книги из ГПНТБ / Светов Б.С. Теория, методика и интерпретация материалов низкочастотной индуктивной электроразведки

Рис. 33. Графики Н1Х вертикаль­ ного диполя над горизонтальной полуплоскостью

определяющую поле над го­ ризонтальной проводящей плоскостью:

к бесконечности как ir/h. Горизонтальная составляю­ щая поля в обратной уста­ новке 1-Х остается конеч­

но://-н о и в силу специфики усло-

'вий возбуждения и приема вторичного ПОЛЯ.

При h/r-+- оо

В формуле для hzx плюс относится к обратной установке. Некоторые дополнительные графики для рассмотренных случаев

приводятся в работах [41, 60]. Из приведенного материала следует, что в основных чертах закономерности поведения поля при возбу­ ждении полуплоскости вертикальным и горизонтальным диполями совпадают. При малой глубине расположения полуплоскости поле

130

-J,0 L

5

Рис. 35. Графики Hzz (а) и HIX (б) вертикального диполя над наклонной полуплоскостью

Н/г" '/$. шифр кривых — l|>

тельных углов наклона полуплоскости г|>: чтобы получить графики поля при положительных значениях г|\ достаточно отразить чертеж относительно оси ординат. Графики горизонтальной составляющей приведены для отрицательных и положительных углов наклона, но только для прямой установки. Графики обратной установки также

132

Г Л А В А V

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

При физическом моделировании электромагнитное поле изу­ чается в модели, геометрически подобной реальной среде, но с дру­ гими электрическими свойствами и существенно меньшими разме­ рами.

Для того чтобы низкочастотные электромагнитные поля в на­ туре и модели различались лишь некоторым постоянным множите­ лем, необходимо и достаточно выполнение следующего критерия подобия:

Если в натуре имеются тонкие проводящие пласты, то при мо­ делировании можно сохранять постоянным лишь значение их про­ дольной проводимости:

где т — мощность пласта.

При этом удается в области достаточно низких частот получить правильное представление о распределении поля и наблюдаемых величинах аномалий.

Что касается частотных характеристик тонких пластов в модели и натуре, то в области достаточно низких частот (когда т н не пре­ вышает толщины скин-слоя б) они различаются между собой лишь масштабным множителем по оси абсцисс, зависящим от некоторых «характерных» размеров измерительной установки или проводящего объекта. Иногда этот множитель и конкретный смысл характерного размера /н , м могут быть установлены исходя из дополнительных теоретических соображений или на основе модельных работ. В этом случае удается получить полное совпадение частотных характери-

134

В области высоких частот, когда т н > 6 , частотные характеристики модели и натуры и обусловленные ими аномалии становятся раз­ личными. В силу этого «тонким» следует считать такой пласт, мощ­ ность которого не только намного меньше всех остальных разме­ ров, определяющих рассматриваемую ситуацию, но и не превышает толщины скин-слоя в этом пласте.

Дополнительно необходимо, чтобы сохранялось отношение вели­

При решении электродинамических задач физическое моделиро­ вание является принципиально универсальным методом, ограни­ ченным лишь возможностью подбора сред с заданными электриче­ скими свойствами и необходимостью в общем случае таких перего­ родок между ними, на которых не искажались бы граничные условия («неискажающие» перегородки). Недостаток физического моделирования — ограниченная точность результатов, зависящая от техники моделирования.

На рис. 36 изображена блок-схема модельной установки, позво­ ляющей с высокой точностью получать полную характеристику пе­ ременного магнитного поля в спектре частот 30—200000 Гц. Эта установка дает возможность фиксировать аномальные эффекты, составляющие 1 0 ~ 4 - М 0 - 5 от первичного поля, и фазовые сдвиги по­ рядка долей минут. Блок А представляет собой движущуюся над моделью 4 по рейке-профилю измерительную установку, на общей жесткой основе с которой при моделировании задач дипольного ин­ дуктивного профилирования устанавливается и генераторный ди­ поль 2, запитываемый от генератора ГЗ-33 /. Измерительная рамка 3 при помощи верньерного устройства может вращаться в плоско­ сти профиля. При помощи этого устройства обеспечивается весьма высокая точность нахождения минимума сигнала в приемной рамке, измеряемого микровольтметром В-6-2 7. Так осуществляется изме­ рение малой полуоси эллипса поляризации Нъ и ее угла наклона. Величина большой полуоси определяется по максимуму сигнала в приемной рамке.

135

Модуль составляющей поля Нх, ортогональной первичному полю, обеспечивается путем установки приемной рамки в минимум приема на ^бёзаномальном участке профиля (в отсутствие проводящей сре­ ды). Это положение в дальнейшем сохраняется при передвижении системы по всему профилю. При измерении компоненты поля, совпа­ дающей по направлению с первичным полем Нх, для компенсации последнего, а также для компенсации нормального поля от вмещаю­ щей проводящей среды применяется блок Б.

