Радіохвильове профілювання

Поглинання електромагнітних хвиль і пов'язані з цим тіньові ефекти є сприятливим, але не єдиним явищем, яке може бути використане для вивчення геологічного розрізу.

Розповсюдження електромагнітних хвиль через товщу гірських порід супроводжується явищами віддзеркалення електромагнітній енергії від поверхні розділу середовищ з різними електричними властивостями, а також виникненням в провідних областях геологічного розрізу вторинних індукованих струмів, магнітне поле яких існує одночасно з первинним. Всі ці явища складним чином накладаються один на одного і в цілому обумовлюють залежність електромагнітного поля в його хвильовій зоні від характеру геоелектричного розрізу. Ця залежність є фізичною основою радіохвильової профілізації.

У найзагальнішому вигляді ця модифікація радіохвильових методів заснована на вивченні залежності поля дипольного джерела в його хвильовій зоні від характеру геоелектричного розрізу уздовж профілю спостережень, що розташовується на денній поверхні або в одиночних гірських вирібках, а також свердловинах.

Серед можливих способів радіохвильової профілізації найбільш широке застосування отримала його наземна модифікація, заснована на вивченні полів дальніх радіостанцій.

При розповсюдженні електромагнітних хвиль, що випромінюються радіостанціями, уздовж денної поверхні, частина електромагнітної енергії проникає в глиб геоелектричного розрізу, причому це проникнення супроводжується явищами, згаданими вище. Таким чином, в точках денної поверхні первинне поле радіостанції інтерферує з вторинним полем, створюваним геоелектричним розрізом. Це вторинне поле несе в собі інформацію про характер розрізу.

На чималій відстані від станції, що передає, працює в діапазоні сотень кілогерц, поле її можна розглядати як плоску електромагнітну хвилю, поляризовану в площині, перпендикулярній напряму розповсюдження хвилі, таким чином, що вектор Е майже вертикальний, а вектор Н горизонтальний.

Мал. 6. Провідний поклад в полі дальньої радіостанції.

а – напрям первинного поля і розповсюдження хвилі; б – графік вертикальною (Н_2z) і горизонтальною (Н_2x) складових вторинного поля.

Припустимо, що провідний крутопадаючий пластоподібний поклад або жильне тіло залягають так, що їх простягання співпадають з напрямом на радіостанцію, що передає (мал. 6, а). В цьому випадку первинне магнітне поле, перпендикулярне простяганню провідного тіла, індукує в останньому вихрові струми, циркулюючі у вертикальній площині паралельно бічним сторонам покладу. При достатньо високій провідності покладу унаслідок явища скін-ефекту ці струми концентруються в її краєвих частинах. Якщо поклад володіє великою протяжністю по простяганню і на глибину, впливом струмів, поточних у нижній і торцевих кромок, можна нехтувати і розглядати вторинне поле як поле лінійного струму, приуроченого до верхньої кромки тіла (мал. 6, б). Магнітне поле Н% цього струму визначається законом Біо-Cавара:

 

, ,

 

де I₂ – сила струму, поточного у верхньої кромки тіла; h – глибина цієї кромки.

Графіки Н_2х і | Н_2z | зображені на мал. 6, б. Відзначимо, що відстань між екстремумами на кривій | Н_2z | рівно подвоєній глибині до верхньої кромки тіла.

Слід мати на увазі, що приведені вище і аналогічні вирази в [16, 35] вельми приблизно описують характер вторинних полів. У них не враховується вплив провідних покривних і вміщуючих порід, характер прояву скін-ефекту залежно від частоти поля і т.п. На ці графіки і подібні до них слід дивитися, як на ілюстративні, такі, що лише якісно характеризують поведінку спостережуваного при радіохвильовій профілізації електромагнітного поля.

Методика польових робіт зазвичай грунтується на вимірюванні вертикальною складовою магнітного поля. Ця компонента відсутня в первинному полі, її існування пов'язане з впливом геоелектричного розрізу, і, отже, вона несе інформацію про цей розріз.

Комплект апаратури для радіохвильової профілізації включає магнітну рамкову антену з кутомірним пристроєм, який працює на принципі компарації спеціальний вимірник сигналу, наведеного в антені.

Приладобудівна промисловість випустила декілька серій подібної апаратури із загальним шифром ПИНП (польовий вимірник напруженості поля). Польовий вимірник призначений для відносних вимірювань амплітуд магнітного нуля радіостанцій, що працюють в діапазоні частот 150-450 кГц з напруженістю від одиниць мікровольт і вище. Апаратура відрізняється простотою в обігу, малою вагою і портативністю, що забезпечує високу продуктивність і дешевизну польових робіт.

