Под высокочастотными (ВЧ) методами электроразведки обычно понимают исследования с помощью электрических и магнитных диполей на частотах выше звуковых (от 15 кГц до десятков МГц). Электромагнитные волны этих частот относятся к разряду радиоволн, и подчиняются их законам распространения, поглощения и отражения. Возбуждающие и приемные диполи здесь часто называют антеннами, т.к. они мало чем отличаются от подобных радиотехнических устройств. Радиоволны сильно затухают в земле, поэтому ВЧ методы - малоглубинные: от первых метров до 100-120 м. Из наземных методов разведки наибольшее распространение получили: метод РадиоКИП (радиокомпарации и пеленгации), дипольные электромагнитные методы профилирования (ДЭМП) и зондирования (ДИЗ - дистанционные, ЧЗ - частотные). Ниже рассматриваются некоторые практические аспекты применения этих методов.
Метод РадиоКИП
В качестве генератора сигнала используют широковещательные станции ДВ (150-450 кГц) – СВ (525-1200 кГц) диапазона и специальные (навигационные) СДВ (15-30 кГц) станции. Приемник может быть специальным (ПИНП-2, СДВР-3(4), много зарубежных образцов метода СДВ - VLF), либо доработанным бытовым радиоприемником с миливольтметром. Основной способ – определение импеданса (волнового сопротивления среды), путем измерения напряженности электрического и магнитного поля радиостанции. Расчетная формула для эффективного кажущегося сопротивления:
r эфф = (1/2p fm )× |Z|2
f – частота радиостанции, [Гц]
m » m 0 = 4p × 10-7 - магнитная проницаемость, [Гн/м]
Z = Er/ Hj - импеданс, [Ом]
Er – радиальная электрическая составляющая поля
Hj - горизонтальная магнитная составляющая поля
Для амплитудных отчетов, формула вычисления импеданса выглядит так:
Z = [U(Er)/ U(Hj )]× (g/hl)
U(Er) и U(Hj ) – отчеты по измерителю (микровольтметру) [мкВ],
g – коэффициент преобразования (чувствительность) магнитной рамки [Ом×м],
hl - действующая длина электрической приемной линии [м]:
для заземленной линии hl = l (длина линии),
для стелющейся изолированной линии hl = 0,5× l
В качестве магнитной рамки обычно используют ферритовую антенну, расчет чувствительности для нее, при известных параметрах, можно найти в радиотехническом справочнике. Если характеристики антенны неизвестны, то можно строить графики и карты в величинах: |Z|2 или |Z|2/f (если используете несколько частот радиостанций) , которые будут пропорциональны r эфф. Для удобства предоставления результатов, можно ввести свой масштабный коэффициент, или путем сопоставления графиков полученных другими методами, рассчитать согласующий коэффициент.
На рисунке 1 показан пример такого сопоставления. Установленный коэффициент согласования: k = 100, для расчета по ф-ле:
rэфф = k× [U(Er)/ U(Hj )]2
(рабочие измерения проводились по одной радиостанции).
Предоставляемые материалы (графики и карты) в РадиоКИП носят качественный характер, поэтому точного расчета параметров установки не требуется. Ошибки метода обусловлены изменчивостью поля, нестабильностью аппаратуры, влиянием рельефа и методическими просчетами (ориентация антенн, не идентичность наблюдений и т.п.). Для уменьшения погрешностей необходимо проводить учет вариации поля станции и контрольные измерения. Относительная ошибка измерений по Z не должна превышать 10 %.
Глубинность исследований методом РадиоКИП зависит от частоты радиосигнала: чем она больше, тем меньше проникающая глубина электромагнитного поля. Ориентировочную глубину определяют по величине скин-слоя, в котором амплитуда волн данной частоты ослабляется в 2,7 раза:
d [м] » 503(r /f)1/2
Проводя съемку на двух и более частотах можно судить об изменении электросопротивления с глубиной, вплоть до построения качественных геоэлектрических разрезов.
