Опыт зондирований методом переходных процессов на урбанизированных территориях города Екатеринбурга Текст научной статьи по специальности «Геология»

Научная статья на тему 'Опыт зондирований методом переходных процессов на урбанизированных территориях города Екатеринбурга' по специальности 'Геология' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 38 — Геология
  • ВАК РФ: 25.00.11; 25.00.12
  • УДK: 55
  • Указанные автором: УДК: 550:34:662.1

Статистика по статье
  • 90
    читатели
  • 17
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
  • ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ
  • УРБАНИЗИРОВАННЫЕ ТЕРРИТОРИИ

Аннотация
научной статьи
по геологии, автор научной работы — Мухаметшин А. М., Петряев В. Е.

Приведены результаты зондирования методом переходных процессов, проводимого с целью выявления и локализации электропроводных зон с определением их элементов залегания падения и простирания.

Научная статья по специальности "Геология" из научного журнала "Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)", Мухаметшин А. М., Петряев В. Е.

 
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по геологии , автор научной работы — Мухаметшин А. М., Петряев В. Е.

Текст
научной работы
на тему "Опыт зондирований методом переходных процессов на урбанизированных территориях города Екатеринбурга". Научная статья по специальности "Геология"

УДК 550:34:662.1
© А.М Мухаметшин, В.Е. Петряев, 2011
А.М. Мухаметшин, В.Е. Петряев
ОПЫТ ЗОНДИРОВАНИЙ МЕТОДОМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ ГОРОДА ЕКАТЕРИНБУРГА
Приведены результаты зондирования методом переходных процессов проводимого с целью выявления и локализации электропроводных зон с определением их элементов залегания - падения и простирания.
Ключевые слова: метод переходных процессов, геоэлектрический разрез, урбанизированные территории.
ІГЛак известно, аппаратура метода переходных процессов работает в диапазоне времени от нескольких микросекунд до нескольких десятков миллисекунд. В некоторых видах аппаратуры, которую используют и для решения задач структурной электроразведки, переходный процесс регистрируется в диапазоне от долей миллисекунд до нескольких десятков секунд. Измеряемой величиной является отнесенная к току в генераторном контуре производная по времени от потока неустано-вившегося магнитного поля через приемный контур. Иногда измеряется непосредственно поток неустановившегося поля через приемный контур, отнесенный к току в генераторном контуре. Измеряемая величина для сосредоточенного приемного контура нормируется на число витков и площадь одного витка в квадратных метрах, т.е. на эффективную площадь контура [1].
В стандартном варианте обычно аппаратура МПП содержит генератор импульсов тока (генератор), нагруженный на не-заземленную проволочную петлю (генераторный контур); приемный контур в виде проволочной петли (двухпетлевой вариант МППД) или многовитковой рамки (рамочно-петле-вой вариант МППР), со-
единенный с измерителем неустановив-шегося напряжения напрямую либо через предварительный усилитель. Модификация метода, в которой генераторным и приемным контуром служит одна и та же петля, получила название однопетлевой (МППО). Аналогичные результаты измерений могут быть получены с двумя петлями - генераторной и приемной, которые пространственно совмещены. Этот вариант в дальнейшем сокращенно называют МППД, как и в случае пространственно разнесенных петель. Многовитковая приемная рамка может устанавливаться не только на поверхности земли, но и опускаться в скважину (скважинная модификация рамочно-петлевого варианта СМПП) [1].
В качестве генератора используется коммутатор тока тиристорного или транзисторного типа и устройство управления. Источником энергии служит для него источник постоянного тока. Для некоторых видов аппаратуры это аккумуляторная батарея, для других - питаемое от переносной электростанции выпрямительное устройство. Как правило, источник постоянного тока выполнен в виде самостоятельного конструктивного блока, нередко вмонтированного в корпус генератора [1].
