CC BY
40
УДК 550.837.61
Е.В. Балков, Т.А. Стойкин
ИНГГ СО РАН, Новосибирск
МАЛОГЛУБИННОЕ ЧАСТОТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПРИ ПОИСКЕ ЛОКАЛЬНЫХ ПРОВОДЯЩИХ МИШЕНЕЙ
Для отработки методических аспектов и изучения разрешающей способности малоглубинного частотного зондирования на территории обсерватории «Ключи» ИНГГ СО РАН был организован электрометрический полигон, на территории которого был обустроен ряд тестовых объектов. Были выполнены масштабные работы по площадному и профильному зондированию тестовых объектов. В результате обработки и анализа данных были установлены особенности различных составляющих сигнала. В публикации приведены схема полигона, результаты обработки и анализа полевых материалов.
E.V. Baikov, T.A. Stoykin
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG)Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
SHALLOW FREQUENCY SOUNDING FOR EXPLORATION OF LOCAL CONDUCTIVE TARGETS
A training electric prospecting test site was founded in the area of the geophysical station in Kluchi (Novosibirsk, IPGG SB RAS). The purposes of its foundation were to study resolution of the equipment “Nemfis” and to improve methodical providing of researches. In the course of our work the distinctive features of every measured component of the signal were identified.
В связи с необходимостью изучения разрешающей способности геофизической аппаратуры, а также отработки методики проведения исследований существует практика создания электроразведочных полигонов.
В ИНГГ СО РАН была разработана аппаратура ЭМС [Манштейн А.К. и др., 2008]. Она реализует метод индукционного частотного электромагнитного зондирования и представляет собой трехкатушечный зонд. Генераторная петля излучает электромагнитное поле на 14 частотах в диапазоне 2,5-250 кГц. Моменты приемных катушек подобраны так, что в воздухе достигается компенсация первичного поля и, таким образом при измерении регистрируется разностная ЭДС, индуцированная вихревыми токами, текущими в среде.
С учетом структуры описанных выше полигонов был разработан план создания электроразведочного полигона на территории стационара Ключи (ИНГГ СО РАН, Новосибирск). При этом учитывалась возможность проведения
исследований малоглубинными методами, такими как МЧЗ и
электротомография. На территории стационара были проведены
предварительные исследования аппаратурой ЭМС, чтобы определить
положение коммуникаций (труб и кабелей), проложенных на данной
территории, и разметить площадь пригодную для закладывания мишеней. По полученным данным, были построены карта логарифма распределения удельной проводимости на исследованной территории на частоте 5,102 кГц, шаг сети измерений в обоих направлениях составлял 1 м. Исходя из данных, отображенных на построенных картах, территория полигона была разделена на два участка (рис. 1). Для организации мишеней было задействовано 10 квадратов по 100 кв. м, на которых было заложено 33 мишени, имитирующих различные реальные объекты.
На карте (рис. 1) приведено расположение всех заложенных объектов (мишеней). На рисунках крупными цифрами отмечены номера квадратов, на которых были заложены мишени, контурами обозначено положение мишеней, мелкими цифрами отмечен их порядковый номер. Описание мишеней и их расположение по глубине описаны ниже в табл. 1. В процессе выполнения опытно-методических работ были выбраны опорные профили, вдоль которых проводились повторные измерения аппаратурой ЭМС.
Рис. 1. Карта логарифма распределения удельной проводимости на участках
полигона № 1 и № 2
В результате анализа карт и разрезов с различными компонентами и трансформациями сигнала было установлено, что фаза разностного сигнала,
измеряемого аппаратурой ЭМС, является достаточно эффективной величиной для отображения.
На рисунке 2 приведена карта распределения фазы, полученная при измерениях на кв. № 12. Была выбрана частота, на которой получены наиболее отчетливые результаты и выделяются обе мишени (алюминиевые фляги). Следует отметить, что четкое выделение замкнутой аномалии над боле глубокой алюминиевой флягой наблюдается только при просмотре результатов в фазе сигнала на низких частотах.
Карты квадрата № 14 (рис. 2) отображают распределение УЭС и фазы сигнала. На обеих картах выделяются все мишени, заложенные на данном квадрате. Образы от мишеней на всех картах имеют четкие контуры, но карта, построенная по параметру фазы разностного сигнала, в отличие от карты УЭС имеет более однородную структуру. Каждая мишень имеет разное количество образов на карте.
