Файл: Якубовский, Ю. В. Электроразведка учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 110

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Г л а в а XIII

РАДИОВОЛНОВЫЕ МЕТОДЫ

§1. О Б Щ И Е П О Л О Ж Е Н И Я

Радиоволновые методы разведки основываются на изучении процессов распространения в горных породах электромагнитных волн, частоты которых изменяются в диапазоне ІО5—ІО7 Гц, что отвечает длинам волн в воздухе соответственно 3000—30 м.

Электромагнитное поле, как показано в гл. IX, в значительной мере определяется электрическими свойствами среды. Во все выра­

жения, определяющие поле,

входит волновое число, зависящее

от параметров среды у, е и р.

 

Амплитудные значения электрической и магнитной компонент поля плоской электромагнитной волны определяются выражениями

Е = £ 0е”ьг,

Н = Н0е~Ьг,

(ХНП)

а электромагнитного диполя — выражениями

 

Е =» Е0е~Ъг/г,

Н = H 0e.~br/r,

(ХІІІ.2)

где Е0 и Н 0 — множители, характеризующие мощность источника; е~Ъг — множитель, определяющий убывание амплитуды компонент поля по мере распространения колебаний за счет поглощения энергии средой; Ъ — коэффициент, называемый коэффициентом поглощения, который согласно выражению (IX.3) определяется частотой поля, электропроводностью, магнитной проницаемостью и диэлектрической постоянной среды.

Поглощаемая средой энергия расходуется на возбуждение вто­ ричных (индуцированных) токов, плотность которых прямым образом зависит от проводимости пород. Поскольку же проводимость пород конечна, то вся поглощаемая энергия в конечном счете пере­ ходит в теплоту.

Таким образом, распространение электромагнитной энергии со­ провождается явлениями поглощения и индукции. Их интенсивность

344


возрастает как с увеличением частоты, так и с ростом проводимости среды. Последнее обстоятельство и определяет возможности исполь­ зования радиоволн для геологического картирования и поисков.

На наблюдении поглощения и связанного с ним ослабления поля основывается метод радиоволнового просвечивания, на наблюдении индукционных эффектов — метод радиокомпарации и пеленгации, или сокращенно — радиокип.

Отметим еще одно характерное обстоятельство. Скорость рас­ пространения электромагнитных колебаний ѵ также зависит от свойств среды. С увеличением проводимости и диэлектрической постоянной, как это следует из формул (IX.13) и (IX.14), скорость уменьшается, что иллюстрируется табл. 7 (по А. И. Заборовскому).

Таблица 7

V, нм/с

Среда (параметры даны в ед. СГСМ )

 

 

 

 

 

 

 

/ = 5 0 Гц

/= 5 • 104 ГЦ

/ = 5 - 1 0 ' Гц

Вакуум (е=1,

р = 1 ,

у = 0)

 

 

3-105

3

ІО5

3-105

Сухой песок (е

 

2, р = 1 , у = 1 0 -6)

2060

65

400

211 300

Влажная

глина

(s =

10, р = 1 , у

=

ІО8)

212

6720

29 900

 

=

 

 

Так как длина волны электромагнитных колебаний

 

 

 

Я, = W// = с// /е ц

 

/ і / 2

[ / 1 + (2у/е/)2 4-1],

 

а длина волны в пустоте (воздухе)

Ко —сЦі

то длина волны в среде

Яс = К іѴ щ Ѵ і /2 [ l/l + (2у/е/7+Т ].

(XIII.3)

Согласно формуле (X III.3) длина волны в среде всегда меньше длины волны в пустоте. В табл. 8 приведены значения Кс для различ­ ных величин К0 при разном удельном сопротивлении среды (по Д. С. Даеву).

 

 

 

 

Т а б л и ц а 8

 

 

хс,М

р = 10 000 Ом -м

Я»,м

р — 500 Ом -м

Р— 1000 Ом -м

р = 5000 О м -м

 

100

30,3

33,33

35,66

35,67

500

85,6

113,33

178,3

178,33

1000

125,0

170,0

303,0

356,7

Необходимость учета изменения длины волны электромагнитных колебаний при прохождении их через толщу исследуемых пород

345


вызывается тем, что на наблюдаемые эффекты оказывает влияние также и соотношение длин волн и геометрических размеров отдель­ ных геологических включений (рудных тел, линз и др.), чем обусло­ вливается возникновение дифракционных явлений.

