CS234061B1 - Způsob měření elektromagnetických variací Země a systém měřicích stanic pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Podstata způsobu měření podle vynálezu spočívá v tom, že se pořizuje synchronně spolu s elektromagnetickým záznamem alespoň v jednom místě zkoumané oblasti v tomtéž místě také gradientometrický záznam lokálních elektromagnetických polí na povrchu Země. Systém měřicích starlic podle vynálezu je vytvořen alespoň ze dvou synchronně pracujících měřicích stanic a z ústředního zařízení pro vyhodnocování záznamů na výstupech stanic. Každá měřicí stanice je vytvořena ze snímače magnetického pole a/nebo snímače elektrického pole. Výstupy snímačů jsou připojeny k výstupům měřicích stanic. Vynález je využitelný zejména při geofyzikálním průzkumu složení podpovrchovýcli vrstev Země.

Description

Vynález se týká způsobu měření elektromagnetických variaci Země a systému měřicich stanic pro prováděni tohoto způsobu, který je použitelný zejména při geofyzikálním průzkumu složeni podpovrchových vrstev Země i do značných hloubek za přítomnosti velkých rušivých signálů, které mohou měřený signál i maskovat.

Měřeni variaci zemského elektromagnetického pole lze dosud provádět pomoci laboratorních i komerčních magnetovariačnich nebo magnetotelurických stanic, jejichž citlivost nelze ani zcela využit následkem vysoké úrovně lokálních poruch, vyvolaných různou lidskou činnosti. Výsledkem měření na magnetovariačni nebo magnetotelurické stanici je záznam, který se obvykle zpracovává na samočinném počítači. Tak například při magnetotelurických měřeních lze ze synchronizovaného záznamu ze dvou stanic vzdálených od sebe až 10 kilometrů získat pomocí vhodného programu na počítači kvalitní magnetotelurická data i v podmínkách vysoké úrovně rušivých signálů. Přitom je využito principu nekorelovaného charakteru poruch na dvou vzdálených stanicích a časově korelovaného průběhu měřených variaci zemského pole. Přesto je nutné velmi rušené úseky záznamu před zpracováním vyřazovat a to ovšem znamená podstatné prodloužení doby měřeni i zpracováni výsledků. Značné komplikace a nezanedbatelné investiční náklady, jakož nároky na obsluhu představuje přitom telemetrické spojení obou stanic.

Nevýhody a nedostatky dosud známých způsobů měření a zařízeni pro provádění měření elektromagnetických variaci Země jsou do značné míry potlačeny nebo zcela odstraněny vynálezem

234 061 způsobu měřeni elektromagnetických variaci Země a systému měřici ch stanic pro prováděni tohoto způsobu, jehož podstatou je, že se synchronně spolu s elektromagnetickým záznamem alespoň v jednom místě zkoumané oblasti pořizuje v tomtéž místě také gradientometrický záznam lokálních elektromagnetických poli na povrchu Země. bále je podstatou vynálezu systém měřicích stanic pro prováděni tohoto způsobu, jehož podstatou je vytvoření alespoň dvou synchronně pracujících měřicích stanic, na jejichž výstupech ziskané záznamy jsou přenášeny do ústředního zařizení pro jejich vyhodnoceni. Podle vynálezu každá z alespoň dvou synchronně pracujících stanic je vytvořena jednak ze snímače magnetického pole a/nebo snímače elektrického pole, jednak ze snímače alespoň jedné složky gradientu magnetického a/nebo elektrického pole, přičemž výstupy ze snímačů složek elektromagnetických poli a ze snímačů složek gradientů těchto poli jsou připojeny k výstupu každé z alespoň dvou synchronně pracujících měřicích stanic.

