RU2568986C1 - Method of geological monitoring - Google Patents

Method of geological monitoring Download PDF

Info

Publication number
RU2568986C1
RU2568986C1 RU2014135022/28A RU2014135022A RU2568986C1 RU 2568986 C1 RU2568986 C1 RU 2568986C1 RU 2014135022/28 A RU2014135022/28 A RU 2014135022/28A RU 2014135022 A RU2014135022 A RU 2014135022A RU 2568986 C1 RU2568986 C1 RU 2568986C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
field
frequency
industrial
components
Prior art date
Application number
RU2014135022/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Колесников
Original Assignee
Владимир Петрович Колесников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Петрович Колесников filed Critical Владимир Петрович Колесников
Priority to RU2014135022/28A priority Critical patent/RU2568986C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568986C1 publication Critical patent/RU2568986C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: claimed process exploits the application of magnetic probing of geological medium. Integral magnetic field developed in the result of net effects produced by the existing set of industrial electric power sources in the frequency range of 50 Hz to 1-2 kHz is used as the source. Evaluation of the electromagnetic field far and rear zone effects is made for zoning of territories by the rock electric resistance complying with informative zone. Then, magnetic field intensity components are recorded at every observation pint in three perpendicular directions at several magnitudes of azimuth for radial location components of the measuring unit. Spectral analysis of measured magnetic field is performed to define amplitude-frequency responses of each every component and to evaluate the latter in terms of apparent resistance. The latter are interpreted to get the info on spatial variation of electric resistance and anisotropic properties on rock in the range of effective depth of magnetic field propagation.
EFFECT: higher accuracy and data content.
3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области геофизики, а именно к способу геоэлектроразведки, основанному на использовании промышленных магнитных полей (ПМП).The invention relates to the field of geophysics, and in particular to a method for geoelectrical exploration based on the use of industrial magnetic fields (PMF).

Метод ПМП может применяться при решении поисковых геологических, гидрогеологических и экологических задач, связанных с выделением и картированием объектов, обладающих повышенной электрической проводимостью, в условиях урбанизированных территорий. Наиболее актуально его применение в целях прогноза возможных негативных техно-геологических процессов при шахтной отработке месторождений.The PMP method can be used to solve geological, hydrogeological and environmental problems associated with the selection and mapping of objects with high electrical conductivity in urban areas. Most relevant is its use in order to forecast possible negative techno-geological processes during mine development of deposits.

Известен ряд методов электроразведки по обнаружению геологических неоднородностей среды, основанных на использовании гальванических и индуктивных способов возбуждения и регистрации электромагнитных полей. К ним относятся различные виды электрического и электромагнитного профилирования и зондирования (ВЭЗ, ЭП, 43, ЗСБ, МТЗ и др.). Однако в условиях промышленно развитых регионов их применение становится малоэффективным. Это связано с наличием различного рода промышленных сооружений и техногенных помех, существенно затрудняющих процесс измерений и снижающих информативность получаемых результатов.A number of electrical exploration methods are known for detecting geological heterogeneities of the environment, based on the use of galvanic and inductive methods of excitation and registration of electromagnetic fields. These include various types of electrical and electromagnetic profiling and sensing (VES, EP, 43, ZSB, MTZ, etc.). However, in industrialized regions, their use becomes ineffective. This is due to the presence of various kinds of industrial structures and man-made interference, which significantly complicates the measurement process and reduces the information content of the results.

Одним из направлений повышения эффективности применения методов электроразведки в данных условиях является использование в качестве источника электромагнитных полей, порождаемых промышленными электроэнергетическими источниками. К настоящему времени известно несколько способов использования промышленных электромагнитных полей при решении геолого-поисковых задач [2, 6-10].One of the ways to increase the efficiency of the application of electrical exploration methods in these conditions is to use electromagnetic fields generated by industrial electric power sources as a source. To date, several methods are known for using industrial electromagnetic fields in solving geological prospecting problems [2, 6-10].

Одним из близких к предлагаемому изобретению является способ поиска хороших проводников по магнитному полю промышленных токов частотой 50 Гц [2] с выполнением регистрации трех ортогональных компонент поля по системе параллельных профилей с измерением угла наклона вектора напряженности к горизонтальной плоскости. Выбор информативных компонент и интерпретация осуществляются на основе сравнительного анализа с известными особенностями геологического строения ранее изученной территории. Другой разновидностью этого способа является изобретение (патент RU №2107932 С1, МПК G01V 3/08, опубликовано 27.03.1998), в котором рассматривается возможность определения положения линейных проводящих зон в недрах земли путем измерения азимутов и углов наклона малой и большой осей элипсоида поляризации магнитного поля на частоте промышленного тока (патент RU №2107932 С1, МПК G01V 3/08, опубликовано 27.03.1998). Как и в первом случае измерения проводят по сети параллельных профилей. В каждой точке по результатам азимутальных наблюдений определяют направление в нижнее пространство радиуса-вектора, перпендикулярного к плоскости, построенной на измеренных векторах, и по выделенным участкам сближения или пересечения радиусов-векторов, отражающих повышение плотности тока, выявляют наличие проводящих линейных объектов, связанных с возможным наличием разломов, либо сульфидных руд.One of the close to the present invention is a method of searching for good conductors in the magnetic field of industrial currents with a frequency of 50 Hz [2] by registering three orthogonal field components according to a system of parallel profiles with measuring the angle of inclination of the tension vector to the horizontal plane. The selection of informative components and interpretation are carried out on the basis of a comparative analysis with the known features of the geological structure of the previously studied territory. Another variation of this method is the invention (patent RU No. 2107932 C1, IPC G01V 3/08, published March 27, 1998), which considers the possibility of determining the position of linear conductive zones in the bowels of the earth by measuring the azimuths and inclination angles of the minor and major axes of the magnetic polarization ellipsoid field at the frequency of industrial current (patent RU No. 2107932 C1, IPC G01V 3/08, published 03/27/1998). As in the first case, measurements are carried out over a network of parallel profiles. At each point, according to the results of azimuthal observations, the direction to the lower space of the radius vector perpendicular to the plane built on the measured vectors is determined and the presence of conducting linear objects associated with the possible the presence of faults or sulfide ores.

