce metoda TDEM nie została jeszcze zastosowana na szerszą skalę. Zwrócono
jednak uwagÄ™ na mo\
liwości jej stosowania w rozpoznaniu morfologii podło\
a
prekambryjskiego na Zapadlisku Przedkarpackim (Klityński, Miecznik, 1998). Obszar ten
charakteryzuje się budową tektoniczną typu blokowego, gdzie głębokość zalegania
powierzchni rozgraniczającej miocen od wysokooporowego prekambru jest stosunkowo mała.
Rejon ten budzi zainteresowanie ze względu na mo\
liwości występowania złó\
bituminów
zarówno w utworach miocenu jak i prekambru.
Przedstawiono równie\
w Polsce mo\
liwości zastosowania metody procesów
przejściowych w kompleksie z metodą elektrooporową przy monitorowaniu migracji
zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej (Antoniuk et al., 1991).
1. Podstawy teoretyczne
Metody elektromagnetyczne wykorzystujÄ… sztuczne z
ródła generujące pole
elektromagnetyczne (oprócz metody magnetotellurycznej - MT), tak więc nale\
Ä… do metod
aktywnych. Wszystkie te metody sÄ… metodami powierzchniowymi. System pomiarowy w
metodzie pasywnej (MT) składa się tylko z rejestratora (receiver). y
ródło pola MT jest
naturalne i dla częstotliwości od ok. 1 do 103 Hz znajduje się w jonosferze, a dla często-
tliwości od 10-5 do 1 Hz w magnetosferze. W przedziale częstotliwości od. ok. 0.5 do 5 Hz
sygnał jest jednak słabszy co manifestuje się często słabą jakością danych w tym zakresie
częstotliwości (tzw. dead band) (Simpson F., Bahr K., 2005). Głębokość penetracji w
metodzie MT zale\
y od częstotliwości ( f (Hz)) i tzw. uśrednionej oporności ośrodka
2
(Á[&!m]) (opornoÅ›ci ekwiwalentnej półprzestrzeni dla badanego oÅ›rodka) i mo\
e być w
przybli\
eniu okreÅ›lona wzorem: ´(T ) H" 500 T Å" Á (gdzie - T = 1/ f [sek] ). ZasiÄ™g
głębokościowy metody MT wynosi więc od kilkudziesięciu metrów do kilkuset km (Simpson
F., Bahr K., 2005).
W przypadku metod aktywnych pole EM jest generowane za pomocÄ… sztucznego
z
ródła (transmitter). System pomiarowy składa się ze z
ródła pola EM (pole pierwotne) i
rejestratora wtórnego pola EM. Metody elektromagnetyczne mogą być podzielone na dwie
grupy: FDEM (frequency-domain electromagnetic, metoda elektromagnetyczna w domenie
częstotliwości) oraz TDEM (time-domain electromagnetic method, metoda
elektromagnetyczna w domenie czasu). W metodach FDEM zmiana prÄ…du z
ródłowego w
czasie ma charakter quasisinusoidalny. W takim przypadku głębokość penetracji zale\
y od
Á
czÄ™stotliwoÅ›ci fali EM ´( f ) H" 500 Å" i opornoÅ›ci uÅ›rednionej oÅ›rodka (Á[&!m]). ZasiÄ™g
f
głębokościowy w metodzie FDEM jest jednak mniejszy ni\
w przypadku metody MT i
wynosi od kilku do kilkuset (i więcej) metrów (Kauffann A.A., Keller G.V, 1983).
W metodzie TDEM prÄ…d z
ródłowy (okresowy) ma najczęściej symetryczny kształt
prostokÄ…tny. Po ka\
dej drugiej ćwiartce okresu prąd jest gwałtownie redukowany do zera
(rys. 1), a głębokość penetracji zale\
y od czasu jaki upłynął od wyłączenia prądu w pętli
nadawczej (Keller G.V., 1997).
Prąd pętli nadawczej
(zwykle kilka Amperów)
T/4
T/4
T/4 T/4
T/4
T=okres
zwykle ok. 1 msec
Rys. 1. Postać prądu pętli nadawczej w metodzie TDEM
Metody elektromagnetyczne to metody w których generowane są zmienne w czasie
prądy elektryczne w ziemi. Penetrację ośrodka geologicznego umo\
liwia wykorzystanie
zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Zmienne w czasie pole magnetyczne jest wytwarzane
na powierzchni ziemi przy u\
yciu cewki (coil) albo pętli (loop) czyli przewodników
odpowiednio ukształtowanych (kabli przewodzących) umieszczonych na powierzchni ziemi.
3
Najczęściej stosowana jest jednak pętla nadawcza o kształcie kwadratu (o boku L[m]).
Odbiornik stanowi najczęściej cewka odbiorcza.
Podstawowym zało\
eniem metod EM jest spełnienie równań Maxwella:
r
Prawo Gaussa: " Å" D = · (z
ródłem pola elektrycznego są ładunki)
r
r r
Prawo Faradya: " × E = -"B "t (zmienne w czasie (t) pole magnetyczne (B)
r
wytwarza wirowe pole elektryczne (E) )
Prawo Gaussa dla pola
r
magnetycznego: " Å" B = 0 (pole magnetyczne jest bezz
ródłowe)
Prawo Ampere a
r
r
r r
"D
Maxwella: " × H = j + (przepÅ‚ywajÄ…cy prÄ…d ( j - gÄ™stość prÄ…du) oraz
"t
zmienne pole elektryczne wytwarzajÄ… wirowe pole
magnetyczne)
gdzie:
r
D - indukcja elektryczna [C / m2],
v
B - indukcja magnetyczna [T],
r
E - natÄ™\
enie pola elektrycznego [V / m],
r
H - natÄ™\
enie pola magnetycznego [A/ m],
r
j - gęstość prądu [A/ m2],
· - gÄ™stość Å‚adunku [C / m3],
" Å" - operator dywergencji,
" × - operator rotacji.
W ośrodkach liniowych:
r r r r
D = µ Å" E a B = µ Å" H
gdzie:
µ - przenikalność elektryczna,
µ przenikalność magnetyczna.
Równania Maxwella mogą być sprowadzone do równań falowych dla pola
r r
elektrycznego (E) i magnetycznego (H):
r r
r
"E "2E
"2E - µÃ - µµ = 0 oraz
2
"t "t
4
r r
r
"H "2H
"2H - µÃ - µµ = 0
2
"t "t
y
x
z
Rys. 2. Kartezjański układ współrzędnych
Dla warstwowanej półprzestrzeni Á = Á(z) i w ukÅ‚adzie KartezjaÅ„skim (oÅ›rodek 1D):
"2H "H "2H
x x x
- µÃ - µµ = 0
2
"z2 "t "t
Dla pól harmonicznie zmiennych (zało\
enie metod EM w domenie częstotliwości):
H = H (É, z) Å" e-iÉt gdzie É = 2Ä„f - czÄ™stość pola, powy\
sze równanie mo\
na przekształcić
x x
do postaci:
2
d H
ëÅ‚1- ɵ
öÅ‚
x
+ iɵà i Å" H = 0
ìÅ‚ ÷Å‚
x
dz2 Ã
íÅ‚ Å‚Å‚
Dla metod EM (niskie częstotliwości): ɵ /à << 1 (zachowanie fali EM w
"
przewodniku) pozostaje tylko składnik stąd otrzymujemy tzw. równanie dyfuzji:
"t
2
"2H "H d H
x x x
- µÃ = 0 lub dla pól harmonicznie zmiennych + iɵà Å" H = 0 .
x
"z2 "t dz2
Jak widać transport energii w metodach EM jest rządzony dyfuzją, a nie propagacją
falowÄ….
Zgodnie z prawem Faradaya zmienne pole magnetyczne generuje zmienne pole
elektryczne, które z kolei wytwarza prąd elektryczny. W związku z tym w metodach EM
pierwotne zmienne pole magnetyczne wytwarza wtórne prądy elektryczne wewnątrz Ziemi.
Wielkość tych wtórnych prądów wyidukowanych w Ziemi zale\
y od rozkładu przewodności
ëÅ‚Ã 1 öÅ‚
elektrycznej = [mS / m] penetrowanego ośrodka. Rejestrator słu\
y do pomiaru
ìÅ‚ ÷Å‚
Á
íÅ‚ Å‚Å‚
zmiennego pola magnetycznego wytworzonego przez wtórne prądy elektryczne.
5
Jak wcześniej wyjaśniono najwa\
niejszym zjawiskiem w metodach
elektromagnetycznych jest zjawisko indukcji i rządzi nimi równanie dyfuzji.
