RU2710099C1 - Geo-electric prospecting method - Google Patents
Geo-electric prospecting method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710099C1 RU2710099C1 RU2018130239A RU2018130239A RU2710099C1 RU 2710099 C1 RU2710099 C1 RU 2710099C1 RU 2018130239 A RU2018130239 A RU 2018130239A RU 2018130239 A RU2018130239 A RU 2018130239A RU 2710099 C1 RU2710099 C1 RU 2710099C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- electromagnetic field
- frequencies
- source
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к использованию методов электрометрии для исследования земных недр на основе низкочастотного электромагнитного просвечивания. Этот способ положен в основу метода зондирующего просвечивания (МЗП), который в отличие от лучевого принципа, применяемого в методе радиоволнового просвечивания, использует принцип частотного зондирования, позволяющий получать информацию о пространственном изменении электрического сопротивления пород между приемником и источником генерируемого поля.The invention relates to the use of electrometric methods to study the bowels of the earth based on low-frequency electromagnetic transmission. This method is the basis of the method of probing transmission (MW), which, in contrast to the radiation principle used in the method of radio wave transmission, uses the principle of frequency sounding, which allows obtaining information about the spatial change in the electrical resistance of rocks between the receiver and the source of the generated field.
Метод зондирующего просвечивания может применяться при решении геологоразведочных, поисковых, инженерно-геологических и экологических задач, связанных с выделением и картированием искомых объектов. Наиболее актуально его применение в целях прогноза возможных негативных техно-геологических процессов при шахтной отработке месторождений, а также в случае труднодоступных для исследования наземных условий (гористая местность, плотная застроенность территории и др.).The method of sounding scans can be used in solving geological exploration, prospecting, engineering-geological and environmental problems associated with the selection and mapping of the desired objects. Its application is most relevant in order to forecast possible negative techno-geological processes during mine development of deposits, as well as in case of difficult to access ground conditions (mountainous terrain, dense built-up areas, etc.).
Уровень техникиState of the art
Известен широкий набор методов электроразведки по обнаружению геологических неоднородностей среды, основанных на использовании гальванических и индуктивных способов зондирования. К ним относятся различные виды наземного электрического и электромагнитного зондирования (ВЭЗ, ЧЗ, ЗСБ, МТЗ и др.) [10], ряд из которых (ВЭЗ, ЭП и др.) применяется и при внутриземных исследованиях в условиях шахтных выработок. Однако практическая реализация этих методов сопряжена с наличием ряда проблем, связанных с влиянием различного рода геологических и техногенных помех, широким набором электромагнитных полей, генерируемых различного рода существующими природными, техногенными и искусственно создаваемыми источниками, порождая многообразие помех, существенно затрудняющих (либо делающих невозможным) процесс измерений, снижением разрешающей способности используемых полей с глубиной, существующей некорректностью решения обратных задач и др., снижающих информативность и достоверность получаемых результатов.A wide range of electrical exploration methods is known for detecting geological heterogeneities of the environment, based on the use of galvanic and inductive sensing methods. These include various types of ground-based electrical and electromagnetic sounding (VEZ, ChZ, ZSB, MTZ, etc.) [10], a number of which (VEZ, EP, etc.) are also used for intra-surface research in the conditions of mine workings. However, the practical implementation of these methods is associated with the presence of a number of problems associated with the influence of various kinds of geological and technogenic interference, a wide range of electromagnetic fields generated by various kinds of existing natural, technogenic and artificially generated sources, generating a variety of interference that substantially complicates (or makes impossible) the process measurements, a decrease in the resolution of the used fields with depth, the existing incorrectness of solving inverse problems, etc., which reduce informativeness and reliability of the results.
Одним из направлений повышения эффективности применения методов электроразведки в данных условиях является разработка и использование методов наземно-подземного либо межскважинного просвечивания земных недр. К настоящему времени известно несколько таких методов, в частности, методы радиоволнового (РВП) и георадарного просвечивания [4, 12], основанные на использовании высокочастотных волновых полей, обеспечивающих возможность использования лучевого принципа проникновения электромагнитного поля.One of the ways to increase the efficiency of the use of electrical exploration methods in these conditions is the development and use of methods of ground-underground or inter-well penetration of the earth's interior. To date, several such methods are known, in particular, radio wave (RWP) and GPR methods [4, 12], based on the use of high-frequency wave fields, which make it possible to use the radiation principle of electromagnetic field penetration.
К недостаткам этих методов относятся ограниченные их информационные возможности, обусловленные тем, что кинематические характеристики и оптические проявления, в виде отражения и преломления высокочастотного электромагнитного излучения, основаны на использовании волновой модели электромагнитного поля, включающей из электромагнитных параметров лишь диэлектрическую проницаемость среды. При этом проводящие породы вызывают затухание этих полей ввиду значительной потери их энергии, вследствие перехода ее в кинетическую энергию заряженных частиц проводящей зоны, значительно ограничивая исследуемую область пространства и не обеспечивая нужный контроль удаления этой зоны от источника [2, 4].The disadvantages of these methods include their limited information capabilities, due to the fact that the kinematic characteristics and optical manifestations, in the form of reflection and refraction of high-frequency electromagnetic radiation, are based on the use of a wave model of the electromagnetic field that includes only the dielectric constant of the medium from electromagnetic parameters. In this case, the conductive rocks cause attenuation of these fields due to a significant loss of their energy, due to its transition into the kinetic energy of charged particles of the conducting zone, significantly limiting the studied region of space and not providing the necessary control of the removal of this zone from the source [2, 4].