Způsob měření elektromagnetických variací Země a systém měřicích stanic pro prováděni tohoto způsobu podle vynálezu umožňuji proti dosavadnímu postupu měření: zaprvé odlišit spolehlivě poruchy pd přirozených variaci, z^druhé spolehlivě rozhodnout o vyřazení příliš zarušených úseků záznamů, které jsou nevhodné pro zpracováni, a toto vyřazeni provést případně automaticky, zajtřeti podstatně zkrátit dobu měřeni a zpracováni jeho výsledků a konečně zajčtvrté provádět magnetovaní ační a magnetotelurické měření v místech, jež byla dřivé pro vysokou úroveň rušících signálů nepřístupná, případně na změřených místech tato měřeni opakovat a dosáhnout přesnější a spolehlivé výsledky. Jako další výhodu lze uvést, že výstupní signály ze stanic lze podle potřeby upravit tak, aby na výstupu, připojeném na obecné záznamové zařízení, z něhož je informace zavedena do vyhodnocovacího zařízeni, například do počítače, byla co nejnižší úroveň poruch, to znamená parazitních signálů. Dále lze v systému libovolného počtu měřicích stanic zvolit jednu stanici - a to libovolnou - jako stanici referenční a tuto stanici použit účelně při vyhodnocování impedance Země v místech jednotlivých stanic. Přitom vzdálenosti jednotlivých stanic od sebe navzájem a od zařizení pro vyhodno- 3 234 0B1 cováni impedance Země Lze dle okolností volit různě velké; stejně tak lze volit polohu stanic· Vzdálenosti měřicích stanic mohou být několik kilometrů. Technické prostředky pro přenos» informaci z jednotlivých měřicích stanic do vyhodnocovacího zařízeni lze zvolit podle konkrétních možností; obecně lze přenos realizovat kabelem, bezdrátově nebo jiným způsobem.

Podstata vynálezu je v dalším popise blíže vysvětlena pomocí výkresů, na ifíchž je znázorněno: na obr. 1 - základní blokové schéma obecného zapojeni měřici stanice pro prováděni způsobu dle vynálezu, na obr. 2 - blokově schéma zapojení systému 8 měřicích stanic, na obr. 3 - blokové sche*ma přikladu zapojeni měřici stani.ce, v niž jsou poruchy snímané gradientometrem odečteny ze signálu snímaného magnetometrem přímo na vstupu měřici stanice, to znamená v čidle, na obr. 4 blokové schéma přikladu zapojeni měřici stanice, v niž jsou poruchy snímané gradientometrem odečteny - ze signálu snímaného magnetometrem - v zesilovací trase, v diferenciálním zesilovači, na Obr. 5 - blokové schéma přikladu zapojeni měřici stanice, v níž jsou poruchy snímané gradientometrem odečteny od signálu snímaného magnetometrem až při matematickém zpracováni - s použitím samočinného počítače - záznamu z magneto» metru a gradientometru.

Na obr. 1 je k měřiči J elektromagnetického pole připojen vstup prvního obvodového prvku J pro regulaci velikosti signálu na výstupu měřiče X; podobně výstup gradientometru 2 je připojen ke vstupu druhého obvodového prvku i pro regulaci velikosti signálu na výstupu gradientometru Výstupy obou obvodových prvků i, £ jsou připojeny k odpovídajícím dvěma vstupům bloku 5 obvodů pro zpracováni a vyhodnoceni obou vstupních signálů.

Na obr. 2 je znázorněn přiklad systému 6 osmi měřicích stanic 7,8,9,10,11,12,13,14 pro prováděni způsobu měřeni elektromagneti ckých variaci Země. Signály obsahující informace o elektromagnetických variacích Země v místech měřicích stanic 2 až 14 jsou z těchto stanic přenášeny kabelově nebo bezdrátově do ústředního záznamového a vyhodnocovacího zařízeni 15,

- 4 234 081 které je případně propojeno na samočinný počítač. Jednotlivé měřici stanice £ až 14 jsou umístěny v terénu podle potřeby a jsou od sebe vzdáleny případně několik kilometrů.

