RU2062488C1

RU2062488C1 - Method for geo/electroexploration

Info

Publication number: RU2062488C1
Application number: RU93034095A
Authority: RU
Inventors: В.А. Алексеев; И.В. Журбин
Original assignee: Физико-технический институт Уральского отделения РАН
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1996-06-20

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: electrodes are installed in points corresponding to units of rectangular network. Pitch h of electrode arrangement is commensurable to minimum linear size of the smallest object of ones being searched for that may be found at the plot being investigated. Apparent resistivity of the plots between electrodes of the profile at the distance equal to measurement pitch commensurable to minimum linear size of the largest object of ones being searched for. Spacing between adjacent profiles used in measurements equal to measurement pitch. Obtained values are compared to one another. Location of objects being searched for, as well as boundary area of boundary outline are determined. EFFECT: high accuracy. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для поиска подземных объектов или полостей при археологической разведке. The invention relates to the field of geophysical exploration and can be used to search for underground objects or cavities during archaeological exploration.

Известен способ геоэлектроразведки [1] в котором с помощью питающих и приемных электродов измеряют напряжение поля, а затем рассчитывают кажущееся удельное сопротивление грунта. В ходе геоэлектроразведки установка с электродами перемещается вдоль профилей наблюдений с постоянным шагом. По результатам измерений строят карту распределения кажущихся удельных сопротивлений и определяют местоположение объекта. A known method of geoelectrical exploration [1] in which using the supply and receiving electrodes measure the field voltage, and then calculate the apparent resistivity of the soil. During geoelectrical exploration, the installation with electrodes moves along the observation profiles with a constant step. According to the measurement results build a map of the distribution of apparent resistivities and determine the location of the object.

Недостатками известного способа являются невысокая точность определения местоположения объекта поиска и большая трудоемкость при проведении исследований ввиду необходимости переноса всей установки для получения значения в каждой новой точке измерений, причем на результаты измерений влияет погрешность установки, возникающая при переносе установки на новое место измерений. Погрешности возникают за счет неверного вычисления коэффициента установки, максимальную ошибку для методов серединного градиента и симметричного электропрофилирования вносит относительно небольшое изменение расстояния между измерительными электродами [2] Для проведения уточняющих измерений на участке, где уже были произведены измерения, необходимо вновь устанавливать либо перемещать измерительные и питающие электроды. The disadvantages of this method are the low accuracy of determining the location of the search object and the great complexity when conducting research due to the need to transfer the entire installation to obtain values at each new measurement point, and the measurement error is affected by the installation error that occurs when the installation is moved to a new measurement location. Errors arise due to incorrect calculation of the installation coefficient, the maximum error for the methods of mid-gradient and symmetrical electro-profiling is introduced by a relatively small change in the distance between the measuring electrodes [2] To conduct accurate measurements on the site where measurements have already been made, it is necessary to re-install or move the measuring and supply electrodes.

Наиболее близкой по технической сущности является многоэлементная система [3] для определения удельного сопротивления и геоэлектрического разреза, взятая в качестве прототипа. Измерения проводятся с помощью электродов, установленных в предварительно подготовленных скважинах, расположенных по разные стороны от анализируемого участка грунта. Измерение удельного электрического сопротивления грунта производится на различных глубинах. The closest in technical essence is a multi-element system [3] for determining resistivity and geoelectric section, taken as a prototype. Measurements are carried out using electrodes installed in pre-prepared wells located on opposite sides of the analyzed soil area. The measurement of the electrical resistivity of the soil is carried out at various depths.

Недостатком способа, используемого в известной системе для определения удельного сопротивления, является невысокая точность определения границ объекта поиска вследствие того, что способ предназначен для определения местоположения объекта в грунте и не предусматривает проведения измерений, уточняющих границу объекта. The disadvantage of the method used in the known system for determining resistivity is the low accuracy of determining the boundaries of the search object due to the fact that the method is designed to determine the location of the object in the ground and does not include measurements that specify the boundary of the object.

Сущность изобретения состоит в размещении электродов в узлах прямоугольной сетки с шагом h, одинаковым в направлении обеих сторон сетки, который соизмерим с минимальным линейным размером наименьшего из объектов поиска r_min в диапазоне минимальных линейных размеров различных классов объектов [r_min, r_max] Шаг прямоугольной сетки одинаков в направлении ее обеих сторон. После этого производят измерения кажущегося удельного сопротивления участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных одной из сторон сетки, на расстоянии шага измерений H₁, который соизмерим с минимальным линейным размером наибольшего из объектов поиска r_max, находящегося в диапазоне минимальных линейных размеров [r_min, r_max] Расстояние между смежными рядами сетки, по которым проводятся измерения, равно шагу измерений H₁. На основании сравнения полученных данных между собой по аномальным значениям кажущегося удельного электрического сопротивления определяют местоположение объекта поиска и выделяют границу внешнего контура объекта поиска.The essence of the invention consists in placing the electrodes in the nodes of a rectangular grid with a step h equal in the direction of both sides of the grid, which is comparable with the minimum linear size of the smallest of the search objects r _min in the range of minimum linear sizes of various classes of objects [r _min , r _max ] Rectangular step the grid is the same in the direction of both sides. After that, the apparent resistivity of the sections between the electrodes located in rows parallel to one of the sides of the grid is measured at a distance of the measurement step H ₁ , which is comparable with the minimum linear size of the largest search object r _max , which is in the range of minimum linear dimensions [r _min , r _max ] The distance between adjacent rows of the grid, which are measured, is equal to the measurement step H ₁ . Based on a comparison of the obtained data with each other, the location of the search object is determined by the anomalous values of the apparent electrical resistivity and the boundary of the external contour of the search object is identified.