Известен способ электромагнитного индукционного просвечивания, представляющий одноуровенное межпрофильное подземное просвечивание с использованием аппаратуры МЧЗ-12 и комплекса интерпретационных программ [9]. Просвечивание выполняется на одной частоте (f=635 Гц) по двум соседним субпараллельным подземным профилям с измерением трех компонент магнитного поля, на основе которых определяется параметр геэлектрической неоднородности и кажущееся сопротивление, характеризующие степень неоднородности просвечиваемого пространства с выделением аномальных зон.A known method of electromagnetic induction transmission, representing a single-level interprofile underground transmission using the equipment MCHZ-12 and a set of interpretation programs [9]. Transmission is performed at the same frequency (f = 635 Hz) along two adjacent subparallel underground profiles with the measurement of three components of the magnetic field, on the basis of which the parameter of geoelectric heterogeneity and apparent resistance are determined, characterizing the degree of heterogeneity of the translucent space with the allocation of anomalous zones.
К недостаткам данного (одночастотного) метода можно отнести: 1) отсутствие использования принципа частотного зондирования, что не позволяет осуществлять оценку удаления искомого объекта от каждого из используемых профилей наблюдений; 2) отсутствие обоснованной технологии для выполнения наземно-подземного и межскважинного просвечивания.The disadvantages of this (single-frequency) method include: 1) the lack of the use of the principle of frequency sounding, which does not allow an assessment of the removal of the desired object from each of the used observation profiles; 2) the lack of sound technology for the implementation of ground-underground and interwell penetration.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому методу зондирующего просвечивания толщи пород, с позиции использования интегрального электромагнитного поля, несущего информацию о физических свойствах пород на разных эффективных глубинах его проникновения, является наземный метод, основанный на использовании промышленных магнитных полей (ПМП) (патент РФ №2568986, Колесников В.П. 2014 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method of probing transillumination of the rock thickness, from the standpoint of using an integrated electromagnetic field that carries information about the physical properties of rocks at different effective depths of its penetration, is the ground based method based on the use of industrial magnetic fields (PMF) ( RF patent No. 2568986, Kolesnikov V.P. 2014).
Этот метод основан на использовании интегрального магнитного поля, формируемого в результате суммарного воздействия существующего набора промышленных электроэнергетических источников в диапазоне частот, включающем основную частоту 50 Гц и набор ее гармоник, достигающих 1-2 кГц. Максимальная глубина проникновения таких полей при изучении осадочных пород может достигать нескольких сотен метров, а минимальная глубина начинается с первых десятков метров (40-50 м). Этот метод выбран в качестве прототипа, ввиду весьма ограниченного набора существующих подходов к реализации предлагаемого метода (МЗП).This method is based on the use of an integrated magnetic field generated as a result of the total impact of an existing set of industrial electric power sources in a frequency range including the fundamental frequency of 50 Hz and a set of its harmonics reaching 1-2 kHz. The maximum penetration depth of such fields in the study of sedimentary rocks can reach several hundred meters, and the minimum depth begins with the first tens of meters (40-50 m). This method is selected as a prototype, due to a very limited set of existing approaches to the implementation of the proposed method (MPP).
К недостаткам прототипа, применительно к его использованию для наземно-подземного зондирующего просвечивания относятся: 1) наличие промышленных полей, порождаемых подземными источниками, используемыми при производстве шахтных работ, близкими по частотным характеристикам к просвечивающему электромагнитному полю, порождаемому наземными источниками, способны вносить значительные искажения (помехи) в результаты шахтных наблюдений; 2) отсутствие возможности расширения диапазона обследуемых глубин, ввиду фиксированной основной промышленной частоты (50 либо 60 Гц); 3) возможное наличие наземных волн-помех.The disadvantages of the prototype, with regard to its use for ground-underground sounding, are: 1) the presence of industrial fields generated by underground sources used in mining operations, close in frequency characteristics to the transmission electromagnetic field generated by ground sources, can introduce significant distortions ( interference) into the results of mine observations; 2) the inability to expand the range of the examined depths, due to the fixed main industrial frequency (50 or 60 Hz); 3) the possible presence of terrestrial interference waves.
Задачей предлагаемого изобретения является создание метода электромагнитного просвечивания исследуемой толщи пород (наземно-подземного, межскважинного и т.п.) с устранением недостатков прототипа и расширение функциональных его возможностей.The objective of the invention is the creation of a method of electromagnetic transmission of the studied rock mass (ground-underground, inter-well, etc.) with the elimination of the disadvantages of the prototype and the expansion of its functionality.
Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения таких как способ геоэлектроразведки основанный на зондирующем просвечивании толщи пород, который характеризуется, тем чтоThe problem is solved using the essential features indicated in the claims, such as a geoelectrical exploration method based on probing scanning of the rock mass, which is characterized in that
* используют низкочастотное электромагнитное поле, содержащее одну либо три заданные основные частоты и совокупность их гармоник, генерируемых источником,* use a low-frequency electromagnetic field containing one or three specified fundamental frequencies and the totality of their harmonics generated by the source,
* при этом одновременно регистрируют электромагнитное поле по трем ортогональным направлениям с последующим спектральным его анализом, пересчетом амплитудно-частотных характеристик в значения кажущегося сопротивления и физико-геологической интерпретацией, обеспечивая возможность получения информации о физических свойствах пород в интервалах глубин эффективного проникновения электромагнитного поля, соответствующих каждой из использованного набора генерируемых частот,* at the same time, the electromagnetic field is recorded simultaneously in three orthogonal directions with its subsequent spectral analysis, conversion of the amplitude-frequency characteristics into apparent resistance values and a physical and geological interpretation, providing the possibility of obtaining information about the physical properties of rocks in the depth intervals of the effective penetration of the electromagnetic field corresponding to each from the used set of generated frequencies,
* затем осуществляют контроль проникающей способности электромагнитного поля от источника до точки наблюдения,* then control the penetrating ability of the electromagnetic field from the source to the observation point,
* путем сопоставления значений частот наблюденного поля, определяемых в результате спектрального его анализа, с набором частот генерируемых источником этого поля.* by comparing the frequencies of the observed field, determined as a result of its spectral analysis, with the set of frequencies generated by the source of this field.