Na obr. 3 je supravodivá smyčka 16 supravodivého kvantového magnetometru pro snímáni měřeného magnetického pole připojena přes první obvodový prvek 3’pr° regulaci velikosti signálu ku prvnímu vstupu čidla 17, supravodivého kvantového magnetometru. Toto čidlo je mezinárodně označováno SauIO. Výstup gradientometru £ je přes druhý obvodový prvek £ pro regulaci velikosti signálu připojen ke druhému vstupu čidla 17, které je připojeno k elektronickému budicímu obvodu 18. Výstup Čidla 17 je přes elektronický obvod 19 vytvořený zesilovačem, detektorem a filtrem spojen se záznamovým zařízením 20, k jehož výstupu je připojen odpovídající vstup samočinného počítače 2£.

Na obr. 4 je výstup magnetometru 22 spojen přes prvni obvodový prvek 3 pro regulaci výstupního signálu s elektronickým obvodem 23 pro jeho vyhodnoceni, jehož výstup je připojen k prvnímu vstupu diferenciálního zesilovače 25. Výstup gradientometru 2. je přes druhý obvodový prvek £ pro regulaci výstupního signálu a přes elektronický obvod 24 pro vyhodnocování výstupního signálu připojen ke druhému vstupu diferenciálního zesilovače 25, jehož oba vstupy jsou zároveň spojeny se dvěma vstupy obvodu 26 pro předvolbu maximálně přípustné úrovně poruch. Výstup obvodu 26 jé spojen s řídicím vstupem záznamového zařízeni 27 pro sběr dat, jehož signální vstup je spojen s výstupem diferenciálního zesilovače 25. Výstup záznamového zařízeni 27 je spojen s odpovídajícim vstupem samočinného počítače 21.

Na obr. 5 je výstup magnetometru 22 spojen přes první obvodový prvek 3 pro regulaci výstupního Signálu a přes elektronický vyhodnocovací obvod 19 se vstupem prvního záznamového zařízení 28. Výstup gradientometru 2 je přes druhý obvodový prvek £ pro regulaci výstupního signálu a přes elektronický obvod 24 pro vyhodnocováni výstupního signálu gradi entometru 2. spojen se vstupem druhého záznamového zařízeni 29. Výstupy obou záznamových záři zeni 28, 29 jsou jednotlivě připojeny

- 5 234 081 k oběma vstupům obvodů 30 pro předvolbu maximální přípustné úrovně poruch. Výstupy těchto obvodů jsou připojeny jednotlivě ke vstupům prvního záznamového zařízení 28 a druhého záznamového zařízení 22· Výstupy obou záznamových zařízeni 28,29 jsou kromě toho napojeny na odpovídající vstupy samočinného počítače 21·

Činnost systému 6 osmi měřicích stanic podle obr. 1 a 2 pro prováděni způsobu měřeni elektromagnetických variací Země: každá měřicí stanice systému 6 kromě měření složek vektoru pole pořizuje zároveň gradientometrický záznam, což znamená, že se měří složky tensoru gradientu lokálního pole za použití dobře vyváženého a nepohyblivého gradientometru a to v tomtéž místě. Zatímco se při záznamu pole registrují nejen jeho variace, ale zároveň také lokální poruchy, dobře vyvážený gradientometrický systém registruje pouze lokální poruchy a nikoliv variace gradientu pole Země. Například gradient variaci magnetického pole Země činí -10 řádově 10 piko-Tesla na 1 metr na kmitočtu 1 Hertz při měřeni nad pevninou a je tedy při užití stávajících gradientometrů nedetekovateIný. Při použiti této metody pro měření nad oceánem by bylo zapotřebí použit gradientometru vyššího řádu.