К недостаткам этих способов можно отнести: 1) необходимость выполнения съемки по системе параллельных профилей, что не всегда возможно в силу недоступности отдельных участков исследуемой территории, к примеру, при возможной ее обводненности, заболоченности, застроенности и т.п.; 2) ограниченность по информативности, связанную с возможностью выделения лишь линейно вытянутых проводящих объектов, неопределенность характера изменения глубины их залегания, неучет возможного влияния иных промышленных источников электромагнитного поля.The disadvantages of these methods include: 1) the need to perform surveys using a system of parallel profiles, which is not always possible due to the inaccessibility of individual sections of the study area, for example, with possible water cut, marshy, built-up areas, etc .; 2) informational limitations associated with the possibility of distinguishing only linearly elongated conductive objects, the uncertainty of the nature of changes in their depth, ignoring the possible effects of other industrial sources of electromagnetic fields.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится способ, рассмотренный в работе В.С. Титлинова [10], в которой впервые, помимо основной частоты (50 Гц), использованы отдельные ее гармоники. Полевые наблюдения предложено выполнять с помощью стандартной аппаратуры импедансных частотных зондирований АЧЗ-78 с номинальным диапазоном частот 30-2500 Гц, в измерительный блок которой были дополнительно введен набор частот промышленного поля 50, 150, 250, 500, 1000 Гц. Эта аппаратура имеет полосу пропускания частот 0.3 Гц и уровень собственных шумов примерно 0.1 мкВ (на f=50 Гц) и 0.02 мкВ - на f=1000 Гц). В качестве источника промышленного поля использована магистральная ЛЭП мощностью 110 кВ. Способ реализован с использованием теории бесконечного длинного кабеля. Регистрация осуществлялась с использованием трех промышленных частот - 50, 150 и 250 Гц в комплексе с частотным зондированием. Сопоставление полученных результатов с данными частотного зондирования позволило выделить ряд важных особенностей использованного поля ЛЭП: а) магнитное поле заметно стабильнее электрического поля; б) при удалении от ЛЭП на расстояние, превышающее половину длины волны, кривая кажущегося сопротивления, вычисленная по данным поля ЛЭП, практически не зависит от системы расположения (вертикальное либо горизонтальное) проводов ЛЭП и хорошо согласуется с кривой частотного зондирования; в) наблюденное поле превышает пороговый уровень чувствительности прибора на удалении от источника (мощностью 110 кВ) до 2.5 км.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention relates to the method described in the work of V.S. Titlinov [10], in which for the first time, in addition to the fundamental frequency (50 Hz), its individual harmonics were used. It was proposed to carry out field observations using standard equipment of impedance frequency soundings AChZ-78 with a nominal frequency range of 30-2500 Hz, into the measuring unit of which an additional set of frequencies of an industrial field of 50, 150, 250, 500, 1000 Hz was added. This equipment has a frequency bandwidth of 0.3 Hz and a noise floor of about 0.1 μV (at f = 50 Hz) and 0.02 μV at f = 1000 Hz). The main transmission line with a capacity of 110 kV was used as a source of industrial field. The method is implemented using the theory of infinite long cable. Registration was carried out using three industrial frequencies - 50, 150 and 250 Hz in combination with frequency sensing. A comparison of the obtained results with the data of frequency sounding made it possible to identify a number of important features of the used power transmission line field: a) the magnetic field is noticeably more stable than the electric field; b) when moving away from the power line by a distance exceeding half the wavelength, the apparent resistance curve calculated according to the power line field data is practically independent of the location system (vertical or horizontal) of the power line wires and is in good agreement with the frequency sounding curve; c) the observed field exceeds the threshold level of sensitivity of the device at a distance from the source (power 110 kV) up to 2.5 km.

Недостатками способа-прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:

1) используется поле отдельного ЛЭП без учета возможного влияния совокупности различного вида источников промышленного поля в условиях высокоурбанизированных территорий, что снижает точность и достоверность измерений; 2) отсутствуют методы количественной оценки информативности применения способа в конкретных геоэлектрических и электроэнергетических условиях при произвольной системе расположения точек наблюдений; 3) при использовании аппаратуры АЧЗ-78 задание частот промышленного поля выполняется субъективно, без учета и предварительной оценки их информативности.1) the field of a separate power line is used without taking into account the possible influence of a combination of different types of industrial field sources in highly urbanized areas, which reduces the accuracy and reliability of measurements; 2) there are no methods for quantifying the information content of the application of the method in specific geoelectric and electric power conditions with an arbitrary system of location of observation points; 3) when using AChZ-78 equipment, setting the frequencies of the industrial field is carried out subjectively, without taking into account and preliminary assessment of their information content.