Преимущества предлагаемого метода в сравнении с прототипом:The advantages of the proposed method in comparison with the prototype:
1) использование интегрального поля, формируемого из совокупности полей для заданного набора частот, обеспечивая возможность устранения ряда шахтных и наземных промышленных помех с возможностью в несколько раз увеличивать размер толщи просвечиваемого пространства (до 1000 и более метров) по сравнению с прототипом, нижний предел частоты которого ограничен величиной 50 Гц;1) the use of an integrated field formed from a set of fields for a given set of frequencies, providing the ability to eliminate a number of mine and ground industrial interference with the ability to several times increase the thickness of the translucent space (up to 1000 or more meters) compared to the prototype, the lower frequency limit of which limited to 50 Hz;
2) обеспечение контроля проникающей способности электромагнитного поля от источника до точки наблюдений;2) providing control of the penetrating ability of the electromagnetic field from the source to the observation point;
3) повышенная контрастность расчленения исследуемой толщи пород в силу приближения измерительной установки (приемной линии) к неоднородности;3) increased contrast of the separation of the studied rock stratum due to the approximation of the measuring setup (receiving line) to heterogeneity;
4) возможность производства работ при труднодоступных для съемки наземных условиях (гористая местность, заболоченность, высокая плотность застроенности территории и т.п.);4) the ability to perform work under terrestrial conditions inaccessible for shooting (mountainous terrain, boggy, high density of built-up territory, etc.);
5) упрощение процесса и экономичность выполнения работ.5) the simplification of the process and the efficiency of the work.
Кроме того,Moreover,
1) использование интегрального электромагнитного поля, включающего заданный набор основных частот (от долей до первых тысяч герц), позволяя (исходя из принципа частотного зондирования - формула (2)) в несколько раз увеличить эффективную глубину проникновения электромагнитного поля;1) the use of an integrated electromagnetic field, including a given set of fundamental frequencies (from fractions to the first thousand hertz), allowing (based on the principle of frequency sounding - formula (2)) to increase the effective depth of penetration of the electromagnetic field several times;
2) одновременная регистрация в каждой точке наблюдений магнитного поля для заданного набора генерируемых основных частот и их гармоник, обеспечивает получение информации о физических свойствах пород для соответствующего им интервала глубин; (определяемых набором использованных частот);2) the simultaneous registration at each observation point of a magnetic field for a given set of generated fundamental frequencies and their harmonics, provides information on the physical properties of the rocks for the corresponding depth interval; (determined by the set of frequencies used);
3) локализация исследуемого пространства и контроль наличия в точках наблюдений просвечивающего электромагнитного поля, генерируемого его источником;3) localization of the investigated space and control of the presence at the observation points of a translucent electromagnetic field generated by its source;
4) известное задаваемое пространственное расположение источника интегрального просвечивающего поля;4) the known specified spatial location of the source of the integrated translucent field;
5) физическое обоснование истолкования результатов предлагаемого способа электромагнитного просвечивания, направленного на оценку величины и характера пространственного изменения электрического сопротивления просвечиваемой среды.5) the physical justification for the interpretation of the results of the proposed method of electromagnetic transmission, aimed at assessing the magnitude and nature of the spatial changes in the electrical resistance of the translucent medium.
6) в отличие от радиоволнового просвечивания вместо лучевого принципа использован частотный принцип зондирования, позволяющий получать информацию об изменении электрического сопротивления в пространстве между приемником и источником генерируемого квазистационарного электромагнитного поля.6) in contrast to radio wave transmission, the frequency principle of sounding is used instead of the radiation principle, which allows obtaining information about the change in electrical resistance in the space between the receiver and the source of the generated quasistationary electromagnetic field.
Предлагаемый способ иллюстрируется графиками на Фиг. 1 - Фиг. 5.The proposed method is illustrated by graphs in FIG. 1 - FIG. 5.
Физическое обоснование предлагаемого способа.The physical justification of the proposed method.
Рассмотрим суть, физическое обоснование и технологию предлагаемого способа исходя из теоретических основ электродинамики на примере наземно-подземного зондирования.Consider the essence, physical justification and technology of the proposed method based on the theoretical foundations of electrodynamics on the example of ground-underground sounding.
В предлагаемом способе использована технология, основанная на возбуждении электромагнитного поля на земной поверхности с помощью гальванического источника в виде заземленной линии АВ, и регистрации компонент магнитного поля с использованием трехкомпонентного индукционного датчика в области шахтных выработок.The proposed method uses a technology based on the excitation of an electromagnetic field on the earth's surface using a galvanic source in the form of a grounded line AB, and registration of the magnetic field components using a three-component induction sensor in the area of mine workings.