Методика работ определяется используемой аппаратурой. Кроме амплитудных измерений, возможны определения компонент наклона магнитного эллипса поляризации, вещественных и мнимых составляющих электромагнитного поля, амплитудно-фазовые измерения. При амплитудных измерениях желательно исследовать все три компоненты магнитного поля: Hj , Hr, Hz , электрическую составляющую Er , и по возможности Ez (вертикальная телескопическая антенна). Тогда по Hj , Er можно судить об эффективном сопротивлении; по Hr (минимальный сигнал магнитной антенны в горизонтальной плоскости) -контролировать помехи; Hz служит показателем неоднородности разреза, т.к. над горизонтально-слоистой средой эта составляющая отсутствует; по Ez - следить за мощностью и дрейфом сигнала станции. Профиля работ необходимо намечать в направлении на радиостанцию, это необходимо для удобства ориентации электрической антенны (Er), в виде незаземленного провода. При отклонении от пеленга не более 30 градусов, провод (антенна) просто тянется вдоль профиля, не требуя дополнительной ориентации. Длина изолированной линии обычно равняется шагу съемки (от 5 до 20м); точка наблюдения относится к концу стелющейся линии, противоположной (!) , подключаемой к измерителю.
РадиоКИП является самым экспрессным методом электроразведки, аппаратура легко носимая, работа ведется одним оператором; при этом метод решает практически все задачи профилирования. Им прекрасно выделяются обводненные зоны, выходы коренных пород к поверхности, вечная мерзлота и валунистость. Методу не требуется хорошее заземление, поэтому он может использоваться в любой сезон и на любой местности. К недостаткам относятся: нестабильность приема радиостанций (особенно в удаленных местностях), зависимость разбивки профилей от направления на станцию, влияние рельефа профиля и окружающей местности (в горных районах).
Дипольное электромагнитное профилирование (ДЭМП)
Метод ДЭМП основан на принципе возбуждения переменного электромагнитного поля высокой частоты, с помощью электрического или магнитного диполя, и регистрации компонент вторичного вихревого поля на некотором расстоянии. Если в методе РадиоКИП первичное поле дальней станции представляется в виде плоской волны, то в ДЭМП - она сферическая, что делает теоретическую модель более сложной и приближенной. Видимо это сказалось и на практической реализации метода, вследствие малого количества и номенклатуры выпущенного оборудования. ДЭМП скорее считали и считают одним из видов индукционных методов разведки, и соответствующая серийная аппаратура выпускалась только для регистрации магнитных компонент поля. Приборы для импедансных измерений делали только в некоторых научных организациях, в опытных экземплярах. За рубежом этот метод вообще не развивался. Итак, из аппаратуры ДЭМП, к настоящему времени, доступны приборы, основанные на возбуждении и регистрации поля магнитными диполями в виде рамок (АЭММ-3) и ферритовых антенн (ДЭМП-2(3), ДЭМП-СЧ). При этом, возбуждение проводят вертикальным магнитным диполем, а измеряют все три компоненты магнитного поля: Hz, Hr, Hj . Затем по приближенной формуле, либо исходя из теоретической зависимости Hz/Hr от волнового параметра p = r эфф/(r2f) для однородной среды, находят r эфф. Формула для приближенного расчета имеет вид:
r эфф = 2r2f× (Hz/Hr)
r – расстояние между генератором и приемником, [км]
f – частота генератора, [кГц]
Hz/Hr – отношение вертикальной и горизонтальной составляющей магнитного поля.
Более точная формула, аппроксимирующая зависимость для волнового параметра p , записывается так:
r эф = kэф r2f× (Hz/Hr) _____ где: _____ kэф = 2× (1 - exp[- 0,34× (Hz/Hr)])
Эффективная глубина исследований hэф » r/4 [Р.Б. Журавлева]. Материалы профилирования методом ДЭМП (графики и карты), как и в РадиоКИП, носят качественный характер, однако измерения более стабильны и повторяемы. Погрешность воспроизведения составляет около 5 %. Точку наблюдения относят обычно к точке стояния приемника. Решаемые задачи те же, что и в остальных методах профилирования. Преимущества: работа в любой сезон и на любой местности. Недостатки: необходимость вносить поправки за влияние рельефа профиля.
