RU2195691C1

RU2195691C1 - Sonde and device evaluating electric field in earth's crust

Info

Publication number: RU2195691C1
Application number: RU2001114804A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Гохштейн; М.Б. Гохберг
Original assignee: Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-27

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: invention can be employed to determine potential difference between sections of Earth's crust spaced arbitrarily, between continents in particular. Proposed sonde includes metal electrode and electrolyte solution placed in vessel which volume is separated from ground by porous element. Porous element is divided into sections between which one or several buffer vessels filled with electrolyte solution are put. Porous element comprises two parts separated by region penetrable for solution. Porous element includes microsection in the form of round bushing with rough side surface and buffer vessels come in the form of ring grooves cut in bushing. Bushing can have shape of cylinder or cone. Vessel is positioned with clearance in container with open top and clearance is filled with porous filling agent. Container is round, has oval bottom and is fitted with outer flanges with holes. Device evaluating electric field of Earth's crust includes two sondes contacting ground and main line wires connecting electrodes of sondes with voltmeter. Main line wire of each sonde is supplemented with parallel wire insulated from it and is connected together with the latter to differential amplifier, individual for each sonde. Opposite end of parallel wire is connected through resistor to grounded bus, common for both sondes. Outputs of individual differential amplifiers are connected to input of additional differential amplifier, common for both sondes. EFFECT: reduced drift of measurement result, increased size of sounded area of Earth's crust. 8 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения разности потенциалов между произвольно удаленными друг от друга участками земной коры, в частности, между континентами. При этом может быть получена дополнительная информация о внутреннем строении Земли и подготовке землетрясений. The invention relates to the field of geophysics and can be used to determine the potential difference between arbitrarily remote from each other parts of the earth's crust, in particular, between continents. In this case, additional information on the internal structure of the Earth and the preparation of earthquakes can be obtained.

Известны зонды и устройства для оценки электрического поля в земной коре путем измерения разности потенциалов в грунте, что используется для прогнозирования землетрясений (Патент США 5387869, м.кл. G 01 V 3/08, 1995 г.), для определения удельной проводимости почвы (Патент США 5450012, м.кл. G 01 V 3/02, 1995 г.), для диагностики трубопроводов (Патент США 4414511, м.кл. G 01 V 3/15, 1983 г.). Known probes and devices for assessing the electric field in the earth's crust by measuring the potential difference in the soil, which is used to predict earthquakes (US Patent 5387869, microliter G 01 V 3/08, 1995), to determine the specific conductivity of the soil ( U.S. Patent 5450012, microliter G 01 V 3/02, 1995), for the diagnosis of pipelines (U.S. Patent 4414511, microliter G 01 V 3/15, 1983).

Измеренная таким путем разность потенциалов включает: 1) искомый перепад потенциала в грунте, 2) поверхностные скачки потенциала на границе металла зонда со средой, 3) электродвижущую силу, наведенную внешними полями в проводах, соединяющих зонды с регистратором напряжения. The potential difference measured in this way includes: 1) the desired potential difference in the soil, 2) surface jumps in potential at the boundary of the probe metal with the medium, 3) the electromotive force induced by external fields in the wires connecting the probes to the voltage recorder.

Поверхностные скачки чувствительны к составу среды и создают, дрейф результата измерения. Наводки ограничивают допустимое расстояние между зондами. Surface jumps are sensitive to the composition of the medium and create a drift of the measurement result. Crosstalk limits the permissible distance between the probes.

Целью предлагаемого изобретения является снижение дрейфа результата и увеличение размера зондируемой области земной коры. The aim of the invention is to reduce the drift of the result and increase the size of the probed region of the earth's crust.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются зонд и устройство, описанные в патенте США 4414511. Известный зонд включает металлический электрод и раствор электролита, расположенные в сосуде с пористым дном, приведенным в контакт с поверхностью почвы. Известное устройство включает последовательно соединенные магистральными проводами измеритель напряжения и два зонда, замкнутые через исследуемый участок грунта. Closest to the proposed invention are the probe and device described in US patent 4414511. A known probe includes a metal electrode and an electrolyte solution located in a vessel with a porous bottom brought into contact with the soil surface. The known device includes a voltage meter connected in series with the main wires and two probes, closed through the studied section of soil.

