CC BY
15
Доклады БГУИР
2015 № 3 (89)
УДК 539.216:546.824-31
ВОЗДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ НА УГЛЕВОДОРОДНУЮ ЗАЛЕЖЬ
ЕЮ. ЗАЯЦ, В.Ф. ЯНУШКЕВИЧ, С.В. КАЛИНЦЕВ
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь
Поступила в редакцию 23 декабря 2014
Приведены результаты исследования взаимодействия модулированных сигналов с различными параметрами с углеводородными залежами.
Ключевые слова: модулированный сигнал, углеводородная залежь, диэлектрическая проницаемость.
Введение
Проводится анализ частотных характеристик компонентов тензоров диэлектрической проницаемости среды над залежами углеводородов в различных режимах взаимодействия электромагнитных волн для уточнения параметров сигналов при поиске и выделении залежей углеводородов. С данной целью использован широкий диапазон соотношений частот, амплитуд и параметров сигналов. На основе проведенного анализа даются рекомендации по использованию определенных соотношений параметров, обеспечивающих максимально точное выделение углеводородных залежей. Полученные результаты могут быть использованы при разработке радиотехнических для обнаружения углеводородных залежей, а также определении наиболее оптимальных методов их поиска.
Методика эксперимента
В статье описаны исследования залежей углеводородов в процессе многочастотного воздействия на нее электромагнитных волн с различными типами модуляции.
При одночастотной гармонической модуляции амплитуды и частоты радиосигнал
e(t) = Ero (1 + km cos Qt) cos [rot + P • cos Qt], (1)
где Еffl - амплитуда сигнала несущей частоты ю; km - соответственно коэффициент
амплитудной модуляции; в - индекс частотной модуляции.
При воздействии сигнала со смешанной амплитудно-частотной модуляцией (АЧМ) [1,2] составляющие скорости частиц будут определяться системой:
\х = —A'v(l + (3-cosQ/) ^+2V 2 -^oj'^(i + p;cosQ/), т (/oj4 + v) + Юр m (/oj4 + v) + co^
e i?x(l + P-cosQt) e i?7(l + P-cosiX)(jro4+v)
Уу — Гор - ^
»z =
111 (/0J4 + v) + Юр 111 (,/0J4 + v) + Юр e £z(l + P-cosQt)
m jco4 + v где й4 =oj[l-^,;sinQ/J
Плотности токов определяются выражениями:
~ _ 2 (1 + Р• cosQt)(j<b4 + v) воГОдЮр^^ + р-созГ^) v " 8°Юп Л" С/ш4+У)2+Ш2 =
~ _ в0ЮпЮг£'г (1 + Р • cos Qt) Юдв0ЕТ (1 + Р • cos Г2t)(J&4 + v)
07 у -у I гу гу у
(ую4 + v) + юг (у ю4 + v) + юг
2
~ _ в0юпЕ2 (1 + Р • С08 П/)
— ~ ; •
Компоненты тензора [3] включают в себя параметры смешанного модулированного сигнала: Кт, в, Ц К и имеют более сложную зависимость, по сравнению с амплитудно-модулированными (АМ) и частотно-модулированными (ЧМ) сигналами [1, 4, 5].
Взаимодействие АМ-сигналов с АС
Ввиду того, что вещественные части компонентов тензора не зависят от параметров АМ-сигналов, отсутствует необходимость их анализа. При этом фазовые компоненты Sr и sl зависят от параметров АМ-сигнала [5, 6]. Частотные зависимости величины изменения фазового компонента тензора диэлектрической проницаемости среды (arg Sr) представлены на рис. 1 (кривая 1 соответствует значениям коэффициента km=0,1 и частоты F=10 МГц, кривая 2 -значениям коэффициента km = 0,5 и частоты F = 1 ГГц, кривая 3 - значениям коэффициента к„,= 1 и частоты модуляции /<=1 ГГц).
h
1
1 ч 1
2
3
S.
1» ?<> 105 106 107 • 108 10®
/Гц
Рис. 1. Зависимости arg sr=9(/) 1 -km=0,1 и F=10 МГц; 2 -km=0,5 и F=1 ГГц; 3 -km=1 и F=1 ГГц
В диапазоне частот от 105 до 2107 Гц значение arg Sr изменяется несущественно. На отрезке 2-107...2-108 Гц происходит увеличение фазы компонентов тензора. Максимальное изменение величины arg sr наблюдается в диапазоне частот 7107...1,5 108 Гц, где фаза скачком изменяется от значения (165°...170°) до (-1°...0°). Частота несущей, при которой фаза комбинированного элемента (КЭ) равняется нулю, лежит в пределах (100.400) МГц. Установлено, что при изменении коэффициента АМ происходит изменение величины arg Sr. На отрезке частот 105. 107 Гц влияние значения km на фазу КЭ практически отсутствует.
В диапазоне частот 108... 1010 Гц происходит существенное влияние коэффициента АМ на величину arg sr. Так, при увеличении km наблюдается уменьшение частоты перехода фазы КЭ через нуль. Анализ частотных зависимостей величины arg sl показал, что данные характеристики практически не отличаются от аналогичных зависимостей arg sr=9(/). Характеристики arg sl =9(km) и arg sr =y(km) практически совпадают.
Таким образом, применение АМ-сигналов не ведет к изменению КЭ Яе Ее и Яе Еь, однако оказывается влияние частоты несущей и коэффициента амплитудной модуляции на величину аргумента КЭ [1,2,4].