В дальнейшем по периметру выделенной границы дополнительно измеряют удельное электрическое сопротивление участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных той же стороне прямоугольной сетки с шагом измерения H₂, определяемым из условия h <H₂ <H₁/k, где k 2, 3, 4.Subsequently, the electrical resistivity of the sections between the electrodes located in rows parallel to the same side of the rectangular grid with the measurement step H ₂ determined from the condition h <H ₂ <H ₁ / k, where k 2, 3, is additionally measured along the perimeter of the selected boundary 4.

Расстояние между смежными рядами, по которым проводятся измерения, равно H₂. Сравнивают полученные результаты между собой и по аномальным значениям удельного электрического сопротивления определяют уточненную выделенную границу объекта.The distance between adjacent rows on which measurements are taken is equal to H ₂ . The results are compared with each other and the anomalous selected boundary of the object is determined by the anomalous values of the electrical resistivity.

Заявляемое изобретение направлено на снижение трудоемкости проведения электрометрического исследования участка грунта путем сокращения количества избыточной измерительной информации за счет использования адаптивного алгоритма проведения измерений. Благодаря одновременному размещению электродов по всему анализируемому участку можно производить дополнительные уточняющие измерения вдоль рядов электродов, в дальнейшем профили, где ранее уже были проведены измерения без повторной перестановки электродов, а также при каждом измерении осуществлять произвольную коммутацию электродов для выбора одного из отрезков измерений на территории анализируемого участка. The invention is aimed at reducing the complexity of conducting an electrometric study of a soil by reducing the amount of redundant measurement information through the use of an adaptive measurement algorithm. Due to the simultaneous placement of electrodes throughout the analyzed area, it is possible to carry out additional refinement measurements along the rows of electrodes, in the future profiles where measurements have already been taken without repeated permutation of the electrodes, and also during each measurement to carry out arbitrary switching of the electrodes to select one of the measurement segments in the territory of the analyzed plot.

Для определения границы объекта поиска в грунте первоначально требуется определить местоположение этого объекта, то есть по аномальным значениям удельного сопротивления найти область, где располагается объект поиска. По периметру границы выделенной области аномальных значений удельного сопротивления определяем участки между измерительными электродами, которые пересекают границу объекта поиска. Один из измерительных электродов, ограничивающих каждый из выделенных участков измерений, расположен над объектом поиска (внутренний электрод), другой за границей объекта поиска во вмещающем грунте (внешний электрод). Многоугольник, вершинами которого являются узлы сетки, в которых установлены внутренние электроды, является внутренней границей объекта поиска, соответственно внешние электроды определяют внешнюю границу объекта поиска. Область, расположенная между внутренней и внешней границами, в дальнейшем граничная область, содержит границу объекта поиска. Для определения границы объекта поиска необходимо проведение измерений в пределах выделенной граничной области с шагом H₂, меньшим по сравнению с шагом измерений H₁. Для определения границы объекта поиска проводят измерения только в пределах граничной области, что сокращает количество проводимых измерений и позволяет последовательно уточнять размер граничной области до достижения границы объекта поиска.To determine the boundary of the search object in the ground, it is initially required to determine the location of this object, i.e., by the anomalous resistivity values, find the area where the search object is located. Along the perimeter of the boundary of the selected region of the anomalous resistivity values, we determine the sections between the measuring electrodes that cross the boundary of the search object. One of the measuring electrodes, limiting each of the selected measurement sections, is located above the search object (internal electrode), the other beyond the search object in the enclosing soil (external electrode). The polygon, the vertices of which are the nodes of the grid in which the internal electrodes are mounted, is the internal boundary of the search object, respectively, the external electrodes define the external boundary of the search object. The region located between the inner and outer borders, hereinafter the boundary region, contains the boundary of the search object. To determine the boundary of the search object, it is necessary to carry out measurements within the selected boundary region with a step H ₂ smaller than the measurement step H ₁ . To determine the boundary of the search object, measurements are carried out only within the boundary region, which reduces the number of measurements and allows you to sequentially refine the size of the boundary region to reach the boundary of the search object.

С помощью известного устройства [4] можно определить местоположение объекта в грунте. Однако для определения границы объекта поиска необходимо провести дополнительные уточняющие измерения в граничной области, что невозможно осуществить без повторного переноса всей измерительной системы на профили, по которым уже были проведены измерения. Using the known device [4] you can determine the location of the object in the ground. However, to determine the boundaries of the search object, it is necessary to carry out additional refinement measurements in the boundary region, which is impossible without re-transferring the entire measuring system to profiles on which measurements have already been taken.

Нам не известно использование прямоугольной сетки электродов, одновременно установленных на анализируемом участке с возможностью планирования коммутации электродов, определение с их помощью местоположения и выделение граничной области объекта поиска, в которой производятся дальнейшие уточняющие измерения. We do not know the use of a rectangular grid of electrodes simultaneously installed in the analyzed area with the possibility of planning the switching of the electrodes, determining with their location and highlighting the boundary region of the search object in which further refinement measurements are made.