Задачей создания предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, повышение точности, информативности и технологичности метода магнитного зондирования, основанного на использовании промышленных полей при решении геологических, гидрогеологических и экологических задач.The task of creating the present invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, improving the accuracy, information content and manufacturability of the method of magnetic sensing, based on the use of industrial fields in solving geological, hydrogeological and environmental problems.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ геоэлектроразведки, основанный на использовании магнитного зондирования геологической среды, и отличительных существенных признаков, таких как в качестве источника используют интегральное магнитное поле, формируемое в результате суммарного воздействия существующего набора промышленных электроэнергетических источников в диапазоне частот от 50 Гц до 1-2 кГц, и на основе оценки влияния дальней и ближней зон электромагнитного поля осуществляют районирование территории по величине электрического сопротивления пород, отвечающих информативной зоне, затем выполняют регистрацию компонент напряженности магнитного поля в каждой точке наблюдений по трем ортогональным направлениям при нескольких значениях азимута расположения радиальных составляющих датчика измерительной установки, затем проводят спектральный анализ измеренного магнитного поля, определяют амплитудно-частотные характеристики каждого из его компонентов и пересчитывают амплитудно-частотные характеристики в значения кажущегося сопротивления, по результатам интерпретации которых получают информацию о пространственном изменении электрического сопротивления и анизотропных свойств среды в интервале эффективных глубин распространения магнитного поля.The problem is solved using the features specified in the claims common to the prototype, such as a method of geoelectrical exploration, based on the use of magnetic sensing of the geological environment, and distinctive essential features, such as using an integrated magnetic field as a result of the total exposure to the existing a set of industrial electric power sources in the frequency range from 50 Hz to 1-2 kHz, and based on an assessment of the influence of the far and near zones of the electromagnet of the total field, the territory is zoned according to the electrical resistance of the rocks corresponding to the informative zone, then the magnetic field components are recorded at each observation point in three orthogonal directions for several values of the azimuth of the location of the radial components of the sensor of the measuring setup, then the spectral analysis of the measured magnetic field is carried out, determine the amplitude-frequency characteristics of each of its components and recalculate the amplitude-frequency different characteristics in terms of apparent resistance, from the interpretation of which they obtain information about the spatial change in electrical resistance and anisotropic properties of the medium in the range of effective depths of magnetic field propagation.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - повышение точности, информативности и технологичности метода магнитного зондирования, основанного на использовании промышленных полей.The above set of essential features allows you to get the following technical result - improving the accuracy, information content and adaptability of the method of magnetic sensing based on the use of industrial fields.

Ниже раскрывается причинно-следственная связь отличительных признаков изобретения с достигаемым техническим результатом.The causal relationship of the distinguishing features of the invention with the achieved technical result is disclosed below.

Изобретение относится к наземным способам электроразведки, основанным на использовании явления электромагнитной индукции, и может применяться при изучении физического состояния геологической среды, с выделении любых электронно- и ионопроводящих объектов (рудных образований, водонасыщенных пород, соляных растворов) при решении поисковых, инженерно-геологических и экологических задач в условиях урбанизированных территорий.The invention relates to ground-based methods of electrical exploration, based on the use of the phenomenon of electromagnetic induction, and can be used to study the physical state of the geological environment, with the allocation of any electron and ion-conducting objects (ore formations, water-saturated rocks, salt solutions) in solving search, engineering-geological and environmental tasks in urbanized areas.

Сущность изобретения заключается в создании способа изучения строения и физического состояния геологической среды, основанного на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля, формируемого в результате суммарного воздействия широкого набора достаточно мощных электросетевых объектов - линий электропередач, трансформаторных подстанций, регуляторов мощности, индукционных печей, выпрямителей и др. с учетом выявленных характерных его особенностей, в частности, а) кратности гармоник интегрального поля основной частоте (50 Гц); б) синфазности полей различных источников, вследствие существующей синхронизации электрической сети в пределах промышленного региона; в) повышенной стабильности характера поведения поля во времени, обусловленной как стационарностью расположения источников, так и слабой зависимостью интегрального поля от изменения режима работы отдельных источников средней мощности; г) преобладанием вертикальной составляющей магнитного поля над его радиальной составляющей в силу соответствия поля большинства промышленных источников полю вертикального магнитного диполя. Способ обладает возможностью прогнозной оценки эффективности его применения в конкретных геоэлектрических и электроэнергетических условиях.The essence of the invention lies in creating a method for studying the structure and physical state of the geological environment, based on the use of the magnetic component of an alternating electromagnetic field, formed as a result of the total exposure to a wide range of sufficiently powerful power supply facilities - power lines, transformer substations, power regulators, induction furnaces, rectifiers, etc. taking into account the identified characteristic features of it, in particular, a) the multiplicity of harmonics of the integral field of the main Oh frequency (50 Hz); b) common-mode fields of various sources, due to the existing synchronization of the electric network within the industrial region; c) increased stability of the behavior of the field over time, due to both the stationary location of the sources and the weak dependence of the integral field on changes in the operation mode of individual sources of average power; d) the predominance of the vertical component of the magnetic field over its radial component due to the correspondence of the field of most industrial sources to the field of a vertical magnetic dipole. The method has the ability to predictively evaluate the effectiveness of its use in specific geoelectric and electric power conditions.

При использовании существующих аппаратурно-измерительных средств, позволяющих осуществлять регистрацию гармоник основной частоты (50 Гц) до 10-12 порядков, максимальная глубина проникновения таких полей при изучении осадочных пород может достигать нескольких сотен метров, а минимальная глубина начинается с первых десятков метров (40-50 м). Физическая суть этого объясняется исходя из основ электродинамики.When using existing instrumentation that allows recording harmonics of the fundamental frequency (50 Hz) up to 10-12 orders of magnitude, the maximum penetration depth of such fields in the study of sedimentary rocks can reach several hundred meters, and the minimum depth starts from the first tens of meters (40- 50 m). The physical essence of this is explained on the basis of the basics of electrodynamics.