Таблица 1 Описание объектов (мишеней), заложенных на полигоне
№ квадрата № мишени Описание мишени
03 1 Пластиковая труба длиной 1,8 м, D 110 мм. Глубина заложения 0,5 м.
03 2 Пластиковая труба длиной 3,7 м, D 60 мм. Глубина заложения 0,5 м.
03 3 Закопанная траншея без мишени. Глубина траншеи 0,5м.
06 4 Пластиковая бутылка 1 шт. (5 л) с мет. стружкой. Глубина заложения 0,5 м.
06 5 Пластиковые бутылка 3 шт. (5 л) с мет. стружкой. Глубина заложения 0,8 м.
06 6 Обрезки мет. труб (О 100 мм). Размер мишени 30*30 см. Глубина заложения 1,1 м.
06 7 «Зенитные снаряды». Обрезки круглого мет. бруса длиной 1,1 и 0,7 м, Оом 7 см. Лежат рядом, параллельно друг другу. Глубина заложения 1,5 м.
06 8 Алюминиевый лист 60*40 см. Глубина заложения 0,5 м.
06 9 Медный круг, О 0,5 м. Глубина заложения 0,5 м.
06 10 Железный круг, О 0,6 м. Глубина заложения 0,5 м.
08 11 Горизонтальный железный лист 1*1,25 м. Глубина заложения 2 м.
08 12 Вертикальный железный лист 1*1,25 м. Верхний край на глубине 1 м.
08 13 «Авиационная бомба». Железная конструкция из трубы длиной 0,85 м, Оом 0,3 м и приваренной к ней подставке 0,55-0,65 м. Н подставки 0,1 м. Глубина заложения 2 м.
09 14 Железная труба длиной 4 м (из л.в. угла в п.н. угол), Оом 100 мм. Глубина заложения 1 м.
09 15 Железная труба длиной 5 м (из л.н. угла в п.в. угол), Оом 100 мм. Глубина заложения 2 м.
10 16 Землянка (комната 2*2 м, коридор 1*3м) крыша на глубине 1 м, глубина землянки 1,5 м.
11 17 Пластиковая канистра (1 шт) (35*25*20 см). Глубина заложения 0,5 м.
11 18 Пластиковые канистры (3 шт) (35*25*20 см). Глубина заложения 1 м.
11 19 Пластиковые канистры (4 шт) (35*25*20 см). Глубина заложения 1,5 м.
12 20 Кирпичная стена. Ширина стены 0,5 м, Н 1 м. Выполнена в виде буквы «П». Перекладина длиной 3 м, левая нога 3,5 м, правая нога 2,3 м. Верхняя грань на глубине 0,5 м.
12 21 Алюмин. фляга (левая). D дна 0,35 м, Н 0,5 м. Глубина до крышки 0,5 м.
12 22 Алюмин. фляга (правая). D дна 0,35 м, Н 0,5 м. Глубина до крышки 2 м.
13 23 Железная бочка (л.в.). D 0,56 м, Н 0,9 м. Глубина до верхней грани 0,9 м.
13 24 Железная бочка (п.в.). D 0,56 м, Н 0,9 м. Глубина до верхней грани 2,5 м.
13 25 Железная бочка (л.н.). D 0,56 м, Н 0,9 м. Глубина до верхней грани 1,3 м.
13 26 Железная бочка (п.н.). D 0,56 м, Н 0,9 м. Глубина до верхней грани 1,8 м.
14 27 Гор/ медный лист 1*0,6 м под углом к осям. Глубина заложения 0,8 м.
14 28 Вертикальный медный лист 1*0,6 м. Глубина до верхней грани 0,45 м (лежит на стороне 1 м).
14 29 Горизонтальный медный лист 0,5*0,6 м.. Глубина заложения 0,2 м.
14 30 Верт. железный круг Dом 0,6 м. Глубина до верхней грани 0,5 м.
14 31 Горизонтальный железный круг Dом 0,6 м. Глубина заложения 1 м.
15 32 Железная труба длиной 3 м, Dом 42 мм. Глубина заложения 0,65 м.
