Радиоволновое просвечивание

Физические основы метода

Метод радиоволнового просвечивания (РВП) основан на изучении распространения электромагнитного поля (ЭМП) высокой частоты в |Х)рных породах. Хорошо проводящие геологические образования обладают способностью повышенного поглощения этих полей.

В РВП используют ЭМП радиочастот от 150 кГц до 40 МГц. Скорость распространения ЭМП в воздухе равна скорости света V=c, а длина волны связана с ней соотношением:

(21)

 

где f- частота ЭМП.

В горных породах происходит укорочение длины волны по сравнению с воздухом в раз (е - диэлектрическая постоянная среды):

В настоящее время не существует теории, достаточно полно объясняющей процессы распространения радиоволн в горных породах. По этой причине во многих случаях для объяснения результатов РВП приходится пользоваться теоретическими положениями, справедливыми тодько для однородных и изотропных сред. Многие особенности ДОЦдаоволновых полей хорошо объясняются при помощи принципов геометрической оптики.

Напомним коротко основные из них.

1. В однородной изотропной среде лучи, по которым волны распространяются от источника, - прямые.

2. На границе раздела двух сред с разными свойствами происходит отражение и преломление волн.

3. За "непрозрачными" объектами образуется зона тени, границы которой определяются лучами, проходящими через края препятствия.

4. В неоднородной среде путь волны определяется принципом Ферма, т.е. он должен быть таким, чтобы время, затрачиваемое на его прохождение, было минимальным.

5. Все отклонения от принципов геометрической оптики называются дифракцией.

РВП проводят с целью выявления проводников в окрестностях скважин или горных выработок и в пространстве между ними, а также для определения длины выклинки и размеров рудных тел, подсеченных выработками и скважинами.

Работы выполняют в вариантах: скважина-скважина, скважина-горная выработка, скважина-поверхность и т.д. При этом в одной скважине (горной выработке, на поверхности) устанавливают источник радиоволн (передатчик), а в другой - приемник. Проводя измерения при различных положениях приемника и передатчика, "просвечивают" радиоволнами исследуемое пространство.

Аппаратура РВП обеспечивает возможность работы на разных фиксированных частотах. Переход с одной частоты на другую осуществляется за счет смены частотных фильтров в схемах передатчика и приемника и за счет изменения параметров антенн.

В качестве антенн, излучающих и принимающих радиоволны, при работах в скважинах используют электрические диполи, при работах в горных выработках и на поверхности - магнитные диполи. И те, и другие характеризуются определенной направленностью излучения и приема.

Напряженность Е электрической компоненты ЭМП вычисляют по формуле:

(21.2)

где Ео - напряженность поля при г=0 (мощность передатчика);

r - расстояние между приемником и передатчиком;

— угол между осью передающей антенны и направлением на

приемник (см. рис. 21.6, а);

- угол между осью приемной антенны и направлением на

передатчик;

- угол между плоскостями, одна из которых проходит через антенну передатчика и отрезок г, соединяющий передатчик с приемником, другая - через антенну приемника и тот же отрезок г (см. рис. 21.6, б);

ак — кажущийся коэффициент поглощения радиоволн. Таким образом, учитывают взаимную ориентировку антенн передатчика и приемника и являются множителями направленности.

Множитель - характеризует рассеяние поля в пространстве, а -его поглощение на пути от передатчика к приемнику.

Коэффициент поглощения ах зависит от электромагнитных свойств среды и частоты поля

(21.3)

При этом поглощение тем больше, чем выше частота поля f и чем больше электропроводность γ, магнитная проницаемость μ и диэлектрическая постоянная ε среды, в которой распространяется ЭМП.

 

Рис. 21.6. Схема наблюдений в скважинном варианте метода РВП (а). Угол между вертикальными плоскостями, в которых лежат антенны передатчика и приемника радиоволн (б)

Влиянием μ на коэффициент поглощения можно пренебречь, поскольку для большинства горных пород и руд ; ε изменяется в пределах от 1 до 81, а диапазон изменения у составляет несколько (до 6) порядков. Это означает, что наибольшее влияние на величину коэффициента поглощения оказывает электропроводность горных пород: чем больше электропроводность, тем большая часть энергии ЭМП уходит на возбуждение в среде вихревых токов.