瞬变电磁法(简称TEM)由于其诸多优点受到地球物理工作者的青睐并且得到广泛应用。TEM法通过观测一次阶跃电流断电后在地下介质感应的二次场随时间变化规律来达到地质勘探目的,因此深入研究TEM二次场的响应规律,对于TEM法的进一步研究开发是非常必要和有意义的。本文研究工作有:1.系统研究TEM法的方法理论基础,推导频域磁性源电磁场的表达式;研究垂直磁偶极源、矩形回线源电磁场的频-时转换算法。2.系统研究TEM法3D有限差分数值模拟理论和技术方法,推导出离散差分公式,确定初始条件和边界条件处理方法。在此基础上,编程实现TEM法3D有限差分数值模拟算法,并采用与前人对比方法对算法的正确性进行验证。3.开展TEM响应规律及其特征的3D有限差分数值模拟研究。结合野外工作实际,设计多种常见的典型3D地电模型,对地电模型的计算域进行3D组合网格剖分,进而系统开展TEM响应特征的数值模拟和分析研究。其响应特征总结如下:(1)均匀大地的TEM响应特征。在相同条件下,高阻大地TEM响应衰减速度快并向水平方向扩散较早较快,低阻大地TEM响应衰减速度较慢并向水平方向扩散较慢。低阻大地TEM响应有助于提高勘探深度,提供地下更深部的信息,而高阻大地TEM响应有助于提供地下旁侧范围的信息。(2)存在低阻覆盖层的TEM响应特征。低阻盖层使早期TEM响应幅度增强(大小与覆盖层厚度和电阻率有关),使中晚期TEM响应衰减速率减慢和水平分布范围扩大。范围扩大可能模糊地质体与其周围的大地的界限,使人们难以准确判断二者的实际界限。(3)存在高阻基底的TEM响应特征。在早期,高阻基底的影响较小。在中晚期影响明显,不但观测到异常响应等值线明显被“挤压”,而且观测到在高阻基底与上覆大地分界面对应一致的等值线拐点。另外高阻基底使晚期异常响应分布范围明显缩小、幅值明显降低,从而降低对深部地质体的分辨能力。(4)不同尺寸发射线圈的TEM响应特征。当前条件下,线圈尺度越大在大地中激发的TEM响应幅值越高,平面/断面等值线异常形态更清晰,对埋藏地质体的分辨能力更强;另外,尺度大的发射线圈相比尺度小的线圈能够更早探测到旁侧位置地质体的存在。(5)埋深不同地质体的TEM响应特征。埋深小的地质体与发射线圈耦合最佳,在观测周期内几乎均能观测到地质体的TEM异常响应,平面/断面等值线异常清晰,随着时间推移,异常显示越来越明显。埋藏较深的地质体与发射线圈耦合较差,观测周期内,平面图上难以看到埋藏较深的地质体引起的异常响应,仅能从断面图观测到较弱的异常。因此实际工作中根据目标地质体的可能埋藏深度,设计合理的装置尺寸是非常必要的。(6)不同规模地质体的TEM响应特征。早期,规模不同的地质体的TEM响应区别不大,中晚期,其差别(幅值、范围、衰减速度等)逐渐显现。所以区分地质体的规模大小,从TEM响应中晚期来判断更有利。