При проведении электрометрических измерений вдоль профиля измерений по значениям удельного электрического сопротивления в точках измерений можно построить график функции изменения удельного электрического сопротивления грунта по профилю ρ(x), где x координата точки профиля. Согласно теореме Котельникова [5] существует интервал между отсчетами Δx,, при котором с определенной погрешностью можно восстановить функцию ρ(x) по ее дискретным отсчетам. When conducting electrometric measurements along the measurement profile using the values of electrical resistivity at the measurement points, we can plot the function of changing the electrical resistivity of the soil along the profile ρ (x), where x is the coordinate of the profile point. According to Kotelnikov’s theorem [5], there is an interval between samples Δx, at which, with a certain error, the function ρ (x) can be restored from its discrete samples.

Из принятого физического смысла функции ρ(x) за интервал между отсчетами Δx принимается шаг измерений по профилю Δx =nh, где n 1, 2, 3, h расстояние между электродами сетки. From the accepted physical meaning of the function ρ (x) for the interval between samples Δx, the measurement step along the profile Δx = nh, where n 1, 2, 3, h is the distance between the electrodes of the grid, is taken.

При проведении реальных измерений априорно неизвестна форма функции ρ(x) и определить требуемый для восстановления с заданной точностью интервал Δx невозможно, то есть необходимо определить на интервале T (длина профиля измерений) интервал дискретизации Δx (шаг измерений по профилю) по известным сведениям о функции ρ(x). При этом предполагается сократить избыточность измерительной информации и обеспечить восстановление функции ρ(x) выбранным интерполяционным полиномом с заданной ошибкой восстановления ε. In real measurements, the shape of the function ρ (x) is a priori unknown and it is impossible to determine the interval Δx required for restoration with a given accuracy, i.e., it is necessary to determine the sampling interval Δx (measurement step along the profile) on the interval T (measurement profile length) from known information about the function ρ (x). In this case, it is supposed to reduce the redundancy of the measurement information and to ensure the restoration of the function ρ (x) by the selected interpolation polynomial with a given reconstruction error ε.

Очевидно, что форма функции r(x) связана с расположением объектов поиска в грунте, причем амплитуда экстремумов связана с соотношением удельных электрических сопротивлений грунта и объекта поиска, а протяженность области аномальных значений функции ρ(x) по линии профиля (координата x) с линейным размером объекта, пересекаемым данным профилем. За аномальную область значений функции ρ(x) принимается область, в которой отношение удельного электрического сопротивления отличается от фонового значения (сопротивления грунта) на определенное заданное значение, например 20% [1] Протяженность области аномальных значений функции примерно равна (с учетом масштаба графика функции ρ(x) по оси x) линейному размеру объекта поиска. Ввиду того, что при исследованиях участка грунта априорно известны усредненные размеры для каждой категории объектов поиска r_i (диапазон размеров объектов поиска [r_min, r_max] определяется исходя из линейных размеров различных классов объектов), то можно оценить протяженность области аномальных значений функции ρ(x).Obviously, the shape of the function r (x) is associated with the location of the search objects in the soil, the amplitude of the extrema being related to the ratio of the electrical resistivity of the soil and the search object, and the length of the region of anomalous values of the function ρ (x) along the profile line (x coordinate) with a linear the size of the object intersected by this profile. For the anomalous range of values of the function ρ (x), we take a region in which the ratio of the electrical resistivity differs from the background value (soil resistance) by a certain specified value, for example 20% [1] The length of the region of the anomalous values of the function is approximately equal (taking into account the scale of the graph of the function ρ (x) along the x axis) the linear size of the search object. Due to the fact that averaged sizes for each category of search objects r _{i are a} priori known when investigating a soil site (the range of sizes of search objects [r _min , r _max ] is determined based on the linear sizes of various classes of objects), we can estimate the length of the region of anomalous values of the function ρ (x).

Учитывая, что аномальная область отражает совокупность ряда объектов поиска, будем рассматривать функцию ρ(x) как сумму множества гармонических функций (аналогично функциям отсчетов в ряду Котельникова):

На каждом отрезке профиля размером r_i определяющую роль будет играть одна из гармоник.Given that the anomalous region reflects the totality of a number of search objects, we will consider the function ρ (x) as the sum of the set of harmonic functions (similar to the sample functions in the Kotelnikov series):

On each profile segment of size r _i , one of the harmonics will play a decisive role.

Исходя из допущения, что функцию r_i(x) можно представить в виде ρ_i(x)= ρ₀cos(ω₀t +Φ₀), при использовании интерполяционного полинома Лагранжа первой степени [4] шаг дискретизации составит

,
где ε_o относительная погрешность восстановления функции.Based on the assumption that the function r _i (x) can be represented as ρ _i (x) = ρ ₀ cos (ω ₀ t + Φ ₀ ), when using the Lagrange interpolation polynomial of the first degree [4], the sampling step is

,
where ε _{o is the} relative error of the restoration of the function.

Картирование археологических памятников методом электрометрии включает в себя два последовательных этапа: определение местоположения объекта поиска и его геометрии (границы объекта поиска). Очевидно, что для решения задач каждого из этих этапов требуется различная точность при проведении измерений и восстановлении данных. The mapping of archaeological sites by electrometry involves two successive stages: determining the location of the search object and its geometry (the boundaries of the search object). Obviously, to solve the problems of each of these stages, different accuracy is required during measurements and data recovery.