Измеритель обычно включает в себя входное стробирующее устройство, соединенное через усилитель последовательно с накопителем и индикатором напряжения. Все эти устройства соединены с узлом управления, элементы которого вместе с индикатором размещены на передней панели измерителя. Накопитель и индикатор напряжения выпускались аналоговыми или цифровыми. В последнем случае измеритель имеет дополнительно аналого-цифровой преобразователь. В некоторых приборах он включен между усилителем и цифровым накопителем, в других - между аналоговым накопителем напряжения и цифровым регистратором. Узел управления представляет собой логическую цифровую схему с элементами управления, позволяющими устанавливать диапазон времени регистрации, диапазон измеряемого напряжения и другие режимы работы. В аппаратуре, зарекомендовавшей себя с наилучшей стороны, измеритель построен с применением микропроцессорной техники по магистрально-модульному принципу. Измеритель содержит процессор ПРЦ, оперативное запоминающее устройство ОЗУ, постоянное запоминающее устройство ПЗУ, пульт управления, индикатор измеряемого напряжения, а также входной аналого-цифровой преобразователь АЦП. Каждый из этих узлов присоединен к магистрали (система проводников, по которым передаются адресные и информационные данные) [1].
Генератор создает в незаземленной петле однополярные или разнополярные импульсы тока. Формирование импульсов осуществляется коммутатором, подключающим на заданный интервал времени источник постоянного тока к незаземлен-ной петле. Этот процесс периодически повторяется. Длительность разнополярных импульсов тока приблизительно равна длительности пауз. В режиме однопо-
лярпых импульсов тока длительность их составляет менее 1/3 длительности паузы. При зондировании горизонтальнослоистого разреза рабочая часть паузы составляет 1/3 от длительности импульса тока, чтобы можно было пренебречь влиянием фронта включения. Приемная петля или рамка преобразует неустано-вившееся поле в электрический сигнал, который поступает на вход измерителя.
Устройство стробирования блокирует вход измерителя во время токового импульса и подключает его к выходу приемного контура на промежутки времени ^ с задержкой ^, относительно заднего фронта токового импульса. Сформированные таким образом строб-импульсы напряжения сигнала усиливаются, суммируются и усредняются накопителем, в качестве которого может использоваться аналоговая интегрирующая цепь (синхронный фильтр). В этом случае усредненное на интервале времени Дt напряжение в течение N периодов накопления регистрируется стрелочным прибором или после аналого-цифрового преобразования регистрируется цифровым индикатором. Указанные операции производятся для ряда значений задержки й, максимальное число которых достигает несколько десятков. Для аналоговой аппаратуры в каждом цикле измерений регистрируется напряжение сигнала, соответствующее одной задержке. В цифровой аппаратуре в одном цикле регистрируется напряжение для нескольких десятков (сотен) значений задержки ^ [1].
Сигнал, поступающий на измеритель, часто осложнен внешними электромагнитными помехами. Накопление сигнала путем многократного повторения переходного процесса и суммирования выборки сигнала, соответствующей задержке ^, существенно увеличивает отношение полезного сигнала к помехе, равномерно распределенной в широком диапазоне
частот. Эффект накопления имеет место и при интегрировании (усреднении) сигнала на интервале Дt в одной реализации, если на этом интервале сигнал спадает достаточно медленно. Для усиления этого эффекта временной интервал Дt увеличивают пропорционально задержке 1. Вместе с тем накопление сигнала недостаточно эффективно подавляет интенсивные помехи, сосредоточенные в относительно узкой полосе частот, например промышленные гармонические помехи. Для уменьшения влияния таких помех период стробирования выбирают кратным периоду помехи. В случае разнополярных импульсов тока возбуждения вычитание двух строб-импульсов, задержанных на одно и тоже время 11 относительно импульсов тока положительной и отрицательной полярности, приводит к сложению полезного сигнала и вычитанию помехи. Для однополярных импульсов тока возбуждения из одного (рабочего) строб-импульса сигнала вычитается другой (спорный) строб-импульс, задержанный по отношению к первому на промежуток времени, кратный периоду помехи. В этом случае полезный сигнал уменьшается незначительно, но, как и в первом случае, основная и все остальные гармоники промышленной частоты, а также медленно меняющиеся помехи существенно подавляются. Импульсные помехи, сосредоточенные в узкой временной области, так называемые «атмосфери-ки», исключаются путем отбрасывания результата измерения, пораженного этой помехой. В аналоговой аппаратуре эту операцию производит наблюдатель, в программно-управляемой аппаратуре— микропро-цессор после некоторых логических операций [1].