Новым в предлагаемом зонде является то, что пористый элемент сосуда разделен на секции, между которыми расположены буферные емкости, заполненные раствором электролита. Пористый элемент составлен из двух деталей, разделенных проницаемой для раствора областью, и включает шлиф в форме втулки с шероховатой боковой поверхностью, а буферные емкости имеют вид кольцевых пазов, расчленяющих эту поверхность. Втулка выполнена в виде цилиндра либо конуса. Сосуд расположен в обойме и отделен от ее внутренних стенок зазором, заполненным пористой средой, например песком. New in the proposed probe is that the porous element of the vessel is divided into sections, between which are located buffer tanks filled with an electrolyte solution. The porous element is composed of two parts, separated by a solution-permeable region, and includes a sleeve-shaped thin section with a rough lateral surface, and buffer tanks have the form of annular grooves that divide this surface. The sleeve is made in the form of a cylinder or cone. The vessel is located in a holder and is separated from its inner walls by a gap filled with a porous medium, such as sand.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что магистральный провод каждого зонда дополнен изолированным от него параллельным проводом и вместе с ним подключен к отдельному дифференциальному усилителю, а противоположный конец параллельного провода соединен через сопротивление с заземленной шиной, общей для обоих зондов. New in the proposed device is that the trunk wire of each probe is supplemented by a parallel wire isolated from it and connected to a separate differential amplifier with it, and the opposite end of the parallel wire is connected through resistance to a grounded bus common to both probes.

Выходы двух отдельных дифференциальных усилителей подключены ко входу третьего дифференциального усилителя, который является общим для обоих зондов. The outputs of two separate differential amplifiers are connected to the input of the third differential amplifier, which is common to both probes.

При одном и том же полном омическом сопротивлении пористого элемента разделение его на секции, чередующиеся с промежуточными буферными емкостями, замедляет диффузию примесей извне внутрь сосуда и повышает этим стабильность скачка потенциала на границе металла зонда с раствором. With the same total ohmic resistance of the porous element, dividing it into sections alternating with intermediate buffer tanks slows the diffusion of impurities from the outside into the vessel and thereby increases the stability of the potential jump at the interface between the probe metal and the solution.

Снабжение каждого зонда отдельным дифференциальным усилителем и параллельным проводом, замкнутым через сопротивление на заземленную шину, позволяет снизить влияние наводок вследствие их совпадения в двух проводах - магистральном и параллельном - и взаимного вычитания, обеспечиваемого введением отдельного усилителя. В данных условиях из результата дифференциального усиления оказываются исключенными также наводки на заземленную шину. The supply of each probe with a separate differential amplifier and a parallel wire, closed through a resistance to a grounded bus, reduces the influence of pickups due to their coincidence in the two wires - trunk and parallel - and the mutual subtraction provided by the introduction of a separate amplifier. Under these conditions, from the result of differential amplification, interference to a grounded bus is also excluded.

Сущность изобретения пояснена следующими чертежами: фиг.1 - зонд для оценки электрического поля в земной коре, общий вид в разрезе; фиг.2 - вид А-А на фиг.1; фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1; фиг.4 - шлиф с секционированной шероховатой поверхностью; фиг.3 - буферная емкость в разрезе; фиг.6 - вариант зонда; фиг. 7 - вертикальная система зондов; фиг.8 - горизонтальная система зондов; фиг. 9 - регистрирующий блок устройства для оценки электрического поля в земной коре; фиг.10 - электрическая схема устройства. The invention is illustrated by the following drawings: figure 1 - probe for assessing the electric field in the earth's crust, a General view in section; figure 2 - view aa in figure 1; figure 3 - view BB in figure 1; 4 is a thin section with a partitioned rough surface; figure 3 - buffer capacity in the context; 6 is a variant of the probe; FIG. 7 - a vertical system of probes; Fig - horizontal system of probes; FIG. 9 - a recording unit of an apparatus for evaluating an electric field in the earth's crust; figure 10 - electrical diagram of the device.