При выполнении наземно-подземного зондирования взаимное расположение питающей и приемной установок, а следовательно, и характер поведения регистрируемого электромагнитного поля, значительно отличается от традиционных наземных (либо шахтных) методов зондирования, что требует использования особых способов истолкования регистрируемого поля, наиболее учитывающих специфику изучаемого электромагнитного поля.When performing ground-underground sounding, the relative position of the supply and receiving installations, and therefore the behavior of the recorded electromagnetic field, is significantly different from traditional ground-based (or mine) sounding methods, which requires the use of special methods of interpreting the recorded field, taking into account the specifics of the studied electromagnetic field .
Рассмотрим предлагаемый подход к истолкованию результатов наблюдений.Consider the proposed approach to the interpretation of observation results.
Информативность способа наземно-подземного зондирования, по сути, определяется такими факторами как: 1) необходимость учета особенностей формирования электромагнитного поля; 2) определение связи компонент измеряемого в шахтных условиях электромагнитного поля с электрическим сопротивлением перекрывающей толщи пород; 3) оценка эффективной глубины проникновения электромагнитного поля.The information content of the method of ground-underground sounding, in fact, is determined by such factors as: 1) the need to take into account the characteristics of the formation of the electromagnetic field; 2) determination of the relationship of the components of the measured electromagnetic field in a mine environment with the electrical resistance of the overlying rock mass; 3) assessment of the effective penetration depth of the electromagnetic field.
Рассмотрим характер формирования магнитного поля при наличии в среде проводящего объекта (Фиг. 1).Consider the nature of the formation of a magnetic field in the presence of a conductive object in the medium (Fig. 1).
Переменное магнитное поле источника, при наличии в среде проводящего объекта, определяется соотношениемThe alternating magnetic field of the source, if there is a conducting object in the medium, is determined by the relation
где - первичное поле источника в точке измерений, удаленной от него на расстояние r0; - поле, индуцированное проводящим телом (током индукции, образующимся в этом теле) расположенном на расстоянии rинд от точки наблюдения.Where - the primary field of the source at the measurement point remote from it by a distance r 0 ; - the field induced by the conducting body (induction current generated in this body) located at a distance r ind from the observation point.
Очевидно, что чем выше проводимость тела, тем больше величина индуцированного в нем тока и, согласно закону Био-Савара-Лапласа, тем больше величина возбуждаемого им магнитного поля Obviously, the higher the conductivity of the body, the greater the magnitude of the current induced in it and, according to the Bio-Savard-Laplace law, the greater the magnitude of the magnetic field excited by it
Исходя из этого при наземной съемке величина регистрируемого поля будет снижаться над проводящим телом в силу появления в нем индукционного тока.On the basis of this, when recording on the ground, the value of the recorded field will decrease over the conductive body due to the appearance of an induction current in it.
Иная картина получается при наблюдении в подземных (шахтных) условиях, где величина наблюденного магнитного поля , может увеличиваться, поскольку расстояние от проводящего тела (источника индуцированного тока) до точки наблюдения (rинд,2) становится значительно меньшим расстояния от наземного источника до этой точки (r0,2) и соответственно возможна ситуация, когда .A different picture is obtained when observed in underground (mine) conditions, where the magnitude of the observed magnetic field , may increase, since the distance from the conducting body (the induced current source) to the observation point (r ind, 2 ) becomes much smaller than the distance from the ground source to this point (r 0.2 ) and, accordingly, a situation is possible when .
Таким образом, существует вполне определенная физическая связь величины магнитного поля с проводимостью σ=1/ρ (и электрическим сопротивлением ρ) среды.Thus, there is a well-defined physical relationship between the magnitude of the magnetic field and the conductivity σ = 1 / ρ (and the electrical resistance ρ) of the medium.
Оценка эффективной глубиныEffective Depth Assessment
В теории переменных полей за эффективную глубину проникновения поля Zэф принимают глубину, при которой величина поля уменьшается в е раз (е - основание натурального логарифма, е=2.7) [10].In the theory of variable fields, the effective depth of penetration of the field Z eff is taken to be the depth at which the field decreases by a factor of e (e is the base of the natural logarithm, e = 2.7) [10].
То есть эффективная глубина проникновения электромагнитного поля в однородной среде определяется ее удельным сопротивлением и частотой поля: чем больше сопротивление среды и меньше частота поля, тем больше глубина проникновения поля в недра Земли.That is, the effective depth of penetration of an electromagnetic field in a homogeneous medium is determined by its specific resistance and field frequency: the greater the resistance of the medium and the lower the frequency of the field, the greater the depth of penetration of the field into the bowels of the Earth.
Соответствующие графики относительной величины Ex,отн для разных значений частот и заданной величины сопротивления (ρ=10 Ом⋅м и ρ=100 Ом⋅м), приведены на Фиг. 2.Corresponding graphs of the relative value of E x, rel for different values of frequencies and a given resistance value (ρ = 10 Ohm⋅m and ρ = 100 Ohm⋅m) are shown in FIG. 2.
Для оценки скорости изменения полученных графиков Ех,отн(z) с глубиной трансформируем их в графики производной , наиболее контрастно отображающие чувствительность относительной напряженности поля к изменению зондирующего параметра .To assess the rate of change of the obtained graphs E x, rel (z) with depth, transform them into the graphs of the derivative most contrastively reflecting the sensitivity of the relative field strength to a change in the probing parameter .