To decyduje o rozdzielczości metod EM, która nie jest tak du\
a jak w przypadku
metody sejsmicznej, gdzie decydującą rolę odgrywają zjawiska falowe (równanie falowe). To
równie\
decyduje o zasięgu głębokościowym metod EM określonym przez tzw. efekt
naskórkowy (skin effect). Zasięg głębokościowy jest tutaj określony przez tzw. głębokość dla
2 503
skin efektu: ´ = H"
gdzie f [Hz] to czÄ™stotliwość pola EM, É = 2 Å"Ä„ Å" f to
ɵoÃ
f Å"Ã
czÄ™stość pola EM a µo = 4 Å"Ä„ Å"10-7[H / m] to przenikalność magnetyczna pró\
ni z kolei
Ã[&!m-1] to przewodność wÅ‚aÅ›ciwa oÅ›rodka (Nagendra Pratap Singh and Toru Mogi, 2003).
W metodzie procesów przejściowych (TDEM) pole elektromagnetyczne jest
generowane przez impuls prądowy lub sygnał przejściowy wzdłu\
kabla rozło\
onego na
powierzchni ziemi (pętla nadawcza). To generuje zmienne pole magnetyczne wewnątrz ziemi.
Początkowo indukowany prąd koncentruje się bezpośrednio pod powierzchnią ziemi poni\
ej
pętli nadawczej. Potem dyfunduje w czasie w dół (rys. 3). Tak więc zasięg pola EM się
powiększa, następuje jednak tłumienie, które jest coraz większe w miarę przesuwania się w
głąb Ziemi.  Tempo dyfuzji zale\
y od przewodności ośrodka. W wysokooporowym ośrodku
tempo dyfuzji jest szybkie. W przewodzącym ośrodku prąd dyfunduje wolniej. Zmiennemu
polu elektrycznemu wyidukowanemu z którym związane są prądy wirowe zgodnie z
równaniami Maxwella towarzyszy zmienne pole magnetyczne. Pole magnetyczne  wraca na
powierzchnię ziemi  niosąc ze sobą informację o rozkładzie przewodności tego ośrodka.
Wtórne zmienne pole magnetyczne pochodzące od wtórnych prądów wirowych
rozprzestrzenia się wolno w porównaniu z tempem ustalania się pierwotnego pola
magnetycznego.
(a)
(b)
(c)
(d)
(a) zaraz po włączeniu
(b) (c) (d) stopniowo (po czasie)
Rys. 3 Zachowanie prądu przejściowego w Ziemi
6
W metodzie procesów przejściowych mierzone jest wtórne pole magnetyczne i czas
opóz
nienia (t), czyli czas jaki upłynął od wyłączenia prądu w pętli nadawczej (Keller,
G.V.,1997). Geometria rozkładu przewodności, a więc głębokość i przewodność, są
odzwierciedlone przez wartości wtórnego pola magnetycznego. Głębokość penetracji zgodnie
z zasadÄ… dyfuzji zale\
y od oporności i czasu (t). Tak więc nie ma teoretycznie limitu na tę
głębokość. Praktyczny limit jest jednak podyktowany najmniejszą mo\
liwÄ… do zmierzenia
amplitudą sygnału. Zasięg głębokościowy zale\
y więc od geometrii układu pomiarowego (w
tym rozmiaru pętli nadawczej), wielkości mocy u\
ytej w pętli nadawczej, czułości odbiornika
i panujących w otoczeniu zakłóceń i mo\
e wynieść od kilku metrów do około tysiąca metrów,
a dla specjalnych z
ródeł nawet do 10 km (Keller G.V. et al., 1984).
Zasięg głębokościowy w metodzie TDEM zale\
y od czasu (t[s]) (jego maksymalna
1/ 2
wartość) i od Å›redniej opornoÅ›ci oÅ›rodka (Á[&!m]): ´ = 503.3Å"(t Å" Á) [m] (Parasnis, 1986).
Z kolei wg danych firmy Phoenix zasiÄ™g gÅ‚Ä™bokoÅ›ciowy wynosi: D= 500 Å" Á Å"t[ms] [m].
Maksymalny czas dla którego poziom sygnału jest wystarczający do jego rejestracji
zale\
y od rozmiaru pętli nadajnika, mocy z
ródła oraz poziomu zakłóceń. Tak więc zasięg
głębokościowy bezpośrednio zale\
y od czasu (t) jaki upływa od wyłączenia prądu w pętli
nadawczej, a pośrednio od w/w czynników. Poziom zakłóceń ( Nm ) wynosi zwykle od 10-8
do 10-10 [V/m]. Maksymalny czas rejestracji mo\
emy wyznaczyć z wzoru:
1/ 5
2
îÅ‚ Å‚Å‚
(M / Nm)
t
t = µo Å" [s] (wg danych firmy Phoenix), gdzie M to moment nadajnika =
ïÅ‚ śł
t
3
(Ä„ )
ðÅ‚400Å" Å" Áa ûÅ‚
I Å" L2 [Am2], I to prÄ…d pÄ™tli nadawczej [Amper], L to dÅ‚ugość pÄ™tli nadawczej [metr] a
Áa to oporność oÅ›rodka [&!m]. ZakÅ‚adajÄ…c rozmiary pÄ™tli nadawczej ( L × L [m2]) wynoszÄ…ce:
10 ×10 , 20 × 20 , 40× 40, 100 ×100 oraz 300 × 300 [m2] oraz trzy mo\
liwe poziomy
zakłóceń: Nm = 10-8 [V/m2] , Nm = 10-9 [V/m2], Nm = 10-10 [V/m2] obliczamy czas
ostatniego rejestrowanego sygnału oraz odpowiadający zasięg głębokościowy (D=
500Å" Áa Å"t[ms] [m]) (patrz tabele ni\
ej).
7
Tabela 1. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 10 ×10 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×100
15,12 8,72 5,76 3,80 2,19 1,45
10 ×100
19,95 11,51 7,59 5,01 2,89 1,91
20 ×100 *
26,32 15,19 10,02 6,61 3,82 2,52
40 ×100 *
34,73 20,04 13,22 8,72 5,03 3,32
50 ×100
37,97 21,91 14,46 9,54 5,50 3,63
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 2. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 10 ×10 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×100
122,95 147,68 169,64 194,86 234,06 268,86
10 ×100
141,23 169,64 194,86 223,84 268,86 308,84
20 ×100 *
162,24 194,86 223,84 257,13 308,84 354,76
40 ×100 *
186,36 223,84 257,13 295,36 354,76 407,52
50 ×100
194,86 234,06 268,86 308,84 370,95 426,11
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 3. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 10 ×10 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5×100
6,02 3,47 2,29 1,51 0,87 0,58
10 ×100
7,94 4,58 3,02 1,99 1,15 0,76
20 ×100 *
10,48 6,05 3,99 2,63 1,52 1,00
40 ×100 *
13,83 7,98 5,26 3,47 2,00 1,32
50 ×100
15,12 8,72 5,76 3,80 2,19 1,45
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
8
Tabela 4. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 10 ×10 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×100
77,58 93,18 107,04 122,95 147,68 169,64
10 ×100
89,11 107,04 122,95 141,23 169,64 194,86
20 ×100 *
102,36 122,95 141,23 162,24 194,86 223,84
40 ×100 *
117,58 141,23 162,24 186,36 223,84 257,13
50 ×100
122,95 147,68 169,64 194,86 234,06 268,86
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 5. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 10 ×10 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×100
2,40 1,38 0,91 0,60 0,35 0,23
10 ×100
3,16 1,82 1,20 0,79 0,46 0,30
20 ×100 *
4,17 2,41 1,59 1,05 0,60 0,40
40 ×100 *
5,50 3,18 2,10 1,38 0,80 0,53
50 ×100
6,02 3,47 2,29 1,51 0,87 0,58
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 6. Zasięg głębokościowy dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 10 ×10 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5×100
48,95 58,79 67,53 77,58 93,18 107,04
10 ×100
56,23 67,53 77,58 89,11 107,04 122,95
20 ×100 *
64,59 77,58 89,11 102,36 122,95 141,23
40 ×100 *
74,19 89,11 102,36 117,58 141,23 162,24
50 ×100
77,58 93,18 107,04 122,95 147,68 169,64
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
9
Tabela 7. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 20 × 20 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 400
26,32 15,19 10,02 6,61 3,82 2,52
10 × 400
34,73 20,04 13,22 8,72 5,03 3,32
20 × 400 *
45,83 26,45 17,45 11,51 6,64 4,38
40 × 400 *
60,47 34,89 23,02 15,19 8,77 5,78
50 × 400
66,11 38,15 25,17 16,61 9,58 6,32
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 8. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 20 × 20 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 400
162,24 194,86 223,84 257,13 308,84 354,76
10 × 400
186,36 223,84 257,13 295,36 354,76 407,52
20 × 400 *
214,07 257,13 295,36 339,28 407,52 468,11
40 × 400 *
245,90 295,36 339,28 389,73 468,11 537,72
50 × 400
257,13 308,84 354,76 407,52 489,48 562,26
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 9. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 20 × 20 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5× 400
10,48 6,05 3,99 2,63 1,52 1,00
10 × 400
13,83 7,98 5,26 3,47 2,00 1,32
20 × 400 *
18,24 10,53 6,95 4,58 2,64 1,74
40 × 400 *
24,07 13,89 9,17 6,05 3,49 2,30
50 × 400
26,32 15,19 10,02 6,61 3,82 2,52
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
10
Tabela 10. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 20 × 20 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 400
102,36 122,95 141,23 162,24 194,86 223,84
10 × 400
117,58 141,23 162,24 186,36 223,84 257,13
20 × 400 *
135,07 162,24 186,36 214,07 257,13 295,36
40 × 400 *
155,15 186,36 214,07 245,90 295,36 339,28
50 × 400
162,24 194,86 223,84 257,13 308,84 354,76
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 11. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 20 × 20 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 400
4,17 2,41 1,59 1,05 0,60 0,40
10 × 400
5,50 3,18 2,10 1,38 0,80 0,53
20 × 400 *
7,26 4,19 2,77 1,82 1,05 0,69
40 × 400 *
9,58 5,53 3,65 2,41 1,39 0,92
50 × 400
10,48 6,05 3,99 2,63 1,52 1,00