Зонд для оценки электрического поля в земной коре (фиг.1-3) содержит твердый металлический электрод 1 и потенциалопределяющий раствор электролита 2, находящийся в сосуде 3, который имеет вид эластичной трубки с закрытыми верхним концом 4 и нижним концом 5. В верхний конец трубки вставлена крышка 6 с проходящим внутри нее кабелем 7, в котором центральный проводник 8 окружен изолирующим шлангом 9, предотвращающим утечку тока при залегании кабеля в грунте. Контакт электрода 1 с проводником 8 кабеля обеспечен спаем 10, который углублен в канал крышки сосуда и залит отверждаемым изолирующим наполнителем 11. The probe for evaluating the electric field in the earth's crust (Figs. 1-3) contains a solid metal electrode 1 and a potential-determining electrolyte solution 2 located in the vessel 3, which has the form of an elastic tube with the closed upper end 4 and lower end 5. In the upper end of the tube a cover 6 is inserted with a cable 7 passing inside it, in which the central conductor 8 is surrounded by an insulating hose 9, which prevents current leakage when the cable lies in the ground. The contact of the electrode 1 with the cable conductor 8 is provided by a junction 10, which is recessed into the channel of the vessel lid and filled with a curable insulating filler 11.

Нижний конец 5 сосуда перекрыт стеклянным шлифом 12 с кольцевыми пазами 13 и наружным шероховатым слоем 14. Сосуд 3 заключен в тефлоновый корпус 15 с овальным дном 16 и открытым сверху отверстием 17. В зазор между сосудом 3 и корпусом 15 засыпан песок 18, поры которого заполнены раствором электролита, заливаемым перед размещением зонда в грунте. The lower end 5 of the vessel is covered by a glass thin section 12 with annular grooves 13 and an outer rough layer 14. The vessel 3 is enclosed in a Teflon body 15 with an oval bottom 16 and an opening open from above 17. Sand 18 is filled in the gap between the vessel 3 and the body 15, the pores of which are filled electrolyte solution poured before placing the probe in the ground.

Корпус имеет фланцы 19 и 20 с отверстиями 21 и 22 для подвески зонда. В заполненном песком зазоре между сосудом и корпусом находится термопара с двумя выводами 23 и 24. Электрический контакт зонда с грунтом осуществляется через свободную поверхность 25 песка в корпусе. The housing has flanges 19 and 20 with holes 21 and 22 for hanging the probe. In the sand-filled gap between the vessel and the body there is a thermocouple with two leads 23 and 24. The probe is in electrical contact with the ground through the free sand surface 25 in the body.

Шлиф 26 (фиг.4), являющийся вариантом шлифа 12, имеет цилиндрическую боковую поверхность 27 с кольцевыми пазами 28, 29, 30, 31. Образуемые пазами кольцевые выступы 32, 33, 34 шлифа выполнены с шероховатостью, рельеф которой заключен в поверхностном слое 35. Верхний торец 36 шлифа окружен фаской 37. Нижний торец 38 шлифа имеет выпуклость. Наряду с таким выполнением возможен вариант шлифа, в котором он имеет форму конуса, расширяющегося от верхнего торца, обращенного внутрь сосуда, к нижнему. Section 26 (Fig. 4), which is a variant of section 12, has a cylindrical side surface 27 with annular grooves 28, 29, 30, 31. The grooves formed by the grooves on the annular projections 32, 33, 34 of the section are made with a roughness, the relief of which is enclosed in the surface layer 35 The upper end 36 of the thin section is surrounded by a chamfer 37. The lower end 38 of the thin section has a bulge. Along with this embodiment, a thin section is possible, in which it has the shape of a cone expanding from the upper end facing the inside of the vessel to the lower.

В рабочем состоянии зонда каждый из кольцевых пазов 28-30 закрыт внутренней стенкой 39 сосуда и образует буферную емкость 40 (фиг.5), целиком заполненную раствором электролита 41, который в исходном состоянии совпадает по составу с раствором 2 внутри сосуда. Шероховатые выступы 32, 33 шлифа и примыкающая к ним стенка 39 сосуда формируют секции пористого элемента. In the working state of the probe, each of the annular grooves 28-30 is closed by the inner wall 39 of the vessel and forms a buffer tank 40 (Fig. 5), completely filled with a solution of electrolyte 41, which in the initial state coincides in composition with solution 2 inside the vessel. The rough protrusions 32, 33 of the thin section and the vessel wall 39 adjacent to them form sections of the porous element.