15 33 Железный брусок длиной 7,5 м. Сечение 20*30 мм. Глубина заложения 0,7 м
Рис. 2. Слева показаны результаты площадных зондирований (фаза сигнала) квадрата № 12 (частота 2.5 кГц). В центре и справа показаны результаты площадных зондирований квадрата № 14 (частота 3.9 кГц). В центре показана карта распределения УЭС, справа - карта распределения фазы сигнала
Количество образов зависит от направления профилей и расположения мишени. Мишени № 28 и № 30 заложены вертикально. Но мишень № 28 располагается вдоль направления, по которому велась съемка, а мишень № 30 под углом к этому направлению. Поэтому мишень № 28 имеет четыре образа на всех картах, мишень № 30 три образа. Мишени № 27, № 29 и № 31 заложены горизонтально, но мишень № 27 заложена под углом к направлению прохождения площадки, в отличие от двух других мишеней. Поэтому у мишени №27 наблюдается два образа, а у мишеней № 29 и № 31 три. Асимметрия расположения образов относительно объекта связана с асимметрией прибора.
Профиль № 4 проходит через квадраты № 6 и № 8, пересекает пять мишеней: три на первом и две на втором из них. Мишени на квадрате № 8 имеют большую глубину заложения, мишень № 12 на 1 м и мишень № 13 на 2 м. Мишени на квадрате №6 все заложены на глубину 0,5 м. В связи с этим, мишени на диаграммах (рис. 3) выражены аномалиями разной интенсивности. Мишени № 12 и № 13 хорошо выражены на диаграмм! реальной части сигнала. Над мишенями № 8, № 9 и № 10 наибольшая амплитуда изменения сигнала наблюдается на диаграмме мнимой части сигнала.
Аномалии от мишеней в правой половине кв. №6 имеют высокие значения, что затрудняет проявление аномалий меньшего уровня. Поэтому данные по левой части квадрата № 6 (рис. 4) были обработаны отдельно, чтобы выделить остальные мишени, расположенные на этом квадрате. На карте реальной части сигнала, на частоте £#13=111 кГц выделяются все мишени. Вторая половина разреза (рис. 4) отображает распределение фазы сигнала вдоль профиля с отметкой 8 м на карте слева. На разрезе по профилю № 5 (рис. 4) мишень № 11 выявляется наиболее отчетливо. На разрезе с фазой разностного сигнала помимо мишени № 11 аномалией отчетливо выражено положение мишени № 7 на профиле. Мишени номер № 4 и № 5 выделяются, но аномалии от этих мишеней частично сливаются. Мишень №6 выделяется, но интенсивность аномалии невысокая.
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
ПОЗИЦИЯ, м позиция, м
Рис. 3. Диаграммы сигнала вдоль профиля №4, 1т£#6=10 кГц; Яе: £#13=111
кГц)
6 7 8 9 10
Рис. 4. Слева показана результаты площадных зондирований (Яе часть сигнала) левой половины квадрата № 6 (частота 111.1 кГц), справа - разрез по профилю 8
м (фаза сигнала)
Выводы
Подводя промежуточные итоги, проявившиеся в результате проделанной работы, выделим следующие эффекты: Различные мишени фиксируются либо только в реальной, либо в мнимой компонентах сигнала. Положение мишени более четко характеризует мнимая компонента. Более глубокие металлические объекты чаще фиксируются только в реальной части э.д.с., причем проявляются в уменьшении электропроводности по сравнению с окружающим фоном. Фаза разностного сигнала является достаточно эффективным способом представления результатов, отражая особенности обоих компонент сигнала. Более того, иногда только в фазе достаточно четко можно проследить определенные мишени. Хотя есть случаи, когда мнимая компонента имеет более наглядную для интерпретации форму профильных кривых. Мишени различной формы, заложенные на различную глубину и по разному сориентированные в пространстве могут проявляться в виде от одного до пяти образов, что приводит к значительным сложностям при интерпретации такого материала без заранее наработанного методического материала.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант №09-05-01138-а, №09-06-00204-а), Призидиума СО РАН (Интеграционный проект №16) и Государственного контракта № П1270.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Манштейн А. К., Панин Г. Л., Тикунов С. Ю. Аппаpатуpа частотного электpомагнитного зонд^ования „ЭМС‘ // Геология и геофизика. - 2008, июнь, том 49, № 6.
© Е.В. Балков, Т.А. Стойкин, 2011