Если принять точность восстановления при определении местоположения объекта ε_o 25% то в этом случае исходя из формулы (1)

,
то есть максимальный шаг при заданной точности восстановления составляет приблизительно половину минимального линейного размера объекта.If we accept the accuracy of restoration when determining the location of the object ε _o 25% then in this case, based on the formula (1)

,
that is, the maximum step for a given restoration accuracy is approximately half the minimum linear size of the object.

Таким образом, для определения местоположения объекта с заданной точностью достаточно выделить его в двух точках на каждом из двух смежных профилях. Следовательно, при определении местоположения объектов известного размера целесообразно проведение измерений с шагом, в два раза меньшим минимального линейного размера объекта поиска. В этом случае расстояние между профилями равно шагу измерений. Thus, to determine the location of an object with a given accuracy, it is enough to select it at two points on each of two adjacent profiles. Therefore, when determining the location of objects of known size, it is advisable to take measurements in steps of two times smaller than the minimum linear size of the search object. In this case, the distance between the profiles is equal to the measurement step.

Для уточнения границ объекта поиска требуется проведение измерений с большей точностью. Примем точность восстановления границы объекта равной 5% При этом из формулы (1)

то есть максимальный шаг измерений составляет 1/5 линейного размера объекта при точности восстановления функции ρ(x)), равной 5%
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема системы для реализации данного способа, на фиг. 2 4 представлены результаты проведения измерений.To clarify the boundaries of the search object, measurements with greater accuracy are required. We take the accuracy of restoring the boundary of the object equal to 5%. Moreover, from the formula (1)

that is, the maximum measurement step is 1/5 of the linear size of the object with the accuracy of the restoration of the function ρ (x)) equal to 5%
The proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a system for implementing this method, FIG. 2 4 presents the results of measurements.

Система для реализации способа содержит коммутатор 1, соединенный с генератором 2 и измерителем 3. Коммутатор 1 также соединен с блоком 4 управления и с устройством 5 визуализации. Блок 4 управления состоит из процессора 6 (ПЦ), соединенного с оперативным запоминающим устройство 7 (ОЗУ) и постоянным запоминающим устройством 8 (ПЗУ). Каждый из блоков имеет автономное питание (на чертеже не показано). Коммутатор 1 соединен с блоком 9 электродов, который представляет собой набор электродов, устанавливаемых на излучаемом участке по прямоугольной сетке. В общем случае может быть произвольное количество электродов, но не менее 4 штук, так как количество устанавливаемых электродов зависит от технических возможностей коммутатора и площади исследуемого участка. The system for implementing the method comprises a switch 1 connected to a generator 2 and a meter 3. Switch 1 is also connected to a control unit 4 and to a visualization device 5. The control unit 4 consists of a processor 6 (PC) connected to random access memory 7 (RAM) and read-only memory 8 (ROM). Each of the blocks has an autonomous power supply (not shown in the drawing). The switch 1 is connected to the block 9 of the electrodes, which is a set of electrodes installed on the radiated area along a rectangular grid. In the general case, there can be an arbitrary number of electrodes, but not less than 4 pieces, since the number of electrodes to be installed depends on the technical capabilities of the switch and the area of the investigated area.

С помощью блока 4 управления задается последовательность коммутации электродов, их функциональное назначение в соответствии с алгоритмом измерений. В ОЗУ 7 хранятся результаты измерений, а также константы, необходимые для вычислений. ПЗУ 8 содержит наборы программ, реализующие алгоритмы измерений, программы вычисления коэффициентов установок, программы обработки результатов измерений. Процессор 6 управляет процессом измерений в соответствии с определенным алгоритмом, осуществляет обработку результатов измерений и запись их в ОЗУ 7. Благодаря устройству 5 визуализации существует возможность в полевых условиях оценить полученные результаты при необходимости провести дополнительные уточняющие измерения в соответствии с выбранным алгоритмом. Using the control unit 4, a sequence of electrode switching is set, their functional purpose in accordance with the measurement algorithm. In RAM 7, the measurement results are stored, as well as the constants necessary for the calculations. ROM 8 contains sets of programs that implement measurement algorithms, programs for calculating installation coefficients, programs for processing measurement results. The processor 6 controls the measurement process in accordance with a specific algorithm, processes the measurement results and writes them to RAM 7. Thanks to the visualization device 5, it is possible to evaluate the results in the field, if necessary, to carry out additional refinement measurements in accordance with the selected algorithm.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Для проведения измерений на поверхности грунта устанавливают электроды 9 по заранее размеченной прямоугольной сетке и соединяют их с коммутатором 1. Шаг прямоугольной сетки h выбирают соизмеримым с априорно предполагаемым минимальным линейным размером r_min наименьшего из объектов поиска в диапазоне линейных размеров различных классов объектов, которые могут быть обнаружены на анализируемом участке [r_min, r_max] Для проведения каждого измерения выбирают по две пары электродов (одна питающая, другая - измерительная), расстояние между питающими электродами должно в 3 раза превышать глубину исследований [2] На фиг. 2 4 показаны только измерительные электроды.To carry out measurements on the soil surface, electrodes 9 are installed on a pre-marked rectangular grid and connected to the switch 1. The step of the rectangular grid h is chosen commensurate with the a priori assumed minimum linear size r _{min of the} smallest of the search objects in the range of linear sizes of various classes of objects that can be detected on the analyzed portion [r _min, r _max] for each measurement two selected pairs of electrodes (one feeding and another - measuring) distance between powering a and the electrodes must be 3 times the depth studies [2] Fig. 2 to 4, only measuring electrodes are shown.

