Перехідні процеси в землі та їх використання для геоелектричних досліджень

Поля переходных процессов или становления поля. При импульсном или ступенчатом изменении тока в питающей линии (АВ) или незаземленном контуре (петля, рамка) в момент включения или выключения тока в проводящей геологической среде индуцируются вихревые вторичные электромагнитные поля. Из теории спектров и импульсной техники известно, что при резком изменении тока в среде возникает сигнал, который можно разложить в набор гармонических колебаний широкого спектра частот. Чем острее импульс или крутизна спада сигнала, тем более высокочастотные колебания содержатся в нем. С увеличением частоты растет скин-эффект (а значит, уменьшается глубина проникновения поля) и увеличиваются вторичные вихревые индукционные поля. Поэтому в зависимости от формы питающего импульса и сопротивления среды сигналы в ней по-разному искажаются. Изучая с помощью приемной линии (М N) или незаземленного контура (петли, рамки) разности потенциалов и на разных временах () после окончания питающего сигнала, можно получить форму искаженного средой сигнала, т.е. изучить переходные процессы или становление (установление) поля в среде.

Вывод аналитических формул для связи разностей потенциалов () от силы тока в питающей цепи (), сопротивления однородного полупространства (), расстояния () между центрами питающего и приемного устройств и их размеров сложен. Лишь для дальней () или ближней () зон от источника, где - проектируемые глубины разведки, формулы для расчета имеют несложный вид:

или

где и - коэффициенты установок, разные для дальней и ближней зон от источника, зависящие от типа питающей и приемной линий, их размеров и разноса (). Для неоднородной среды сопротивления, рассчитанные по этим формулам, называются кажущимися ().

Неусталеним називають поле перехідних процесів, що виникають в Землі при сходинчастій зміні сили живильного струму. Внаслідок процесів індукції в моменти комутації живильного струму утворюється вихрове змінне по інтенсивності та частотному спектру магнітне поле. На ранніх стадіях процесу в спектрі переважають високочастотні гармоніки, які в основному концентруються у верхній частині розрізу і несуть інформацію про його провідність. З часом у процес вступають більш низькочастотні гармоніки, які характеризують середовище на більших глибинах, а високочастотні гармоніки внаслідок поглинання затухають.

На пізній стадії процесу локальні вихрові струми практично затухають, а безперервна взаємодія між магнітними полями струмів, що протікають у різних горизонтах, призводить до вирівнювання поля і його ізотропного розподілу в об’ємі середовища. Пізня стадія становлення буде характеризувати провідність середовища до певної глибини. Основним параметром, що визначає неусталений процес, є час становлення, який залежить від провідності середовища. Отже, швидкість становлення поля може слугувати величиною, яка характеризує електричні властивості розрізу. Підчас вимірів неусталеного процесу реєструються горизонтальні електричні E_x(t) або вертикальні магнітні B_z(t) складові поля ∂B/∂t в залежності від часу t.