Как известно, при изучении ранних стадий при зондированиях методом переходных процессов (ЗМПП), метод позволяет изучить верхнюю часть геоэлектри-
ческого разреза, обеспечивая возможность решения гидрогеологических и инженерно-геологических задач. Для всех этих целей используется аппаратура с широким временным диапазоном [1].
При исследованиях на урбанизированных территориях достаточно эффективной оказалась трансформация неустано-вившегося сигнала в кривые кажущейся продольной проводимости Sx (или относительной скорости затухания переходного процесса) и эффективной глубины исследования Нт. Эти параметры вычисляются по значению неустановившегося сигнала и его производной или по значениям сигнала для двух соседних моментов времени измерения [1].
Зондирование методом переходных процессов предусматривалось с целью выявления и локализации электропроводных зон с определением их элементов залегания - падения и простирания. Полевые электроразведочные исследования ЗМПП выполнены в объёме 6 основных и 1 контрольной физических точек рамками 50х50 м с шагом 25-50 м на площади застройки 110х140 м в условиях развитой сети подземных коммуникаций и временных строений.
Изучение неустановившегося магнитного поля вихревых токов в геологических образованиях разреза проводилось при ступенчатом изменении тока в неза-земленном генераторном контуре размером 50-60х50-40 м, расположенном на поверхности земли. Измерения отношения наведенной ЭДС в приёмном (соосном) незаземленном контуре (аналогичных размеров) к силе тока (21-22 А) в генераторном контуре проводились с использованием специализированной аппаратуры «Импульс-Ц2» на временах задержки от
0,064 до 8,0 мсек. Наблюдения переходного процесса на каждой точке зондирования состояли из 3 независимых повторных циклов измерений (и/1, мкВ/А) в
диапазоне времени 0,064-8,0 мсек, при числе накоплений 50 на каждой временной задержке. Таким образом, каждое результирующее значение переходной характеристики является средним из 150 рядовых однократных измерений. Кроме того, были выполнены контрольные замеры в объёме 16,7% от основных измерений. Средняя арифметическая погрешность полевых наблюдений ЗМПП при этом не превысила 3 %. Камеральная обработка зондирования методом переходных процессов заключалась: 1 -в построении переходных характеристик и их анализе; 2 -в расчётах кажущегося реактивного сопротивления и определении эффективной глубины зондирования; 3 - в расчётах относительной скорости затухания переходного процесса и её приращений в разрезе; 4 - в выделении и локализации горизонтов повышенной электропроводности с определением их элементов залегания на плане и геоэлектрических разрезах.
Результаты зондирования методом переходных процессов представлялись в виде графиков переходных характеристик; совмещённых графиков относительной скорости затухания переходного процесса, кажущегося реактивного сопротивления с вынесенной границей эффективной глубины зондирования и выделенными горизонтами зон повышенной электропроводности. Здесь же, были представлены геоэлектрические разрезы в изолиниях относительной скорости затухания переходного процесса в масштабе 1:500. Кроме того, представлен в масштабе 1:500 «План изомощности кор выветривания», а также составлены «Планы относительной электропроводности некоторых горизонтов (230, 215, 200 м)».
Из анализа переходных характеристик следует, что они соответствуют в некоторой степени однородному по электропроводности геологическому разрезу, не-