По заданному с блока 4 управления алгоритму (программы, реализующие алгоритмы измерений, хранятся в ПЗУ 8) генератор 2 через коммутатор 1 в грунте между питающими электродами возбуждает электрическое поле. На измеритель 4 через коммутатор 1 поступает значение падения напряжения на участке между измерительными электродами. С помощью процессора 6 вычисляют кажущееся удельное сопротивление. According to the algorithm specified from control unit 4 (programs that implement measurement algorithms are stored in ROM 8), the generator 2 through the switch 1 in the soil between the supply electrodes excites an electric field. The meter 4 through the switch 1 receives the value of the voltage drop in the area between the measuring electrodes. Using processor 6, the apparent resistivity is calculated.

Результаты вычислений записываются и хранятся в ОЗУ 7 и могут быть показаны на устройстве визуализации 5. The results of the calculations are recorded and stored in RAM 7 and can be displayed on the visualization device 5.

С помощью предлагаемой системы можно производить измерения на участке, где установлены электроды, используя различные методы измерений (симметричное электропрофилирование (СЭП), серединный градиент (СГ), дипольное, трехэлектродное и пр.). Using the proposed system, it is possible to make measurements in the area where the electrodes are installed, using various measurement methods (symmetrical electroprofiling (BEP), mid-gradient (SG), dipole, three-electrode, etc.).

Для определения местоположения и границ объекта производим измерения в следующей последовательности. To determine the location and boundaries of the object, we measure in the following sequence.

С блока 4 управления через коммутатор 1 задаются последовательно по две пары электродов питающие и измерительные. From the control unit 4 through the switch 1 are set sequentially two pairs of electrodes supply and measuring.

С генератора 2 через коммутатор 1 на питающую пару электродов подается ток, с измерительных электродов через коммутатор 1 снимается с измерителя 3 значение падения напряжения на участке между измерительной парой электродов, которое поступает в блок 4 управления, где вычисляется кажущееся удельное сопротивление в точке измерений, которая находится на середине отрезка, соединяющего измерительные электроды. Current is supplied from the generator 2 through the switch 1 to the supplying pair of electrodes, from the measuring electrodes through the switch 1 is taken from the meter 3 the voltage drop in the area between the measuring pair of electrodes, which enters the control unit 4, where the apparent resistivity at the measurement point is calculated, which located in the middle of the segment connecting the measuring electrodes.

Процессор 6, входящий в состав блока 4 управления, сравнивает значения кажущихся удельных сопротивлений, полученные при измерении соседними парами электродов. Наличие объекта в грунте определяется, если аномальное значение сопротивления отличается от сопротивления грунта на определенное заданное значение C (в работе [1] величина C принимается равной 20%). Величина C - минимальное допустимое отклонение удельного электрического сопротивления в точке измерений от удельного электрического сопротивления грунта, которое задается априорно на основании опыта исследователя и условий памятника, на котором проводятся исследования. То есть критерием наличия объекта в грунте служит условие P:

где ρ_i значение сопротивления в точке измерений; ρ_об - истинное сопротивление объектов поиска; ρ_гр усредненное значение сопротивления грунта на исследуемом участке, определяемое по результатам измерений.The processor 6, which is part of the control unit 4, compares the values of apparent resistivities obtained when measuring neighboring pairs of electrodes. The presence of an object in the soil is determined if the anomalous resistance value differs from the soil resistance by a certain predetermined value C (in [1], the value of C is taken to be 20%). The value C is the minimum permissible deviation of the electrical resistivity at the measurement point from the electrical resistivity of the soil, which is set a priori based on the experience of the researcher and the conditions of the monument on which the research is being conducted. That is, the condition P serves as a criterion for the presence of an object in the soil:

where ρ _i is the resistance value at the measurement point; ρ _about - true resistance of search objects; ρ _{gr is the} average value of soil resistance in the studied area, determined by the measurement results.

Если значение сопротивления в точке измерений удовлетворяет условию (4), то полагаем, что граница объекта находится между измерительными электродами, которые использовались при данном измерении. If the resistance value at the measurement point satisfies condition (4), then we assume that the boundary of the object is between the measuring electrodes that were used in this measurement.

По результатам этого сравнительного анализа определяют область, содержащую объект поиска, с аномальным значением кажущегося удельного сопротивления по сравнению с удельным сопротивлением грунта на данном участке. According to the results of this comparative analysis, the region containing the search object is determined with an abnormal value of the apparent resistivity compared to the soil resistivity in this area.

На фиг. 2 показано расположение прямоугольной сетки электродов на анализируемом участке грунта (места расположения электродов обозначены точками, профили измерений обозначены буквами А Н, номера электродов на каждом профиле обозначены цифрами 1 21, участки измерений обозначены дугами). Граница объекта поиска показана сплошной линией и обозначена L. In FIG. Figure 2 shows the location of the rectangular grid of electrodes in the analyzed area of the soil (the locations of the electrodes are indicated by dots, the measurement profiles are indicated by the letters A H, the electrode numbers on each profile are indicated by the numbers 1 21, the measurement areas are indicated by arcs). The boundary of the search object is shown by a solid line and is indicated by L.