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 12. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 20 × 20 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5× 400
64,59 77,58 89,11 102,36 122,95 141,23
10 × 400
74,19 89,11 102,36 117,58 141,23 162,24
20 × 400 *
85,22 102,36 117,58 135,07 162,24 186,36
40 × 400 *
97,90 117,58 135,07 155,15 186,36 214,07
50 × 400
102,36 122,95 141,23 162,24 194,86 223,84
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
11
Tabela 13. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 40 × 40 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×1600
45,83 26,45 17,45 11,51 6,64 4,38
10 ×1600
60,47 34,89 23,02 15,19 8,77 5,78
20 ×1600 *
79,79 46,04 30,38 20,04 11,57 7,63
40 ×1600 *
105,28 60,76 40,08 26,45 15,26 10,07
50 ×1600
115,11 66,43 43,83 28,91 16,69 11,01
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 14. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 40 × 40 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×1600
214,07 257,13 295,36 339,28 407,52 468,11
10 ×1600
245,90 295,36 339,28 389,73 468,11 537,72
20 ×1600 *
282,47 339,28 389,73 447,68 537,72 617,68
40 ×1600 *
324,47 389,73 447,68 514,25 617,68 709,53
50 ×1600
339,28 407,52 468,11 537,72 645,87 741,91
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 15. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 40 × 40 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5×1600
18,24 10,53 6,95 4,58 2,64 1,74
10 ×1600
24,07 13,89 9,17 6,05 3,49 2,30
20 ×1600 *
31,76 18,33 12,09 7,98 4,60 3,04
40 ×1600 *
41,91 24,19 15,96 10,53 6,08 4,01
50 ×1600
45,83 26,45 17,45 11,51 6,64 4,38
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
12
Tabela 16. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 40 × 40 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×1600
135,07 162,24 186,36 214,07 257,13 295,36
10 ×1600
155,15 186,36 214,07 245,90 295,36 339,28
20 ×1600 *
178,23 214,07 245,90 282,47 339,28 389,73
40 ×1600 *
204,73 245,90 282,47 324,47 389,73 447,68
50 ×1600
214,07 257,13 295,36 339,28 407,52 468,11
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 17. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 40 × 40 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×1600
7,26 4,19 2,77 1,82 1,05 0,69
10 ×1600
9,58 5,53 3,65 2,41 1,39 0,92
20 ×1600 *
12,65 7,30 4,81 3,18 1,83 1,21
40 ×1600 *
16,69 9,63 6,35 4,19 2,42 1,60
50 ×1600
18,24 10,53 6,95 4,58 2,64 1,74
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 18. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 40 × 40 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2]
2 5 10 20 50 100
5×1600
85,22 102,36 117,58 135,07 162,24 186,36
10 ×1600
97,90 117,58 135,07 155,15 186,36 214,07
20 ×1600 *
112,45 135,07 155,15 178,23 214,07 245,90
40 ×1600 *
129,17 155,15 178,23 204,73 245,90 282,47
50 ×1600
135,07 162,24 186,36 214,07 257,13 295,36
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
13
Tabela 19. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 100 ×100 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
95,38 55,04 36,31 23,96 13,83 9,12
10 ×104
125,86 72,63 47,92 31,61 18,24 12,04
20 ×104 *
166,07 95,84 63,23 41,71 24,07 15,88
40 ×104 *
219,13 126,46 83,43 55,04 31,76 20,96
50 ×104
239,59 138,26 91,22 60,18 34,73 22,91
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 20. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 100 ×100 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
308,84 370,95 426,11 489,48 587,92 675,35
10 ×104
354,76 426,11 489,48 562,26 675,35 775,77
20 ×104 *
407,52 489,48 562,26 645,87 775,77 891,13
40 ×104 *
468,11 562,26 645,87 741,91 891,13 1023,63
50 ×104
489,48 587,92 675,35 775,77 931,80 1070,35
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 21. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 100 ×100 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
37,97 21,91 14,46 9,54 5,50 3,63
10 ×104
50,10 28,91 19,08 12,59 7,26 4,79
20 ×104 *
66,11 38,15 25,17 16,61 9,58 6,32
40 ×104 *
87,24 50,34 33,21 21,91 12,65 8,34
50 ×104
95,38 55,04 36,31 23,96 13,83 9,12
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
14
Tabela 22. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 100 ×100 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
194,86 234,06 268,86 308,84 370,95 426,11
10 ×104
223,84 268,86 308,84 354,76 426,11 489,48
20 ×104 *
257,13 308,84 354,76 407,52 489,48 562,26
40 ×104 *
295,36 354,76 407,52 468,11 562,26 645,87
50 ×104
308,84 370,95 426,11 489,48 587,92 675,35
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 23. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 100 ×100 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
15,12 8,72 5,76 3,80 2,19 1,45
10 ×104
19,95 11,51 7,59 5,01 2,89 1,91
20 ×104 *
26,32 15,19 10,02 6,61 3,82 2,52
40 ×104 *
34,73 20,04 13,22 8,72 5,03 3,32
50 ×104
37,97 21,91 14,46 9,54 5,50 3,63
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 24. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 100 ×100 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5×104
122,95 147,68 169,64 194,86 234,06 268,86
10 ×104
141,23 169,64 194,86 223,84 268,86 308,84
20 ×104 *
162,24 194,86 223,84 257,13 308,84 354,76
40 ×104 *
186,36 223,84 257,13 295,36 354,76 407,52
50 ×104
194,86 234,06 268,86 308,84 370,95 426,11
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
15
Tabela 25. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 300 × 300 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
229,70 132,56 87,45 57,70 33,30 21,97
10 × 9 Å"104
303,09 174,91 115,40 76,13 43,93 28,99
20 × 9 Å"104 *
399,93 230,79 152,27 100,46 57,97 38,25
40 × 9 Å"104 *
527,71 304,53 200,92 132,56 76,50 50,47
50 × 9 Å"104
576,98 332,96 219,67 144,93 83,64 55,18
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 26. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-10 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 300 × 300 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
479,27 575,66 661,26 759,59 912,37 1048,03
10 × 9 Å"104
550,54 661,26 759,59 872,54 1048,03 1203,87
20 × 9 Å"104 *
632,40 759,59 872,54 1002,29 1203,87 1382,89
40 × 9 Å"104 *
726,44 872,54 1002,29 1151,33 1382,89 1588,52
50 × 9 Å"104
759,59 912,37 1048,03 1203,87 1446,00 1661,02
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 27. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 300 × 300 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
91,45 52,77 34,82 22,97 13,26 8,75
10 × 9 Å"104
120,66 69,63 45,94 30,31 17,49 11,54
20 × 9 Å"104 *
159,22 91,88 60,62 39,99 23,08 15,23
40 × 9 Å"104 *
210,09 121,24 79,99 52,77 30,45 20,09
50 × 9 Å"104
229,70 132,56 87,45 57,70 33,30 21,97
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
16
Tabela 28. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 300 × 300 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
302,40 363,22 417,23 479,27 575,66 661,26
10 × 9 Å"104
347,37 417,23 479,27 550,54 661,26 759,59
20 × 9 Å"104 *
399,02 479,27 550,54 632,40 759,59 872,54
40 × 9 Å"104 *
458,35 550,54 632,40 726,44 872,54 1002,29
50 × 9 Å"104
479,27 575,66 661,26 759,59 912,37 1048,03
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 29. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 300 × 300 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
36,41 21,01 13,86 9,14 5,28 3,48
10 × 9 Å"104
48,04 27,72 18,29 12,07 6,96 4,59
20 × 9 Å"104 *
63,38 36,58 24,13 15,92 9,19 6,06
40 × 9 Å"104 *
83,64 48,27 31,84 21,01 12,12 8,00
50 × 9 Å"104
91,45 52,77 34,82 22,97 13,26 8,75
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 30. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-8 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 300 × 300 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 9 Å"104
190,80 229,18 263,25 302,40 363,22 417,23
10 × 9 Å"104
219,17 263,25 302,40 347,37 417,23 479,27
20 × 9 Å"104 *
251,76 302,40 347,37 399,02 479,27 550,54
40 × 9 Å"104 *
289,20 347,37 399,02 458,35 550,54 632,40
50 × 9 Å"104
302,40 363,22 417,23 479,27 575,66 661,26
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
17
 Jak widać z wy\
ej przedstawionych wyników obliczeń na zasięg głębokościowy w
metodzie procesów przejściowych wpływa wiele czynników takich jak poziom zakłóceń,
oporność badanego ośrodka, moc z
ródła, rozmiar pętli nadawczej oraz czas pomiaru.