Польові дослідження зазвичай починають з вимірювань поля на ділянках з добре вивченою геологічною будовою, для того, щоб встановити характер зв'язку між вимірюваною компонентою поля і особливостями геологічного розрізу, що представляють інтерес. Вивчають також умови реєстрації полів різних радіостанцій з метою вибору тієї станції, випромінювання якої найстабільніше в часі і упевнено вимірюється на тлі перешкод. При вивченні лінійно витягнутих геологічних утворень (крутопадаючі жили, поклади пластів, структури тріщин і т. д.) бажано використовувати радіостанції, напрям на які співпадає з простяганням об'єктів, що вивчаються.

Площадкові зйомки виконують по системах профілів, що задаються, як завжди, вхрест передбачуваного простягання картуючих геологічних утворень. Густина і форма знімальної мережі при цьому визначаються масштабом зйомки. У зонах з аномальним характером спостереженого поля проводяться детальні зйомки по згущеній мережі.

Мал. 7 характер аномалій полів дальніх радіостанцій над різними геоелектричними розрізами.

а – крутопадающая добре провідний поклад пласта; б – контакт порід з різним опором; в – ізометричний локальний провідник.

В процесі загальних зйомок зазвичай вимірюють тільки вертикальну компоненту магнітного поля. На ділянках деталізації додатково вимірюють горизонтальну складову поля і кут нахилу повного вектора магнітного поля до горизонтальної площини α.

Результати спостережень представляють у вигляді графіків спостережених величин поля, які бажано суміщати з геологічними розрізами і показувати положення на профілі штучних провідників, – ліній електропередач, підземних трубопроводів.

Інтерпретація результатів спостережень носить якісний характер і полягає у виділенні зон з аномальною поведінкою поля, характерною для геологічних утворень, що підлягають картуванню, наприклад аномалій над жилою, пластом, контактом і ін. Характерні аномалії виділяють на окремих профілях і потім корелюють між профілями. Приклади аномалій, типових для різних геологічних розрізів, приведені на мал. 7.

Звичайне виділення аномальних зон і їх міжпрофільна кореляція ускладнюються наявністю перешкод.

Основними джерелами аномалій-перешкод в даному випадку є:

1) штучні провідники (особливо ті, які витягнуті в напрямі, співпадаючому з пеленгом на станцію, що передає);

2) перетнутий рельєф;

3) неоднорідності у вміщуючих і покривних відкладах, що не представляють інтерес в даному конкретному випадку;

4) рослинний покрив, річкова мережа.

Високий рівень аномалій-перешкод, характерний для радіохвильової профілізації, у поєднанні з порівняно невеликою глибиною проникнення високочастотного поля, використовуваного в цьому методі, обумовлює невисоку його глибинність.

Основним геологічним завданням, для вирішення якої доцільно застосовувати радіохвильову профілізацію з вимірюванням полів радіостанцій, є дрібномасштабне неглибинне геологічне картування в районах з малопотужними покривними відкладами і порівняно спокійним рельєфом. В даному випадку цей метод володіє істотною перевагою перед іншими методами електророзвідки унаслідок його дешевизни і високої продуктивності польових робіт.

Останніми роками виконані досвідчені роботи, що обгрунтували доцільність використання при радіохвильовій профілізації електромагнітних полів наддовгохвильових радіостанцій, що працюють в діапазоні довжин хвиль 10-30 км. Зниження частоти досліджуваного поля веде до підвищення глибинності за рахунок зменшення поглинання поля і зниження рівня перешкод.

В даний час розроблені і можуть з успіхом застосовуватися для пошуків рудних тіл в околицях гірських вирібок і свердловин варіанти радіохвильової профілізації, в яких поле передавача, що переміщається уздовж свердловини або гірської виробки, досліджується приймальним пристроєм, поміщеним в тій же вирібці або свердловині, причому в процесі вимірювання передавач і приймач переміщаються уздовж вирібки (свердловини) без зміни їх взаємного положення.

Основною перевагою такого способу підземної електророзвідки є можливість дослідження околиць одиночних вирібок або свердловин. По глибинності (радіусу) дослідження цей метод поступається радіопросвічуванню.

 

Список використаної літератури

 

1. Хмелевской В.К. Электроразведка. Изд-во МГУ, 1984.

2. Жданов М.С. Электроразведка. Изд-во Недра, М., 1986.

3. Якубовский Ю.В. Электроразведка. Изд-во Недра, 1973.

4. Электроразведка. Справочник геофизика. Изд-во Недра, М., 1980.