С этой целью в цепи генераторной и приемной рамок последо­ вательно включаются специальные компенсирующие рамки 5 и 6.

Профиль

измерений

ориентировку, можно увеличивать или уменьшать амплитуду сум­ марного сигнала, поступающего на микровольтметр, и в той или иной мере компенсировать первичное поле. Возникающие в цепях неучитываемые фазовые сдвиги устраняются при помощи специаль­ ного фазовращателя в цепи компенсирующей рамки.

Для измерения модуля вторичного поля по составляющей Нг производится полная компенсация первичного или нормального поля в приемной рамке при расположении измерительной установки на безаномальном участке профиля. При передвижении измери­ тельной установки по профилю компенсация не изменяется. При из­ мерении мнимой части вторичного поля по составляющей Hz на каждой точке профиля находится минимум измеряемого напряже­ ния путем изменения амплитуды компенсирующего сигнала при не­

136

образованиях измеряемого и опорного сигналов, описан В. X. За­ харовым [27].

При моделировании обычно нет смысла производить измерения большого количества параметров переменного магнитного поля, изучаемых в различных модификациях индуктивной электрораз­

амплитуды и фазы) одной из этих компонент. Сведения о других параметрах поля могут быть получены с учетом соображений и на основе формул, приведенных в гл. I I .

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХОРОШО ПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ В НЕПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ

Это простейший вид моделирования, так как моделью непрово­ дящей среды является воздух, а хорошо проводящие объекты типа сплошных колчеданных рудных тел удается, как правило, заменять геометрически уменьшенными металлическими моделями. При этом часто оказывается возможным проводить моделирование на таких же частотах, как и измерения в натуре, а значит, применять поле­ вую аппаратуру.

По этому виду моделирования опубликовано много работ. В них устанавливается степень идеализации строгих решений электроди­ намических задач, обобщаются полученные теоретические данные на более широкие классы проводящих объектов, возбудителей и приемников поля, формулируются способы интерпретации резуль­ татов наблюдений и т. д. Мы остановимся лишь на отдельных при­ мерах моделирования, важных с точки зрения их использования при интерпретации полевых материалов.

На рис. 37 и 38 представлены графики поля незаземленной петли в присутствии наклонной проводящей пластины для ряда углов ее падения. На рис. 37 изображены графики амплитуды вертикальной составляющей поля Hz и отношения амплитуд в двух точках про­ филя, получаемые по методике двух горизонтальных рамок (см. гл. V I I I ) . Для вертикальной составляющей магнитного поля над на­ клонной проводящей пластиной характерен переход с положитель­ ных аномальных значений на отрицательные, причем минимум поля всегда располагается со стороны падения пластины, а переход через нулевое значение аномалии приурочен к проекции кромки пластины на профиль наблюдения.

Асимметрия графиков увеличивается при уменьшении угла па­ дения пластины, причем степень асимметрии слабо зависит от

137

Рис. 37. Графики Нг (1) и Ах (2) в методе незаземленной петли над наклонной пластиной (по Р. Боссчарту) [85]

глубины залегания пластины. Это позволяет оценивать угол паде­ ния 1 по приближенной эмпирической формуле

где /imax—1 и 1—/im in—значения аномалии в максимуме и мини­ муме поля. Величина аномалии, особенно в минимуме поля, также уменьшается при увеличении угла падения пластины. Когда напра­ вление падения совпадает с направлением возбуждающего поля, аномалия становится равной нулю. Однако эта характеристика поля зависит и от других факторов, прежде всего от глубины залегания пластины h, ее размеров и параметра вторичного поля р 2 на рабо­ чей частоте. Это делает затруднительным использование абсолют­ ного значения аномалии при интерпретации. При малых размерах пластин по падению (/<C/t) расстояние между экстремумами ано­ малии в основном зависит от глубины залегания верхней кромки

1 Угол падения 6 связан с углом \р на рис. 35 соотношением 0°=9О°—

138

Рис. 38. Графики Нь1На в методе незаземленной петли:

/ _ е = 1 5 ° ; 2 — 6=30°; 3 — 6=45°; 4 — 6-60°; 5 — 9=70°

пластины, однако при /, сравнимом с h, размер по падению в рав­ ной мере влияет на это расстояние. Более устойчивой величиной в этом отношении является расстояние от точки перехода аномаль­ ной кривой через нуль до положительного экстремума, расположен­ ного со стороны восстания тела. Это расстояние равно примерно 0,84-1,1 h.

139