Analizując w/w wyniki obliczeń widać, \
e poziom zakłóceń w obszarze badań ma ogromne
znaczenie. Dla niewielkiej pÄ™tli nadawczej (10 ×10m2 ) i dla Å›redniej opornoÅ›ci oÅ›rodka
wynoszącej 10 &!m przy niskim poziomie zakłóceń (10-10V / m2 ) dla prądu wynoszącego 40
Amperów zasięg głębokościowy mo\
e wynieść ok. 260 metrów. Przy wysokim poziomie
zakłóceń 10-8V / m2 zasięg głębokościowy spada do ok. 100 metrów (tabele 1-2).
Im większy rozmiar pętli nadawczej tym zasięg głębokościowy metody TDEM jest większy.
Dla pÄ™tli ( 20 × 20m2 ), Å›redniej opornoÅ›ci oÅ›rodka 10 &!m i Å›redniego poziomu zakłóceÅ„
(10-9V / m2 ) oraz dla prądu 40 Amperów zasięg ten wynosi ponad 200 metrów (tabele 9 i
10). W takich samych warunkach dla pÄ™tli nadawczej o rozmiarach ( 40 × 40m2 ) zasiÄ™g
głębokościowy rośnie do ponad 290 metrów (tabele 15 i 16), a dla du\
ych pętli tj.
100 ×100m2 i 300 × 300m2 zasiÄ™gi gÅ‚Ä™bokoÅ›ciowe rosnÄ… do odpowiednio 426 metrów (tabele
21 i 22) i do 660 metrów (tabele 27 i 28).
Najdłu\
sze czasy ostatniego rejestrowanego sygnału dla średniego poziomu zakłóceń
(10-9V / m2 ) dla prÄ…du wynoszÄ…cego 50 Amperów uzyskuje siÄ™ dla ukÅ‚adu 300 × 300m2 i dla
niskiej oporności (2 &!m). Wartość tego czasu osiąga 230 ms. Mimo krótszego czasu
ostatniego rejestrowanego sygnału (ok. 22 ms) przy du\
ej oporności ośrodka (100 &!m)
uzyskuje się większy zasięg głębokościowy (1050 metrów wobec 480 metrów, patrz tabele
27-28). Dla niewielkich pÄ™tli nadawczych (10 ×10m2 i 20 × 20m2 ) maksymalne rejestrowane
czasy mogą wynieść od kilku do kilkudziesięciu ms, a zasięgi głębokościowe od ok.
kilkudziesięciu metrów do ponad 500 metrów w zale\
ności od oporności ośrodka, mocy
z
ródła i poziomu zakłóceń (tabele 1-12).
Są to typowe przedziały penetracji dla metody TDEM. Oczywiście dla większych pętli
nadawczych mo\
na uzyskać większe zasięgi głębokościowe np. dla pętli nadawczej o
rozmiarach 500 × 500m2 (to najwiÄ™ksze jakie siÄ™ stosuje) dla Å›redniego poziomu zakłóceÅ„
(10-9V / m2 ) zasięg głębokościowy mo\
e przekroczyć dla du\
ych oporności nawet 2000
metrów, a dla du\
ej mocy osiąga wartość ok. 1000 metrów (tabele 31 i 32). Jak wcześniej
wspomniano dla specjalnych z
ródeł i układów pomiarowych (z du\
ym offsetem) mo\
na
osiągnąć du\
o większy zasięg głębokościowy, nawet do 10000 metrów (Keller et al., 1984).
18
Tabela 31. Czas ostatniego rejestrowanego sygnału dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla
rozmiaru pÄ™tli nadawczej 500 × 500 m (w milisekundach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 25 Å"104
345,65 199,47 131,60 86,82 50,10 33,06
10 × 25 Å"104
456,09 263,20 173,65 114,57 66,11 43,62
20 × 25 Å"104 *
601,82 347,30 229,13 151,17 87,24 57,56
40 × 25 Å"104 *
794,10 458,26 302,34 199,47 115,11 75,94
50 × 25 Å"104
868,24 501,05 330,57 218,09 125,86 83,03
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
Tabela 32. Zasięg głębokościowy (D) dla Nm = 10-9 [V/m2] oraz dla rozmiaru pętli
nadawczej 500 × 500 m (w metrach)
M oporność Áa [&!m]
t
[Am2] 2 5 10 20 50 100
5× 25 Å"104
587,92 706,17 811,18 931,80 1119,20 1285,63
10 × 25 Å"104
675,35 811,18 931,80 1070,35 1285,63 1476,80
20 × 25 Å"104 *
775,77 931,80 1070,35 1229,51 1476,80 1696,39
40 × 25 Å"104 *
891,13 1070,35 1229,51 1412,34 1696,39 1948,64
50 × 25 Å"104
931,80 1119,20 1285,63 1476,80 1773,82 2037,58
(*)  20, 40 [Amperów]  dla aparatury V8 (Phoenix)
19
2. Technika i metodyka pomiarów
Typowy system pomiarowy dla metody TDEM składa się z nadajnika (transmitter-Tx)
i zwykle kwadratowej pętli nadawczej wykonanej z przewodnika umieszczonego na
powierzchni ziemi, odbiornika (receiver-Rx) i zwykle cewki odbiornika
(rys. 4).
Cewka odbiornika
(Receiver Coil)
Odbiornik
(Receiver)
Nadajnik
(Transmitter)
Pętla nadawcza
(Transmitter loop)
Rys. 4. Typowy układ pomiarowy dla metody TDEM
Rozmiar pętli nadawczej jest uzale\
niony od potrzebnej głębokości penetracji. Dla
płytkiego zasięgu głębokościowego (mniej ni\
40 metrów) rozmiar pętli (boku kwadratu)
wynosi zwykle od 5 do 10 metrów. Dla niewielkich pętli nadawczych (krótkie pętle, small
loop), o rozmiarach np. 10, 20, 40 m, z układem centralnym (central loop, patrz rys. 6)
głębokość badań mo\
e osiągnąć od 4 do 5 krotności średnicy pętli nadawczej. Dla głębokości
penetracji do 1000 m i więcej konieczne jest stosowanie pętli nadawczej o rozmiarach do
kilkuset metrów (długie pętle, long loop), np. 300 m, a nawet 500 metrów. W celu
osiągnięcia du\
ego zasięgu (do 10 km) konieczne jest stosowanie układu z odsunięciem pętli
nadawczej od cewki pomiarowej (offset loop) nawet do kilkudziesięciu km, ze z
ródłem o
momencie ok. miliona Amper na metr i więcej (Keller G.V. et al., 1984).
Odbiornikiem w metodzie TDEM jest wielozwojowa cewka zlokalizowana na
powierzchni ziemi zwykle w środku pętli nadawczej (central loop). W takim przypadku, gdy
wyznaczamy krzywą oporności pozornej w funkcji czasu (t), czyli krzywą sondowania, to
punkt pomiarowy znajduje się w punkcie centralnym pętli nadawczej.
Napięcie cewki odbiorczej ma przebieg przedstawiony na rys. 5.