В другом варианте зонда (фиг.6) применен жидкий ртутный электрод 42. Раствор 43 находится в цилиндрическом сосуде 44 с верхним отверстием 45, закрытым крышкой 46, и нижним отверстием 47, куда плотно вставлена чашка 48 с овальным дном 49. Через крышку проходит герметично закрепленный в ней кабель 50. Из изолирующей трубки 51 кабеля снизу выступает железный стержень 52, погруженный в ртуть 53 на дне чашки. Мениск 54 ртути покрыт слоем 55 каломели. In another embodiment of the probe (Fig. 6), a liquid mercury electrode 42 is used. The solution 43 is located in a cylindrical vessel 44 with an upper opening 45 closed by a lid 46 and a lower opening 47, where a cup 48 is tightly inserted with an oval bottom 49. It passes through the lid hermetically a cable 50 fixed therein. An iron rod 52 protrudes from the insulating tube 51 of the cable from below, immersed in mercury 53 at the bottom of the cup. The meniscus 54 of mercury is coated with a 55 calomel layer.

В стенках сосуда выполнены окна 56, 57 и наружный кольцевой паз 58, создающий буферную емкость. Боковая поверхность 59 сосуда покрыта пористым слоем 60 из стеклоткани. На пористый слой плотно надета обойма 61. В рабочем состоянии зонда пористый слой 60 пропитан раствором, который заполняет также паз 58 и обеспечивает контакт раствора 43 с грунтом. Windows 56, 57 and an outer annular groove 58 are formed in the walls of the vessel, creating a buffer tank. The lateral surface 59 of the vessel is covered with a porous layer 60 of fiberglass. A holder 61 is tightly worn over the porous layer. In the working state of the probe, the porous layer 60 is impregnated with a solution that also fills the groove 58 and makes the solution 43 contact with the ground.

Устройство для оценки электрического поля включает два зонда, расположенных друг относительно друга по вертикали (фиг.7) либо по горизонтали (фиг. 8-10) относительно поверхности грунта. При вертикальном расположении зонды 62 и 63 подвешены под измерительным блоком 64 с помощью боковых кабелей 65, 66, а для контактов с зондами использованы отводы 67, 68. Система 62-64 находится в скважине 69, пробуренной в грунте 70, и в рабочем состоянии засыпана песком (показан вид системы до засыпки) либо залита жидкостью, например водой. При этом достаточно частичное заполнение скважины, обеспечивающее электрический контакт стенок скважины с зондами. Глубина скважины и расстояние между зондами, расположенными по вертикали, произвольны (на практике - от нескольких метров до километра). The device for evaluating the electric field includes two probes located relative to each other vertically (Fig. 7) or horizontally (Fig. 8-10) relative to the surface of the soil. With a vertical arrangement, probes 62 and 63 are suspended under the measuring unit 64 using side cables 65, 66, and bends 67, 68 are used for contacts with the probes. System 62-64 is located in well 69 drilled in the ground 70 and is operational sand (the view of the system before filling is shown) or flooded with liquid, such as water. At the same time, partial filling of the well is sufficient, providing electrical contact between the walls of the well and the probes. The depth of the well and the distance between the probes located vertically are arbitrary (in practice, from a few meters to a kilometer).

При расположении зондов по горизонтали диапазон расстояний шире. При малых расстояниях (до 100 м) возможно применение простой схемы (рис.8), в которой зонды 71 и 72 подключены с помощью экранированных кабелей 73 и 74 ко входу одного дифференциального усилителя в регистрирующем блоке 75. When the probes are horizontal, the range of distances is wider. At small distances (up to 100 m), a simple circuit can be used (Fig. 8), in which the probes 71 and 72 are connected using shielded cables 73 and 74 to the input of one differential amplifier in the recording unit 75.

Для измерений разности потенциалов и оценки поля на любых расстояниях, в том числе более 1000 км, предназначено устройство с раздельным дифференциальным усилением сигналов, поступающих от зондов (фиг.9, 10). For measurements of the potential difference and field estimation at any distances, including more than 1000 km, a device with separate differential amplification of signals from the probes is intended (Figs. 9, 10).