Согласно принципу электромагнитной индукции наблюдаемое на земной поверхности магнитное поле можно представить в виде суммы двух основных полей: первичного H ¯ 0 ( f )

Figure 00000001
и противоположно направленного индуцированного вторичного поля H ¯ и н д ( f )
Figure 00000002
According to the principle of electromagnetic induction, the magnetic field observed on the earth's surface can be represented as the sum of two main fields: primary H ¯ 0 ( f )
Figure 00000001
and oppositely directed induced secondary field H ¯ and n d ( f )
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Очевидно, что чем больше величина индуцированного магнитного поля, тем больше величина понижения амплитуды наблюденного поля ( H ¯ ( f ) )

Figure 00000004
при данной частоте поля f, соответствующей эффективной глубине зондирования [1, 5]Obviously, the larger the magnitude of the induced magnetic field, the greater the magnitude of the decrease in the amplitude of the observed field ( H ¯ ( f ) )
Figure 00000004
at a given frequency of the field f, corresponding to the effective sounding depth [1, 5]

Figure 00000005
Figure 00000005

Основными факторами, влияющими на величину индуцированного магнитного поля H ¯ и н д ( f )

Figure 00000002
, являются:The main factors affecting the magnitude of the induced magnetic field H ¯ and n d ( f )
Figure 00000002
They are:

1) наличие электропроводящего тела;1) the presence of an electrically conductive body;

2) скорость изменения первичного поля в проводящей среде.2) the rate of change of the primary field in a conducting medium.

Чем выше проводимость тела, либо скорость изменения поля, тем контрастнее проявление проводящего объекта, которым могут служить любые электронно- и ионопроводящие тела: рудные образования, водонасыщенные породы, соляные растворы. Чем выше их проводимость, тем больше величина возбуждаемого ими индукционного магнитного поля и, соответственно, тем больше понижение наблюденного поля H ¯

Figure 00000006
.The higher the conductivity of the body, or the rate of change of the field, the more contrast is the manifestation of the conductive object, which can serve as any electron and ion-conducting bodies: ore formations, water-saturated rocks, salt solutions. The higher their conductivity, the greater the magnitude of the induction magnetic field excited by them and, accordingly, the greater the decrease in the observed field H ¯
Figure 00000006
.

Величина скорости изменения первичного поля в проводящей среде определяется соотношением расстояния от точки наблюдения r до источника с длиной волны λ, что связано с понятием ближней и дальней зон [1]. При малых удалениях точки наблюдения от источника по сравнению с длиной волны (r<λ/2π) поле отвечает ближней зоне, при r>λ/2π - дальней зоне. При непосредственной близости точки наблюдения к источнику (r<<λ) магнитное поле становится практически неинформативным - теряется его зависимость от частоты и электрического сопротивления среды [1]. Наибольшие проявления индукции происходят в дальней зоне.The magnitude of the rate of change of the primary field in a conducting medium is determined by the ratio of the distance from the observation point r to the source with a wavelength λ, which is associated with the concept of near and far zones [1]. At small distances of the observation point from the source compared with the wavelength (r <λ / 2π), the field corresponds to the near zone, and for r> λ / 2π to the far zone. With the close proximity of the observation point to the source (r << λ), the magnetic field becomes almost uninformative - its dependence on the frequency and electrical resistance of the medium is lost [1]. The greatest manifestations of induction occur in the far zone.

Учитывая выражение для длины волныGiven the expression for the wavelength

Figure 00000007
Figure 00000007

в реальных условиях при наличии в пределах региона множества источников с разной удаленностью от точки наблюдения, насчитывающих сотни, а иногда и тысячи единиц, при известном их расположении, может быть спрогнозирована область распространения дальней зоны. Для этого может быть использован предлагаемый параметр Кдз(f), характеризующий степень проявления информативной (дальней) зоны в наблюденном интегральном электромагнитном поле, обусловленном совокупностью N основных промышленных источников:in real conditions, if there are many sources within the region with different distances from the observation point, numbering hundreds and sometimes thousands of units, with their known location, the region of distribution of the far zone can be predicted. For this, the proposed parameter K dz (f) can be used, which characterizes the degree of manifestation of the informative (far) zone in the observed integrated electromagnetic field, due to the set of N main industrial sources:

Figure 00000008
Figure 00000008

где ri - расстояние от точки наблюдения до i-го источника поля; f - основная (минимальная) частота (f=50/60 Гц), определяющая условие выполнения дальней зоны для всего используемого диапазона частот fi промышленного поля; ρан - величина продольного сопротивления, соответствующая верхней границе диапазона аномально пониженных сопротивлений, характерных для искомого объекта.where r i is the distance from the observation point to the i-th field source; f is the main (minimum) frequency (f = 50/60 Hz), which determines the condition for the implementation of the far zone for the entire frequency range f i of the industrial field; ρ en is the longitudinal resistance value corresponding to the upper boundary of the range of abnormally lowered resistances characteristic of the desired object.

На основе формулы (6) может быть выполнено районирование обследуемой территории по значениям ρан, отвечающих условию дальней зоны. Для расчета ρан используется формула, получаемая из (6):On the basis of formula (6), zoning of the territory under investigation can be performed according to the values of ρ en corresponding to the condition of the far zone. To calculate ρ en using the formula obtained from (6):

Figure 00000009
Figure 00000009

В пределах рабочей зоны, отвечающей условию Кдз(f)>>1, к примеру Кдз(f)=10, возможно получение информации о геологическом разрезе в определенном интервале глубин на основе принципа частотного зондирования.Within the working area that meets the condition K dz (f) >> 1, for example, K dz (f) = 10, it is possible to obtain information about the geological section in a certain depth interval based on the principle of frequency sounding.

