CC BY
27
Доклады БГУИР
2010 №6 (52)
УДК 621.371:550.837.6
ИМПЕДАНСНЫЕ ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА
Д.В. ГОЛОЛОБОВ1, С В. КАЛИНЦЕВ2, В.Ф. ЯНУШКЕВИЧ2
1 Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь
2Полоцкий государственный университет Блохина, 29, Новополоцк, 211440, Беларусь
Поступила в редакцию 5 мая 2010
Представлены результаты теоретического анализа взаимодействия амплитудно-модулированных сигналов с углеводородной залежью. Даны рекомендации по разработке методов поиска углеводородных залежей.
Ключевые слова: углеводородная залежь, поверхностный импеданс, амплитудно-модулированный сигнал.
Введение
Анализ воздействия амплитудно-модулированных (АМ) сигналов на анизотропную среду (АС), возникающую над углеводородными залежами (УВЗ), способствует эффективному применению электромагнитных методов (ЭММ) в системе геофизической разведки [1]. При этом преследуется цель по обоснованию выбора характеристик электромагнитных сигналов (ЭМС) с АМ, оптимизации методов и аппаратурных средств для качественного повышения производительности геологоразведочных работ.
В качестве исследуемых оценочных характеристик воздействия ЭМС на УВЗ используются импедансные граничные условия. Величина поверхностного импеданса позволяет проводить оценку характеристик и параметров антенн, что может быть использовано для идентификации залежей полезных ископаемых.
Исследования проведены в рамках квазигидродинамического приближения движения частиц в плотной среде над УВЗ [2].
Теоретический анализ
Рассмотрим взаимодействие АМ-сигнала на АС:
= Е(\ + кт соб ОХ) соб со^, (1)
где Е — амплитуда несущего колебания частоты 0): кт — коэффициент амплитудной модуляции; О = 2и1'' — частота модуляции.
Еу — —Z0 (^2\НХ — Z22 Ну),
7 = 7 = -
^11 22
7 =7 = -
12 21
1
2^1
8к л/8/, '
8к + л/8/, '
где Ех у , Нх у — тангенциальные составляющие электрического и магнитного поля на соответствующие координатные оси; 7П — характеристическое сопротивление среды, окружающей анизотропную неоднородность; ¿я = ¿1 + ¿2, ¿, = ¿, — ¿2. где ¿1 и ё2 — элементы матрицы [2],
8 =
¿1 -./¿2 0
./¿2 0 0
81 О
(3)
Компоненты тензора диэлектрической проницаемости среды над УВЗ имеют вид [1]
-Л 2 СО г, - со2 - и?
г=1
(и2 + - со2) + 4со2и2 а
+7
+
.2 , . .2
ггктО. аг со2гиг оУ + иГ+со,
со + (1 + кт со8 Ш) сое0 со (и2+со^г-со2) + 4со2и2
£2 =
I
г=1
со^г - со2 + и2
(4)
Ог
со (ц + со^г - со ) + 4со и2 (и2 + С0дг - со ) + 4со о
,2..2 '
83 = 8Г +
Е-
сот
1
Рг 7 7
г=1 I и2 + со2
е„ктО.$т№ ст„ со;, и
1
С0(1 + кт С08 сое0 со и2 + со
где 8Г— диэлектрическая проницаемость среды над УВЗ; юс — плазменная и гиротропная частоты; и— частота столкновений электрона с тяжелыми частицами; оГ— удельная электрическая проводимость.
Расчёт компонентов поверхностного импеданса (2) проводился на основании экспериментально полученных данных над УВЗ [1]:
- диэлектрическая проницаемость вмещающих пород; 8Г=10
- удельная электрическая проводимость ог=0,03 См/м;
- эффективные частоты столкновений: электронно-ионная ие=109с-1 и ионная и=0,5-10~7сЛ
Результаты и их обсуждение
В работе исследованы частотные зависимости Z11 и Z12 при изменении параметров АМ-сигнала в предположении равенства диагональных составляющих матрицы поверхностного импеданса. Из рис. 1 видно, что частотная характеристика Z11=ф(/) имеет резонансный вид. При малых значениях частоты модуляции ^ всплеск составляющей Z11 происходит при малых значениях частоты несущего колебания/. Когда /'=(). 1 МГц и кт=0,1 величина |7| 11= 1.8-10 \ что соответствует частоте /~5 МГц. При частоте модуляции 1 МГц и пятидесятипроцентной модуляции кт=0,5 наблюдается увеличение компоненты 1 до 3 • 10 5 на частоте несущего колебания ^20МГц. Увеличение частоты модуляции до 10 МГц и кт—1 позволяет сместить резонансное значение/до величины 60 МГц. При этом 1 до 2,4-10-5.