Найдем выражение для этой производной. Исходя из [2], запишемFind the expression for this derivative. Based on [2], we write
Выполнив замену ; ;By replacing ; ;
и учитывая and considering
получимwe get
Результаты расчета относительной величины для разных значений электрического сопротивления однородной среды (Фиг. 3) показывают возможность оценки помимо Zэф диапазона эффективного проявления слоя ΔZэф(ΔZэф=Zэф±DZ), оказывающего наиболее значительное влияние на результат измерений (в данном примере этот диапазон отмечен для величины , отличающейся от ее максимального значения на 10%).Relative value calculation results for different values of the electrical resistance of a homogeneous medium (Fig. 3) show, in addition to Z eff the range of effective manifestation of the layer, ΔZ eff (ΔZ eff = Z eff ± DZ), which has the most significant effect on the measurement result (in this example, this range is marked for , differing from its maximum value by 10%).
Однако в случае неоднородной, к примеру, горизонтально-слоистой модели среды, задача оценки Zэф усложняется.However, in the case of a heterogeneous, for example, horizontally layered model of the medium, the task of estimating Z eff is complicated.
Как следует из (2), Zэф определяется отношением . В этом одна из причин неоднозначности определения глубины зондирования (Zэф), и комплексирования гальванического и индуктивного методов зондирования.As follows from (2), Z eff is determined by the relation . This is one of the reasons for the ambiguity in determining the depth of sounding (Z eff ), and the integration of galvanic and inductive methods of sounding.
Для повышения однозначности оценки Zэф (либо ΔZэф) нужна дополнительная априорная информация (анализ параметрических зондирований с использованием данных бурения, электрического каротажа, комплексного анализа с результатами наземного зондирования и др. с целью выделения основных пачек пород, оказывающих заметное проявление в результатах наблюденного поля).To increase the unambiguity of estimating Z eff (or ΔZ eff ), additional a priori information is needed (analysis of parametric sounding using data from drilling, electric logging, a comprehensive analysis with the results of ground-based sounding, etc., in order to identify the main packs of rocks that have a noticeable manifestation in the results of the observed field )
Рассмотрим один из подходов к реализации этого.Consider one of the approaches to implement this.
Будем исходить из следующего:We will proceed from the following:
в случае однородной средыin the case of a homogeneous environment
а если среда неоднородная, к примеру, горизонтально-слоистая, тоand if the medium is heterogeneous, for example, horizontally layered, then
Где - относительное сопротивление i-го и (i+1)-го слоев.Where - the relative resistance of the i-th and (i + 1) -th layers.
Из последнего соотношения получаем выражение для определения K(μi):From the last relation we obtain the expression for the determination of K (μ i ):
которую можно оценить, сопоставив глубину залегания кровли маркирующего слоя Zэф,i (определенного по результатам анализа параметрического зондирования, выполненного вблизи скважины) с величиной (по проявлению соответствующего градиента изменения поля (эффективного сопротивления, отмечаемого в относительно ненарушенной части разреза), обеспечивая этим глубинную привязку наблюденных значений кажущегося сопротивления по формуле (6).which can be estimated by comparing the depth of the roof of the marking layer Z eff, i (determined from the analysis of parametric sounding performed near the well) with the value (by the manifestation of the corresponding gradient of the field change (effective resistance noted in the relatively undisturbed part of the section), thereby providing a deep reference of the observed values of the apparent resistance according to formula (6).
Технология работWork technology
Технология выполнения просвечивающего электромагнитного зондирования геологической среды предлагаемым способом (МЗП) включает: а) возбуждение интегрального многочастотного поля на земной поверхности (либо в скважине); б) регистрацию компонент напряженности интегрального магнитного (либо электрического) поля в каждой точке наблюдений (в шахте, либо скважине) по трем ортогональным направлениям; в) определение амплитудно-частотных характеристик каждой из компонент наблюденного магнитного поля с помощью спектрального анализа; г) пересчет амплитудно-частотных характеристик в значения кажущегося сопротивления , (Т=1/ƒ); д) интерпретацию графиков зондирования с целью получения информации о пространственном изменении электрического сопротивления пород в интервале эффективных глубин распространения магнитного поля.The technology for performing translucent electromagnetic sounding of the geological environment by the proposed method (MW) includes: a) excitation of an integrated multi-frequency field on the earth's surface (or in the well); b) registration of the components of the intensity of the integral magnetic (or electric) field at each observation point (in the mine or well) in three orthogonal directions; c) determination of the amplitude-frequency characteristics of each component of the observed magnetic field using spectral analysis; d) recalculation of the amplitude-frequency characteristics into values of apparent resistance , (T = 1 / ƒ); e) interpretation of sounding graphs in order to obtain information about the spatial change in the electrical resistance of rocks in the range of effective depths of magnetic field propagation.
Использование аппаратурно-измерительных средств.The use of instrumentation.
Реализация данной технологии выполнена с помощью аппаратурно-программного комплекса, включающего: 1) модернизованный генератор АНЧ-3М, позволяющий генерировать поле заданных частот (f=4.88, 9.76, 19.52, 39, 78, 156 и 312 Гц) и интегральное поле, включающее определенный набор этих частот, при максимальном токе до Imax=2 А; 2) измеритель ПМП-2, основанный на использовании трехкомпонентного индукционного датчика (Колесников, Дягилев и др. патент РФ №148256) [1] и программы для регистрации поля заданных частот и их гармоник (Колесников, Дягилев, свидетельство №2014611489) [5]; 3) ноутбук; 4) программа спектрального анализа переменных электромагнитных полей AnalyzerH3D (Дягилев Р.А., Колесников В.П. и др., свидетельство №2015617490) [6]; 5) интерпретационная система программ ЗОНД (Колесников и др. свидетельство №2005610058) [7].The implementation of this technology was performed using a hardware-software complex, including: 1) a modernized ANCH-3M generator, which allows generating a field of specified frequencies (f = 4.88, 9.76, 19.52, 39, 78, 156 and 312 Hz) and an integral field including a certain a set of these frequencies, with a maximum current of up to I max = 2 A; 2) PMP-2 meter based on the use of a three-component induction sensor (Kolesnikov, Diaghilev and other RF patent No. 148256) [1] and programs for recording the field of given frequencies and their harmonics (Kolesnikov, Diaghilev, certificate No. 20144611489) [5] ; 3) laptop; 4) the program of spectral analysis of variable electromagnetic fields AnalyzerH3D (Diaghilev R.A., Kolesnikov V.P. and others, certificate No. 20155617490) [6]; 5) the interpretation system of the PROBE programs (Kolesnikov et al. Certificate No. 2005610058) [7].
