CC BY
14
УДК 550.837
Горшков Виталий Юрьевич
младший научный сотрудник, Институт Геофизики УрО РАН, 620016, г.Екатеринбург, ул.Амундсена, 100, e-mail: vitalaa@yandex. га
ИЗУЧЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕЕ РАЗМЕРА В МЕТОДЕ ДИПОЛЬНОГО ИНДУКТИВНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ
Gorshkov Vitaliy Yu.
Junior researcher, The Institute of Geophysics, The Ural Branch of Russian Academy of Science 620016, Yekaterinburg, Amundsen st., 100, e-mail: vitalaa@yandex.ru
RESEARCHING THE UNIT SENSITIVITY DEPENDING ON ITS SIZE IN THE METHOD OF DIPOLE INDUCTIVE PROFILING
Аннотация:
Описаны причины необходимости применения индуктивных методов электроразведки. Представлены результаты математического моделирования чувствительности установки ди-польного индуктивного профилирования при разных ее размерах.
Ключевые слова: электромагнитное поле, индукционное профилирование, математическое моделирование
Abstract:
The reasons of necessity of inductive electric prospecting application are described. The results of mathematic modeling the dipole inductive profiling unit sensitivity depending on its size are presented.
Key words: electromagnetic field, induction electrical profiling, mathematic modeling
В ХХ веке, в эру бурного развития геофизики, методов разведки и добычи полезных ископаемых, во время роста темпов и объемов их добычи, поисковые отряды были нацелены в основном на самые крупные месторождения, оставляя без внимания многие месторождения, которые казались либо недостаточными по запасам, либо слишком трудными по добыче. В настоящее время, похоже, все крупные месторождения обнаружены, а большинство уже разработано и все большее значение приобретают малоглубинные инженерные и экологические изыскания объектов, имеющих малые размеры.
Если ранее в электроразведке наиболее эффективными были кондуктивные методы, то сейчас на сцену выходят индуктивные методы возбуждения и регистрации электрических полей. Применение индуктивных методов наземной электроразведки для решения задач геоэлектрического картирования базируется в большинстве случаев на модели плоскослоистого полупространства, для определения параметров которой разработаны различные методики частотного и индукционного зондирования [1].
Наличие локальных неоднородностей, отличающихся по электропроводности от зондируемой области геосреды, может оказывать значительное помехообразующее влияние на результаты одномерной интерпретации из-за искажений, вносимых в измеряемые составляющие магнитного поля при использовании вертикального магнитного диполя (ВМД) в качестве источника. Известно, что для модели горизонтально-слоистой среды, возбуждаемой ВМД, азимутальная компонента Нф нормального магнитного поля равна нулю. Поэтому любое отклонение от такой модели, вызванное горизонтальными неоднородностями среды (либо локальным объектом, контрастным по электропроводности вмещающей среде), неизбежно проявится в аномальном эффекте Нф.
В качестве количественной характеристики влияния горизонтальных неоднород-
|Н |
ностей среды в работе [2] предложено использовать параметр о = -,-т -100 %,
\НЛ
где Нг - радиальная компонента. Учет этого параметра необходим при картировании зон аномальной электропроводности. Как будет показано ниже, эта величина имеет максимум на некотором удалении от его проекции на поверхность земли. Поскольку этот параметр характеризует признак отклонения зондируемой области геосреды от одномерной модели, на основе этого критерия была разработана методика площадных индукционных исследований резко неоднородных геоэлектрических сред [3] с использованием вертикального магнитного диполя в качестве источника электромагнитного поля.
Следует отметить, что изучение основных особенностей проявления аномального эффекта от локальных неоднородностей среды, возбуждаемой ВМД, важно не только для проработки методических вопросов проведения индукционного зондирования, но и для непосредственного применения способа наземной электроразведки, относящегося к категории «чистой аномалии» [4]. Этот способ первоначально появился в индуктивной электроразведке на переменном токе (в частности электромагнитном профилировании методом индукции) при поисково-картировочных исследованиях и несколько позднее стал развиваться применительно к решению инженерно-геологических задач.
Изучение характера проявления аномального эффекта в различных составляющих электромагнитного поля, возбуждаемого в проводящей среде с локальной неоднородностью (контрастной по электропроводности), проводилось на основе математического моделирования. В работах, которые были изданы ранее, автором были представлены основы математической модели, используемой для расчетов [5], результаты моделирования для случая малого объекта [6] и результаты моделирования для случая протяженного объекта [7]. В данной работе исследуется, какое расстояние между источником и приемником (так называемое плечо установки) электромагнитного поля лучше всего подойдет для выявления аномалиеобразующего объекта.