Измерения производят следующим образом. The measurements are as follows.

Исходя из точности на этапе определения местоположения объекта поиска (относительную погрешность восстановления границы объекта поиска принимаем равной 25%) и минимального линейного размера наибольшего из объектов поиска r_max в диапазоне минимальных линейных размеров [r_min, r_max] по формуле (2) определяет шаг измерений по профилю и расстояние между смежными профилями измерений H₁. Для приведенного на фиг. 2 примера H₁ 4h.Based on the accuracy at the stage of determining the location of the search object (the relative error of restoring the boundary of the search object is taken to be 25%) and the minimum linear size of the largest of the search objects r _max in the range of minimum linear sizes [r _min , r _max ], it determines the step by formula (2) measurements along the profile and the distance between adjacent measurement profiles H ₁ . For the one shown in FIG. 2 examples of H ₁ 4h.

В соответствии с шагом H₁ выбирает измерительные электроды А1 и А5, измеряем падение напряжения на участке А1 А5, затем вычисляем кажущееся удельное сопротивление участка измерений.In accordance with step H ₁ selects the measuring electrodes A1 and A5, measure the voltage drop in the area A1 A5, then we calculate the apparent resistivity of the measurement area.

Затем производим измерение между электродами А5 А9, А9 А13, А13 - А17, А17 А21 и так же вычисляем кажущееся удельное сопротивление на каждом из указанных участков. После этого проводим измерения между электродами Д1 - Д5, Д5 Д9, Д9 Д13, Д13 17, Д17 Д21. Далее аналогично проводим измерения по профилям И и Н. Then we measure between electrodes A5 A9, A9 A13, A13 - A17, A17 A21 and also calculate the apparent resistivity in each of these sections. After that, we carry out measurements between the electrodes D1 - D5, D5 D9, D9 D13, D13 17, D17 D21. Next, we similarly measure according to the profiles of I and N.

Количество измерений на данном этапе равно 20. The number of measurements at this stage is 20.

На основании сравнения значений кажущегося удельного сопротивления в соответствии с условием (4) выделяют участок профиля с аномальным значением сопротивления. На смежных профилях измерений сравнивают расположение участков с аномальными значениями сопротивления и по результатам сравнения определяют местоположение объекта поиска и выделяют граничную область объекта. Based on a comparison of the apparent resistivity values in accordance with condition (4), a section of the profile with an anomalous resistance value is isolated. On adjacent measurement profiles, the location of the plots is compared with the anomalous resistance values, and the location of the search object is determined by the results of the comparison and the boundary region of the object is selected.

В результате проведенных измерений (см. фиг. 2) на анализируемом участке определено местоположение объекта, внешняя граница которого описывается замкнутой линией L₁. Внутренняя область объекта описывается замкнутой линией L₂, то есть граничная область расположена между линиями L₁ и L₂. Линии L₁ и L₂ проходят через точки расположения измерительных электродов, задействованных в измерении.As a result of the measurements (see Fig. 2) in the analyzed area determined by the location of the object, the outer boundary of which is described by a closed line L ₁ . The inner region of the object is described by a closed line L ₂ , that is, the boundary region is located between the lines L ₁ and L ₂ . Lines L ₁ and L ₂ pass through the locations of the measuring electrodes involved in the measurement.

Для приведенного примера внешняя граница объекта поиска ограничена электродами А5 А17 Н17 Н9 И9 Д5, а внутренняя область объекта поиска ограничена электродами Д9 Д13 И13. For the given example, the external border of the search object is limited by the electrodes A5 A17 H17 H9 I9 D5, and the internal area of the search object is limited by the electrodes D9 D13 I13.

В случае, если в пределах анализируемого участка не обнаружено объектов с минимальным линейным размером наибольшего из объектов поиска r_max в диапазоне минимальных линейных размеров различных классов объектов [r_min, r_max, то продолжаем измерения на этом участке. При этом определяем шаг измерений H₁ по формуле (2) исходя из линейных размеров различных классов объектов r_i из диапазона минимальных линейных размеров объектов поиска [r_min, r_max] Минимальный шаг измерений на этом этапе определяется значением r_min.If within the analyzed area no objects with the minimum linear size of the largest of the search objects r _max in the range of the minimum linear sizes of various classes of objects [r _min , r _{max are found} , then continue measurements on this section. In this case, we determine the measurement step H ₁ according to formula (2) based on the linear dimensions of various classes of objects r _i from the range of minimum linear sizes of search objects [r _min , r _max ] The minimum measurement step at this stage is determined by the value of r _min .

Для снижения трудоемкости проведения электрометрического исследования участка грунта в дальнейшем измерения проводятся только в пределах граничной области. При этом исходя из принятой точности (погрешность восстановления границы объекта поиска принимает равной 5%) по формуле (3) определяем необходимое количество шагов измерений по каждому профилю для восстановления границы объекта поиска с принятой точностью. To reduce the complexity of conducting electrometric studies of the soil in the future, measurements are carried out only within the boundary region. Moreover, based on the accepted accuracy (the error of restoring the boundary of the search object is assumed to be 5%) using formula (3), we determine the required number of measurement steps for each profile to restore the boundary of the search object with the accepted accuracy.