При необходимости могут быть использованы и другие варианты генератора при их модернизации в целях формирования интегрального поля, к примеру, генератор аппаратуры АМС-1, обеспечивающий возможность генерирования частот от 0.15 до 2500 Гц (кратных минимальной из них - 0.15 Гц).If necessary, other generator options can be used when upgrading them in order to form an integral field, for example, the AMS-1 equipment generator, which provides the ability to generate frequencies from 0.15 to 2500 Hz (multiples of the minimum of 0.15 Hz).
Пример апробации предлагаемого способа.An example of testing the proposed method.
Предлагаемый способ опробован на одном из рудников Верхнекамского месторождения солей при изучении толщи пород в интервале от рабочего штрека до земной поверхности. Мощность просвечиваемой толщи составляла 220 м.The proposed method was tested at one of the mines of the Verkhnekamsk salt field when studying the thickness of the rocks in the range from the working drift to the earth's surface. The thickness of the translucent thickness was 220 m.
Основная методика полевой съемки методом наземно-подземного просвечивания включала: 1) возбуждение электромагнитного поля на земной поверхности с помощью генератора АНЧ-3М и заземленной питающей линии АВ (АВ=1000 м); 2) регистрацию трех компонент магнитного поля индуктивным способом с помощью аппаратурно-программного комплекса ПМП-2 (Колесников, Дягилев и др. патент РФ №148256) [1] по профилю с шагом 30 м.The basic field survey technique using ground-based underground scanning included: 1) excitation of an electromagnetic field on the earth's surface using an ANCH-3M generator and an earthed supply line AB (AB = 1000 m); 2) registration of the three components of the magnetic field in an inductive manner using the PMP-2 hardware-software complex (Kolesnikov, Diaghilev and other RF patent No. 148256) [1] along the profile with a step of 30 m
Обработка и спектральный анализ интегрального электромагнитного поля, измеренного в штреке с использованием способа низкочастотного электромагнитного просвечивания показали уверенное проявление каждой из частот и их основных гармоник, генерируемых наземным источником (Фиг. 4). В совокупности было выделено 47 частот, в диапазоне от 4.88 до 1562 Гц, что является весьма обширной исходной информацией для анализа исследуемой толщи пород. Вместе с тем, выполненный анализ показал, что интегральное поле, включающее три рабочие частоты: f=19.52, 39.04 и 156 Гц, совместно с их гармониками позволило выделить 18 частот в диапазоне от 19.52 до 1404 Гц (соответствующие им значения от 0.227 до 0.026), обеспечивая этим возможность контроля основной части исследуемой толщи пород со значительным (примерно в 6-7 раз) уменьшением времени выполнения полевой съемки.Processing and spectral analysis of the integrated electromagnetic field measured in the drift using the method of low-frequency electromagnetic transmission showed a confident manifestation of each of the frequencies and their main harmonics generated by the ground source (Fig. 4). In total, 47 frequencies were allocated, in the range from 4.88 to 1562 Hz, which is very extensive initial information for the analysis of the studied rock mass. At the same time, the analysis showed that the integral field, including three operating frequencies: f = 19.52, 39.04, and 156 Hz, together with their harmonics, allowed us to select 18 frequencies in the range from 19.52 to 1404 Hz (the corresponding values from 0.227 to 0.026), thus providing the ability to control the main part of the studied rock stratum with a significant (about 6-7 times) reduction in the time taken to perform field surveys.
Зарегистрированное при выключенном наземном генераторе фоновое электромагнитное поле, показало наличие основной частоты промышленного поля с f=50 Гц и ее гармоник. Эти частоты, отличающиеся от использованных для наземно-подземного просвечивания, в данном случае не могут оказывать существенного влияния на результаты выполненной съемки.The background electromagnetic field recorded with the ground generator turned off showed the presence of the fundamental frequency of the industrial field with f = 50 Hz and its harmonics. These frequencies, which differ from those used for surface-underground scanning, in this case cannot have a significant effect on the results of the survey.
По результатам интерпретации наблюденных данных выявлено закономерное проявление разной проникающей способности квазистационарного поля через обследуемую толщу пород, указывая на изменение ее электрической проводимости, связанной со степенью разуплотненности и влагонасыщенности порового пространства. Характер изменения электрического сопротивления позволил выделить наличие в исследуемом разрезе относительно проводящей зоны в южной части профиля (Фиг. 5), заверенной позднее комплексом экспериментальных работ. Данное описание, графики и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.Based on the interpretation of the observed data, a regular manifestation of a different penetrating ability of a quasistationary field through the examined rock thickness was revealed, indicating a change in its electrical conductivity associated with the degree of decompression and moisture saturation of the pore space. The nature of the change in electrical resistance made it possible to identify the presence in the studied section relative to the conductive zone in the southern part of the profile (Fig. 5), later certified by a set of experimental works. This description, graphs and examples are considered as material illustrating the invention, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following claims, a combination of essential features and their equivalents.