20
T/4
T/4 T/4
T/4
czas
T/4
T/4 T/4
T/4
czas
T/4 T/4
Rys. 5. Postać napięcia cewki odbiorczej
Układy pomiarowe stosowane w metodzie TDEM to układy dla których uzyskuje się:
I. Pojedyncze krzywe sondowań TDEM (vertical sounding array) (Kenneth L. Zonge, 1992)
(mierzona jest tutaj składowa H ):
z
1. cewka pomiarowa znajduje się w środku pętli nadawczej (central-loop/in loop):
Pętla nadajnkia
Odbiornik
Rx
Nadajnik
Cewka odbiornika
Tx
Rys. 6. Układ pomiarowy w metodzie TDEM z cewką odbiornika znajdującą się w środku
pętli nadawczej
2. jako nadajnika i odbiornika u\
ywa się tej samej pętli (zwykle długiej: 100  300 metrów)
(central loop/single loop):
Pętla nadajnkia
i odbiornika
Nadajnik
Odbiornik
Rx
Tx
Rys. 7. Układ pomiarowy w metodzie TDEM ze wspólną pętlą odbiornika i pętlą nadajnika
3. odbiornik i nadajnik to ró\
ne pętle przesunięte względem siebie na powierzchni ziemi
(loop-offset). Zwykle odległość między odbiornikiem i nadajnikiem jest niewielka i wynosi
kilkadziesiąt metrów do kilometra (small offset):
21
Pr
Ä…
d p
Ä™
tli nadawczej
Napi
Ä™
cie odbiornika
Odbiornik
Odległość pomiędzy
pętlą nadajnika i cewką odbiornika
Rx
Nadajnik
Cewka odbiornika
Tx
Pętla nadajnkia
Rys. 8. Układ pomiarowy w metodzie TDEM z odbiornikiem i nadajnikiem przesuniętych
względem siebie
II. Druga wersja układów to układy profilowe (profilling arrays) (Kenneth L. Zonge, 1992):
1. długa pętla nadawcza (nieruchoma) i cewka odbiorcza poruszająca się wzdłu\
profilu
prostopadłego do jednego ramienia pętli nadawczej (fixed-loop) (mierzona składowa H ):
z
Ruchomy odbiornik
Odbiornik
profile poprzeczne
Nadajnik
Rx
Cewka odbiornika
Tx
Nieruchoma pętla nadawcza
Rys. 9. Układ pomiarowy profilowy w metodzie TDEM z odbiornikiem ruchomym i
nadajnikiem nieruchomym przesuniętych względem siebie
2. cewka nadawcza i odbiorcza o podobnych rozmiarach poruszają się w pewnej odległości
wzdłu\
profilu (mierzona składowa H ):
z
Stała odległość pomiędzy
nadajnikiem i odbiornikiem Cewka
Cewka
odbiornika
nadajnika
Kierunek profilu
Rx
Tx
Odbiornik
Nadajnik
Rys. 10. Układ pomiarowy profilowy w metodzie TDEM z ruchomym odbiornikiem i
nadajnikiem przesuniętych względem siebie ze stałą odległością
3. LOTDEM (long offset TDEM) z du\
ą odległością pomiędzy pętlą nadawczą a cewką
odbiorczą (rzędu km i kilkudziesięciu km). Pętla nadawcza ma zwykle du\
e rozmiary (np.
100 metrów i więcej). Mierzy się tutaj składowe H , H i H i uzyskuje obraz 3-D na
x y z
pewnej głębokości. Du\
e odległości pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem stosowane są w
bardzo głębokich badaniach (Keller G.V. et al., 1984).
22
 Najczęściej stosowane układy pomiarowe w metodzie procesów przejściowych to
układy dla których uzyskuje się pojedyncze krzywe sondowań. Są to układy z cewką
odbiornika znajdującą się w pętli nadawczej lub z odbiornikiem i nadajnikiem nieznacznie
przesuniętych względem siebie.
Pomimo niedu\
ych odległości nadajnik  odbiornik (a nawet  zerowych w przypadku
układu central loop) metoda TDEM pozwala na osiągnięcie zasięgu głębokościowego do
kilkuset a nawet tysięcy metrów. Jest tutaj wykorzystana właściwość pola magnetycznego
z
ródła impulsowego, gdzie zmiany czasowe pionowej składowej wektora indukcji
magnetycznej w strefie bliskiej nie zale\
ą od odległości nadajnik  odbiornik (Klityński,
Miecznik, 1998). Taka właściwość pola nie występuje ani w metodzie elektrooporowej, gdzie
rozstaw układu pomiarowego musi być wielokrotnie większy od głębokości penetracji ani w
metodach elektromagnetycznych w domenie częstotliwości, gdzie odległość nadajnik
odbiornik dla takich zasięgów głębokościowych musi być znaczna. Realizacja sondowań
metodą procesów przejściowych w strefie bliskiej oprócz udogodnień metodycznych daje
istotną korzyść natury interpretacyjnej. Na wartość amplitudy pola elektromagnetycznego w
strefie bliskiej w niewielkim stopniu wpływają boczne  w stosunku do punktu centralnego
układu pomiarowego  niejednorodności badanego ośrodka, co istotnie wpływa na wysoką
dokładność interpretacji krzywych sondowań TDEM (jest to najczęściej interpretacja 1D).
Często jednak wpływy boczne (ośrodek 2D/3D), zjawisko IP czy zjawisko
superparamagnetyzmu powodują zakłócenia krzywych dla układu centralnego i
niejednoznaczności interpretacji 1D danych TDEM. Wówczas stosuje się specjalną metodykę
pomiarową w której wykorzystuje się układy central loop i offset loop jednocześnie .
3. Przetwarzanie danych
Dane zapisywane i przechowywane sÄ… w postaci ciÄ…gu danych cyfrowych jako rezultat
próbkowania odbiornika układu pomiarowego. Typowe dane mogą zawierać 250-1000
próbek sekundę (Keller, G.V.,1997).
Odbiornik zawiera kilkadziesiąt wąskich bramek pomiarowych (najczęściej 20) na których
mierzona jest amplituda malejącego napięcia na kolejno następujących po sobie bramkach
czasowych (rys. 11).
23
czas
19 20
1 2 3 4 5 6
Rys. 11. Napięcie odbiornika w bramkach czasowych
Bramki czasowe w czasie pomiaru ró\
nią się w celu minimalizacji zakłóceń pomiarowych.
Dla ograniczenia zakłóceń w pomiarach początkowa bramka jest wąska czyli w miejscu w
którym napięcie zmienia się gwałtownie. Póz
niej, gdy amplituda niewiele siÄ™ zmienia bramka
siÄ™ poszerza.
Okres prądu dla pętli nadawczej wynosi zwykle ok. 1 ms albo mniej. W takim
przypadku kilkusekundowy pomiar mo\
e wygenerować tysiące sygnałów przejściowych. Im
dłu\
szy czas pomiaru tym bardziej poprawia stosunek sygnału do zakłóceń. Jeden impuls nie
da wystarczajÄ…co du\
o informacji, a wiele impulsów pozwala uzyskać krzywą sondowania
TDEM. Processing zwykle zawiera następujące procedury: dekonwolucji sygnału odbiornika,
tłumienia zakłóceń i normalizacji związanej z geometrią układu. Czasami impulsowe
zakłócenia losowe stanowią du\
y problem. Takie zakłócenia są ograniczane przy
wykorzystaniu tzw. przetwarzania typu robust. Najwa\
niejszym elementem przetwarzania
danych w metodzie TDEM jest eliminacja zakłóceń przemysłowych. Wykonuje się to m.in.
przez  składanie kolejnych porcji danych. W rezultacie amplitudy sygnałów u\
ytecznych sÄ…
podwójnie wzmacniane, a amplitudy zakłóceń są redukowane. Elementem przetwarzania jest
równie\
zastosowanie filtru dolnoprzepustowego celem uniknięcia zjawiska aliasingu.
Poniewa\
system przetwarzania nie jest perfekcyjny u\
ywana jest dekonwolucja. Tutaj
najwa\
niejszą rolę odgrywa tzw.  bootstrapping , gdzie sygnał u\
yteczny jest oddzielany od
sygnału zakłócającego.
Rejestrowany sygnał zale\
y nie tylko od rozkładu oporności w Ziemi ale tak\
e od geometrii
układu pomiarowego, mocy z
ródła i czułości odbiornika. Ta zale\
ność jest eliminowana przez
normalizację sygnału na punkcie polowym sygnałem referencyjnym, który kompensuje w.w.
zale\
ności.
W metodzie TDEM wielkością liczoną i interpretowaną podobnie jak w innych metodach
geoelektrycznych jest oporność pozorna Áa[&!m] . Krzywa sondowania to oporność pozorna
24
2 / 3
µo ëÅ‚ 0.4 Å" µo Å" M öÅ‚
t
ìÅ‚ ÷Å‚
w funkcji czasu Áa(t): Áa = , gdzie t  czas pomiaru, mierzony od
ìÅ‚ ÷Å‚
4 Å"Ä„ Å" t t Å"(dBz / dt)
íÅ‚ Å‚Å‚
czasu wyłączenia pola podstawowego, M - moment nadajnika (powierzchnia pętli 
t
L2[m2] pomno\
ona przez wartość prądu  I [A]) i dBz / dt - zmiana w czasie pionowej
składowej pola magnetycznego (Kauffman and Keller, 1983). Tak więc mierzona jest
składowa pionowa pola magnetycznego ( H ).
z
2 / 3
µo ëÅ‚ 2 Å" µo Å" M öÅ‚
t -5 / 3
ìÅ‚ ÷Å‚
Oporność pozornÄ… praktycznie liczy siÄ™ z wzoru: Áa = Å" t , gdzie
ìÅ‚
4 Å"Ä„ 5 Å"U / Sr ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
U[V] to napięcie rejestratora, Sr - efektywna powierzchnia cewki rejestratora [m2].