Предлагаемый способ в ряде случаев может применяться при изучении геологической среды и при отсутствии информации о каждом из источников, вносящих вклад в результирующее поле. Это основывается на использовании информации о вышеотмеченных особенностях промышленных полей. Одними из критериев информативности являются оценки наличия и степень проявления амплитуд компонент магнитного поля для каждой из используемого набора промышленных частот (в интервале примерно от 50 до 1000 Гц). Наличие частот промышленного поля и достаточно высокий уровень значений амплитуд компонент магнитного поля, превышающий фоновый уровень, могут служить косвенным признаком наличия дальней зоны.The proposed method in some cases can be used in the study of the geological environment and in the absence of information about each of the sources that contribute to the resulting field. This is based on the use of information on the above features of industrial fields. One of the criteria for informativeness is the assessment of the presence and degree of manifestation of the amplitudes of the magnetic field components for each of the used set of industrial frequencies (in the range from about 50 to 1000 Hz). The presence of industrial field frequencies and a sufficiently high level of the amplitudes of the magnetic field components that exceed the background level can serve as an indirect sign of the presence of a far zone.

При использовании предлагаемого способа возможна регистрация компонент напряженности магнитного поля в каждой точке наблюдений по трем ортогональным направлениям при нескольких значениях азимута расположения радиальных составляющих датчика измерительной установки.When using the proposed method, it is possible to register the components of the magnetic field strength at each observation point in three orthogonal directions with several values of the azimuth of the location of the radial components of the sensor of the measuring installation.

Пример 1Example 1

Технология зондирования геологической среды предлагаемым способом включает выполнение следующей совокупности операций:The technology for sensing the geological environment of the proposed method includes the following set of operations:

1) регистрацию компонент напряженности магнитного поля HXi(t), Hyi(t), Hz(t) в каждой точке наблюдений по трем ортогональным направлениям в заданный интервал времени (порядка 20-40 с ) при нескольких значениях азимута измерительной установки;1) registration of the components of the magnetic field strength H Xi (t), H yi (t), H z (t) at each observation point in three orthogonal directions in a given time interval (of the order of 20-40 s) at several values of the azimuth of the measurement setup;

2) спектральный анализ измеренного поля с целью определения амплитудно-частотных характеристик каждой из компонент наблюденного магнитного поля;2) spectral analysis of the measured field in order to determine the amplitude-frequency characteristics of each of the components of the observed magnetic field;

3) пересчет амплитудно-частотных характеристик в значения кажущегося сопротивления ρ k ( 1 / f ) = ρ k ( T )

Figure 00000010
;3) recalculation of the amplitude-frequency characteristics into values of apparent resistance ρ k ( one / f ) = ρ k ( T )
Figure 00000010
;

4) интерпретацию графиков зондирования ρ k ( T )

Figure 00000011
- получение информации о пространственном изменении электрических свойств среды в интервале эффективных глубин распространения магнитного поля.4) interpretation of sounding graphs ρ k ( T )
Figure 00000011
- obtaining information about the spatial change in the electrical properties of the medium in the range of effective propagation depths of the magnetic field.

Реализация данной технологии выполнена с помощью аппаратурного комплекса, включающего: регистрационные датчики (типа ЭРА-МА), аналого-цифровой преобразователь (типа L-Card Е440), GPS-навигатор, мобильный ноутбук, блок питания и систему цифрового управления, с использованием специально созданных программ для регистрации и спектрального анализа наблюденного поля [4], а также интерпретационной системы программ ЗОНД (свидетельство №2005610058).The implementation of this technology was performed using a hardware complex, including: registration sensors (type ERA-MA), analog-to-digital converter (type L-Card E440), GPS-navigator, mobile laptop, power supply and digital control system, using specially designed programs for recording and spectral analysis of the observed field [4], as well as the interpretation system of the PROBE programs (certificate No. 2005610058).

В отличие от прототипа:Unlike the prototype:

1) используется поле не отдельного ЛЭП, а интегральное поле, обусловленное совокупностью различных источников, с учетом общих физических представлений и результатов экспериментальных работ;1) the field is not used as a separate power transmission line, but as an integral field, due to a combination of different sources, taking into account the general physical concepts and the results of experimental work;

2) разработан способ количественной оценки информативности применения промышленного магнитного поля в конкретных геоэлектрических и электроэнергетических условиях на основе вычислении интегральной характеристики дальней (информативной) зоны, а также способ районирования территории по величине электрического сопротивления пород, отвечающих информативной зоне;2) a method has been developed for quantitatively evaluating the information content of using an industrial magnetic field in specific geoelectric and electric power conditions on the basis of calculating the integral characteristics of the far (informative) zone, as well as a method of regionalizing the territory according to the electrical resistance of rocks corresponding to the information zone;

3) выбор рабочих частот выполняется с предварительной их оценкой в процессе спектрального анализа наблюденного поля;3) the choice of operating frequencies is performed with their preliminary assessment in the process of spectral analysis of the observed field;

4) возможность регистрации компонент напряженности магнитного поля в каждой точке наблюдений по трем ортогональным направлениям при нескольких значениях азимута расположения радиальных составляющих датчика измерительной установки, обеспечивая возможность изучения анизотропных свойств среды.4) the possibility of recording the components of the magnetic field strength at each observation point in three orthogonal directions at several values of the azimuth of the location of the radial components of the sensor of the measuring setup, providing the opportunity to study the anisotropic properties of the medium.