ЛитератураLiterature
1. Аппаратурно-программный комплекс для геоэлектроразведки: пат. РФ 148256 Рос. Федерация: МПК7: G01V 3/02 / авторы Колесников В.П., Дягилев Р.А., Колесников С.В.; 28.10.2014.1. Hardware-software complex for geoelectrical exploration: US Pat. RF 148256 Ros. Federation: IPC7: G01V 3/02 / authors Kolesnikov V.P., Diaghilev R.A., Kolesnikov S.V .; 10/28/2014.
2. Колесников В.П. Электрометрия. Основы теории переменных электромагнитных полей. Пермь: Изд-во ПГНИУ, 2013. 185 с.2. Kolesnikov V.P. Electrometry Fundamentals of the theory of variable electromagnetic fields. Perm: Publishing house of PSNIU, 2013.185 p.
3. Колесников В.П., Ласкина Т.А. Электроразведка в условиях урбанизированных территорий // Геофизика. 2014. №5. С. 33-40.3. Kolesnikov V.P., Laskina T.A. Electrical exploration in urbanized areas // Geophysics. 2014. No5. S. 33-40.
4. Петровский А.Д. Радиоволновые методы в подземной геофизике. 2-е изд. доп.М.: ЦНИТРИ, 2001. 290 с.4. Petrovsky A.D. Radio wave methods in underground geophysics. 2nd ed. add.M .: CNITRI, 2001.290 s.
5. Программа для регистрации промышленных электромагнитных полей для проведения геофизических изысканий: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2014611489 Рос. Федерация / авторы Колесников В.П., Дягилев Р.А.; 04.02.2014.5. Program for the registration of industrial electromagnetic fields for geophysical surveys: certificate of official registration of computer programs No. 20144611489 Ros. Federation / authors Kolesnikov V.P., Diaghilev R.A .; 02/04/2014.
6. Программа спектрального анализа промышленных электромагнитных полей для проведения геофизических изысканий: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2015617490 Рос. Федерация / авторы Дягилев Р.А., Колесников В.П., Ласкина Т.А., Артемьев Д.А.; 13.07.2015.6. The program of spectral analysis of industrial electromagnetic fields for geophysical surveys: certificate of official registration of computer programs No. 20155617490 Ros. Federation / authors Diaghilev R.A., Kolesnikov V.P., Laskina T.A., Artemyev D.A .; 07/13/2015.
7. Программа обработки и интерпретации результатов вертикального электрического зондирования ЗОНД: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2004611865 Рос. Федерация / авторы Колесников В.П., Кутин В.А., Мокроносов С.В., правообладатель Колесников В.П.; 11.01.2005.7. Program for processing and interpreting the results of vertical electric sounding PROBE: certificate of official registration of computer programs No. 2004611865 Ros. Federation / authors Kolesnikov V.P., Kutin V.A., Mokronosov S.V., copyright holder Kolesnikov V.P .; 01/11/2005.
8. Способ геоэлектроразведки: патент на изобретение №2568986 Рос. Федерация / автор Колесников В.П.; опуб. 20.11.15 г.8. Method for geoelectrical exploration: invention patent No. 2568986 Ros. Federation / author V. Kolesnikov; publ. 11/20/15 g.
9. Хачай О.А., ХачайО.Ю., Кононов А.В. 3-D методика электромагнитного индукционного просвечивания и система обработки и интерпретации для изучения состояния водозащитной толщи кимберлитовых трубок // Горный Информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2009. №12. С. 230-236.9. Khachai O.A., Khachai O.Yu., Kononov A.V. 3-D method of electromagnetic induction transmission and a processing and interpretation system for studying the state of the water-proof stratum of kimberlite pipes // Gorny Informatsionno-analiticheskiy bulletin. M .: MGGU, 2009. No. 12. S. 230-236.
10. Электроразведка: Справочник геофизика: в 2 кн. / под ред. В.К. Хмелевского и В.М. Бондаренко. М.: Недра, 1989. 438 с.10. Electrical exploration: Handbook of geophysics: in 2 books. / ed. VK. Khmelevsky and V.M. Bondarenko. M .: Nedra, 1989.438 s.
11. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1981. 512 с.11. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics. M .: Nauka, 1981. 512 s.