Процесс определения внешней границы объекта поиска проиллюстрирован на фиг. 3, 4. Обозначения на рисунках совпадают с обозначениями на фиг. 2. Для наглядности и удобства изображения сетка электродов показана с разным масштабом и отсутствуют участки, не содержащие объект поиска. The process of determining the outer boundary of the search object is illustrated in FIG. 3, 4. The symbols in the figures coincide with the symbols in FIG. 2. For clarity and convenience of the image, the grid of electrodes is shown with different scales and there are no areas that do not contain the object of search.

При определении внешней границы объекта поиска необходимо проведение измерений в пределах выделенной граничной области с шагом H₂, меньшим по сравнению с шагом измерений H₁. При этом расстояние между смежными профилями измерений также равно H₂. Минимальный шаг измерений на этом этапе H_2min равен h. Линию границы необходимо идентифицировать с определенной точностью. Для этого при измерениях в граничной области постепенно уменьшаем шаг измерений (H₂ <H₁) в кратное число раз, то есть
H₂ H₁/k, где k 2, 3, 4, (5)
При этом должно выполняться соотношение

Шаг измерений H₂ в приведенном примере был равен 4h. При проведении уточняющих измерений первоначально выбираем шаг измерений H₂ равным 2h (k 2) (см. фиг. 3).When determining the outer boundary of the search object, it is necessary to carry out measurements within the selected boundary region with a step H ₂ smaller than the measurement step H ₁ . Moreover, the distance between adjacent measurement profiles is also equal to H ₂ . The minimum measurement step at this stage, H _2min, is equal to h. The boundary line must be identified with a certain accuracy. To do this, when measuring in the boundary region, we gradually decrease the measurement step (H ₂ <H ₁ ) by a multiple of times, i.e.
H ₂ H ₁ / k, where

k

2, 3, 4, (5)
In this case, the relation

The measurement step of H ₂ in the example was 4h. When making refinement measurements, we initially select the measurement step H ₂ equal to 2h (k 2) (see Fig. 3).

В соответствии с шагом измерений H₂ выбирают измерительные электроды А5 и А7, измеряют падение напряжения на участке А5 А7, вычисляют удельное электрическое сопротивление участка. Далее измеряют падение напряжения на участках А7 А9, А9 А11, А11 А13, А13 А15, А15 А17 и вычисляется значение удельного электрического сопротивления на каждом из участков (см. фиг. 3).In accordance with the measurement step H ₂ , the measuring electrodes A5 and A7 are selected, the voltage drop across the section A5 A7 is measured, the electrical resistivity of the section is calculated. Next, measure the voltage drop in sections A7 A9, A9 A11, A11 A13, A13 A15, A15 A17 and calculate the value of electrical resistivity in each of the sections (see Fig. 3).

Аналогично проводят измерения с шагом H₂ по профилям В, Д, Ж, И, Л, Н в пределах граничной области и вычисляются значения удельного электрического сопротивления каждого из участков.Similarly, measurements are made with a step of H ₂ along the profiles B, D, F, I, L, H within the boundary region and the values of the electrical resistivity of each of the sections are calculated.

Количество измерений на данном этапе равно 32. The number of measurements at this stage is 32.

На основании сравнения значений кажущегося удельного сопротивления участков профиля в соответствии с условием (4) выделяем участки измерения на каждом профиле, пересекающие границу объекта поиска, после чего уточняется и сокращается размер граничной области: [L'₁ L'₂] (см. фиг. 3).Based on the comparison of the values of the apparent resistivity of the sections of the profile in accordance with condition (4), we select the measurement sections on each profile crossing the boundary of the search object, after which the size of the boundary region is refined and reduced: [L ' ₁ L' ₂ ] (see Fig. 3).

Как было сказано выше, для достижения погрешности восстановления границы объекта поиска с погрешностью 5% необходимо получение пяти точек измерения над объектом поиска (см. формулу (3)). На профилях Д и Ж в результате измерений получено пять точек измерений. Следовательно, достигнута принятая точность восстановления границы объекта поиска и измерения по этим профилям больше не проводятся. На профилях А, В, И, Л количество точек измерений над объектом поиска меньше пяти, следовательно, на этих профилях не достигнута принятая точность и необходимо проведение дополнительных измерений. As mentioned above, to achieve the error of restoring the boundary of the search object with an error of 5%, it is necessary to obtain five measurement points above the search object (see formula (3)). On the profiles D and G, five measurement points were obtained as a result of measurements. Therefore, the accepted accuracy of restoring the boundary of the search object has been achieved, and measurements on these profiles are no longer performed. On profiles A, B, I, L, the number of measurement points above the search object is less than five, therefore, the accepted accuracy is not achieved on these profiles and additional measurements are necessary.

Для этого опять сокращаем шаг измерений (увеличиваем k (см. формулу (5)) и проводим измерения в пределах уточненной граничной области [L'₁ - L'₂] (см. фиг. 4). Выбираем шаг измерений H₂ по профилю и расстояние между профилями измерений равным h (при этом k 4). Проводим измерения с этим шагом по профилям А, Б, В, Г, Е, З, И, К, Л в пределах уточненной граничной области.To do this, again reduce the measurement step (increase k (see formula (5)) and take measurements within the specified boundary region [L ' ₁ - L' ₂ ] (see Fig. 4). Select the measurement step H ₂ along the profile and the distance between the measurement profiles is equal to h (with k 4). We carry out measurements with this step on the profiles A, B, C, D, E, Z, I, K, A within the specified boundary region.