Взаимодействие ЧМ-сигналов с АС
Тензор диэлектрической проницаемости для данного режима взаимодействия приведен в (1). Частотные зависимости Яе Ее и Яе 8ь при изменении индекса угловой модуляции приведены на рис. 2, 4. (кривая 1 соответствует индексу модуляции в = 0,5; кривая 2 - индексу модуляции в = 1; кривая 3 - индексу модуляции в = 5). Приведенные зависимости показывают, что увеличение индекса модуляции приводит к несущественному увеличению частоты циклотронного электронного резонанса и резкому уменьшению частоты плазменного резонанса, представленного на рис. 3 (кривая 1 соответствует индексу модуляции в = 0,5; кривая 2 - индексу модуляции в = 1; индексу модуляции в = 5). Это же характерно и для Ее (рис. 5). Характер фазочастотных характеристик Ее и 8ь для различных р не изменяется (рис. 4, 5). При этом с ростом индекса модуляции частота, на которой а^ Ее = 0, соответствующая ВЧ-резонансу, уменьшается.
Рис. 2. Зависимости Яе ед = ср(/2):1 - (3 = 0,5; 2 — р= 1;3 — р = 5
Рис. 3. Зависимости arg zr = ф(Д): 1 - для ß = 0,5; 2 - для ß = 1; 3 - для ß = 5
/Гц
Рис. 4. Зависимости Яе Еь = ф(/2): 1- (3 = 0,5; 2-0=1:3-0 = 5
/Гц
Рис. 5. Зависимости а^ гь =ф(/2): 1 - в = 0,5; 2 - в = 1; 3 - в = 5
Проведем анализ зависимостей КЭ тензора от индекса ЧМ р на частоте несущей /2 = 500 МГц, которая соответствует электронному плазменному резонансу. Величина Яе гя уменьшается по линейному закону от значения 7,4 при р = 0 до нуля при р ~ 27. Аналогичная зависимость наблюдается при р = 43°...100°, где величина Яе гя уменьшается от нуля до -18. При значениях индекса ЧМ р = 27.43 происходит изменение знака Яе гя и имеются три точки перехода этой величины через нуль: для р1 ~ 25, р2 ~ 35 и рз ~ 43. Фазочастотная характеристика гя уменьшается от -10° при р = 0 до -128° для р = 30°, затем происходит увеличение а^ гя до -90° при р = 40°. Для значений индекса ЧМ р = 40°-60° происходит резкое уменьшение фазы от -90° до -205° и с дальнейшим ростом р наблюдается несущественное изменение а^ гя. Зависимости Яе гь = ф(в) и а^ гь = ф(в) имеют такой же вид, как и Яе гя = ф(в) и а^ гЯ = ф(в). Таким образом, использование ЧМ на частоте несущей / = 1 ГГц с индексом р = 25-43 может быть использовано для разработки методов поиска углеводородов. В таблице представлены расчетные значения частот, при которых Яе гя = 0 для случая ЧМ-сигналов.
Fi, МГц Р F2^ Гц F2U, Гц
20 0,1 3,59732E+6 1,56879E+8
0,5 2,07592E+6 7,42368E+7
1 5,93758E+6 5,79863E+7
10 13,46837E+6 3,74962E+7
100 4,75298E+6 9,57289E+6
100 0,1 3,24962E+6 2,95741E+8
0,5 3,96347E+6 1,54981E+8
1 1,02365E+7 1,37452E+8
10 10,27823E+7 1,31287E+8
100 3,04792E+6 1,18716E+8
Результаты и их обсуждение
Из результатов исследования видно, что при индексах ЧМ р = 0,1...10 частота резонансного взаимодействия fm увеличивается, а при р = 100.1000 происходит ее уменьшение. При увеличении р происходит уменьшение частоты fm, за исключением значения Р = 102 при частоте модуляции F\ = 20 МГц, где происходит увеличение частот плазменного резонанса.
Заключение
В режиме воздействия АМ-сигнала на АС с учетом формул Дебая появляется дополнительная мнимая составляющая, зависящая от параметров АМ-сигнала. ЧМ-сигнал оказывает существенное влияние на физические процессы в среде над УВЗ. Проявляется это в модуляции проницаемости вещественной части диагональных компонентов тензора, а также являются сложной функцией от частотной составляющей, что позволяет вести разработку методов поиска и обнаружения УВЗ с дополнительной точностью.
INFLUENCE OF MODULATED SIGNALS AT THE HYDROCARBON DEPOSIT
E.Y. ZAYATS, V.F. YANUSHKEVICH, S.V. KALINTSEV
Abstract
The results of studies of the interaction modulated signals with different parameters with hydrocarbon deposits was carried out.
Список литературы
1. Янушкевич В. Ф. // Приборы. Справочный журнал. 1999. № 10. С. 27-29.
2. Тархов А.Г. Поиски и разведка полезных ископаемых и геологическое картирование радиоволновым методом (радиокип). М., 1965.
3. Гололобов Д. В., Калинцев С. В., Янушкевич В.Ф. // Весщ НАН Беларуа. Сер. фiз.- тэхн. навук. 2010. № 4. С. 103-106.
4. Гололобов Д.В., Янушкевич В.Ф. // Приборы. Справочный журнал. 1999. № 10. С. 25-27.
5. Савченко В.Н., Смагин В.П. // Тез. докл. XXXII Всес. НТК.Владивосток. 1990. Т. 1 4.II. С. 80-82.
6. Гололобов Д.В., Москвичев В.Н., СтадникЮ.Н. // Геология нефти и газа. 1995. № 3. С. 26-30.