Realizace způsobu měření elektromagnetických variací Země je možná například podle obr. 1 s použitím měřiče 1 elektromagnetického pole kombinovaného s gradientometrem 2. Signály z obou těchto zařízení jsou přes obvodové prvky 3 a 4 pro regulaci velikosti signálů na výstupech měřiče 1 a gradientometru 2 zavedeny do bloku £ obvodů pro jejich zpracováni a vyhodnoceni. Záznam ž gradientometru 2 se použije pro elektrickou nebo matematickou minimalizaci poruch obsažených v záznamu získaném daným systémem. Přitom zmíněnou minimalizaci lze provádět různými způsoby a to zaprvé odečítáním poruch to znamená parazitních signálů přímo na vstupu měřicí stanice nebo zadruhé na trase v diferenciálním zesilovači nebo zatřetí až při matematickém zpracování samočinným počítačem.

Realizace prvního způsobu je možná pouze v těch případech a zařízeních, kdy se intenzita pole nebo jeho gradient nesnímá přímo čidlem, nýbrž snímacím zařízením a měřená veličina se do Čidla zavádí. Příkladem takového provedení je supravodivý kvantový magnetometr s čidlem, které je mezinárodně — 6 —

234 081 označováno SQUIO”. Odpovídající blokové schéma zapojení je znázorněno ná obr. 3, v němž je signál ze supravodivé smyčky Jé veden přes první obvodový prvek J, jimž se reguluje velí kost signálu, do první cívky čidla JZ- Signál z gradientometru 2 vytvořeného dvěma proti sobě zapojenými supravodivými smyčkami je opět veden přes druhý obvodový prvek £ pro regulaci velikosti signálu do druhé cívky čidla JZ, napájeného z elektronického budicího obvodu J§. Obvodový prvek 2 nebo £ je vytvořen například proměnnou supravodivou indukčností. Výstupní signál z čidla JZ je zaveden do elektronického vyhodnocovacího obvodu J2, vytvořeného ze zesilovače, detektoru a filtračního obvodu, výstupní signál z obvodu J2 je zaveden na vstup záznamového zařízeni Zfi pro sběr dat na samočinný počítač Zl· Záznamové zařízení Zfi je vytvořeno magnetofonem a/nebo děrnopáskovým zařízením a se samočinným počítačem ZJ je jeho výstup spojen kabelem, bezdrátově nebo jinak.

Realizace druhého způsobu měřeni je možná například užitím zapojeni podle obr. 4, v němž je použito magnetometru Z£s 2 něhož je signál veden přes první obvodový prvek J pro regulaci jeho velikosti na- vstup elektronického obvodu ZJ P^ro vyhodnoce» ni signálu z magnetometru Zi· bále je použito opět gradientometru Z/ jehož výstupní signál je veden přes druhý obvodový prvek £ pro regulaci jeho velikosti a dále přes elektronický obvod Zá pro jeho vyhodnoceni ke spolu spojeným druhým vstupům diferenciálního zesilovače ZJ a obvodu 2$ pro předvolbu maximální přípustné úrovně poruch» Výstupní signál elektronického obvodu ZJ pro vyhodnocováni výstupního signálu magnetometru Zž je přiváděn na první spolu spojené vstupy diferenciálního zesilovače ZJ a obvodu 26 pro předvolbu maximální přípustné úrovně poruch. Signál z výstupu diferenciálního zesilovače 2% je veden na signální vstup záznamového zařízení ZZ ^s řídicím vstupem a z jeho výstupu je signál převeden kabelem, bezdrátově nebo jiným způsobem na odpovídající vstup samočinného počítače Z3· Signál z obvodu Ζέ Pro předvolbu maximálni přípustné úrovně poruch je zaveden na řidiči vstup záznamového zařízení 27. Takto lze rozhodnout o automatickém vyřazeni příliš zarušených úseků záznamu a zablokovat v časových úsecích příliš silného rušeni další přenos bezcenného signálu a šetřit takto záznamové médium.

