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

1,5

1,0

Разную помехоустойчивость частотных и временных характе­ ристик вторичных полей в отношении геологических помех можно объяснить на основе теории информации. Теория информации ут­ верждает, что при функциональном преобразовании измеряемых параметров количество информации, содержащееся в них, не из­ меняется [82], если число независимых координат сигнала до и после его преобразования сохраняется одним и тем же.

Исследуемые в индуктивной электроразведке частотные и пере­ ходные характеристики определяются (2FT+X) независимыми отсчетами (координатами) на фиксированных частотах или време­ нах. Поэтому каждый такой отсчет в отдельности в пространстве частот (времен) является функцией ( 2 F 7 ' + l ) - r o отсчета в простран­ стве времени (частот). Происходит неизоморфное преобразование пространств. В этом случае количество информации (на один отсчет) может измениться и изменяется, хотя теория информации не позволяет пока предсказывать, в какую сторону. Возбуждаю­ щий сигнал в методе переходных процессов можно рассматривать как реально существующую сумму взятых с определенными весами сигналов (FT+1) частот. Выражение (VII . 2) преобразует конеч­ ную совокупность монохроматических сигналов в конечную сово­ купность временных отсчетов. При этом на определенным образом выбранных временах количество информации относительно объек­

170

нал фиксированной частоты является «бедным» с точки зрения теории информации сигналом. Он характеризуется всего лишь двумя координатами (в частотном пространстве) —своей активной и реактивной частями. Поэтому на его основе нельзя существенно изменить количество информации относительно объектов с раз­ ными т. Для того чтобы это сделать, необходимо предварительно «обогатить» спектр возбуждающего поля.

в о з м о ж н о с т и ИСПОЛЬЗОВАНИЯ с л о ж н ы х ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ

Для получения существенного положительного эффекта при не­ изоморфном преобразовании сигналов нужно в качестве исходного выбрать сигнал, характеризующийся по возможности большим чис­ лом независимых координат в каком-либо пространстве (частотном, временном, геометрическом и т. п.), и при преобразовании целе­ направленно редуцировать (сократить) их количество. С этой точки зрения в качестве возбуждающего поля целесообразно использо­ вать периодические поля, изменяющиеся по более сложному за­ кону, чем синусоидальный. Простейшим среди таких полей явля­ ется, например, поле двух частот.

Двухчастотное поле

Если над таким полем, следуя предложению А. А. Кауфмана, осуществить преобразование

AfA=-^-\mHf,-lmHf2, (VII.14)

то в результате будет исключена линейная зависимость мнимой ча­

нормированными соответствующими значениями первичного поля). При таком преобразовании резко улучшается фильтрация вторич­ ных полей от объектов с малыми значениями т. Соответствующий

h

график при отношении частот - j — = 4 приведен на рис. 46. Он по-

Из сопоставления этого графика с временной характеристикой сле­ дует, что даже такое простое преобразование двухчастотного поля делает избирательность соответствующих частотных и временных ха­ рактеристик весьма близкой. Заметим, что подобные преобразования

171

можно делать как аппаратурно, так и в процессе обработки ре­ зультатов измерений.

Геологическими помехами могут быть также объекты, харак­ теризующиеся большими постоянными времени т (хорошо прово­ дящие наносы, обводненные зоны и т. д.). Для подавления анома­ лий от таких объектов нужно увеличить крутизну правой ветви час­

В этом случае правая ветвь кривой будет изменяться обратно пропорционально р 2 = тсо. Используя три частоты, можно получить достаточно хорошую избирательность измеряемого сигнала в неко­ торой полосе изменения т.

Частотно-модулированное поле

Простейшее частотно-модулированное электромагнитное поле может быть записано в виде

172

то на выходе амплитудного детектора будет получена постоянная составляющая напряжения и гармоники частоты Q, амплитуды которых определяются разложением

Измеряя амплитуды гармоник, можно получить полное пред­ ставление о частотной характеристике вторичного поля F.