12. Патент №2084930 (радиоволновой метод) Рос. Федерация / автор Борисов Б.В. и др.; 22,07, 1993 г.12. Patent No. 2084930 (radio wave method) Ros. Federation / author Borisov B.V. and etc.; 22.07, 1993
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130239A RU2710099C1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | Geo-electric prospecting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130239A RU2710099C1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | Geo-electric prospecting method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710099C1 true RU2710099C1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=69022718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018130239A RU2710099C1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | Geo-electric prospecting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710099C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118625398A (en) * | 2023-03-08 | 2024-09-10 | 盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司 | Electromagnetic survey method, system, electronic device and computer readable storage medium |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU111722A1 (en) * | 1957-05-13 | 1957-11-30 | А.П. Иванов | Method of deep electrical exploration |
SU868681A1 (en) * | 1980-01-23 | 1981-09-30 | Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта | Method of radio-raying rock mass |
US4965522A (en) * | 1988-11-09 | 1990-10-23 | Schlumberger Technology Corporation | Multifrequency signal transmitter with attenuation of selected harmonies for an array induction well logging apparatus |
RU2152058C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-06-27 | Институт геофизики СО РАН | Method for induction frequency sounding |
WO2001020367A1 (en) * | 1999-09-13 | 2001-03-22 | Electromagnetic Instruments, Inc. | An electromagnetic induction method and apparatus for the measurement of the electrical resistivity of geologic formations surrounding boreholes cased with a conductive liner |
US6534986B2 (en) * | 2000-05-01 | 2003-03-18 | Schlumberger Technology Corporation | Permanently emplaced electromagnetic system and method for measuring formation resistivity adjacent to and between wells |
RU2280269C1 (en) * | 2005-08-01 | 2006-07-20 | ООО "МГУ-Геофизика" | Method for geo-electric prospecting and device for realization of said method |
RU2349936C2 (en) * | 2004-05-06 | 2009-03-20 | Охм Лимитед | Electromagnetic study of hydrocarbon collectors |
RU2480794C1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-04-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Geoelectric survey method and apparatus for realising said method |
US20140132269A1 (en) * | 2011-11-14 | 2014-05-15 | Mark S. Olsson | Multi-frequency locating systems and methods |
RU2568986C1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-11-20 | Владимир Петрович Колесников | Method of geological monitoring |
-
2018
- 2018-08-20 RU RU2018130239A patent/RU2710099C1/en active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU111722A1 (en) * | 1957-05-13 | 1957-11-30 | А.П. Иванов | Method of deep electrical exploration |
SU868681A1 (en) * | 1980-01-23 | 1981-09-30 | Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта | Method of radio-raying rock mass |
US4965522A (en) * | 1988-11-09 | 1990-10-23 | Schlumberger Technology Corporation | Multifrequency signal transmitter with attenuation of selected harmonies for an array induction well logging apparatus |
RU2152058C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-06-27 | Институт геофизики СО РАН | Method for induction frequency sounding |
WO2001020367A1 (en) * | 1999-09-13 | 2001-03-22 | Electromagnetic Instruments, Inc. | An electromagnetic induction method and apparatus for the measurement of the electrical resistivity of geologic formations surrounding boreholes cased with a conductive liner |
US6534986B2 (en) * | 2000-05-01 | 2003-03-18 | Schlumberger Technology Corporation | Permanently emplaced electromagnetic system and method for measuring formation resistivity adjacent to and between wells |
RU2349936C2 (en) * | 2004-05-06 | 2009-03-20 | Охм Лимитед | Electromagnetic study of hydrocarbon collectors |
RU2280269C1 (en) * | 2005-08-01 | 2006-07-20 | ООО "МГУ-Геофизика" | Method for geo-electric prospecting and device for realization of said method |
RU2480794C1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-04-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Geoelectric survey method and apparatus for realising said method |
US20140132269A1 (en) * | 2011-11-14 | 2014-05-15 | Mark S. Olsson | Multi-frequency locating systems and methods |
RU2568986C1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-11-20 | Владимир Петрович Колесников | Method of geological monitoring |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118625398A (en) * | 2023-03-08 | 2024-09-10 | 盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司 | Electromagnetic survey method, system, electronic device and computer readable storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chang et al. | Detection of water-filled mining goaf using mining transient electromagnetic method | |
Lin et al. | The frequency-domain airborne electromagnetic method with a grounded electrical source | |
Scott et al. | Geophysics in the study of permafrost | |
WO2007126481A2 (en) | Method for obtaining resistivity from controlled source electromagnetic data | |
US8386182B2 (en) | Method for electromagnetic prospecting waveform design | |
CN101520517A (en) | Method for accurately evaluating targets containing oil gas in clastic rock basin | |
Giannino et al. | Electromagnetic methods in geophysics: applications in GeoRadar, FDEM, TDEM, and AEM | |
CA2921817A1 (en) | Mapping resistivity distribution within the earth | |
AU2020101105A4 (en) | A method for grounded short-offset transient electromagnetic geophysical surveying | |
Chang et al. | A comparison of surface-to-coal mine roadway TEM and surface TEM responses to water-enriched bodies | |
CN112578474A (en) | Geological exploration combination method for ore exploration scenic spot of sandstone-type uranium deposit with enclosed coverage area | |
ŁYSKOWSKI et al. | GROUND PENERATING RADAR INVESTIGATION OF LIMESTONE KARST AT THE ODSTRZELONA CAVE IN KOWALA, ŚWIĘTOKRZYSKIE MOUNTAINS, POLAND. | |
Chen et al. | A study of coalbed methane (CBM) reservoir boundary detections based on azimuth electromagnetic waves | |
Wang et al. | Electroseismic and seismoelectric responses at irregular interfaces: possible application to reservoir exploration | |
Mao et al. | Simulation and analysis of conductively guided borehole radar wave | |
RU2710099C1 (en) | Geo-electric prospecting method | |
Cheng et al. | Experimental study of small fixed-loop transient electromagnetic method for characterizing water-bearing structures in tunnels | |
Khmelinin et al. | Simulation of electromagnetic high-frequency wave propagation processes in multilayer geo-structures | |
RU2594112C2 (en) | System for exploration of oil and gas in complex-structure areas with developed salt-dome tectonics with mapping of roof of salt and subsalt deposits and computer-process system therefor | |
CN104991281B (en) | A kind of detection method and device of coal seam buried depth | |
Ma et al. | Single borehole radar for well logging in a limestone formation: Experiments and simulations | |
CN107939385B (en) | Method for quantitatively calculating polarization value and application | |
Łój et al. | Geophysical surveys and modelling for recognizing of gypsum karst | |
Qi et al. | S-Inversion of electrical source semi-airborne TEM data to determine the electric interface underground | |
Anukwu et al. | Evaluating the effectiveness of the MASW technique in a geologically complex terrain |