Dla modelu warstwowanego (1D) i dwuwarstwowego, gdy opornoÅ›ci warstw wynoszÄ… Á1 i
Á2 , a miÄ…\
szość pierwszej warstwy wynosi h dla wczesnego czasu (krótkie czasy) krzywa
sondowania wyglÄ…dajÄ… jak ni\
ej (rys. 12).
log10 ( (t))
Áa
gałąz
opadajÄ…ca
Á1
log10 (t-czas)
Á1 Á2
>
Rys. 12. Krzywa sondowania w metodzie TDEM dla modelu 1D dwuwarstwowego, gdzie Á1
i Á2 to odpowiednio opornoÅ›ci pierwszej i drugiej warstwy dla wczesnego czasu
Jak widać występuje tzw. gałąz
opadajÄ…ca nie zwiÄ…zana z \
adnÄ… warstwÄ…. Krzywa ta jest
identyczna jak dla modelu jednorodnej półprzestrzeni o opornoÅ›ci Á (patrz rysunek 13).
25
log10 ( (t))
Áa
gałąz
opadajÄ…ca
Á
log10 (t-czas)
Rys. 13. Krzywa sondowania w metodzie TDEM dla modelu jednorodnej półprzestrzeni o
opornoÅ›ci Á
Dla odpowiednio długiego czasu rejestracji ( t > t* ), dla modelu dwuwarstwowego, gdy
Á2 > Á1 mierzone napiÄ™cie odbiornika bÄ™dzie mniejsze ni\
powinno być dla modelu
półprzestrzeni o opornoÅ›ci Á1 (patrz rysunek 14a). W przypadku gdy Á2 < Á1 w
póz
niejszym czasie ( t > t* ) mierzone napięcie odbiornika będzie większe ni\
powinno być
dla modelu półprzestrzeni o opornoÅ›ci Á1 (patrz rysunek 14b).
(t=t*)
model
półprzestrzeni
o opornoÅ›ci: Á1
log10 ( (t))
Áa
model
dwuwarstwowy:
Á2 Á1
<
a)
b)
log10 (t-czas)
model
dwuwarstwowy:
Á2 Á1
>
Rys. 14. Napięcie odbiornika dla modelów: półprzestrzeni i dwuwarstwowego 1D dla
metody TDEM
Gdy czas rejestracji przekroczy wartość t* to krzywe sondowań TDEM dla modelu
dwuwarstwowego wyglÄ…dajÄ… jak ni\
ej (rys. 15).
26
log10 (napi
Ä™
cie odbiornika)
log10 ( (t)) log10 ( (t))
Áa Áa
Á2
Á1
Á1
Á2
Á2 Á1 Á2 Á1
log10 (t-czas) log10 (t-czas)
> <
Rys. 15. Krzywe sondowań w metodzie TDEM dla modelu dwuwarstwowego (1D), gdzie
Á1 i Á2 to odpowiednio opornoÅ›ci pierwszej i drugiej warstwy
Podsumowując, dla zbyt krótkich czasów rejestracji otrzymujemy krzywą jak dla modelu
półprzestrzeni o opornoÅ›ci Á1. Aby otrzymać peÅ‚nÄ… krzywÄ… czas rejestracji musi przekroczyć
wartość graniczną (t>t*).
Krzywe sondowań TDEM w zale\
ności od zastosowanego układu pomiarowego (np. central
loop, offset loop) ró\
nią się między sobą np. dla modelu trójwarstwowego wyglądają:
Rys. 16. Krzywe sondowań w metodzie TDEM dla modelu 1D trójwarstwowego (układ
pomiarowy offset loop)
27
500
10m
10m
10m
20m
100 ftm
t Variable
16 ftm
100 ftm
1-0m
100
1m
2m
3m
4m
50
1 10 100 1000
µsec
Rys. 17. Krzywe sondowań w metodzie TDEM dla modelu 1D trójwarstwowego: a -układ
pomiarowy central loop, b  układ pomiarowy offset loop
4. Interpretacja w metodzie TDEM
Zasięg głębokościowy metody TDEM zale\
y od czasu rejestracji (t ). Maksymalna
głębokość badań jest jednak określona przez maksymalny czas dla którego jest mo\
liwe
zarejestrowanie napięcia U (t) . W metodzie TDEM praktycznie niemo\
liwe jest wydzielenie
warstw o bardzo wysokiej oporności, metoda jest natomiast bardzo efektywna dla warstw o
dobrej przewodności (Giovanni Barrocu & Gaetano Ranieri, 2000). Rozdzielczość metody
TDEM w du\
ej mierze zale\
y od rozmiaru pętli nadawczej. Dla bardzo małej pętli (10-15 m)
mo\
liwe jest wydzielenie płytkich warstw o niskich opornościach. Gdy konieczne jest
zapewnienie du\
ego zasięgu głębokościowego konieczne jest u\
ycie pętli nadawczej du\
ych
rozmiarów. Wówczas jednak utrudnione jest wydzielenie struktur w płytkich warstwach.
Najbardziej efektywny przedział oporności dla metody TDEM to oporność od niskich
wartości (poni\
ej 1 &!m ) do kilkuset &!m. MiÄ…\
szość wydzielanych warstw mo\
liwa do
interpretacji dla pętli nadawczej o rozmiarze L wynosi: hmin > L /10 a hmax < 3L (Giovanni
Barrocu & Gaetano Ranieri, 2000).
28
&!
-m
Główną procedurą interpretacyjną stosowaną w metodzie TDEM jest wykorzystanie
algorytmu inwersji przy zało\
eniu modelu jednowymiarowego (1D). Hipotetyczny model 1D
jest konstruowany w procesie interpretacji i dalej liczone sÄ… krzywe sondowaÅ„ TDEM ( Áa(t))
odpowiadające temu modelowi. Model jest zmieniany dopóki nie uzyska się zgodności
danych obserwowanych i teoretycznych (odpowiadających modelowi) z pewną dokładnością.
Zgodność krzywej teoretycznej i polowej uzyskuje się stosując procedury inwersji 1D.
Poni\
szy rysunek przedstawia przykład inwersji 1D krzywej sondowania TDEM (Rowland
B., 2002).
Rys. 18. Wynik interpretacji 1D danych TDEM (sondowanie TDEM i model geoelektryczny
wynikowy)
Krzywa oporności pozornej prezentuje model 1D czterowarstwowy. Jak widać gałąz

krzywej odpowiadająca krótkiemu czasowi rejestracji jest gałęzią opadającą
charakterystycznÄ… dla metody TDEM i nie odpowiadajÄ…cÄ… \
adnej warstwie w modelu 1D.
Oporność pozorna podobnie jak w innych metodach geoelektrycznych nie jest
opornością rzeczywistą. Jest równa oporności właściwej tylko dla modelu jednorodnej
półprzestrzeni. Dla modelu warstwowanego jest zło\
oną funkcją, która podobnie jak w innych
metodach geoelektrycznych podlega zjawisku ekwiwalencji czyli przypadku w którym dwa
29
lub więcej modeli mo\
e generować podobne albo identyczne (w granicach błędu
pomiarowego) krzywe sondowań. W modelu interpretacyjnym 1D (co najmniej 3
warstwowym) dla cienkiej warstwy (środkowej) mo\
emy zwiększać mią\
szość warstwy i
zmniejszać przewodność i uzyskać równie dobre dopasowanie krzywej teoretycznej i krzywej
polowej. To często wywołuje błędy interpretacyjne. Gdy warstwa geoelektryczna badanego
ośrodka jest bardziej mią\
sza albo kontrast opornościowy du\
y to ekwiwalencja stanowi
mniejszy problem. Posiadanie dodatkowych informacji o miÄ…\
szości lub oporności warstwy
ekwiwalentnej całkowicie eliminuje to zjawisko.
Poniewa\
głównym modelem interpretacyjnym wykorzystywanym w metodzie
procesów przejściowych jest model 1D jednym z problemów interpretacji danych TDEM są
struktury geologiczne dwu- i trójwymiarowe (2D/3D). Wpływ trójwymiarowości przy
pomiarze układem central loop jest  uśredniany istnieje jednak problem niejednoznaczności
interpretacji 1D (najczęściej stosowanej) przy wykorzystaniu układów z offsetem (czyli gdy
konieczne jest uzyskanie odpowiedniej rozdzielczości dla du\
ych głębokości). Aby uniknąć
wpływu modelu 2D/3D na niejednoznaczność interpretacji krzywych sondowań TDEM
nale\
y odpowiednio lokalizować sondowanie (unikając wpływów bocznych) albo stosować
odpowiednią metodykę pomiarową i interpretacyjną  obok układu offset loop nale\
y
stosować układ central loop (Krivochieva and Chouteou, 2001).
Zjawiskiem, które równie\
wpływa na obni\
enie efektywności pomiaru i interpretacji
danych TDEM jest zjawisko polaryzacji wzbudzonej (IP effect  Induction Polarization),
które szczególnie manifestuje się dla układu pomiarowego centralnego. Efekt IP zachodzi
przy występowaniu wysokooporowych przypowierzchniowych warstw przykrywających
warstwy o ni\
szej oporności (Giovanni Barrocu & Gaetano Ranieni, 2000). Zjawisko to
wprowadza zaburzenie na krzywej Áa(t) i stwarza du\
e problemy w interpretacji danych
TDEM (Descloitres et al., 2000). Zjawisko IP zaburza krzywe sondowań niejednokrotnie
uniemo\
liwiając efektywną interpretację 1D. Poprawę jednoznaczności interpretacji w takich
przypadkach mo\
na uzyskać stosując bardziej skomplikowaną konfigurację pomiaru, czyli
metodykę pomiarową opartą o ró\
ne układy pomiarowe  obok układu central loop nale\
y
stosować układ offset loop (Descloitres et al., 2000, Krivochieva and Chouteou, 2001).