Блок регистрации 76 данного устройства содержит два одинаковых дифференциальных усилителя 77 и 78, каждый из которых предназначен для подключения к одному зонду и является в этом смысле отдельным. Выходы данных усилителей подключены ко входам дополнительного дифференциального усилителя 79, который является общим для обоих зондов и передает измеренную на них разность потенциалов регистрирующему вольтметру 80. Емкости 81 (С₀,), используемые для снижения высокочастотных помех, и сопротивления 82, 83 (R₀) соединяют входы и выходы усилителей 77 и 78 с заземляемой клеммой 84 блока регистрации. Входы этих усилителей непосредственно подключены к клеммам 85, 87 и 86, 88 данного блока.The registration unit 76 of this device contains two identical differential amplifiers 77 and 78, each of which is designed to be connected to one probe and is separate in this sense. The outputs of these amplifiers are connected to the inputs of an additional differential amplifier 79, which is common to both probes and transmits the potential difference measured to them to a recording voltmeter 80. Capacities 81 (C ₀ ,) used to reduce high-frequency interference and resistance 82, 83 (R ₀ ) connect the inputs and outputs of the amplifiers 77 and 78 with the ground terminal 84 of the registration unit. The inputs of these amplifiers are directly connected to the terminals 85, 87 and 86, 88 of this unit.

Зонды 89 и 90, погруженные в грунт на удаленных друг от друга участках 91, 92 земной коры, соединены магистральными проводами 93 и 94 с клеммами 85 и 86 усилителей 77 и 78. Каждый магистральный провод заключен в общий экран 95 либо 96 с соответствующим параллельным проводом 97 либо 98. Одним концом параллельный провод 97 (98) подключен к клемме 87 (88) усилителя 77 (78), а другим концом - через сопротивление 99 (100) - к концу 101 (102) шины 103, заземленной с помощью электрода 104, имеющего достаточно большую площадь и углубленного в грунт вблизи от блока регистрации (в радиусе 100 м). Probes 89 and 90, immersed in the ground at sections 91, 92 of the earth's crust that are remote from each other, are connected by trunk wires 93 and 94 to terminals 85 and 86 of amplifiers 77 and 78. Each trunk wire is enclosed in a common shield 95 or 96 with a corresponding parallel wire 97 or 98. At one end, parallel wire 97 (98) is connected to terminal 87 (88) of amplifier 77 (78), and at the other end, through resistance 99 (100), to end 101 (102) of bus 103, grounded by electrode 104 having a sufficiently large area and deepened into the ground near the registration unit (within a radius of 100 m).

Зонды могут находиться на неодинаковых расстояниях L_a и L_b от блока регистрации, например L_a=6000 км (расстояние от Москвы до Якутска вдоль континента, либо от Нью-Йорка до Лондона через Атлантический океан), L_b=100 м. Для измерений могут быть, в частности, использованы существующие линии связи, проложенные по суше или морскому дну. Представляют интерес измерения разности потенциалов между точками земной коры, расположенными вдоль и поперек меридиана.The probes may be at different distances L _a and L _b from the registration unit, for example, L _a = 6000 km (the distance from Moscow to Yakutsk along the continent, or from New York to London through the Atlantic Ocean), L _b = 100 m. For measurements in particular, existing communication lines laid over land or the seabed can be used. It is of interest to measure the potential difference between the points of the earth's crust located along and across the meridian.

База измерений - расстояние между зондами - определяется размерами исследуемого объекта. Для изучения процессов в ядре и мантии это расстояние должно быть соизмеримо с радиусом Земли. При исследовании механизма деформации литосферы зонды должны находится друг от друга на расстоянии, превосходящем толщину земной коры, составляющую от 20 до 70 км в континентальной области. Сведения, необходимые для прогнозирования землетрясений, могут быть получены таким путем при расстоянии между зондами порядка 100 км. The measurement base — the distance between the probes — is determined by the size of the object under study. To study the processes in the core and mantle, this distance must be commensurate with the radius of the Earth. When studying the mechanism of deformation of the lithosphere, the probes should be located at a distance exceeding the thickness of the earth's crust, ranging from 20 to 70 km in the continental region. The information necessary for predicting earthquakes can be obtained in this way with a distance between the probes of the order of 100 km.

Целесообразны следующие параметры: сопротивление пористого элемента, пропитанного раствором - от 100 Ом до 10 кОм, сопротивление основного и параллельного проводов - не более 1 кОм, сопротивление изоляции между ними - не менее 1 МОм. Например, при длине медного провода 6000 км, его сопротивление 1 кОм по постоянному току обеспечивается сечением 1 см².The following parameters are advisable: the resistance of the porous element impregnated with the solution is from 100 Ω to 10 kΩ, the resistance of the main and parallel wires is not more than 1 kΩ, the insulation resistance between them is not less than 1 MΩ. For example, with a copper wire length of 6,000 km, its resistance to 1 kΩ in direct current is provided by a cross section of 1 cm ² .