234 061

- 7 Realizace třetího způsobu měřeni je možná například užitím zapojeni podle obr. 5_Z v němž je signál z magnetometru 22 veden přes prvni obvodový prvek 2 pro regulaci velikosti signálu a přes elektronický vyhodnocovací obvod 19, který je vytvořen ze zesilovače/ detektoru a filtračního obvodu_z na vstup prvního záznamového zařízení 28. Signál z gradientometru 2 je veden přes druhý obvodový prvek 4 pro regulaci velikosti signálu a přes elektronický obvod 24 pro vyhodnocováni výstupního signálu gradientometru 2 na vstup druhého záznamového zařízeni 29. Signály z výstupů obou záznamových zařízeni 28 a 29 jsou za vedeny na dva vstupy obvodů 30 pro předvolbu maximální přípustné úrovně poruch/ z jejichž dvou výstupů jsou signály zavedeny na (vstupy/odpoviHaji cť)obou záznamových zařízeni 28 a 29_z přičemž účel tohoto zapojeni je stejný jako uvedeno v popise činnosti zapojeni podle obr. 4. - Výstupní signály z obou záznamových zařízeni 28_z 29 jsou opět převedeny kabelem_z bezdrátově nebo jinak na odpovídající vstupy samočinného počítače 21_z na němž se při použiti vhodného programu provede odečteni rušivých signálů z výstupniho signálu magnetometru 22.

Zapojeni měřicí stanice podle obr. 3 je výhodné například při magnetických měřenich z toho důvodu_z že jsou k dispozici gradientomwtry s vysokým stupněm vyvážení/ které jsou dosud používány při biomagnetických měřeních/ a dále proto_z že po potla čeni poruch přímo v čidle není další trasa přenosu signálů již tolik zatěžována rušivým signálem.

Zapojení měřici stanice podle obr. 4 je výhodné z hlediska snadného provedení.

Zapojeni měřici stanice podle obr. 5 je výhodné v tom případě/ že je již k dispozici vybaveni pro měření pole leme, to znamená soubor měřicích přístrojů: magnetometr 22, prvni obvodový prvek £, elektronický vyhodnocovací obvod 19_z první záznamové zařízení 28 a samočinný počítač 21. Aby byLo možno využít způsobu měřeni pbdle vynálezu_z postačí doplnit soupravu gradien tometram2^/ druhým obvodovým prvkem 4_Z elektronickým obvodem pro vyhodnocováni výstupniho signálu gradientometru 2 a druhým záznamovým zařízením 29 .

- 8 234 061

Je tudiž patrné, že podle okolnosti, které se vyskytuji v určitém místě, na němž má být vybudována měřici stanice, se rozhodne o volbě typu měřicí stanice, to znamená o jejím konkrétním zapojeni. Celý měřici systém může být vytvořen jednotně, tedy jedním druhem měřicích stanic, nebo podle účelu a okolnosti - několika typy měřicích stanic.

Claims (3)

1. Způsob měření elektromagnetických variací Země, použitelný zejména při geofyzikálním průzkumu složeni podpovrchových vrstev Země i do značných hloubek, za přítomnosti velkých rušivých signálů, které mohou měřený signál i maskovat, vyznačený tím, že synchronně spolu s elektromagnetickým záznamem alespoň v jednom mistě zkoumané oblasti se pořizuje v tomtéž místě také gradientometrický záznam lokálních elektromagnetických poli na povrchu Země.

2. Systém měřicích stanic pro prováděni způsobu podle bodu 1, vyznačený tím, že je vytvořen alespoň ze dvou synchronně pracujících měřicích stanic, na jejichž výstupech získané záznamy jsou přenášeny do ústředního zařízeni pro jejich vyhodnoceni.

3. Systém měřicích stanic podle bodu 2 ,vyznačený tim, že každá z alespoň dvou synchronně pracujících měřicích stanic je vytvořena jednak ze snímače magnetického pole a/nebo snímače elektrického pole, jednak ze snímače alespoň jedné složky gradientu magnetického a/nebo elektrického pote, přičemž výstupy ze snímačů složek elektromagnetických polí a ze snímačů složek gradientů těchto poli jsou připojeny přes obvody pro zpracování a záznam signálů k výstupu měřici stanice.