1
Рис. 1. Частотная характеристика |2П| при изменении частоты и коэффициента модуляции: 1 — ^=0,1 МГц, кт=1; 2 — ^=1 МГц, кт=0,5; 3 — ^=10 МГц, кт=1
Частотная зависимость модуля составляющей 212 также является резонансной (рис. 2).
Рис. 2. Частотная характеристика при изменении частоты и коэффициента модуляции: 1 — ^=0,1 МГц, кт=1; 2 — ^=1 МГц, кт=0,5; 3 — ^=10 МГц, кт=1
При ^=0,1 МГц и кт-1 максимум ^2|—0,12 наблюдается на частоте несущего колебания (=5 МГц. Если увеличить частоту модуляции до 10 МГц при том же коэффициенте модуляции кт=1, то происходит увеличение модуля Zl2 до 0,7 на частоте(=80 МГц. Дальнейшее увеличение частоты модуляции позволяет сместить резонансную частоту составляющей поверхностного импеданса Z12 на более высокую частоту. Так, при ^=100 МГц и кт=0,5 максимум значения ^12| равняется 0,65 на частоте (=220 МГц.
Зависимость компонентов поверхностного импеданса от коэффициента амплитудной модуляции кт не всегда является резонансной. Как видно из рис. 3, при малых значениях частоты модуляции компонента вариация кт практически не влияет на его изменение. При увеличении ^ коэффициент амплитудной модуляции оказывает существенное влияние на величину модуля поверхностного импеданса. Если на частотах ^=100 МГц и(=1 ГГц наблюдается резонансный всплеск до значения 0,8-Ю-4 при кт=0,2, то в диапазоне значений кт=0...0,1 и кт=0,3... 1 модуль компоненты поверхностного импеданса равен нулю.
Модуль составляющей Z12 (рис.4) при малых значениях ^ также практически не изменяется. При частоте модулирующего сигнала /<=100 МГц и несущей (=1000 МГц имеется резонансный участок зависимости \Z\2\=х¥(к„). Оптимальным при этом является коэффициент модуляции равный 0,2. При других соотношениях частот АМ-сигнала модуль компоненты Z12 не изменяется.
Рис. 3. Зависимости модуля |2П| от коэффициента модуляции: 1 — ^=0,1 МГц,/=1 МГц; 2 — ^=1 МГц,/40МГц; 3 — ^=100 МГц,/=1 ГГц.
Рис. 4. Зависимости модуля |212| от коэффициента модуляции: 1 — ^=0,1 МГц, /=1 МГц; 2 — ^=1 МГц, /=10 МГц; 3 — ^=100 МГц, /=1 ГГц
Заключение
Анализ полученных данных свидетельствуют о трансформации компонентов матрицы поверхностного импеданса при изменениях частоты несущего колебания и глубины модуляции АМ-сигнала. Эти характеристики имеют резонансный характер и зависят от соотношения частот несущего и модулирующего сигналов. Импедансные характеристики АС над УВЗ позволяют проводить качественную оценку электродинамических параметров сред посредством регистрации искажений характеристик и параметров антенных излучателей, находящихся в окрестности исследуемого объекта. Возможность изменения соотношения амплитуд и частот высокочастотного и низкочастотного колебания позволяет определить характерные признаки АС, обладающих конечными электродинамическими параметрами.
При диагностике АС с использованием ЭМС должна быть составлена электронная идентификационная таблица, позволяющая идентифицировать среду по приблизительному химическому составу исследуемого объекта в реальном масштабе времени. Очевидным при этом является сканирование по частоте как несущего, так и модулирующего колебания, а также временное изменение соотношений амплитуд сигналов, формирующих АМ-сигнал.
Полученные результаты исследований могут быть использованы при разработке радиотехнических систем ближней и дальней радиолокации для обнаружения локальных и плазменных образований, а также для оптимизации методов поиска и оконтуривания АС естественного и искусственного происхождения.
IMPEDANCE BOUNDARY CONDITIONS FOR THE ENVIRONMENT ABOVE THE HYDROCARBON DEPOSITS IN THE AMPLITUDE-MODULATED SIGNAL MODE
D.V. GOLOLOBOV, S.V. KALINCEV, V.F. YANUSHKEVICH
Abstract
The article presents the results of theoretical analysis of interaction of amplitude-modulated signals with hydrocarbon deposits. There are recommendations for the development of the methods of search of hydrocarbon deposits.
Литература
1. Гололобов, Д. В., Янушкевич В. Ф., Рак А.О. // Инженерный вестник. 2005. №1(20).С. 16-18.
2. Москвичев, В. Н. // Радиотехника и электроника. 1988. Вып. 18. С. 91-96.
3. Хаскинд, М. Д. // Радиотехника и электроника. 1961. Т. 6, №6. С. 886-894.