В качестве электродов и окружающих их растворов электролита могут быть применены: 1) свинец в водном растворе серной кислоты (30-40%-ный раствор с температурой замерзания от -50 до -70^oС) с добавкой сульфата бария для разрыхления пассивирующего слоя сульфата свинца; 2) медь в водном растворе медного купороса с добавкой сегнетовой соли для растворения пассивирующей пленки окисла меди; 3) платина в водном растворе смеси ферри- и ферроцианида калия (по 0.1- 0.2 М); 4) покрытая каломелью ртуть в насыщенном водном растворе хлористого калия.The following can be used as electrodes and the electrolyte solutions surrounding them: 1) lead in an aqueous solution of sulfuric acid (30-40% solution with a freezing temperature from -50 to -70 ^o С) with the addition of barium sulfate to loosen the passivating layer of lead sulfate ; 2) copper in an aqueous solution of copper sulfate with the addition of Rochelle salt to dissolve a passivating film of copper oxide; 3) platinum in an aqueous solution of a mixture of potassium ferri- and ferrocyanide (0.1–0.2 M each); 4) mercury coated calomel in a saturated aqueous solution of potassium chloride.

Твердый электрод 1 имеет диаметр от 1 до 5 мм при произвольной длине (например, 100 мм), что позволяет увеличить его площадь. Диаметр шлифа 12 составляет от 10 до 30 мм, а диаметр контейнера 15 - от 30 до 100 мм. Основной вклад во внутреннее сопротивление зонда дает сопротивление пористого элемента, которое в данной конструкции определяется суммарной длиной слоев 35 шероховатости вдоль шлифа. Наряду с сокращением этой длины существует возможность снизить внутреннее сопротивление путем параллельного соединения нескольких одинаковых зондов в батарею, которая функционирует аналогично одному зонду. Для погружения батареи в одну скважину составляющие ее зонды могут быть расположены в виде вертикальной цепи (подобно изображенной на фиг.7). Число параллельно соединяемых зондов не ограничено. The solid electrode 1 has a diameter of 1 to 5 mm with an arbitrary length (for example, 100 mm), which allows to increase its area. The diameter of the thin section 12 is from 10 to 30 mm, and the diameter of the container 15 is from 30 to 100 mm. The main contribution to the internal resistance of the probe is made by the resistance of the porous element, which in this design is determined by the total length of the roughness layers 35 along the thin section. Along with shortening this length, it is possible to reduce the internal resistance by parallel connection of several identical probes into a battery that functions similarly to one probe. To immerse the battery in one well, the probes that make it up can be arranged in a vertical chain (similar to that shown in Fig. 7). The number of probes connected in parallel is not limited.

При работе зонда на границе электрода 1 с раствором 2 поддерживается равновесный скачок потенциала, стабильность которого обеспечена постоянством состава раствора внутри сосуда 3. В среде, окружающей сосуд 3, присутствуют примеси. Они диффундируют вдоль смоченной раствором шероховатой поверхности шлифа 12. Разбавление примеси в буферной емкости многократно снижает градиент концентрации и соответственно поток вещества на следующем участке диффузии. When the probe is operating at the boundary of the electrode 1 with solution 2, an equilibrium potential jump is maintained, the stability of which is ensured by the constancy of the composition of the solution inside the vessel 3. Impurities are present in the medium surrounding the vessel 3. They diffuse along the rough surface of the thin section moistened with the solution 12. Dilution of the impurity in the buffer tank significantly reduces the concentration gradient and, accordingly, the flow of matter in the next diffusion section.

Кратность снижения градиента возводится в степень, равную числу последовательных буферных емкостей. При одной и той же длине пути диффузии в порах шероховатой поверхности шлифа разбиение этого пути на участки, чередующиеся с буферными емкостями, дает возможность значительно увеличить срок службы зонда (практически до года и более). The gradient reduction ratio is raised to a power equal to the number of consecutive buffer tanks. With the same diffusion path length in the pores of the rough surface of the thin section, dividing this path into sections alternating with buffer tanks makes it possible to significantly increase the life of the probe (almost up to a year or more).