В настоящей работе в качестве модельных неоднородностей предложены линейные протяженные вдоль оси У объекты, образованные совокупностью четырех кубов со стороной 1 м с центрами Хс=4 на глубине Zc=2 м при перемещаемой (параллельно оси X) установке электромагнитного профилирования. Результаты математического моделирования показали, что аномальный эффект, обусловленный локальным проводящим объектом, возбуждаемым вертикальным магнитным диполем, наиболее сильно выражен в мнимых составляющих горизонтальных компонент магнитного поля. На всех графиках представлены распределения радиальной и азимутальной компонент суммарного магнитного поля, нормированных на максимальное значение модуля горизонтальной составляющей.
Во всех случаях приняты следующие характеристики объекта, вмещающей среды и источника электромагнитного поля:
Частота переменного поля источника ........................................................................500 Гц
Высота источника и приемника над землей ..........................................................0,5 м
Удельная электропроводность воздуха........................................................................0 См/м
Удельная электропроводность нижнего полупространства......................10-2 См/м
Удельная электропроводность объекта........................................................................50 См/м
Магнитная и диэлектрическая проницаемость воздуха, среды и объекта были приняты равными соответствующим характеристикам вакуума.
0.5
о.а
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
м
Рис. 1 - Распределение Нг при различных положениях дипольной установки с плечом 0,5 м
- - :
-2 -
, м
10
1.
0.5
о.а
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 О
-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г-
J_1_I_I_I_I_1_
<■'., м
10
1.
0.5
о. а
ОЛ
о. е
0.5
0.4:
0.3
0.2
0.1
0
Рис. 3 - Распределение Нг при различных положениях дипольной установки с плечом 2 м
/ {¿у-— 4
/ кг
X
^; )
1Э
м
1.
0.5
о. а
0.7
0.6
0.5
0.4:
0.3
0.2
0.1
0
,
-2
-4
—■-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г-
J_I_I_I_I_I_1_
10
0.3 0.2 0.1 0
м
и
X
Рис. 5 - Распределение Нг при различных положениях дипольной установки с плечом 4 м
1.
0.5
о.а
ОЛ 0.6 0.5 0.4 0.3
,
-2
-4
_1_I_1_
_1_I_I_I_I_I_1_
_|_I_I_I_I_1_
4 6
, м
10
0.2 0.1 О
2 -
:
-2 -
-4 -
_|_1_I_I_I_I_1_
10
0.3 0.2 0.1 0
м
Рис. 7 - Распределение Нг при различных положениях дипольной установки с плечом 6 м
- - :
-2 -
-4 -
° )
4 6
м
10
1.
0.5
о. а
ОЛ
0.6
0.5
0.4:
0.3
0.2
0.1
0
H, Ам/м
0.10
o.os
0.06
0.04
0.02
D, м
Рис. 9 - Зависимость максимальных значений компонент магнитного поля от плеча установки: 1 - максимальные значения Нг, 2 - максимальные значения Нф
Анализ результатов математического моделирования показал, что аномальный эффект наиболее отчетливо выражен, когда расстояние между источником и приемником поля сравнимо с глубиной залегания аномалиеобразующего объекта. С увеличением плеча установки эффект ослабевает, причем более значительно в азимутальной составляющей аномального поля.
Литература
1. Электроразведка. Книга первая. - М.: Недра, 1989. - 440 с.
2. Хачай О. А. Об усовершенствовании методики площадных индукционных исследований на россыпных месторождениях / О. А. Хачай, В. П. Бакаев // Горный журнал. - 1994. - № 1. - С. 8 - 13.
3. Хачай О. А. Опыт площадных индукционных исследований резко неоднородных геоэлектрических сред / О.А. Хачай, Е.Н. Новгородова // Физика Земли. - 1997. - № 5. - С. 60 - 64.
4. Тархов А. Г. Об электроразведочных методах чистой аномалии / А. Г. Тархов // Известия АН СССР. Сер. геофизическая. - 1957. - № 8. - С. 979 - 989.
5. Горшков В. Ю. Математическое моделирование вторичного магнитного поля локального проводящего объекта, возбуждаемого вертикальным магнитным диполем в однородной среде / В. Ю. Горшков // Уральская молодежная научная школа по геофизике, 13-я: сборник докладов. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2012. - С. 43 - 45.
6. Горшков В.Ю. Математическое моделирование электромагнитных аномалий в поле вертикального магнитного диполя над проводящим полупространством с локальной неоднородностью / В. Ю. Горшков // Уральская молодежная научная школа по геофизике, 14-я. 18 - 22 марта 2013 г.: сборник науч. материалов / Горн. Ин-т УрО РАН. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2013. - С. 65 - 69.
7. Шестаков А.Ф. Математическое моделирование аномалий магнитного поля от локальных объектов при дипольном индуктивном профилировании / А.Ф. Шестаков, В. Ю. Горшков // Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле земли, интерпретация геофизических полей: седьмые научные чтения памяти Ю.П. Булашевича: материалы конференции / Ин-т геофизики УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2013. - С. 340 -342.