В методе радиокип для исследования используют поля радио­ вещательных станций, удаленных на десятки и сотни километров от района работ, поэтому наблюдения проводятся при г > %0, в так называемой д а л ь н е й з о н е станции.

В методе радиоволнового просвечивания исследуется электро­ магнитное поле автономного передатчика и наблюдения проводятся на расстояниях г, соизмеримых с длиной волны (в породе), т. е. в так называемой п р о м е ж у т о ч н о й з о н е .

§ 2. МЕТОД РАДИОВОЛНОВОГО ПРОСВЕЧИВАНИЯ

Сущность метода радиоволнового просвечивания поясним следующими примерами.

При проводке разведочных и эксплуатационных горных вырабо­ ток, а также при бурении разведочных скважин часть рудных тел и иных объектов поисков оказывается в пространстве между горными выработками и скважинами и таким образом остается необнаружен-

Рис, 2U». Методы радиоволнового просвечивания.

Просвечивание: а — из штольни на дневную поверхность, б — между штольнями, в — между скважинами.

ной. Используя различие коэффициентов поглощения вмещающих пород и искомых объектов, можно «просветить» электромагнитными волнами исследуемое пространство и по степени поглощения энергии передатчика установить наличие или отсутствие рудных тел или иных геологических образований в толще окружающих отложений.

Пусть между дневной поверхностью и штольней среди плохо проводящих пород находится рудное тело высокой проводимости, наличие и положение которого надо определить (рис. 216, а). С этой целью в штольне в точке Г t помещают передатчик, а на дневной поверхности изучают поле этого передатчика. Вследствие поглоще­ ния электромагнитных волн рудным телом на дневной поверхности образуется зона, в пределах которой прием будет либо совершенно отсутствовать, либо в значительной мере окажется ослабленным (зона электромагнитной тени). Границы этой зоны отмечены на

346


рис. 210, а буквами JIY и Л 2. Если переместить затем генератор в новое положение Г 2, границы тени на дневной поверхности изме­

нятся и определятся в этом случае лучами Л 3 и J ,.B

положении

генератора Г 3 тень ограничится лучами Л ъ и Лв и т.

д. Нетрудно

заметить, что по положению лучей, ограничивающих конус Тени, можно приблизительно определить положение рудного тела.

На рис. 216, б изображен случай, когда просвечивание произ­ водится из одной штольни в другую. На рис. 216, в для этой цели использованы две буровые скважины. Возможен также вариант просвечивания из буровой скважины на дневную поверхность.

Аппаратура для метода просвечивания состоит из передатчика с рамочной антенной и измерителем мощности излучаемой энергии (например, измерителем тока в генераторной рамке) и приемника, также снабженного измерителем сигнала.

Модификацию радиоволнового просвечивания между горными выработками или между выработкой и поверхностью Земли называют ш а х т н ы м р а д и о п р о с в е ч и в а н и е м , а просвечивание между скважинами или между скважиной и дневной поверхностью — с к в а ж и н н ы м р а д и о п р о с в е ч и в а н и е м .

Аппаратура. Аппаратура, применяемая для радиоволнового про­ свечивания, характеризуется повышенной стабилизацией частоты генератора и коэффициента усиления приемника; желательно при­ менение замкнутых антенн, так как параметры открытых (штыревых) антенн сильно зависят от расстояния между антенной и стенками выработки (т. е. емкости антенна — Земля). Аппаратура должна обладать повышенной влагостойкостью. Скважинная аппаратура, по­ мимо того, должна быть герметизирована и удовлетворять специфике наблюдений в скважине (дистанционное управление, автономное питание).

Серьезные затруднения создает волноводный эффект — вынос энергии по объему горной выработки или стволу скважины. В ре­ зультате резко ослабевает поле в просвечиваемых породах, умень­ шается глубинность исследований и интенсивность аномальных эффектов, а выносимая энергия, усиливая поле вблизи приемника и интерферируя с проходящими колебаниями, искажает результаты наблюдений. На рис. 217 видно, что отсос энергии боковыми выра­ ботками сказался на графике напряженности поля вдоль главной штольни образованием ступенчатых спадов.