Р2/(р2)

pf'(P2>l OA

PB<f"'(p2)

1,0

характеризующих амплитуды соответствующих гармоник вплоть до

173

Г Л А В А VIII

МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИИ И АППАРАТУРА НИЗКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКТИВНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

Методики абсолютных и относительных измерений напряженности поля

Под методикой измерений понимается совокупность устройств и приемов, с помощью которых какие-либо характеристики иссле­ дуемого электромагнитного поля преобразуются в электрические напряжения, поступающие на вход измерительного прибора. С точки зрения основных особенностей измерительного процесса методики измерений могут быть разделены на два класса — абсо­ лютных и относительных измерений. В методиках первого класса измеряются декартовы компоненты напряженности поля или полу­ оси эллипса поляризации в различных точках пространства, в ме­ тодиках второго класса — отношение либо одноименных компонент напряженности поля в разных точках пространства, либо разнои­ менных компонент в одной и той же точке.

Спецификой измеряемых в переменном электромагнитном поле величин является их комплексный характер. Так, объектом абсо­ лютных измерений может быть либо амплитуда и фаза напряжен­ ности поля, либо ее действительная и мнимая части. Целесообразно рассматривать эти величины не независимо друг от друга, а как связанную совокупность двух частей одной и той же комплексной напряженности поля.

При таком подходе измерение действительной и мнимой ча­ стей напряженности поля соответствует ее изображению на комп­ лексной фазовой плоскости в декартовых временных координатах:

За нулевую фазу, определяющую положение оси абсцисс на фазо­ вой плоскости, обычно принимают фазу тока в возбудителе.

175

В методиках относительных измерений результат обычно пред­ ставляется в логарифмическом виде:

Такая система записи хорошо отражает характер относитель­ ных изменений комплексной величины, которые, как известно, ха­ рактеризуются относительными изменениями модуля этой величины и абсолютными изменениями аргумента. Действительная и мни­

нения обеих компонент 1пЛ. Исходя из этого, следовало бы изоб­

Относительными можно условно считать и измерения угла на­ клона эллипса поляризации магнитного поля. При не слишком большой поляризации поля ( Я 0 < с Я а ) этот угол близок отношению амплитуд вертикальной и горизонтальной составляющих поля (11.14).

Абсолютные измерения поля обычно производятся амплитуд­ ными или фазочувствительными микровольтметрами. Относитель­ ные измерения обычно осуществляются с помощью пассивных из­ мерительных элементов (потенциометрических устройств, фазо­ вращателей, угломерных шкал) и нуль-индикаторов. При таких из­ мерениях устраняются погрешности, связанные с нестабильностью генератора и приемника поля.

При абсолютных измерениях под аномалией понимается нор­

176

При относительных измерениях аномалию целесообразно опре­ делять формулой

измерения ортогональных компонент напряженности поля с мик­ ровольтметром любого типа и методика инвариантных измерений полуосей эллипса поляризации (ЭПП) . В первой из них обычно измеряется амплитуда напряженности поля по направлению, со­ впадающему с первичным полем. Достоинством этой методики яв­ ляется ее простота и высокая производительность, недостатком — невысокая точность измерений поля. Область ее основного приме­ нения— неглубинный (20—40 м) поиск хорошо проводящих руд­ ных месторождений в высокоомной вмещающей среде. При работе

сфазовой приставкой, осуществляющей суммирование измеряемого

иопорного напряжений [27].

Вметодике ЭПП обычно измеряются большая и малая полуоси проекции эллипса поляризации на вертикальную плоскость, про­ ходящую через профиль наблюдений. Измерения производятся при помощи системы двух ортогональных рамок и специальной аппа­ ратуры (ЭПП-1,2). Достоинствами этой методики являются высо­ кая точность и высокая производительность работ, недостатками — некоторая сложность измерительной аппаратуры и сравнительно большой вес генераторного устройства. Область ее основного при­ менения — поиск хорошо проводящих рудных месторождений на средних (50—80 м) глубинах и геоэлектрическое картирование [58]. Нередко измерение этих же величин производится с помощью ори­ ентируемых в пространстве приемных рамок и микровольтметров: малой полуоси эллипса поляризации — при ориентации рамки по

минимуму приема поля, а большой полуоси — при повороте рамки на 90°.

