Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/alex/FS1.DOC Дата изменения: Mon Oct 30 17:27:03 2000 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:02:37 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: векторное поле

Частотное зондирование

Одними из ведущих электроразведо?ных методов при решении структурных
геологи?еских зада?, при поиске и разведке рудных месторождений,
месторождений нефти и газа являются электромагнитные зондирования с
контролируемыми (искусственными исто?никами). Основой электромагнитных
зондирований является изу?ение во временной и ?астотной областях компонент
электромагнитного поля токов, индуцированных в земле исто?никами разли?ных
типов[1]. Наиболее распространенными исто?никами электромагнитного поля
являются незаземленная горизонтальная петля (вертикальный магнитный диполь)
и заземленный электри?еский кабель (горизонтальный электри?еский диполь), в
которые подается электри?еский ток в виде прямоугольных импульсов. В слу?ае
?астотного зондирования (ЧЗ) измеряются амплитуды и фазовые сдвиги
электри?еских и магнитных компонент, а в методе ЗС регистрируется
становление поля в зависимости от времени, отс?итываемого с момента
вклю?ения или выклю?ения тока.
Эффект зондирования здесь достигается за с?ет увели?ения глубины
проникновения поля с уменьшением скорости его изменения (скин-эффект).
Глубиной проникновения электромагнитного поля в землю ([pic]) называется
расстояние, на котором амплитуда волны уменьшается в [pic]раз.
[pic] (1)
где [pic] - среднее сопротивление горных пород, а Т - период колебаний
электромагнитного поля. Следующее важное следствие, вытекающее из формулы
(1), заклю?ается в том, ?то глубина проникновения электромагнитного поля в
землю тем больше, ?ем выше сопротивление горных пород. В изоляторе поле
распространяется сколь угодно далеко, практи?ески не затухая, а в хорошем
проводнике [pic] стремится к нулю. Таким образом открывается возможность не
изменяя расстояния между исто?ником и приемником изу?ать свойства среды на
разли?ной глубине изменяя ?астоту поля.
Колыбелью большинства современных электроразведо?ных методов стал
геофизи?еский центр ЦНИГРИ в г.Ленинграде. Именно там в на?але 30х годов
геофизики-электроразвед?ики под руководством проф. В.Р.Бурсиана развивая
метод индукции вплотную подошли к идеи электромагнитных зондирований.
Первые теорети?еские обоснования возможности проведения электромагнитных
зондирований появились в статье академика В.А.Фока (1933), где был изложен
метод решения зада?и по определению электромагнитного поля в цепи двух
заземлений, расположенных на поверхности земли. В 1941 году, развивая идеи
В.Р.Бурсиана, профессор ЛГУ А.П.Краев предложил идею ?астотного
зондирования. После войны были проведены большие работы по развитию теории
электромагнитных зондирований в Институте теорети?еской геофизики АН СССР
под руководством А.Н.Тихонова, во ВНИИГеофизике и В Институте развития
геофизики в Ленинграде, результаты которых сформулированы в следующих
статьях: Тихонов, 1950 "Определение переменного электромагнитного поля в
сплошной среде", Тихонов, 1956 "Метод рас?ета электромагнитных полей,
возбуждаемых переменным током в слоистых средах", Ваньян, 1957 "К теории
дипольных электромагнитных зондирований", Краев, 1951 "Основы
геоэлектрики".
Первый практи?еский опыт по проведению ЧЗ в 1956 и 1957 годах был
осуществлен сотрудниками ВНИИГеофизики на юго-восто?ном борту Польско-
Литовской впадины. Неблагоприятный геоэлектри?еский разрез для методов
постоянного тока (нали?ие в разрезе на небольшой глубине ангидритов
пермского возраста) был успешно исследован и полу?енная информация о
подэкранной толще позволила откартировать рельеф высокоомного фундамента.
Результаты работ приведены в работе Л.Л. Ваньяна: "К теории дипольных
электромагнитных зондирований".
Дальнейшие развитие теории ?астотных зондирований, аппаратуры,
методики и интерпретации происходило во ВНИИГеофизике, ИФЗ, Институте
Океанологии, в МГУ, в ЛГУ. Наиболее распространенная у нас в стране на
сегодняшний день модификация ?астотных зондирований - ЧЗ-ВП
(ВНИИГеофизика).
Решаемые зада?и
Преимущества и недостатки

ЧЗ можно использовать для изу?ения тектоники осадо?ных бассейнов, при
решении структурных и инженерных зада?. По сравнению с методами
постоянного тока ЧЗ имеет ряд преимуществ:
1. Пласты высокого сопротивления не являются экраном;
2. Зондирования выполняются на одной то?ке;
3. Возможность интерпретировать как амплитудные так и фазовые
характеристики;
4. Помехоустой?ивость.
но есть и ряд недостатков:
1. Неопределенность с то?кой записи;
2. Отсутствие хорошего аппарата интерпретации;
3. В районах с экраном электри?еская компонента в поле АВ не несет
информации о подэкранной толще;
4. Вертикальная составляющая магнитного поля ( наиболее ?асто используемая)
о?ень ?увствительна к горизонтальным неоднородностям разреза.