К преимуществам предлагаемого способа относятся: 1) использование широкого набора частот, включающего, помимо основной частоты (50 Гц), совокупность гармоник до 10-12 порядка, порождаемых различного рода электроэнергетическими нагрузками, позволяющих получать информацию о физических свойствах пород, залегающих на различных глубинах (от первых десятков до первых сотен метров); 2) принципиальная возможность получения информации о физическом состоянии толщи пород в условиях промышленно развитых регионов, обеспечивая преимущества относительно традиционных методов электрометрии, подверженных влиянию различного рода промышленных сооружений и техногенных помех, существенно затрудняющих процесс измерений и информативность получаемых результатов; 3) возможность оценки информативности применения способа в конкретных геоэлектрических и электроэнергетических условиях при произвольной системе расположение точек наблюдений, не требующей профильных наблюдений по субпараллельным профилям; 4) независимость результатов истолкования наблюденных данных от формы искомого проводящего тела; 5) простота технического исполнения и методики выполнения работ, обеспечивающих оперативность прогноза возможных негативных событий в условиях высокоразвитых промышленных регионов с возможностью проведения съемки в любое время года в сложных техногенных условиях.The advantages of the proposed method include: 1) the use of a wide range of frequencies, including, in addition to the fundamental frequency (50 Hz), a set of harmonics up to 10-12 orders of magnitude generated by various kinds of electric power loads, allowing information on the physical properties of rocks occurring at different depths ( from the first tens to the first hundreds of meters); 2) the fundamental possibility of obtaining information about the physical state of the rock strata in the conditions of industrially developed regions, providing advantages relative to traditional methods of electrometry, subject to the influence of various kinds of industrial structures and man-made interference, significantly complicating the measurement process and the information content of the results obtained; 3) the ability to assess the information content of the application of the method in specific geoelectric and electric power conditions with an arbitrary system, the location of observation points that do not require profile observations on sub-parallel profiles; 4) the independence of the results of the interpretation of the observed data from the shape of the desired conductive body; 5) the simplicity of the technical design and the methodology of the work, ensuring the efficiency of forecasting possible negative events in highly developed industrial regions with the possibility of shooting at any time of the year in difficult industrial conditions.

Пример 2Example 2

Нижеприведенные примеры относятся к задаче обследования водозащитной толщи для обеспечения безопасности ведения шахтных работ в районе Верхнекамского месторождения калийных солей, расположенного в одном из промышленно развитых регионов Пермского края. Проводящим объектом в данном случае служат области соляного карстообразования. В условиях естественного залегания удельное электрическое сопротивление солей достаточно велико и составляет от нескольких тысяч до первых десятков тысяч ом-метров. Всякое нарушение соляного массива открывает доступ в него подземных вод. Величина удельного электрического сопротивления, тесно связанная с минерализацией водных растворов, образующейся вследствие выщелачивания соляных пород, может снижаться до первых единиц, а в отдельных случаях и до долей единиц ом-метра. Такая степень понижения значений сопротивления (в сотни, тысячи раз) обеспечивает достаточно высокую контрастность проявлений в электромагнитном поле соляного карстообразования.The following examples relate to the task of examining a water-proof stratum to ensure the safety of mining operations in the region of the Verkhnekamsk potash deposit, located in one of the industrially developed regions of the Perm Territory. In this case, the areas of salt karst formation serve as a conducting object. In conditions of natural occurrence, the electrical resistivity of salts is quite large and ranges from several thousand to the first tens of thousands of ohm-meters. Any violation of the salt mass opens access to underground water. The value of electrical resistivity, closely related to the mineralization of aqueous solutions formed as a result of leaching of salt rocks, can decrease to the first units, and in some cases, to fractions of units of an ohm meter. This degree of lowering the resistance values (hundreds, thousands of times) provides a sufficiently high contrast of the manifestations in the electromagnetic field of salt karst formation.

На Фиг. 1 отображен фрагмент результатов съемки на участке, захватывающем область целика и затопленной части отработанной части карналлитовой толщи, находящейся в интервале глубин 240-250 м. По контрасту изменения электрического сопротивления, изменяющегося в 8-10 раз, достаточно уверенно фиксируется переходная зона между отработанной и неотработанной частями разреза. Данные экспериментальные наблюдения над известным подземным объектом, подобно физическому моделированию, служат подтверждением глубины проникновения переменного магнитного поля.In FIG. Figure 1 shows a fragment of the survey results in the area capturing the region of the pillar and the flooded part of the worked out part of the carnallite stratum, which is in the depth interval 240-250 m. By contrast, the change in electrical resistance, changing by 8-10 times, the transition zone between worked and unworked is quite confidently recorded parts of the cut. These experimental observations of a well-known underground object, like physical modeling, confirm the penetration depth of an alternating magnetic field.

На Фиг. 3 приведен пример оценки информативности предлагаемого способа в конкретных геоэлектрических и электроэнергетических условиях, прогнозной оценки диапазона значений продольного электрического сопротивления среды, выполненной по совокупности основных электротехнических источников в районе обследуемой территории (от 200 кВт до 700 МВт) при выполнении условия дальней зоны (Кдз(f)=10), а также характер распределения интегрального магнитного поля.In FIG. Figure 3 shows an example of evaluating the information content of the proposed method in specific geoelectric and electric power conditions, a predictive assessment of the range of values of longitudinal electrical resistance of the medium, made by the totality of the main electrical sources in the area of the study area (from 200 kW to 700 MW) when the conditions of the far zone are fulfilled (K dz ( f) = 10), as well as the nature of the distribution of the integral magnetic field.