При работе устройства для оценки электрического поля в земной коре проблема устранения помех имеет особенность, связанную со значительным расстоянием между зондами, что делает неэффективной обычную экранировку магистральных проводов. В проводах, пролегающих в удаленных друг от друга местностях, индуцируются извне сильно различающиеся по величине сигналы. В этих условиях обычное подключение двух зондов ко входу одного дифференциального усилителя оставляет значительной разность наводимых помех. When the device for assessing the electric field in the earth's crust is operating, the problem of eliminating interference has a feature related to the significant distance between the probes, which makes the conventional screening of trunk wires ineffective. In wires that run in distant locations, signals that differ greatly in magnitude are induced from the outside. Under these conditions, the usual connection of two probes to the input of one differential amplifier leaves a significant difference in the induced noise.

Предлагаемое устройство обеспечивает дополнительные возможности для снижения уровня посторонних сигналов. Шум, наводимый в магистральном проводе, дублируется в параллельном проводе, который расположен рядом с магистральным и воспринимает те же внешние поля. Это создает условие для полной компенсации указанного шума на выходе отдельного для каждого зонда дифференциального усилителя 77 (78), ко входам которого подключены магистральный и параллельный провода. Дальнейшее вычитание сигналов в общем дифференциальном усилителе 79 позволяет получить искомую разность потенциалов между удаленными зондами, свободную от наводок. The proposed device provides additional features to reduce the level of extraneous signals. The noise induced in the trunk wire is duplicated in a parallel wire, which is located next to the trunk and perceives the same external fields. This creates the condition for complete compensation of the specified noise at the output of a differential amplifier 77 (78) separate for each probe, to the inputs of which a main and parallel wires are connected. Further subtraction of the signals in the common differential amplifier 79 allows you to get the desired potential difference between the remote probes, free from interference.

Заземление концов параллельных проводов через сопротивления 99 и 100 делает их эквивалентными по переменному току магистральным проводам, концы которых заземлены через зонды 89 и 90. Указанные сопротивления (R_a и R_b) целесообразно выбрать равными фактическому сопротивлению соответствующих зондов переменному току (на частоте порядка 1 кГц), которое может быть измерено после установки зондов в грунт. Для этой цели могут быть использованы вспомогательные электроды достаточно большой площади, размещенные в окрестности зондов. Фактическое сопротивление зонда имеет величину, близкую к его внутреннему сопротивлению, измеренному на переменном токе до установки в грунт.Grounding the ends of parallel wires through resistances 99 and 100 makes them equivalent in alternating current to the main wires whose ends are grounded through probes 89 and 90. It is advisable to choose the indicated resistances (R _a and R _b ) equal to the actual resistance of the corresponding probes to alternating current (at a frequency of the order of 1 kHz), which can be measured after installing the probes in the ground. For this purpose, auxiliary electrodes of a sufficiently large area located in the vicinity of the probes can be used. The actual resistance of the probe is close to its internal resistance, measured with alternating current prior to installation in the ground.

Claims

1. A probe for evaluating the electric field in the earth’s crust, comprising a metal electrode and an electrolyte solution located in a vessel whose volume is separated from the soil by a porous element, characterized in that the porous element is divided into sections, between which one or more buffer tanks filled electrolyte solution.

2. The probe according to claim 1, characterized in that the porous element is composed of two parts separated by a solution-permeable region.

3. The probe according to claim 2, characterized in that the porous element includes a thin section in the form of a round sleeve with a rough lateral surface, and the buffer containers have the form of annular grooves made in the sleeve.

4. The probe according to claim 3, characterized in that the sleeve has the form of a cylinder or cone.

5. The probe according to claim 1, characterized in that the vessel is located with a gap in the container open at the top, and a porous filler is located in the gap.

6. The probe according to claim 5, characterized in that the container is made round, has an oval bottom and is equipped with outer flanges with holes.

7. A device for evaluating the electric field in the earth's crust, including two probes brought into contact with the ground, and trunk wires connecting the electrodes of the probes to a voltage meter, characterized in that the trunk wire of each probe is supplemented by a parallel wire isolated from it and together with it it is connected to a differential amplifier separate for each probe, and the opposite end of the parallel wire is connected through resistance to a grounded bus common to both probes.

8. The device according to claim 7, characterized in that the outputs of the individual differential amplifiers are connected to the input of an additional differential amplifier, which is common to both probes.