Wykonując pomiar i interpretację 1D dla obu układów pomiarowych mo\
na uzyskać lepszą
rozdzielczość parametrów uzyskanego modelu geoelektrycznego, ograniczenie wpływu
zakłóceń elektromagnetycznych oraz lepsze rozpoznanie strefy przypowierzchniowej co ma
istotne znaczenie w interpretacji danych TDEM. Obie konfiguracje dostarczajÄ… niezale\
nÄ…
30
informację o geologicznych strukturach. Dane uzyskane układem pomiarowym central loop
dostarczają bardziej rzetelną informację o płytkich warstwach, offset loop głębszych
warstwach. Na przykładzie badań w Meksyku prowadzonych w celu określenia warunków
hydrogeologicznych (Chalco-Sub-Basin), gdzie występuje ośrodek trójwymiarowy
(wywołany przez boczne struktury  zaburzające ośrodek 1D) prześledzono efektywność
wykorzystania obu układów pomiarowych (Krivochieva and Chouteou, 2001).
Doświadczenia wykazały, \
e interpretacja 1D jest bardziej właściwa (w ośrodku 2D/3D), gdy
poziom zakłóceń EM jest niewielki i zmiany oporności w kierunku poziomym niezbyt du\
e.
W wielu przypadkach układ central loop jest bardziej nara\
ony na zakłócenia EM (zakłócenia
nadajnika, efekt IP, efekt namagnesowania).
W badaniach w Meksyku wykorzystano następującą konfigurację układu pomiarowego:
1. Rx1(c1) - Rx2 (c2 ) - oba układy central loop, 2. Rx2 (c2 ) - Rx1(off1) - jeden układ central
loop, drugi offset loop, 3. Rx1(c1) - Rx1(off1) - central loop i offset loop itd. (Rys. 19).
Tx1 Tx2 Tx3
Rx (c )
Rx (off ) Rx (off )
linia profilu
1 1
1 2
Rx (c ) Rx (off )
Rx (c )
3
2 3
Rys. 19. Konfiguracja składająca się z kombinacji układów central loop i offset loop
Wyniki interpretacji 1D danych syntetycznych dla poni\
ej opisanych modeli i dla
dwóch układów pomiarowych (Rys. 19) pokazały, \
e zastosowana metodyka pomiarowa
pozwoliła na znaczną poprawę rozdzielczości i zmniejszenie ekwiwalencji w interpretacji
danych TDEM. Wykonano modelowania dla typowych modelów symulujących ośrodek
hydrogeologiczny (Krivochieva and Chouteou, 2001).
Model A to model ośrodka 3-warstwowego ze zmienną opornością drugiej warstwy (warstwa
niskooporowa, rys. 20). Model B to dwuwarstwowy ośrodek zawierający
przypowierzchniową warstwę wysokooporową będącą z
ródłem efektu polaryzacji
wzbudzonej (IP) zalegajÄ…cÄ… na warstwie niepolaryzujÄ…cej (rys. 21). Model C zawiera
strukturę 3D umieszczoną w warstwowanym ośrodku (rys. 22).
31
Rys. 20 Model A Rys. 21 Model B
Rys. 22 Model C
Dla danych syntetycznych odpowiadających modelowi A wykonana została interpretacja 1D
przy wykorzystaniu układu central loop i offset loop (tabela 33).
Tabela 33. Rezultaty jednoczesnej inwersji 1D dla układu central loop i offset loop dla
modelu A (rys. 20)
32
Wyniki interpretacji dla układu central loop wskazują na dobrą dokładność tej interpretacji
dla pierwszej warstwy. Wyinterpretowane oporność i mią\
szość dla drugiej warstwy są lekko
zawy\
one. Dla układu pomiarowego z offsetem 40 metrów otrzymano podobne wyniki
interpretacji, natomiast dla układu z większym offsetem (60 m) oporność wyinterpretowana
drugiej warstwy jest bardzo zawy\
ona i zmienia się pomiędzy 14.4 a 14.9 &!m (podczas gdy
oporność rzeczywista ma wartość 3 &!m, rys. 20). Bardzo dobre rezultaty wyników
interpretacji uzyskuje się przy wykorzystaniu kombinacji układów pomiarowych central loop
i offset loop niezale\
nie od wielkości offsetu (40 i 60 metrów, tabela 33).
Dla modelu B, gdzie pierwsza warstwa jest b. wysokooporowa mamy do czynienia z efektem
IP. W tym przypadku wyniki interpretacji dla układów z offsetem są du\
o bli\
sze modelowi
rzeczywistemu ni\
dla układu central loop (tabela 34). Dla tego układu wyinterpretowana
miÄ…\
szość pierwszej warstwy jest zani\
ona a oporność tej warstwy traktowana jako oporność
izolatora. Równie\
wyinterpretowana oporność drugiej warstwy jest bardzo zawy\
ona (tabela
34).
Tabela 34. Rezultaty jednoczesnej inwersji 1D dla układu central loop i offset loop dla
modelu B (rys. 21)
Dla modelu C (rys. 22) gdzie mamy do czynienia ze strukturami 2D/3D najlepsze rezultaty
interpretacji 1D uzyskuje się dla układu central loop (tabela 35). Tutaj układ z offsetem daje
du\
o gorsze rezultaty. Z kolei kombinacja dwóch układów (central loop i offset loop) daje
wyniki zadowalające. Widać, \
e układ central loop jest najmniej podatny na wpływ struktur
2D/3D.
33
Tabela 35. Rezultaty jednoczesnej inwersji 1D dla układu central loop i offset loop dla
modelu C (rys. 22)
Analiza przykładów dla modeli A, B i C wskazuje, \
e oba układy u\
yte jednocześnie
pozwalajÄ… na bardziej efektywnÄ… interpretacjÄ™ dla modelu warstwowanego. Uzyskuje siÄ™
równie\
lepszą rozdzielczość wyników interpretacji, redukcję efektu IP przy wykonywaniu
inwersji 1D jednocześnie dla układu central loop i offset loop a tak\
e redukcjÄ™ efektu 2D/3D.
Jak widać kombinacja układów central loop i offset loop jest uniwersalna i taka metodyka
pomiarowa powinna być stosowana dla zapewnienia efektywności i odpowiedniej
rozdzielczości przy rozpoznawaniu zarówno głębokich jak i płytkich struktur (Krivochieva
and Chouteou, 2001).
5. Metoda procesów przejściowych w badaniach kompleksowych
Metoda TDEM to bardzo silne narzędzie słu\
ące rozpoznaniu środowiska
geoelektrycznego i mo\
e być efektywnie wykorzystywana w kompleksie z innymi metodami
elektromagnetycznymi. Wa\
ne jest, \
e w tej metodzie eliminowanych jest wiele  zaburzeń
występujących np. w metodzie MT, takich jak static shift (Jones, 1988) czy szerzej  galvanic
distortion (Ledo et al., 2002). Dlatego metoda ta często jest u\
ywana jako metoda
towarzysząca metodzie MT w celu wprowadzenia poprawki na przesunięcie statyczne (Meju
M.A., 1996, 2002) i uzupełnienia metody MT np. dla zbadania płytkich struktur (Krivochieva
S., Chouteau M., 2003, Manzella A. et al., 2004).
Jednym z zastosowań metody TDEM jest jej wykorzystanie do rozpoznawania
środowiska hydrogeologicznego wraz z metodą magnetotelluryczną. Przykładem mo\
e być
wykorzystanie obu metod na przedmieściach miasta Meksyk (Krivochieva S., Chouteau M.,
2003). Celem badań było zapewnienie wody pitnej dla mieszkańców południowych
przedmieść miasta. Główne cele to: określenie geometrii formacji wodonośnej i określenie
34
przebiegu ni\
ej le\
ących formacji. Zakres częstotliwości zastosowany w metodzie MT
wynosił od 300 Hz do 0,002 Hz. Metodą TDEM zostały wykonane płytkie badania (40*40,
rozmiar pętli nadawczej) i głębokie sondowania (100*100, rozmiar pętli nadawczej) w
zakresie 88µs do 70ms .