Среди методик относительных измерений наиболее часто при дипольных индукционных исследованиях (как при поисках место­ рождений хорошо проводящих руд, так и при геоэлектрическом картировании) применяется методика измерения угла наклона эллипса поляризации. В этой методике обычно используется аппаратура ДЭМП, с помощью микровольтметра которой на­ ходят минимум напряженности поля при вращении приемной рамки.

В методе незаземленной петли могут применяться методики двух горизонтальных и скрещенных рамок. В первой из них изучается отношение амплитуд и сдвиг фазы вертикальной составляющей магнитного поля в двух точках на профиле (А и Дер), во второй — отношение амплитуд и сдвиг фазы двух компонент поля, ориенти­ рованных под углами +45° и —45° к горизонту в плоскости про­ филя (А* и Дф*). Измерения производятся с помощью аппаратуры типа АФИ. Эти методики обеспечивают более высокую точность, чем амплитудные измерения поля с микровольтметром, но менее высокую по сравнению с методикой ЭПП. Их недостатками яв­ ляются невысокая производительность работ и ограниченная об­ ласть применения.

Методика двух горизонтальных рамок может применяться в методе незаземленной петли при поисках месторождений хорошо проводящих руд, методика скрещенных рамок — в методах неза­ земленной петли и длинного кабеля при поисковых и геокартиро-

в методике двух горизонтальных рамок может быть выражен в виде

где нижними индексами 1 и 2 отмечены напряженности поля, фик­ сируемые соответственно первой и второй рамками.

Из сопоставления этого выражения с ( V I I I . 5 ) следует связь амплитудной и фазовой аномалий в этой методике со вторичным полем:

1 Д Re Н\ 1 Д im Я'

(VIII.6')

При небольших расстояниях между рамками графики распре­ деления поля в этой методике близки к продифференцированным графикам Я2 . Если расстояние между рамками велико, то эта ме­ тодика сдваивает аномалию Нх, повторяя ее, когда рамка 2 прохо­ дит над аномальным объектом, и изменяя ее знак при прохожде­ нии рамки 1.

При том же условии малости аномалий в методике скрещенных

где a — угол наклона рамок к горизонту.

178

способов интерпретации результатов абсолютных измерений орто­ гональных компонент поля Hz и Нх на методики относительных из­ мерений.

Методики точечных и интегральных измерений

В методиках точечных измерений изучаются какие-либо пара­

либо циркуляция электрического поля вдоль некоторого незамкну­ того контура, либо поток магнитного поля через замкнутый контур. В обоих случаях размеры контуров нельзя считать точечными, так как они сравнимы с глубиной проводимых исследований.

Методика измерения потока магнитного поля через замкнутый контур первоначально была разработана и применена в методе пе­ реходных процессов [10, 61], где она получила название однопетлевого варианта метода (МППО) . Применение гармонических полей в таком варианте исследований позволяет повысить помехо­ устойчивость приемной аппаратуры и снять ограничения в отно­ шении максимальных размеров петель. Вместе с тем при измерении гармонических полей возникает необходимость в предваритель­ ной компенсации первичного поля. Для такой компенсации необхо­ димы раздельные генераторная и приемная петли. В связи с этим такой метод исследований получил название двухпетлевого.

Для компенсации э. д. с. первичного поля в измерительную петлю последовательно вводится напряжение, сдвинутое по фазе на 90° относительно тока в генераторной петле. Это напряжение по­ лучается с помощью изолир-трансформатора, первичная обмотка которого включена в генераторный контур. Обмотки трансформа­ тора подключаются таким образом, чтобы компенсирующее на­ пряжение и э. д. с. первичного поля были в противофазе. Изменяя коэффициент взаимной индукции между обмотками трансформа­ тора, можно добиться минимума показаний микровольтметра, из­ меряющего напряжение на приемном контуре. Оставшееся напря­

с помощью фазочувствительных микровольтметров. Помимо нее измеряется либо э. д. с. первичного поля в приемном контуре S9,