Прогнозная оценка диапазона электрического сопротивления, соответствующего условию дальней зоны, показывает, что величина его находится в диапазоне значительно превышающем величину аномального сопротивления для данной территории ρан=10 Ом·м. Это свидетельствует о возможности получения информации о зоне аномально пониженных сопротивлений и толще вмещающих пород при достаточной для измерений величине магнитного поля. Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры, чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.A forecast estimate of the range of electrical resistance corresponding to the condition of the far zone shows that its value is in the range significantly exceeding the value of the anomalous resistance for a given territory ρ an = 10 Ohm · m. This indicates the possibility of obtaining information about the zone of abnormally low resistances and the thickness of the enclosing rocks with a sufficient magnetic field for measurements. From the description and practical application of the present invention, other particular forms of its implementation will be apparent to those skilled in the art. This description and examples, drawings are considered as material illustrating the invention, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following claims, a combination of essential features and their equivalents.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Ваньян Л.Л. Основы электромагнитных зондирований. М.: Недра, 1965. 109 с. 1. Vanyan L.L. Fundamentals of electromagnetic sounding. M .: Nedra, 1965.109 s.

2. Карвелис Г.А. О возможности поисков хороших проводников по магнитному полю блуждающих токов частотой 50 Гц. В сб. Методы разведочной геофизики. Вопросы электроразведки рудных месторождений. Л.: НПО Геофизика, 1977, с 90-95.2. Carvelis G.A. On the possibility of searching for good conductors in the magnetic field of stray currents with a frequency of 50 Hz. On Sat Methods of exploratory geophysics. Issues of electrical exploration of ore deposits. L .: NPO Geophysics, 1977, pp. 90-95.

3. Колесников В.П., Дягилев Р.А. Система программ регистрации промышленных электромагнитных полей для проведения электроразведочных изысканий, Rec H3D. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014611489 от 04.02.2014 г.3. Kolesnikov V.P., Diaghilev R.A. A system for registering industrial electromagnetic fields for electrical prospecting, Rec H3D. Certificate of state registration of computer programs No. 20144611489 of 04/04/2014

5. Ландау Л.Д., Лифшиц ЕМ. Электродинамика сплошных сред. - 4-е изд., М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 656 с. 5. Landau L.D., Lifshitz EM. Electrodynamics of continuous media. - 4th ed., Moscow: FIZMATLIT, 2005 .-- 656 p.

6. Бобровников Н.В. Результаты наблюдений вертикальной составляющей электрического поля промышленной частоты // Теория и практика электромагнитных методов геофизических исследований. Екатеринбург, Наука УрО РАН, 1992.6. Bobrovnikov N.V. Observation results of the vertical component of the electric field of industrial frequency // Theory and practice of electromagnetic methods of geophysical research. Yekaterinburg, Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1992.

7. Вешев А.В., Яковлев А.В. Использование электромагнитных полей частотой 50 Гц для электроразведки // Геофизические методы поисков и разведки: Свердловск: СГИ, 1, 1975. С. 83-90.7. Veshev A.V., Yakovlev A.V. The use of electromagnetic fields with a frequency of 50 Hz for electrical exploration // Geophysical methods of prospecting and exploration: Sverdlovsk: SGI, 1, 1975. P. 83-90.

8. Захаров В.X., Парфенов А.В., Тимохин М.Б. Амплитудно-фазовые измерения магнитного поля промышленных токов с целью геологических исследований // Геофизические методы поисков и разведки рудных и нерудных месторождений. Свердловск, 1980. 59.8. Zakharov V.X., Parfenov A.V., Timokhin M.B. Amplitude-phase measurements of the magnetic field of industrial currents for the purpose of geological research // Geophysical methods of prospecting and exploration of ore and non-ore deposits. Sverdlovsk, 1980.59.

9. Сараев А.К., Ивочкин В.Г., Пертель М.И., Никифоров А.Б. Возможности электромагнитного профилирования на промышленной частоте 50 Гц при изучении Вуоксинского апатитоностного массива // Вестник СПбГУ. Спб., 1998, 7. С. 63-68.9. Saraev A.K., Ivochkin V.G., Pertel M.I., Nikiforov A.B. Possibilities of electromagnetic profiling at an industrial frequency of 50 Hz when studying the Vuoksinsky apatitone massif // Bulletin of St. Petersburg State University. St. Petersburg, 1998, 7.P. 63-68.

10. Титлинов B.C. О возможности использования полей гармоник 50-периодного тока промышленных ЛЭП в многочастотной электроразведке // Теория и практика электромагнитных методов геофизических исследований. Екатеринбург: Наука УрО РАН, 1992. С. 64-77. - прототип.10. Titlinov B.C. On the possibility of using harmonics fields of a 50-period current of industrial power lines in multi-frequency electrical exploration // Theory and practice of electromagnetic methods of geophysical research. Yekaterinburg: Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1992.S. 64-77. - prototype.

Claims (1)

Способ геоэлектроразведки, основанный на использовании магнитного зондирования геологической среды, отличающийся тем, что в качестве источника используют интегральное магнитное поле, формируемое в результате суммарного воздействия существующего набора промышленных электроэнергетических источников в диапазоне частот от 50 Гц до 1-2 кГц, и на основе оценки влияния дальней и ближней зон электромагнитного поля осуществляют районирование территории по величине электрического сопротивления пород, отвечающих информативной зоне, затем выполняют регистрацию компонент напряженности магнитного поля в каждой точке наблюдений по трем ортогональным направлениям при нескольких значениях азимута расположения радиальных составляющих датчика измерительной установки, после этого проводят спектральный анализ измеренного магнитного поля, определяют амплитудно-частотные характеристики каждого из его компонентов и пересчитывают амплитудно-частотные характеристики в значения кажущегося сопротивления, по результатам интерпретации которых получают информацию о пространственном изменении электрического сопротивления и анизотропных свойств среды в интервале эффективных глубин распространения магнитного поля. The method of geoelectrical exploration, based on the use of magnetic sensing of the geological environment, characterized in that the source uses an integrated magnetic field generated as a result of the total exposure to an existing set of industrial electric power sources in the frequency range from 50 Hz to 1-2 kHz, and based on the assessment of the effect the far and near zones of the electromagnetic field carry out the zoning of the territory in terms of the electrical resistance of the rocks corresponding to the informative zone, then The magnetic field components are recorded at each observation point in three orthogonal directions for several values of the azimuth of the location of the radial components of the sensor of the measuring setup, then a spectral analysis of the measured magnetic field is carried out, the amplitude-frequency characteristics of each of its components are determined, and the amplitude-frequency characteristics are calculated in values of apparent resistance, according to the interpretation of which they obtain information about the spatial m change in electrical resistance and anisotropic properties of the medium in the range of effective depths of magnetic field propagation.
RU2014135022/28A 2014-08-26 2014-08-26 Method of geological monitoring RU2568986C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135022/28A RU2568986C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Method of geological monitoring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135022/28A RU2568986C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Method of geological monitoring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568986C1 true RU2568986C1 (en) 2015-11-20