W badanym obszarze miały miejsce silne efekty galwaniczne zakłócające krzywe sondowań
MT. Zastosowana metoda TDEM umo\
liwiła analizę zjawiska  galvanic distortion na tym
obszarze i wprowadzenie poprawki przy wykorzystaniu procedur dekompozycji. Dodatkowo
(oprócz zaburzeń galwanicznych) w badanym obszarze występuje zaburzenie danych MT w
przedziale częstotliwości 0,3 do 3 sekund - zaburzenie przez boczne struktury (anizotropia)
znajdujące się na głębokości 500  700 metrów. W rozpatrywanym obszarze metoda TDEM
pozwoliła na rozpoznanie trzech pierwszych warstw, co było niemo\
liwe w przypadku
metody MT. Pierwsza warstwa (miÄ…\
szość: 26 - 50m ) to piaskowce-ilaste o oporności
17 - 26&!m , druga warstwa to wysokooporowe bazalty (miÄ…\
szość: 40 - 50m ), trzecia
warstwa to gruba warstwa piaskowcowo-ilasta, poni\
ej sÄ… piaskowce ( 400 - 600m ,
6 - 30&!m ) le\
ące na bazalcie spękanym ze słodką wodą a głębiej znajduje się
wysokooporowe podło\
e. Wykonana została interpretacja 1D danych MT metodą OCCAMA
i inwersja 2D z uwzględnieniem wyników interpretacji danych TDEM dla pierwszych trzech
warstw z wprowadzeniem poprawki na zaburzenia galwaniczne. To umo\
liwiło efektywne
rozpoznanie i określenie geometrii ośrodka hydrogeologicznego i warstwy wodonośnej oraz
otaczającego środowiska geologicznego. Interpretacja danych MT i TDEM pozwoliła tak\
e
na wskazanie stref niskooporowych poni\
ej bazaltu (gdzie znajduje siÄ™ warstwa ochronna
zasilona).
Metoda procesów przejściowych ma równie\
zastosowanie w kompleksie z innymi
metodami geofizycznymi np. z metodą sejsmiczną. Przykładem takiego zastosowania jest
u\
ycie obu metod w rozpoznaniu struktur rudnych węglanowo-potasowych w Ameryce
Północnej (Chouteau M. et al., 1997). Mamy tam do czynienia z sekwencją
płaskorównoległych warstw (model 1D) składających się z soli i anhydrytów zawierających
zło\
a węglanowo-potasowe. Obszar wydobycia znajduje się na głębokości 900-1100 metrów
przy czym pokłady mają grubość od 2,5 - 5m . Problemem jest tutaj oczywiście głębokość
zło\
a i jego mała mią\
szość, problemem górniczym jest równie\
dopływ wody. Efektywność
rozpoznania ośrodka (w tym formacji wodonośnej) zapewniona została dzięki zastosowaniu
kompleksu metod sejsmicznych (sejsmika refrakcyjna i refleksyjna) jak i metod
elektromagnetycznych z których największą rolę odegrała metoda TDEM (w zakresie
35
czasowym od 6µs - 70ms ). Metoda TDEM okazaÅ‚a siÄ™ najlepsza ze wzglÄ™du na gÅ‚Ä™bokość
penetracji i rozdzielczość pionową w rozpoznaniu środowiska hydrogeologicznego. Badania
wykonane zostały z chodnika zlokalizowanego powy\
ej badanego rejonu. Metoda TDEM
została zastosowana do kartowania formacji wodonośnej, która charakteryzuje się niską
opornością. Efektywność zastosowania metody TDEM (interpretacja 1D) okazała się wysoka
i formacja wodonośna o mią\
szości ok. 5m i oporności poni\
ej 1&!m określona została w
odległości ok. 80m od chodnika. Badania w tym rejonie jak równie\
w podobnym obszarze
górniczym w Brazylii wskazują, \
e przy zastosowaniu metody TDEM mo\
liwe jest
osiągnięcie du\
ej rozdzielczości i przy niskiej oporności kompleksu wodonośnego mo\
liwe
jest wykrycie tej warstwy o miÄ…\
szości ok. 2,5m w odległości ok. 120m od chodnika.
Jak wcześniej wspomniano w Polsce na początku lat 90-tych poprzedniego wieku
zwrócono uwagę na mo\
liwości zastosowania metody procesów przejściowych w kompleksie
z metodą elektrooporową przy monitorowaniu migracji zanieczyszczeń w warstwie
wodonośnej (Antoniuk et al., 1991). Wykazano wówczas, \
e metoda elektrooporowa daje
bardzo dobre rezultaty w sytuacji gdy warstwa wodonośna występuje we fragmencie K
przekroju geoelektrycznego jako warstwa środkowa. Kolektor nasycony wodą o naturalnej
mineralizacji zaznacza się na krzywych sondowań jako maksimum. Dopływ zanieczyszczeń i
zmniejszenie się oporności warstwy wodonośnej prowadzi najczęściej do zmiany sekwencji
oporności z typu K na Q lub H. W warunkach bardzo małej mineralizacji wody zaznacza się
przewaga metody elektrooporowej w rozpoznaniu tego ośrodka. W warunkach du\
ej
mineralizacji zaznacza się przewaga metody procesów przejściowych. Wynika to z tego, \
e w
takim przypadku rosną efekty indukcyjne na których bazuje ta metoda.
Literatura
Antoniuk J., Maćkowski T., Klityński W., 1991, Analiza rozdzielczości krzywych sondowań
elektrooporowych i procesów przejściowych w aspekcie monitorowania zanieczyszczeń wód
podziemnych, materiały konferencyjne, Jaworze, T.2 s.109-126.
Giovani Barrocu & Gaetano Ranieri, 2000, 16th Salt Water Intrusion Meeting, Międzyzdroje,
Poland, 12-15 June 2000.
Chauteau M., Philips G., Prugger A., 1997, Mapping and Monitoring Soft rock Mining,
Procedings of Exploration 97: Fourth Decennial International Conference on Mineral
Exploration, p. 927-940.
Chow-Son Chen and Shuhjong Tsao, 2001, Time-Domain Spectral IP and Its Applications in
the Southern Chinkuashih Area, Northern Taiwan, TAO, Vol. 12. No. 4, 483-586.
36
Descloitres M., Guerin R., Albobuy Y., Tabbagh A. and Ritz M., 2000, Improvement in
TDEM sounding interpretation of induced polarization. JA case study in resistive rocks of the
Fogo volcano, Cape Verde Islands, Journal of Applied Geophysics, Vol. 45, Issue 1, p. 1-18.
Jones, A., G., 1988. Static shift of magnetotelluric data and its removal in a sedimentary basin
environment, Geophysics, 53, 967-97.
Kauffman A.A. and Keller G.V., 1983, Frequency and Transient Soundings, Elsevier
Amsterdam, Methods in Geochemistry and Geophysics, No. 16, 685 p.
Keller G.V., Pritchard J.I., Jacobson J.J. and Harthill N., 1984, Megasource Time-domain
Electromagnetic Sounding Methods, Geophysics ol. 49, No. 7, p. 993-1009.
Keller G.V., 1997, Principles of time-domain electromagnetic (TDEM) sounding, The
Leading Edge, April 1997, v. 16 no. 4; p 355-357.
Klityński W., Miecznik J., 1998, Kartowanie podło\
a wysokooporowego metodą procesów
przejściowych, Nafta  Gaz, nr 1/1998
Krivochieva S., Chouteau M., 2001, Improvement in 1D TDEM Interpretation by
Simultaneous Inversion of Data from Two Loop Configurations. JEEG, Vol. 6, Issue 1, pp.
19-32.
Krivochieva S., Chouteau M., 2003, Integrating TDEM and MT methods for characterization
and delineation of the Santa Catarina aquifer (Chalco sub-Basin, Mexico), Journal of Applied
Geophysics, Vol. 53, Issue 1, p. 23-43.
Ledo, J., P. Queralt, and J. Pous, 1998. Galvanic Distortion on magnetotelluric data over a
3-D regional structure Geophys. J. Int., 132, 295-301.
Manzella A., Volpi G., Zaja A., Meju M., 2004, Combined TEM-MT investigation of
shallow-depth resistivity structure of Mt Somma-Vesuvius, Journal of Volcanology and
Geothermalresearch 131, p. 19-32.
Meju M.A, 1996, Joint inversion of TDEM and distorted MT soundings: some effective
practical considerations, Geophysics, 61 91, p. 56-65.
Meju M.A, 2002, Geoelectromagnetic exploration for natural resources: models case studies
and Challenges. Surv. Geophysics, 23, p. 133-205.
Nagendra Pratap Singh and Toru Mogi, 2003, Effective skin depth of EM fields due to large
circular loop and electric dipole sources, Earth Planets Space, 55, 301-313.
Papadopoulos, P. Tsourlos, P. Karmis, G. Vargemeziz and G.N. Tsokas, 2004, A TDEM
survey to define local hydrogeological structure In Anthemountas Basin, N. Greece, Journal
of Balkani Geophysical Society, Vol. 7, No. 1, p. 1-11.
Parasnis , D.S., 1986, Principles of applied geophysics: Chapman and Hall, 402 p.
37
Kenneth L. Zonge, 1993, Introduction to TDEM, Practical Geophysics II, Northwest Mining
Association. Zonge Engineering and Mearch Organization Inc, USA.
38