Количество измерений на данном этапе равно 44, а общее количество измерений по предлагаемому способу составляет 96. The number of measurements at this stage is 44, and the total number of measurements by the proposed method is 96.

Принятая точность восстановления границы объекта поиска достигнута на всех профилях в пределах граничной области, за исключением профилей Б, В, Л, однако дальнейшее повышение точности на этих профилях невозможно, так как шаг измерений H₂ равен минимальному шагу сетки h. В результате измерений получена новая уточненная граничная область [L''₁ L''₂] которая строится аналогично области [L'₁ L'₂] Область [L''₁ - L''₂] на фиг. 4 не показана.The accepted accuracy of restoring the boundary of the search object has been achieved on all profiles within the boundary region, with the exception of profiles B, C, A, however, a further increase in accuracy on these profiles is impossible, since the measurement step H ₂ is equal to the minimum grid step h. As a result of the measurements, we obtained a new refined boundary region [L '' ₁ L '' ₂ ] which is constructed similarly to the region [L ' ₁ L' ₂ ] Region [L '' ₁ - L '' ₂ ] in FIG. 4 is not shown.

Таким образом, на основании полученной уточненной граничной области, ограниченной линиями L''₁ и L''₂, определяем границу объекта поиска R.Thus, based on the obtained refined boundary region bounded by the lines L '' ₁ and L '' ₂ , we determine the boundary of the search object R.

Трудоемкость измерений снижается за счет сокращения количества избыточных измерений и благодаря одновременному размещению электродов на всем анализируемом участке, что позволяет проводить коммутацию электродов, необходимую для уточняющих измерений в различных областях анализируемого участка. The complexity of the measurements is reduced due to the reduction in the number of redundant measurements and due to the simultaneous placement of electrodes in the entire analyzed area, which allows the switching of the electrodes necessary for accurate measurements in various areas of the analyzed area.

Для определения границы объекта поиска с помощью известного метода [1] при одинаковой точности восстановления границы объекта поиска потребуется проведение 260 измерений. Предлагаемый же способ позволяет сократить количество измерений в 2,7 раза (число измерений по предлагаемому методу равно 96). To determine the boundary of the search object using the known method [1] with the same accuracy of restoring the boundary of the search object, 260 measurements will be required. The proposed method allows to reduce the number of measurements by 2.7 times (the number of measurements by the proposed method is 96).

Использование предлагаемого способа позволяет определить местоположение объекта поиска, найти граничную область объекта поиска и определить его границу с точностью, априорно определяемой исследователем, при низкой трудоемкости проведения измерений по сравнению с известными методами. Using the proposed method allows you to determine the location of the search object, find the boundary region of the search object and determine its border with an accuracy a priori determined by the researcher, with a low complexity of measurements compared to known methods.

Все измерения на данном участке осуществляются при одних и тех же влажности грунта, погодных условиях, что сводит динамическую погрешность измерений до минимальной величины. Одновременность установки электродов обеспечивает минимальную погрешность вычисления коэффициента установки. Применение сетки электродов позволяет мобильно изменять метод измерений (СЭП, серединный градиент и пр.) в зависимости от объекта, вмещенного в грунт, и задачи исследований. All measurements in this area are carried out under the same soil moisture and weather conditions, which reduces the dynamic measurement error to a minimum value. The simultaneous installation of the electrodes provides the minimum error in calculating the installation coefficient. The use of an electrode grid allows you to mobilely change the measurement method (BEP, mid-gradient, etc.) depending on the object located in the ground, and the research tasks.

Исходя из этого, предлагаемый способ, реализуемый с помощью данной системы, можно эффективно использовать для решения задач археологии, геофизики, для проектных работ при строительстве и в других смежных областях. ЫЫЫ2 Based on this, the proposed method, implemented using this system, can be effectively used to solve problems of archeology, geophysics, for design work in construction and in other related fields. YYY2

Claims

The method of geoelectrical exploration, consisting in the fact that on the surface under study in the nodes of a rectangular grid, electrodes are installed with a given step, commensurate with the linear size of the search object, the apparent electrical resistivity of the sections between the electrodes is measured and the location of the object in the soil is determined by the results of measurements, characterized in that the electrodes are placed with a step h, identical in the direction of both sides of the grid, which is determined by the minimum linear size of the smallest of the objects to search r _min in the range of minimum linear dimensions of various classes of objects [r _min , r _max ] measure the apparent resistivity of the sections between the electrodes located in rows parallel to one of the sides of the grid at a distance of the measurement step H ₁ , commensurate with the minimum linear size of the largest of the search objects r _max in the range of minimum linear dimensions [r _min , r _max ] while the distance between adjacent rows of the grid, which are measured, is equal to the measurement step H ₁ , compare the obtained values with each other, according to the anomalous value The apparent electrical resistivity is used to determine the location of the search object and the boundary of the external contour of the search object is selected, then the electrical resistivity of the sections between the electrodes located in rows parallel to the same side of the rectangular grid is additionally measured along the perimeter of the selected boundary with a measurement step of H ₂ determined from terms
h <H ₂ <H ₁ / K,
where K 2, 3, 4, with the distance between adjacent rows,
by which measurements equal to H ₂ are carried out, the results obtained are compared with each other and by the anomalous values of resistivity, the specified selected object boundary is determined.