В шахтном просвечивании эта помеха преодолевается введением поправки, а при большом пути обходной волны с ее влиянием можно практически не считаться. В скважинном варианте просвечивания вынос энергии сводят до минимума применением специальных загра­ ждающих фильтров, своеобразных электромагнитных пробок.

Другой существенной помехой при просвечивании в подземных выработках является вынос энергии по искусственным проводни­ кам — троллеям, трубопроводам, рельсам, из которых наибольшее влияние оказывают незаземленные проводники. Способы преодоле­ ния этой помехи рассматриваются ниже.

347


Для шахтного радиопросвечивания выпускается комплект аппа­ ратуры АРІП-1 (рис. 218), состоящий из передатчика I с антенной 3 и приемника I I с антенной 6.

€,иВ

Рис. 217. Влияние волноводного эффекта боковых выра­ боток.

Передатчик состоит из задающего генератора 1 с кварцевой ста­ билизацией и усилителя мощности 2. Питание передатчика осуще­ ствляется от аккумуляторной батареи 5 через транзисторный

Рис. 218. Блок-схема аппаратуры АРШ-1.

преобразователь 4. Выход передатчика рассчитан для работы со штыревой или рамочной экранированной антеннами.

Приемник собран по супергетеродинной схеме с однократным преобразователем частоты и состоит из смесителя 7, аттенюатора 8, гетеродина 9, трех каскадов усиления по промежуточной частоте 10

348

12, детектора 13, усилителя постоянного тока 14, стрелочного инди­ катора 15, усилителя звуковой частоты 16 и головного телефона 17 для слухового контроля работы приемника. Калибровка и контроль чувствительности обеспечиваются калибратором 18.

Питание осуществляется от сухой батареи 19, расположенной

вкорпусе приемника.

Вкачестве приемных антенн используют одну штыревую и че­ тыре съемные рамочные антенны, настроенные на одну из рабочих частот. В комплект аппаратуры АРШ-1 входит также зарядное устройство — выпрямитель ВСА-10.

Аппаратура АРШ-1 имеет также устройство для согласования параметров приемной антенны с параметрами входа приемника. Благодаря этому можно проводить просвечивание между выработкой

искважинами подземного бурения. Для этого приемную антенну вводят в скважину при помощи специальной штанги-удлинителя.

При отсутствии серийной аппаратуры для шахтного просвечи­ вания в качестве передатчика можно использовать любой широко­ диапазонный генератор, удовлетворяющий указанным выше требова­ ниям и работающий на фиксированных, стабилизированных часто­ тах. Для измерений в этом случае применяют стандартный, выпускаемый радиопромышленностью измеритель помех ИП-12М. Он представляет собой супергетеродинный приемник с микровольт­ метром на выходе. Диапазон измеряемых частот 0,15—20 МГц, пределы измерения 1—105мкВ. Питание осуществляется от сухих батарей. Измеритель помех выпускается с открытой антенной, по­ этому необходимо переделывать вход прибора для работы с магнитной антенной (экранированной рамкой или соленоидом с ферритовым сердечником).

Для скважинного радиопросвечивания разработана серия аппа­ ратуры СРП. В настоящее время выпускается модель СРП-7. В отли­ чие от предыдущих моделей, аппаратура СРП-7 имеет наименьший диаметр и обладает повышенной теплостойкостью, что позволяет применять ее в скважинах диаметром до 46 мм и глубиной до 2000 м.

Передатчик работает на фиксированных частотах от 0,15 до 40 МГц; чувствительность приемника не хуже 0,5 мкВ на всю шкалу. Питание осуществляется от аккумуляторов. Аппаратура может быть вмонтирована в комплект типовых каротажных станций; она может использоваться также в переносном варианте с ручными лебедками.

Методика шахтного радиопросвечивания. Работы начинаются с опытных наблюдений, проводимых с целью определения коэффи­ циента поглощения для вмещающих пород, дальности действия аппаратуры в данных геологических условиях, характера и степени влияния на электромагнитное поле известных рудных тел (или дру­ гих объектов исследований), а также для выбора оптимального диапазона частот и шага наблюдений. Необходимо также установить возможность появления ложных аномалий от каких-либо геологи­ ческих образований, также хорошо проводящих, но не являющихся

349