Family

ID=54598262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014135022/28A RU2568986C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Method of geological monitoring

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568986C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710099C1 (en) * 2018-08-20 2019-12-24 Владимир Петрович Колесников Geo-electric prospecting method
CN118257630A (en) * 2024-05-29 2024-06-28 陕西延长石油矿业有限责任公司 Intelligent monitoring method for surrounding rock of coal mine shaft

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1330597A1 (en) * 1985-08-07 1987-08-15 Институт Геофизики И Инженерной Сейсмологии Ан Армсср Method of geoelectric prospecting by means of stray currents
SU1431520A1 (en) * 1986-05-05 1992-03-23 Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Magnetotellurgic probing method
RU2029320C1 (en) * 1991-10-03 1995-02-20 Институт радиотехники и электроники РАН Method of magnetotelluric probing
RU2107932C1 (en) * 1996-10-03 1998-03-27 Институт геофизики Уральского отделения РАН Process of geological electric prospecting
RU2172499C1 (en) * 2000-06-13 2001-08-20 Институт геофизики Уральского отделения РАН Method of geological electric prospecting
WO2010104907A2 (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Schlumberger Canada Limited Electromagnetic survey using naturally occurring electromagnetic fields as a source

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1330597A1 (en) * 1985-08-07 1987-08-15 Институт Геофизики И Инженерной Сейсмологии Ан Армсср Method of geoelectric prospecting by means of stray currents
SU1431520A1 (en) * 1986-05-05 1992-03-23 Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Magnetotellurgic probing method
RU2029320C1 (en) * 1991-10-03 1995-02-20 Институт радиотехники и электроники РАН Method of magnetotelluric probing
RU2107932C1 (en) * 1996-10-03 1998-03-27 Институт геофизики Уральского отделения РАН Process of geological electric prospecting
RU2172499C1 (en) * 2000-06-13 2001-08-20 Институт геофизики Уральского отделения РАН Method of geological electric prospecting
WO2010104907A2 (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Schlumberger Canada Limited Electromagnetic survey using naturally occurring electromagnetic fields as a source

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОЛЕСНИКОВ В.П. К обоснованию применения промышленных полей для решения геологоразведочных задач, Вестник Пермского университета, Геология, вып. N 4 (21), 2013, с. 56-61. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710099C1 (en) * 2018-08-20 2019-12-24 Владимир Петрович Колесников Geo-electric prospecting method
CN118257630A (en) * 2024-05-29 2024-06-28 陕西延长石油矿业有限责任公司 Intelligent monitoring method for surrounding rock of coal mine shaft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6603313B1 (en) Remote reservoir resistivity mapping
CN101520517B (en) Method for accurately evaluating targets containing oil gas in clastic rock basin
US20100332198A1 (en) Method For Obtaining Resistivity From Controlled Source Electromagnetic Data
RU2381531C1 (en) Method for marine geoelectrical exploration with electrical current focusing
US20120026314A1 (en) Methods of electromagnetic migration imaging of geologic formation
US7737699B2 (en) Method of marine electromagnetic survey using focusing electric current
RU2568986C1 (en) Method of geological monitoring
Wang et al. Dynamic monitoring of coalbed methane reservoirs using Super-Low Frequency electromagnetic prospecting
Nikitenko et al. Mathematical modeling of transient electromagnetic sounding signals for monitoring the state of permafrost
Gyulai et al. In-mine geoelectric investigations for detecting tectonic disturbances in coal seam structures
RU2594112C2 (en) System for exploration of oil and gas in complex-structure areas with developed salt-dome tectonics with mapping of roof of salt and subsalt deposits and computer-process system therefor
US1843407A (en) Underground strata prospecting
Marinenko et al. Solving direct problems of electrical resistivity tomography for media with high-conductivity irregular-shaped heterogeneities by an example of a multiple well platform
CN104749645B (en) A kind of method and apparatus of coal seam substrate interface undulation form detection in ash top difficult to understand
RU2657366C2 (en) Method for search for offshore hydrocarbon deposits
RU2340918C2 (en) Geo-electrical prospecting method
RU2427007C2 (en) Method of combining three-electrode, vertical and unipolar electrical sounding
RU2408036C1 (en) Focused current marine geoelectric prospecting method
RU2710099C1 (en) Geo-electric prospecting method
RU2231089C1 (en) Process of geoelectric prospecting
RU2581768C1 (en) Method for geoelectric prospecting
Lei Application of Geophysical Technique in the Coal Mining.
RU2528115C1 (en) Method for geoelectric prospecting in man-made infrastructure environment
Qi et al. An array source TEM apparent resistivity conversion and differential conductivity imaging method and its potential applications
RU2679269C1 (en) Method of ground areal geophysical researches by methods of electrical exploration for providing cathode protection of gas pipelines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170827

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181113

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200827