Решение зада?и
Анализ компонент

Фундаментальной моделью при электромагнитных зондированиях переменным
полем является одномерная модель, а моделью контролируемого исто?ника
электри?еский или магнитный диполь. Существует два способа нахождения
компонент электромагнитного поля на поверхности проводящего однородного
полупространства в поле этих исто?ников. Первый, более древний, заклю?ается
в нахождении векторного потенциала, имеющего две (в слу?ае электри?еского
диполя) или одну (в слу?ае магнитного диполя) отли?ную от нуля компоненту
(В.А.Фок,1933; А.Н.Тихонов,1950). Второй, спектральный подход к решению
этой зада?и заклю?ается в поиске спектров компонент электромагнитного поля
(М.С.Жданов,1986). Заметное упрощение хода решения во втором слу?ае
объясняется тем, ?то операции дифференцирования в данном слу?ае заменяются
простым умножением. Сами компоненты поля полу?аются из своих спектров ?ерез
преобразования Фурье.
Для слу?ая, когда исто?ником является электри?еский диполь АВ с
моментом тока в диполе Р, компоненты электромагнитного поля над однородным
полупространством равны:
[pic] (2)
где [pic] - компонента электромагнитного поля, параллельная линии АВ;
[pic] - компоненты электромагнитного поля, перпендикулярные линии АВ;
[pic] - вертикальная составляющая магнитного поля;
Для слу?ая, когда исто?ником является вертикальный магнитный диполь,
компоненты электромагнитного поля над однородным полупространством равны:
[pic] (3)

где [pic] -вертикальная составляющая магнитного поля;
[pic] - тангенсальная составляющая электри?еского поля;
Как видно из вышеприведенных формул, все компоненты поля зависят от
электри?еских параметров разреза. Зна?ит, измерив на поверхности земли
компоненты электромагнитного поля мы можем найти зна?ения [pic].
Для детального анализа компонент электромагнитного поля, рассмотрим
их поведение в ближней и дальней зонах исто?ника, которые определяются
произведением [pic], где [pic]- волновое ?исло в квазистационарном
приближении, а r - расстояние от приемника до исто?ника (разнос).
Используем для ближней зоны (kr << 1) разложение [pic] по малому параметру
[pic]:
[pic], тогда в поле электри?еского диполя АВ:
[pic]
(4)
а в поле магнитного диполя:
[pic]
(5)
Таким образом мы видим, ?то электри?еские компоненты в ближней зоне
имеют зависимость от параметров разреза, а магнитные нет. (В слу?ае петли
легко показать, ?то мнимая ?асть компоненты Hz во много раз меньше
действительной. Разнос стремиться к нулю и ?астота стремится к нулю. Первый
?лен в формуле - перви?ное магнитное поле петли). Зависимость электри?еских
компонент от параметров разреза в ближней зоне широко используется в
разли?ных модификациях геометри?еских электри?еских зондирований на
постоянном токе (ВЭЗ, ДЭЗ и т.д.).
Пренебрегая более малыми вели?инами при [pic] >>1 (дальняя зона),
полу?аем в слу?ае питающего диполя АВ:
[pic] (6)
а в слу?ае питающего магнитного диполя:
[pic]
(7)
Как мы видим из формул, в дальней зоне все компоненты
электромагнитного поля имеют связь с параметрами разреза и их можно
использовать для определения удельного электри?еского сопротивления. В
дальней зоне исто?ника электромагнитная волна, распространяющаяся в
проводящей земле полностью затухает, и сохраняется только электромагнитная
волна идущая по воздуху, без поглощения. Для ?астот, используемых при
проведении ЧЗ можно с?итать, ?то она одновременно возбуждает втори?ные
волны на поверхности раздела земля-воздух, т.е. действую законы плоской
волны.

-----------------------
[1]Аналоги?но исследуются радиоэлектронные системы, которые можно
представить в виде эквивалентной схемы - ?етырехполюсника, имеющего две
входные и две выходные клеммы. При этом игнорируется внутренняя структура,
а интерес представлют только реакции ситемы на разли?ные стандартные
сигналы. Это позволяет, не рассматривая в отдельности особенности
прохождения сигнала ?ерез все элементы и узлы, определять обобщенные
характеристики системы в целом. Важнейшая характеристика системы -
коэффициент переда?и, определяемый как отношение выходного сигнала к
входному. Амплитудно-фазовая характеристика линейных сиcтем определяется
как отношение синусоидального напряжения сигнала на выходе сиcтемы к
синусоидальному напряжению на входе сиcтемы во всем диапазоне ?астот:
[pic]
Временные характеристики наиболее универсально отображаются с помощью
переходной функции h(t) и импульсной реакции g(t). Под переходной функцией
понимается отклик на воздействие в виде едини?ной функции. Импульсная
переходная характеристика или импульсная реакция - отклик на воздействие
едини?ного импульса. О?евидно, ?то между всеми тремя характеристиками
существует однозна?ная связь, так как они по-разному, но с одинаковой
полнотой отражают свойства линейной системы.