Дистанционные индукционные зондирования (ДИЗ)
Аппаратурой ДЭМП можно проводить дистанционные (геометрические) зондирования. По сложившейся терминологии их называют индукционными. При работе вдвоем способ таков: Приемник неподвижен, генератор переносится на расстояние r1, r2 …и т.д. С увеличением r глубинность увеличивается. Типичные разносы: r = 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 70, 100 м. Точка зондирования относится к приемнику. Для проведения встречных наблюдений, приемник остается на точке зондирования, а генератор передвигают на расстояния r1, r2 … и т.д. в противоположном направлении и проводят повторные замеры. При работе в одиночку, для быстроты работы: генератор закрепляется, а оператор с приемником перемещается по профилю на расстояния r1, r2 …и снимает показания. Точку наблюдения также относят к приемнику. Тут надо немного пояснить: дело в том, что сравнивая профилирование на постоянном токе (точка наблюдений - середина установки) и ДЭМП, выявлены характерные экстремумы графиков, при отнесении точки записи ДЭМП к приемнику (см.рис.1).
При построении качественных геоэлектрических разрезов встречных систем наблюдений, выявлена хорошая детализация известных элементов разреза, при отнесении наблюдений также к приемнику. Вообще, для уменьшения влияния анизотропии пород разреза, желательно проводить наблюдения дважды: прямым и обратным ходом.
На рисунке 2 представлен пример сопоставления разрезов, пройденных ходом на юг (верхний), ходом на север (средний) и просуммированная трасса (нижняя) над проложенной в земле металлической трубой (диаметром 0,5 м на глубине около 4 м). Как видно из рисунка, труба хорошо выделяется при одиночном проходе только в одном направлении, возможно за счет “экранного” эффекта стенок канавы и таяния снега в северном углу. Однако при суммировании трасс, получаем очень контрастное выделение трубы в разрезе и меньший эхо-сигнал.
Расчет r эф производится по формулам профилирования для данного разноса (приближенным, либо теоретическим). Следует отметить, что построение кривых зондирования и количественная интерпретация затруднительна. Реальные кривые обычно отличаются от теоретических (более дифференцированы), даже во встречных системах наблюдений. Возможно, сказывается влияние токов смещения, на высокой частоте. Отбраковка и сглаживание сильно искажают результат и получаемый разрез, бывает, не стыкуется с геологическими данными. Количественная интерпретация возможна при благоприятных условиях: однородный слоистый разрез, без резких изменений по физическим свойствам. Для корректной отбраковки необходимы измерения на двух-трех частотах, что увеличивает объемы работ, но не всегда приводит к положительным результатам. Поэтому рекомендую результаты зондирований представлять в виде геоэлектрических псевдоразрезов. В качестве оси глубин использовать (в первом приближении) значение r/4, т.к. в отличии от электрического диполя, у которого в однородном поле эффективная мощность проводящего слоя heэф = r/2 , у магнитного диполя он в 2 раза меньше, т.е. hmэф = r/4 [В.С. Титлинов, Р.Б. Журавлева]. Для уточнение глубины, использовать измерения по известным буровым линиям, характерных для данной местности, и привлекать данные других методов, в частности сейсморазведки МПВ.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://davyde.by.ru/
Похожие работы
... (здесь сигнал снимается с конденсатора C29). Приемник позволяет подключать внешнюю антенну и имеет телефонный разъем. В качестве измерителя выступал “китайский” мультиметр Micromass. Методика работы Работы методом РадиоКИП сводятся к измерению магнитного и электрического поля удаленной радиостанции, расчет импеданса и пересчет в r эфф среды. Измерения проводим так: при отключенной внешней ...
... ; добавить еще одну измеряемую частоту, чтобы можно было воспользоваться дополнительно обработкой методом частотной дисперсии (на сульфиды), привлекать при интерпретации данные других геофизических методов. Радиометрия Процесс березитизации сопровождается привносом калия, поэтому для выделения березитов, генетически связанных с кварцевыми жилами, можно применять гамма-спектрометрию и ...
... распада радиоактивного углерода С-14 (изотопа углерода с атомным весом 14), метод так называемых ленточных глин, с помощью которого устанавливается время отступания ледников. 2.2.Разновидности науки археологии. Как правило, археолог сосредоточивается на более или менее ограниченной тематике – по той простой причине, что сама эта наука слишком обширна и достичь одинаковой квалификации во всех ...
... 203) для поиска структурных ловушек россыпного золота. Работы проводились на вскрытом полигоне ложковой россыпи, подготовленной под отработку гидромониторным способом. Пройдено 5 профилей съемки. На площади были пробурены 3 линии, по которым проводилось сопоставление результатов, после окончания геофизических работ. Поверхность плотика оценивалась по эффективному удельному сопротивлению (r эфф), ...
0 комментариев