смотря на экранирующее влияние наземных металлоконструкций и подземных инженерных сооружений. Для сглаживания влияния помех от инженерных сооружений на результаты измерений и более детальной дифференциации геоэлек-трического разреза, кроме прямого расчета кажущегося реактивного электрического сопротивления (р), были выполнены вычисления относительной скорости затухания переходного процесса [1]. Для учета экранирующего влияния инженерных коммуникаций была определена эффективная глубина зондирования для каждого пункта измерений. Все выполненные вычисления представлены в виде соответствующих графиков в логарифмическом масштабе глубины зондирования с выделенными горизонтами повышенной электропроводности и совмещенными с колонками инженерно-геологических скважин.
Графики кажущегося электрического сопротивления оказались малоинформативными. Сказалось сильное экранирующее влияние инженерных коммуникаций и как следствие - снижение эффективной глубины зондирования. Дополнительным фактором понижения эффективной глубины зондирования явилось увеличение электропроводности и мощности верхней части разреза.
Использование графиков относительной скорости затухания ПП позволило более надежно дифференцировать разрез пределах эффективной глубины зондирования. В верхней части разреза интервалами пониженного сопротивления характеризуются отложения песчаноглинистого состава и щебнисто-
глинистые коры выветривания, что хорошо согласуется с данными инженерно-геологи-ческого бурения. Ниже, отдельный максимум, сменяющийся минимумом относительной скорости затухания (ПК №21), скорее всего, отвечает зоне дробле-
ния и интенсивной трещиноватости, что также не противоречит геологической документации по скважине с-1. Геологогеофизические данные позволили создать прогнозный «План изомощности кор выветривания», на котором просматриваются зоны кор повышенной мощности линейного типа. На юго-востоке участка -субширотного простирания (скважина с-2) и в западной части участка, в площади рамки зондирования ПП ПК №24 - северо-восточного простирания (с-72686, с-79326) субширотная линейная зона дробления падает на юг и характеризуется повышенной электропроводностью. В западной части участка (западная половина рамок ЗМПП ПК №21 и ПК №26 и восточная площадь рамки ПК №25) выделяется зона несколько повышенной электропроводности северо-восточного простирания. Северная часть данной зоны изучена недостаточно. Зона крутопадающая, нарушает корреляцию электропроводных горизонтов и вероятнее всего характеризует блок сильнотрещиноватых, ослабленных пород. Мощность данного тектонического блока 30-50 м. Северовосточная часть участка представлена породами высокого сопротивления. Лишь на глубине 30-35 м (горизонт 215 м) высокоомный блок пород рассекается горизонтальной электропроводной зоной мощно-
стью 3-5 м, которая фиксируется на всей площади участка. Кроме того, в пределах всего участка на отметке 180 м также выделяется достаточно мощная (7-10 м) высокоэлектропроводная зона горизонтального простирания. Электропроводные интервалы данных зон увеличенной мощности вероятнее всего отражают узлы сопряжения тектонических нарушений, например, в интервале пикетов №25-№26.
Отстроенные планы относительной электропроводности горизонтов 215 и 200 м, которые дают представление о пространственной характеристике зон электропроводности с глубиной. Область повышенной электропроводности смещается в юго-восточном направлении, при этом, не меняя своего простирания, установленного на плане горизонта 230 м. На горизонте, расположенном глубже него на 15 метров, горные породы характеризуются более однородным строением, что свидетельствует о том, что электропроводная зона горизонтального простирания, выделенная на геоэлектрических разрезах является маломощной. Построить план относительной электропроводности на большей глубине (например на горизонте 185 м) при имеющихся ЗМПП в количестве 6 петель не представляется возможным.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Электроразведка: Справочник геофизика. В двух книгах/ Под ред. В.К.Хмелевского и В.М.Бондаренко. Книга первая.-2-е изд. - М.: Недра, 1989. шгЛ
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Мухаметшин А.М. - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геоинформатики УГГУ, научный руководитель ООО «ЛЫиК - Инновационные технологии», anisimov_v (dog) гбб.ги
Петряев В.Е.- Уральский государственный горный университет, office@ursmu.ru

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх