RU2632998C1 - Method of detecting contamination in soils and groundwaters - Google Patents
Method of detecting contamination in soils and groundwaters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632998C1 RU2632998C1 RU2016131466A RU2016131466A RU2632998C1 RU 2632998 C1 RU2632998 C1 RU 2632998C1 RU 2016131466 A RU2016131466 A RU 2016131466A RU 2016131466 A RU2016131466 A RU 2016131466A RU 2632998 C1 RU2632998 C1 RU 2632998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probing
- zone
- source
- electromagnetic
- sensing points
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам геоэлектроразведки, а именно к технологии радиомагнитотеллурического (РМТ) зондирования, и может быть использовано для выявления и оконтуривания загрязнений в почвах и грунтовых водах.The invention relates to methods for geoelectrical exploration, and in particular to technology of radio magnetotelluric (PMT) sounding, and can be used to identify and contour contaminants in soils and groundwater.
В настоящее время актуальной задачей является изучение потенциально загрязненных территорий, выявление загрязнений, вызванных утечками со свалок, токсичными сбросами, бытовыми и промышленными отходами, содержащими, в частности, тяжелые металлы, углеводородные вещества и прочее, в том числе погребенных загрязнений, расположенных в местах закрытого или законсервированного производства.Currently, the urgent task is to study potentially contaminated areas, to identify contaminants caused by leaks from landfills, toxic discharges, household and industrial wastes containing, in particular, heavy metals, hydrocarbon substances, etc., including buried contaminants located in closed places or canned production.
Для исследования потенциально загрязненных территорий перспективным является использование методов геоэлектроразведки, основанных на том, что загрязненные участки проявляются, как участки с измененными электрическими свойствами на фоне незагрязненных пород и характеризуются пониженным и иногда - повышенным удельным электрическим сопротивлением.For the study of potentially contaminated territories, it is promising to use geoelectrical exploration methods based on the fact that contaminated sites appear as areas with altered electrical properties against uncontaminated rocks and are characterized by reduced and sometimes increased electrical resistivity.
Так, известен способ геоэлектроразведки, применяемый, в частности, для выявления области распространения техногенно загрязненных подземных вод [2340918], основанный на изучении электросопротивления участков геологической среды.So, there is a known method of geoelectrical exploration, used, in particular, to identify the distribution area of technologically polluted groundwater [2340918], based on the study of the electrical resistance of the geological environment.
Согласно данному способу используют источник электрического поля, к одной клемме которого подключено заземление, отнесенное в бесконечность, а к другой клемме осуществляют последовательное подключение нескольких питающих заземлений, которые расположены в скважине с некоторым шагом по глубине. При каждом подключении измеряют падение напряжения между каждым скважинным питающим заземлением и двумя подвижными приемными заземлениями, расположенными на поверхности земли и подключенными к измерительному прибору. Затем приемные заземления перемещают по линии профиля на земной поверхности, вдоль которого осуществляется исследование геологической среды. По полученным результатам находят значения кажущегося сопротивления. Строят планы изолиний электросопротивления для всех глубин, на которых расположены скважинные питающие заземления. По этим планам судят о наличии и положении геоэлектрических неоднородностей, свидетельствующих о локализации загрязнений. В пределах выявленных аномальных участков одно их приемных заземлений перемещают по окружности вокруг другого и измеряют падение напряжения между ними. По направлению приемной линии при максимальном падении напряжения судят либо о простирании линейно вытянутых неоднородностей, либо о положении локальных неоднородностей.According to this method, an electric field source is used, to one terminal of which an earthing connected to infinity is connected, and to the other terminal, several supply earthing connections are located in series, which are located in the well with a certain depth step. At each connection, a voltage drop is measured between each borehole supply ground and two movable receiving grounds located on the earth's surface and connected to a measuring device. Then, the receiving grounding is moved along the profile line on the earth's surface, along which the study of the geological environment is carried out. According to the results obtained, the values of apparent resistance are found. They make plans for electrical resistance isolines for all depths at which downhole supply grounding is located. According to these plans, the presence and position of geoelectric heterogeneities, indicating the localization of pollution, are judged. Within the limits of the identified abnormal areas, one of their receiving earths is moved around a circle around the other and the voltage drop between them is measured. In the direction of the receiving line with a maximum voltage drop, either the extension of linearly elongated inhomogeneities is judged, or the position of local inhomogeneities is judged.
Данный способ является достаточно трудоемким и дорогостоящим, что обусловлено необходимостью бурения скважин для осуществления измерений.This method is quite time-consuming and expensive, due to the need to drill wells for measurements.
Известен способ выявления загрязнений в почвах и грунтовых водах, основанный на методе радиомагнитотеллурических (РМТ) зондирований, описанный в [ж. Региональная экология, №1-2(36), 2015], который выбран в качестве ближайшего аналога.A known method for detecting contaminants in soils and groundwater, based on the method of radiomagnetotelluric (RMT) sounding, described in [g. Regional Ecology, No. 1-2 (36), 2015], which is selected as the closest analogue.
Рассматриваемый способ включает регистрацию электромагнитного отклика исследуемого участка земли на зондирующее электромагнитное излучение.The considered method includes recording the electromagnetic response of the investigated plot of land to the probing electromagnetic radiation.
В качестве зондирующего сигнала используют электромагнитные поля радиостанций в диапазоне частот 10-1000 кГц. Зондирующий электромагнитный сигнал проникает в землю и возбуждает в ней индукционные токи и вторичное электромагнитное поле, характеристики которого связаны со строением и свойствами геологической среды на участке исследования в диапазоне глубин обычно от 1 до 20-30 м.As a sounding signal, the electromagnetic fields of radio stations are used in the frequency range 10-1000 kHz. A sounding electromagnetic signal penetrates the earth and excites induction currents and a secondary electromagnetic field in it, the characteristics of which are related to the structure and properties of the geological environment in the study area in the depth range usually from 1 to 20-30 m.
С помощью приемных датчиков регистрируют составляющие электрического (Е) и магнитного (Н) поля, возбужденного зондирующим сигналом, в ряде точек (здесь и далее в точках зондирования), которые расположены с некоторым шагом вдоль профилей (здесь и далее - линий зондирования), распределенных по площади участка загрязнения.Using the receiving sensors, the components of the electric (E) and magnetic (H) fields excited by the probing signal are recorded at a number of points (hereinafter, at the sensing points), which are located with some step along the profiles (hereinafter, sensing lines) distributed by the area of the pollution site.
Обрабатывают измеренные данные и определяют значения поверхностного импеданса, которые пересчитываются в значения кажущегося сопротивления и фазы импеданса, а также строят кривые зондирования - частотные зависимости кажущегося сопротивления и фазы импеданса. Инверсия указанных кривых зондирования позволяет осуществить построение геоэлектрических разрезов (здесь и далее зависимостей, характеризующих распределение значений удельного сопротивления от глубины), а также срезов по глубинам (здесь и далее площадных распределений значений удельного сопротивления на разных глубинах).They process the measured data and determine the values of the surface impedance, which are converted into the values of the apparent resistance and phase of the impedance, and also build sounding curves - the frequency dependence of the apparent resistance and phase of the impedance. Inversion of these sounding curves allows the construction of geoelectric sections (hereinafter, dependencies characterizing the distribution of resistivity values from depth), as well as depth slices (hereinafter, areal distributions of resistivity values at different depths).
Обработку измеренных сигналов осуществляют с помощью применяемого в методе РМТ зондирований математического аппарата, реализованного в специальном программном обеспечении.The processing of the measured signals is carried out using the mathematical apparatus used in the RMT method, implemented in special software.
При выявлении геоэлектрических неоднородностей в точках зондирования судят о наличии загрязнения в почвах и в грунтовых водах на исследуемом участке.If geoelectric heterogeneities are detected at the sensing points, the presence of contamination in soils and groundwater in the studied area is judged.
Преимуществом рассматриваемого способа является его относительно высокая производительность, достаточная достоверность результатов измерения и относительная дешевизна, что связано, в том числе, с отсутствием необходимости бурения скважин для осуществления измерений.The advantage of the method under consideration is its relatively high productivity, sufficient reliability of the measurement results and the relative cheapness, which is associated, inter alia, with the absence of the need to drill wells for measurements.
Однако использование радиостанций как источников электромагнитных полей для создания зондирующих сигналов не во всех случаях позволяет получить надежные данные о загрязнении.However, the use of radio stations as sources of electromagnetic fields to create sounding signals does not in all cases provide reliable pollution data.
В частности, это связано с тем, что в удаленных и малонаселенных регионах имеется возможность измерения сигналов только радиостанций сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона 10-30 кГц, имеющих большую мощность и значительную дальность действия. Радиостанции длинноволнового (ДВ) диапазона 30-300 кГц и части средневолнового (СВ) диапазона 300-1000 кГц в малонаселенных регионах обычно отсутствуют. В результате при проведении измерений сигналов радиостанций СДВ диапазона в узком интервале частот удается реализовать работы только по методике профилирования без возможности оконтуривания загрязненных зон по глубине. Кроме того, загрязненные зоны обычно расположены на малых глубинах и более надежно они могут быть выделены на частотах ДВ и СВ радиостанций. В ряде случаев имеются глубоко залегающие зоны загрязнений, и глубинности стандартного метода РМТ (20-30 м) недостаточно для оценки глубины распространения загрязнений.In particular, this is due to the fact that in remote and sparsely populated regions it is possible to measure signals only from ultra-long-wave (SDV) radio stations of the 10-30 kHz range, which have a large power and a significant range. Long-wave (LW) radio stations of 30–300 kHz and part of the medium-wave (NE) range of 300–1000 kHz are usually absent in sparsely populated regions. As a result, when measuring the signals of the SDV range radio stations in a narrow frequency range, it is possible to realize work only by the profiling technique without the possibility of contouring contaminated zones in depth. In addition, the contaminated zones are usually located at shallow depths and more reliably they can be distinguished at the frequencies of LW and NE radio stations. In some cases, there are deep-lying pollution zones, and the depth of the standard PMT method (20-30 m) is not enough to assess the depth of pollution spread.
При использовании удаленных радиостанций в качестве источников поля точки зондирований, как правило, находятся в дальней зоне источника. С одной стороны, это позволяет применять при обработке и интерпретации данных зондирований хорошо разработанные методы и программные средства магнитотеллурики. С другой стороны, при проведении измерений в промежуточной имеется возможность получения дополнительных информативных параметров среды.When using remote radio stations as field sources, the sounding points are usually located in the far zone of the source. On the one hand, this makes it possible to use well-developed methods and software for magnetotellurics in the processing and interpretation of sounding data. On the other hand, when taking measurements in the intermediate, it is possible to obtain additional informative environmental parameters.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности результатов зондирования при выявлении и оконтуривании зон загрязнения в плане и по глубине.The task of the invention is to increase the reliability of sensing results in identifying and contouring pollution zones in plan and in depth.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе выявления загрязнений в почвах и грунтовых водах, основанном на регистрации электромагнитного отклика пород на зондирующее электромагнитное излучение с частотой, лежащей в диапазоне от сверхдлинноволновых до средневолновых частот, при этом с помощью источника излучают зондирующий электромагнитный сигнал, с помощью датчиков измеряют электрическую и магнитную составляющие возбужденного указанным зондирующим сигналом электромагнитного поля в точках зондирования, расположенных с некоторым шагом на линиях зондирования, распределенных по площади исследуемой зоны, обрабатывают измеренные данные и определяют значения поверхностного импеданса и частотные зависимости кажущегося сопротивления и фазы импеданса в точках зондирования, по результатам интерпретации которых судят о наличии загрязнения в почвах и в грунтовых водах, согласно изобретению в качестве источника зондирующего сигнала используют автономный генератор с частотным диапазоном от 1 до 1000 кГц и генераторную линию, выполненную в виде заземленного на концах кабеля конечной длины, измеряют электрическую и магнитную составляющие электромагнитного поля в точках зондирования, образующих сеть измерения, заведомо перекрывающую территорию возможной зоны загрязнения, и расположенных с шагом от 5 до 50 м на линиях зондирования, ориентированных в одном направлении, отстоящих друг от друга на расстоянии от 10 до 200 м, при этом контролируют местоположение источника зондирующего излучения таким образом, чтобы точки зондирования находились в дальней зоне его действия.The essence of the claimed invention lies in the fact that in a method for detecting contaminants in soils and groundwaters, based on the registration of the electromagnetic response of rocks to probing electromagnetic radiation with a frequency lying in the range from ultra-long to medium wave frequencies, the probe emits an electromagnetic signal using a source, using sensors measure the electrical and magnetic components of the electromagnetic field excited by the indicated probe signal at the sensing points, laid with a certain step on the sensing lines distributed over the area of the studied zone, the measured data are processed and the surface impedance values and frequency dependences of the apparent resistance and impedance phase are determined at the sensing points, according to the interpretation of which they judge the presence of contamination in soils and groundwater, according to The invention uses an autonomous generator with a frequency range from 1 to 1000 kHz and a generator line made in the form of a ground source as a probe signal At the ends of the cable of a finite length, the electric and magnetic components of the electromagnetic field are measured at the sensing points forming a measurement network that obviously covers the territory of the possible pollution zone and located at intervals from 5 to 50 m on the sensing lines oriented in the same direction, separated from each other each other at a distance of 10 to 200 m, while controlling the location of the probe radiation source so that the sensing points are in the far zone of its operation.
В частном случае изобретения дополнительно осуществляют измерения электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля в точках зондирования, контролируя местоположение источника таким образом, чтобы точки зондирования находились в промежуточной зоне его действия, после чего осуществляют обработку и интерпретацию измеренных данных для более надежного выделения тонких пластов загрязнений высокого удельного сопротивления и оценки анизотропии пород.In the particular case of the invention, they additionally measure the electric and magnetic components of the electromagnetic field at the sensing points, controlling the location of the source so that the sensing points are in the intermediate zone of its action, and then process and interpret the measured data to more reliably identify thin layers of high specific pollution resistance and rock anisotropy estimates.
Принципиально важным в заявляемом способе является использование в качестве источника зондирующего излучения автономного генератора, генерирующего излучение в широком диапазоне частот о 1 до 1000 кГц, обеспечивающим изучение разреза в диапазоне глубин от 1 до 50-100 м в точках зондирования, образующих сеть измерения, заведомо перекрывающую территорию возможной зоны загрязнения.Essentially important in the claimed method is the use of an autonomous generator as a source of probing radiation, generating radiation in a wide frequency range of 1 to 1000 kHz, providing a study of the section in the depth range from 1 to 50-100 m at the sensing points forming a measurement network that deliberately overlaps the territory of a possible pollution zone.
При этом под возможной зоной загрязнения понимают участок местности, предположительно занимаемый загрязнениями, информация о местоположении и размерах которого может быть получена от компетентных органов, осуществляющих мониторинг функционирования промышленно - хозяйственных систем, определена по данным предварительных тестовых исследований, выявлена на основании оценки объема попавших в почву и грунтовые воды загрязнений, а также другими способами.At the same time, a possible pollution zone is understood to mean a site of terrain presumably occupied by pollution, information on the location and size of which can be obtained from the competent authorities that monitor the functioning of industrial and economic systems, determined according to preliminary test studies, and identified on the basis of an estimate of the volume of soil and groundwater pollution, as well as other means.
В качестве источника зондирующего излучения используют автономный генератор с генераторной линией, выполненный в виде заземленного на концах кабеля конечной длины - горизонтального электрического диполя.An autonomous generator with a generator line made in the form of a grounded cable at the ends of a finite length — a horizontal electric dipole — is used as a probe radiation source.
Использование указанного источника обеспечивает возможность выбора требуемых частотных характеристик излучения, а также варьирования его местоположения, что является важным для выбора условий проведения работ в дальней зоне источника.Using this source provides the ability to select the required frequency characteristics of the radiation, as well as varying its location, which is important for choosing the conditions for work in the far zone of the source.
Для поля электрического диполя условие дальней зоны соблюдается, когда участок работ расположен на удалении r=(3-5)d от источника поля, где d≈500√(ρ/f) - толщина скин-слоя, ρ - удельное сопротивление пород, выраженное в омметрах, f - частота электромагнитного поля, выраженная в герцах.For the electric dipole field, the far zone condition is met when the site of work is located at a distance r = (3-5) d from the field source, where d≈500√ (ρ / f) is the skin layer thickness, ρ is the rock resistivity, expressed in ohmmeters, f is the frequency of the electromagnetic field, expressed in hertz.
Соблюдение условия дальней зоны для точек зондирования, расположенных как внутри возможной зоны загрязнения, так и за ее пределами, позволяет рассматривать зондирующий сигнал, как плоскую электромагнитную волну, распространяющуюся только по воздуху, для которой применимы используемые в магнитотеллурике методы и программные средства обработки и интерпретации результатов измерения, что обеспечивает достижение высокой надежности результатов зондирования.The observance of the far zone conditions for sensing points located both inside the potential pollution zone and beyond, allows us to consider the probe signal as a plane electromagnetic wave propagating only through air, for which methods and software for processing and interpreting the results are used in magnetotellurics measurements, which ensures the achievement of high reliability of sounding results.
Использование автономного (контролируемого) источника позволяет изучать участки с потенциальным загрязнением в регионах, где отсутствуют радиостанции ДВ и СВ диапазона, и получать информацию о наличии загрязнений в верхней, обычно наиболее загрязненной, части разреза. За счет использования источника зондирования с расширенным частотным диапазоном в сторону низких частот до 1 кГц достигается повышение глубинности исследования, что позволяет выявлять глубоко залегающие загрязнения.Using an autonomous (controlled) source allows you to study areas with potential pollution in regions where there are no radio stations of the Far East and North-East ranges, and to obtain information about the presence of pollution in the upper, usually most polluted, section of the section. Due to the use of a sounding source with an extended frequency range in the direction of low frequencies up to 1 kHz, an increase in the depth of investigation is achieved, which allows the detection of deep-seated contaminants.
Для перекрытия полного частотного диапазона от 1 до 1000 кГц можно использовать сигналы, излучаемые горизонтальным электрическим диполем на нескольких основных частотах и их субгармоники, что способствует повышению производительности измерений.To cover the full frequency range from 1 to 1000 kHz, you can use the signals emitted by a horizontal electric dipole at several fundamental frequencies and their subharmonics, which helps to increase the measurement performance.
Проведение измерений в точках зондирования, образующих сеть измерения, заведомо перекрывающую территорию возможной зоны загрязнения позволяет получить опорные данные об электрических характеристиках незагрязненных геологических пород для сравнения их с электрическими характеристиками загрязненной геологической среды, что повышает надежность интерпретации результатов зондирования при оконтуривании зоны загрязнения.Carrying out measurements at the sensing points forming a measurement network that obviously covers the territory of a possible pollution zone allows one to obtain reference data on the electrical characteristics of uncontaminated geological rocks to compare them with the electrical characteristics of a contaminated geological environment, which increases the reliability of the interpretation of sounding results when contouring the contamination zone.
Диапазон параметров сети измерения, включающих шаг между точками зондирования от 5 до 50 м вдоль линий зондирования и расстояние между линиями зондирования от 10 до 200 м, выбран авторами экспериментально и обеспечивает получение надежных результатов при изучении загрязненных территорий.The range of parameters of the measurement network, including the step between the sensing points from 5 to 50 m along the sensing lines and the distance between the sensing lines from 10 to 200 m, was chosen experimentally by the authors and provides reliable results when studying polluted territories.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение надежности результатов зондирования при выявлении и оконтуривании зон загрязнений.Thus, the technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the reliability of sensing results in the identification and contouring of pollution zones.
Проведение дополнительных измерений для точек зондирования в промежуточной зоне источника и осуществление обработки и интерпретации измеренных данных обеспечивает возможность получения дополнительной информации об исследуемой среде, в частности, позволяет получить значения коэффициентов анизотропии электрических свойств загрязненной среды, выделить тонкие слои загрязнений высокого удельного сопротивления, что позволяет более надежно выявлять загрязнения почвы и грунтовых вод и повышает информативность способа.Carrying out additional measurements for the sensing points in the intermediate zone of the source and processing and interpreting the measured data makes it possible to obtain additional information about the medium under study, in particular, it allows to obtain the values of the anisotropy coefficients of the electrical properties of the contaminated medium, to distinguish thin layers of high-resistivity pollution, which allows more reliably detect soil and groundwater pollution and increases the information content of the method.
Для поля электрического диполя условие промежуточной зоны соблюдается, когда участок работ расположен на удалении от источника r=(0.5-3)d.For the electric dipole field, the condition of the intermediate zone is met when the site of work is located at a distance from the source r = (0.5-3) d.
Обработку и интерпретацию данных, измеренных в условиях нахождения источника в промежуточной зоне, осуществляют с использованием известных в методе РМТ подходов (см., например, ж. Физика Земли, №4, 2015, стр. 128-147).Processing and interpretation of data measured under conditions of a source in the intermediate zone is carried out using approaches known in the RMT method (see, for example, J. Physics of the Earth, No. 4, 2015, pp. 128-147).
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
На основании предварительно полученной информации выясняют природу загрязнений и предполагаемые границы зоны загрязнения.Based on the previously obtained information, the nature of the pollution and the estimated boundaries of the pollution zone are clarified.
Получают исходные данные о породах, залегающих в области нахождения возможной зоны загрязнения (используя, в частности, данные геологической съемки, геологические карты), и об электрических свойствах указанных пород.Initial data is obtained on the rocks occurring in the area of the possible contamination zone (using, in particular, geological survey data, geological maps), and on the electrical properties of these rocks.
Планируют сеть измерений, заведомо перекрывающую территорию возможной зоны загрязнения, выбирая шаг между точками зондирования от 5 до 50 м и расстояние между профилями от 10 до 200 м. При этом точки зондирования, заведомо выходящие за предполагаемые границы зоны загрязнения, служат в качестве опорных точек, несущих информацию об электрических свойствах незагрязненной среды.They plan a network of measurements that deliberately covers the territory of a possible pollution zone, choosing a step between sensing points from 5 to 50 m and a distance between profiles from 10 to 200 m. At the same time, sensing points that deliberately go beyond the assumed boundaries of the pollution zone serve as reference points, carrying information about the electrical properties of an uncontaminated environment.
В качестве источника зондирующего сигнала используют горизонтальный электрический диполь - заземленный на концах кабель длиной от 200 до 1000 м.A horizontal electric dipole is used as a probe signal source - a cable grounded at the ends from 200 to 1000 m long.
Выбирают частотный диапазон источника в зависимости предполагаемой глубины зондирования. При этом чем больше предполагаемая глубина зондирования, тем более низкие частоты должны присутствовать в частотном диапазоне источника.The frequency range of the source is selected depending on the estimated sounding depth. Moreover, the greater the estimated sounding depth, the lower frequencies should be present in the frequency range of the source.
Выбирают местоположение источника излучения таким образом, чтобы для всех точек зондирования в выбранном частотном диапазоне выполнялось условие дальней зоны, и при этом, чтобы мощность сигнала была достаточной для проведения уверенных измерений.The location of the radiation source is selected so that for all sensing points in the selected frequency range the far-field condition is fulfilled, and at the same time, that the signal power is sufficient for reliable measurements.
С помощью приемных датчиков проводят измерения горизонтальных взаимно ортогональных составляющих магнитного и электрического поля в точках зондирования. Используют аппаратурный комплекс, содержащий регистратор, приемные электрическую и магнитную антенны, а также средства программной обработки измеренных сигналов.Using receiving sensors, horizontal mutually orthogonal components of the magnetic and electric fields are measured at the sensing points. They use a hardware complex containing a recorder, receiving electric and magnetic antennas, as well as software for processing the measured signals.
Осуществляют обработку измеренных данных и определяют значения поверхностного импеданса, которые пересчитываются в значения кажущегося сопротивления и фазы импеданса, а также получают кривые зондирования - зависимости кажущегося сопротивления и фазы импеданса от частоты. По результатам интерпретации полученных кривых получают геоэлектрические разрезы - распределения значений удельного сопротивления по профилям в зависимости от глубины, а также срезы по глубине - площадные распределения значений удельного сопротивления на разных глубинах.The measured data are processed and the surface impedance values are determined, which are converted into the values of the apparent resistance and impedance phase, and they also obtain sounding curves - the dependence of the apparent resistance and impedance phase on the frequency. According to the results of the interpretation of the obtained curves, geoelectric sections are obtained — the distributions of resistivity values over the profiles depending on the depth, as well as depth slices — areal distributions of resistivity values at different depths.
Анализируют полученные данные и выявляют участки с отличающимися по отношению к незагрязненным породам электрическими свойствами, определяют контуры границ их залегания как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. При этом, используя данные измерений в опорных точках, несущих информацию об электрических свойствах незагрязненных пород, и данные измерений в прочих точках сети, несущих информацию об электрических свойствах загрязненной среды, удается надежно установить реальные границы зоны загрязнения.Analyze the obtained data and identify areas with different electrical properties with respect to uncontaminated rocks, determine the contours of the boundaries of their occurrence in both vertical and horizontal directions. At the same time, using the measurement data at the reference points that carry information about the electrical properties of uncontaminated rocks, and the measurement data at other points in the network that carry information about the electrical properties of the contaminated environment, it is possible to reliably establish the real boundaries of the pollution zone.
Экономически целесообразным вначале осуществлять измерения, выбирая относительно редкую сеть измерения с большим шагом между точками зондирования и расстоянием между профилями, и в случае, когда этого является недостаточным для точного оконтуривания зоны загрязнения, выбирать более густую сеть измерения, уменьшая шаг между точками зондирования и расстояние между профилями.It is economically feasible to first carry out measurements, choosing a relatively rare measurement network with a large step between the sensing points and the distance between the profiles, and in the case when this is not sufficient for accurate contouring of the contamination zone, choose a denser measurement network, reducing the step between the sensing points and the distance between profiles.
При необходимости более надежного выделения тонких пластов загрязнений высокого удельного сопротивления и оценки анизотропии пород проводят описанные выше измерения для точек зондирования в промежуточной зоне источника, располагая его на более близком расстоянии от исследуемого участка.If it is necessary to more reliably isolate thin strata of contaminants of high resistivity and assess the anisotropy of the rocks, the measurements described above are carried out for the sensing points in the intermediate zone of the source, placing it at a closer distance from the studied area.
Возможность реализации способа показана в примерах его выполнения.The possibility of implementing the method is shown in examples of its implementation.
Пример 1Example 1
От природоохранных органов были получены данные о наличии вблизи населенного пункта свалки погребенных бытовых отходов, которая расположена на площади (100×300) м.From environmental authorities, data were obtained on the presence of buried household waste near the settlement, which is located on an area of (100 × 300) m.
На основании изучения геологических карт определили, что основной породой, залегающей на территории, погребенной свалки, является песок, который, как известно, характеризуется относительно высокими значениями удельного электрического сопротивления (300-500 Ом⋅м).Based on the study of geological maps, it was determined that the main rock lying in the territory of the buried landfill is sand, which, as you know, is characterized by relatively high electrical resistivity (300-500 Ohm⋅m).
Наметили сеть измерений, у которой шаг между точками зондирования составлял 10-20 м, а расстояние между профилями 20-50 м, при этом длина профилей составляла 360 м, а их краевые участки в двух сторон выходили за границы возможной зоны загрязнения.We outlined a measurement network in which the step between the sensing points was 10–20 m and the distance between the profiles was 20–50 m, while the length of the profiles was 360 m, and their edge sections on both sides went beyond the boundaries of a possible pollution zone.
В качестве источника зондирующего сигнала использовали горизонтальный электрический диполь длиной 500 м.A 500 m horizontal electric dipole was used as the source of the probing signal.
Выбрали частотный диапазон источника от 1 до 1000 кГц. При этом, поскольку глубина залегания загрязнений была неизвестна, частотный диапазон включал минимальную нижнюю частоту 1 кГц с целью обеспечения зондирования на максимально возможную глубину (50 м).We chose the frequency range of the source from 1 to 1000 kHz. Moreover, since the depth of the pollution was unknown, the frequency range included a minimum lower frequency of 1 kHz in order to provide sounding to the maximum possible depth (50 m).
Располагали источник излучения на расстоянии 1 км от границ возможной зоны загрязнения. Ориентировали электрический диполь таким образом, чтобы линии зондирования располагались вдоль его оси. Указанное расстояние предположительно являлось достаточным для соблюдения условия дальней зоны для всех точек зондирования при обеспечении достаточной для уверенных измерений мощности сигнала.The radiation source was located at a distance of 1 km from the boundaries of a possible pollution zone. We orientated the electric dipole so that the sensing lines were located along its axis. The indicated distance was supposedly sufficient to comply with the conditions of the far zone for all sensing points while ensuring sufficient signal strength for reliable measurements.
С помощью датчиков - приемных электрической и магнитной антенн - проводили измерения горизонтальных взаимно ортогональных составляющих магнитного и электрического поля в намеченных точках зондирования.Using sensors — receiving electric and magnetic antennas — we measured the horizontal mutually orthogonal components of the magnetic and electric fields at the intended sensing points.
Использовали частоты излучения 1, 5, 50, 105 кГц и их нечетные субгармоники.We used radiation frequencies of 1, 5, 50, 105 kHz and their odd subharmonics.
В качестве приемной аппаратуры использовали аппаратурно-программный комплекс - регистратор, приемные электрическую и магнитную антенны, а также средства программной обработки измеренных сигналов.As the receiving apparatus, we used a hardware-software complex - a recorder, receiving electric and magnetic antennas, as well as software for processing the measured signals.
С помощью регистратора осуществляли обработку измеренных данных и определяли значения поверхностного импеданса, значения кажущегося сопротивления и фазы импеданса.Using the recorder, the measured data were processed and the surface impedance, apparent resistance, and impedance phase were determined.
При этом в ряде опорных точек анализировали полученные данные с целью проверки соблюдения условия дальней зоны. Так, в частности, проверяли соответствие измеренного значения сопротивления значению удельного сопротивления для песка, контролировали фазу импеданса. Поскольку полученные значения соответствовали ожидаемым, был сделан вывод о соблюдении условия дальней зоны при выбранном положении источника и варьирования его положения не потребовалось.Moreover, in a number of reference points, the obtained data were analyzed in order to verify compliance with the conditions of the far zone. Thus, in particular, the correspondence of the measured resistance value to the specific resistance value for sand was checked, and the impedance phase was controlled. Since the obtained values corresponded to the expected ones, it was concluded that the conditions of the far zone were observed at the selected position of the source and it was not necessary to vary its position.
По результатам обработки данных измерений получали кривые зондирования - зависимости кажущегося сопротивления и фазы импеданса от частоты.Based on the results of processing the measurement data, sensing curves were obtained — the dependences of the apparent resistance and impedance phase on frequency.
По результатам интерпретации полученных кривых получили геоэлектрические разрезы - распределения значений удельного сопротивления по профилям в зависимости от глубины, а также срезы по глубине - площадные распределения значений удельного сопротивления на разных глубинах. Указанную обработку осуществляли с использованием программного обеспечения ZondMT2D.According to the results of the interpretation of the obtained curves, we obtained geoelectric sections — the distributions of resistivity values over the profiles depending on the depth, as well as depth slices — areal distributions of resistivity values at different depths. Said processing was carried out using ZondMT2D software.
Анализируя полученные данные, выявили зону с удельным электрическим сопротивлением среды 10-50 Ом⋅м, характерным для бытовых отходов, а также установили контуры ее границ. Зона загрязнения занимает территорию (95×290) м при глубине залегания загрязнений от 2 до 30 м.Analyzing the obtained data, we identified a zone with a specific electrical resistance of 10–50 Ohm⋅m characteristic of household waste, and also established the contours of its boundaries. The pollution zone covers an area of (95 × 290) m with a depth of pollution from 2 to 30 m.
Пример 2Example 2
От гидрологов были получены сведения о попадании нефти в реку. Исследования показали, что источником загрязнения являлись загрязненные нефтью грунтовые воды, в которые нефть попадала из погребенных в прибрежной полосе бочек, удаленных от реки на расстояние около 1 км.Information was received from hydrologists about oil entering the river. Studies have shown that the source of pollution was groundwater contaminated with oil, into which oil fell from barrels buried in the coastal strip, about 1 km away from the river.
На основании изучения геологических карт определили, что в прибрежной полосе на глубину 3 м залегал песок, который, как известно, обладает относительно высоким удельным электрическим сопротивлением (300-500 Ом⋅м).Based on the study of geological maps, it was determined that in the coastal strip to a depth of 3 m there was sand, which, as you know, has a relatively high electrical resistivity (300-500 Ohm⋅m).
Ниже слоя песка залегает глинистая порода, не пропускающая нефть, вследствие чего нефть не проникала ниже песчаного слоя, а вместе с грунтовыми водами стекала в реку.A clay rock that does not allow oil to pass through lies below the sand layer, as a result of which the oil does not penetrate below the sand layer and, together with groundwater, flows into the river.
Наметили первоначальную редкую сеть измерений, которая охватывала очень большой прибрежный участок (2×2) км, территория которого заведомо превышала возможную зону загрязнения.An initial rare network of measurements was outlined, which covered a very large coastal section (2 × 2) km, the territory of which obviously exceeded the possible pollution zone.
Шаг между точками зондирования составлял 50 м, а расстояние между профилями 200 м.The step between the sensing points was 50 m, and the distance between the profiles was 200 m.
В качестве источника зондирующего сигнала использовали горизонтальный электрический диполь длиной 500 м.A 500 m horizontal electric dipole was used as the source of the probing signal.
Частотный диапазон источника составил 10-1000 кГц с учетом возможной глубины нахождения загрязненных грунтовых вод не ниже 3 м.The frequency range of the source was 10-1000 kHz, taking into account the possible depth of contaminated groundwater at least 3 m.
Располагали источник излучения на расстоянии 500 м от территории, занимаемой первоначальной сетью измерения. Ориентировали источник таким образом, чтобы точки зондирования находились в экваториальной зоне диполя.A radiation source was located at a distance of 500 m from the territory occupied by the initial measurement network. The source was oriented so that the sensing points were in the equatorial zone of the dipole.
С помощью приемных датчиков проводили измерения горизонтальных взаимно ортогональных составляющих магнитного и электрического поля в намеченных точках зондирования.Using receiving sensors, we measured horizontal mutually orthogonal components of the magnetic and electric fields at the intended sensing points.
Использовали частоты излучения 1, 5, 50, 105 кГц и их нечетные субгармоники.We used radiation frequencies of 1, 5, 50, 105 kHz and their odd subharmonics.
В качестве приемной аппаратуры использовали аппаратурно-программный комплекс - регистратор, приемные электрическую и магнитную антенны, а также средства программной обработки измеренных сигналов.As the receiving apparatus, we used a hardware-software complex - a recorder, receiving electric and magnetic antennas, as well as software for processing the measured signals.
С помощью регистратора осуществляли обработку измеренных данных и определяли значения поверхностного импеданса, значения кажущегося сопротивления и фазы импеданса и получали кривые зондирования.Using the recorder, the measured data were processed and the surface impedance values, apparent resistance values and impedance phases were determined and sensing curves were obtained.
По результатам интерпретации полученных кривых получали геоэлектрические разрезы, а также срезы по глубине. Указанную обработку осуществляли с использованием программного обеспечения ZondMT2D.According to the results of the interpretation of the obtained curves, geoelectric sections were obtained, as well as depth sections. Said processing was carried out using ZondMT2D software.
Анализируя полученные данные, выявили участки расположения загрязненных нефтью грунтовых вод с удельным электрическим сопротивлением, значительно превышающим удельное электрическое сопротивление песка.Analyzing the obtained data, we identified areas of the location of oil-contaminated groundwater with a specific electrical resistance significantly exceeding the electrical resistivity of sand.
Для уточнения конфигурации зоны загрязнения наметили вторичную более густую сеть измерения на территории, удаленной от реки на 1 км, шириной 500 м.To clarify the configuration of the pollution zone, a secondary denser network of measurements was identified in the territory remote from the river by 1 km and a width of 500 m.
Шаг между точками зондирования составлял 10 м, а расстояние между профилями 30 м.The step between the sensing points was 10 m, and the distance between the profiles was 30 m.
Проводили измерения в точках зондирования вторичной сети и обработку полученных данных, как описано выше.Measurements were made at the sensing points of the secondary network and the processing of the obtained data, as described above.
На основании проведенных исследований установили контуры зоны загрязнения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Зона загрязнения имела вид извилистого направленного в сторону реки русла, расположенного на глубине от 1 до 2 м, имеющего ширину от 100 до 120 м.Based on the studies, the contours of the pollution zone were established in the horizontal and vertical directions. The pollution zone looked like a winding channel directed towards the river, located at a depth of 1 to 2 m, having a width of 100 to 120 m.
Пример 3Example 3
Была получена информация о наличии участка местности с возможным загрязнением почвы солями тяжелых металлов.Information was obtained on the presence of a site with possible contamination of the soil with salts of heavy metals.
По данным бурения было установлено, что разрез скважины сложен глинистыми известняками, характеризующегося переслаиванием тонких пропластков с большим и меньшим содержанием глинистого материала.According to the drilling data, it was found that the section of the well is composed of clay limestones, characterized by the interbedding of thin layers with a higher and lower content of clay material.
Была выбрана сеть измерения, включающая три профиля длиной 200 м, отстоящие на расстоянии 10 м друг от друга, на которых располагались точки зондирования с шагом 10 м.A measurement network was chosen, including three profiles 200 m long, spaced 10 m apart, at which sensing points were located with a step of 10 m.
Источник зондирующего сигнала - горизонтальный электрический диполь длиной 200 м, был расположен на удалении 400 м от профиля, что соответствовало нахождению точек зондирования в дальней зоне источника.The source of the probing signal, a horizontal electric dipole 200 m long, was located at a distance of 400 m from the profile, which corresponded to the location of the sensing points in the far zone of the source.
С помощью приемных датчиков проводили измерения горизонтальных взаимно ортогональных составляющих магнитного и электрического поля в намеченных точках зондирования.Using receiving sensors, we measured horizontal mutually orthogonal components of the magnetic and electric fields at the intended sensing points.
Использовали частоты излучения 1, 5, 50, 105 кГц и их нечетные субгармоники.We used radiation frequencies of 1, 5, 50, 105 kHz and their odd subharmonics.
В результате интерпретации полученных данных было обнаружено присутствие зон загрязнения солями тяжелых металлов на полученном геоэлектрическом разрезе по одному из профилей при относительно невысокой степени загрязнений и небольшой мощности загрязненного интервала на глубине 22-28 м.As a result of the interpretation of the obtained data, the presence of heavy metal salt contamination zones was detected on the obtained geoelectric section along one of the profiles with a relatively low degree of contamination and a small thickness of the contaminated interval at a depth of 22-28 m.
Поле этого источник был перемещен и приближен к профилям на расстояние 150 м, что соответствовало нахождению точек зондирования в промежуточной зоне источника.The field of this source was displaced and close to the profiles at a distance of 150 m, which corresponded to the location of the sensing points in the intermediate zone of the source.
Проводили измерения горизонтальных взаимно ортогональных составляющих магнитного и электрического поля в намеченных точках зондирования, как описано выше.We measured the horizontal mutually orthogonal components of the magnetic and electric fields at the intended sensing points, as described above.
По результатам интерпретации было установлено, что загрязненный интервал проявляется на геоэлектрических разрезах по всем трем профилям как анизотропный с коэффициентом анизотропии около 2, в то время как остальная часть разреза глинистых известняков характеризуется значениями коэффициента анизотропии около 1.2-1.4.According to the results of the interpretation, it was found that the contaminated interval appears in geoelectric sections along all three profiles as anisotropic with an anisotropy coefficient of about 2, while the rest of the clay limestone section is characterized by anisotropy coefficient of about 1.2-1.4.
В результате удалось проследить по профилям и по площади и оценить морфологию этого интервала, в котором содержится загрязнение солями тяжелых металлов.As a result, it was possible to trace by profiles and by area and evaluate the morphology of this interval, which contains pollution by salts of heavy metals.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131466A RU2632998C1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | Method of detecting contamination in soils and groundwaters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131466A RU2632998C1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | Method of detecting contamination in soils and groundwaters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2632998C1 true RU2632998C1 (en) | 2017-10-11 |
Family
ID=60129213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016131466A RU2632998C1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | Method of detecting contamination in soils and groundwaters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2632998C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287368A (en) * | 2018-03-09 | 2018-07-17 | 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 | Polluted Soil all standing detection method based on complex geophysical prospecting and its arrangement of measuring-line structure |
| CN113009575A (en) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 翟慧明 | Method and system for monitoring pollutants in underground water |
| CN118469396A (en) * | 2024-05-27 | 2024-08-09 | 陕西九江成建设工程有限公司 | Cloud data-based evaluation index system and method for hydraulic engineering management |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825188A (en) * | 1996-11-27 | 1998-10-20 | Montgomery; Jerry R. | Method of mapping and monitoring groundwater and subsurface aqueous systems |
| WO2005015262A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-02-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Ground survey device, system, and method |
| RU2256198C1 (en) * | 2004-03-25 | 2005-07-10 | Пермский государственный университет | Method for geo-electric reconnaissance |
| RU2332690C1 (en) * | 2006-11-13 | 2008-08-27 | Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН) | Method of geological prospecting |
| RU2340918C2 (en) * | 2007-01-09 | 2008-12-10 | Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН) | Geo-electrical prospecting method |
| CN103207412A (en) * | 2012-09-27 | 2013-07-17 | 核工业北京化工冶金研究院 | Method for detecting solution leaching and groundwater pollution scope of acid in-situ leaching of uranium |
| CN103529478A (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-22 | 蔡易缙 | Underground pollution group detection system and method thereof |
-
2016
- 2016-07-29 RU RU2016131466A patent/RU2632998C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825188A (en) * | 1996-11-27 | 1998-10-20 | Montgomery; Jerry R. | Method of mapping and monitoring groundwater and subsurface aqueous systems |
| WO2005015262A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-02-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Ground survey device, system, and method |
| RU2256198C1 (en) * | 2004-03-25 | 2005-07-10 | Пермский государственный университет | Method for geo-electric reconnaissance |
| RU2332690C1 (en) * | 2006-11-13 | 2008-08-27 | Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН) | Method of geological prospecting |
| RU2340918C2 (en) * | 2007-01-09 | 2008-12-10 | Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН) | Geo-electrical prospecting method |
| CN103529478A (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-22 | 蔡易缙 | Underground pollution group detection system and method thereof |
| CN103207412A (en) * | 2012-09-27 | 2013-07-17 | 核工业北京化工冶金研究院 | Method for detecting solution leaching and groundwater pollution scope of acid in-situ leaching of uranium |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287368A (en) * | 2018-03-09 | 2018-07-17 | 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 | Polluted Soil all standing detection method based on complex geophysical prospecting and its arrangement of measuring-line structure |
| CN113009575A (en) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 翟慧明 | Method and system for monitoring pollutants in underground water |
| CN118469396A (en) * | 2024-05-27 | 2024-08-09 | 陕西九江成建设工程有限公司 | Cloud data-based evaluation index system and method for hydraulic engineering management |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tezkan | A review of environmental applications of quasi-stationary electromagnetic techniques | |
| Santos et al. | Mapping groundwater contamination around a landfill facility using the VLF-EM method—a case study | |
| US5825188A (en) | Method of mapping and monitoring groundwater and subsurface aqueous systems | |
| Barsukov et al. | Shallow investigations by TEM-FAST technique: methodology and examples | |
| Williams et al. | An electromagnetic induction technique for reconnaissance surveys of soil salinity hazards | |
| US8688423B2 (en) | Subsurface hydrogeologic system modeling | |
| EP3039460B1 (en) | Mapping resistivity distribution within the earth | |
| Tezkan et al. | A joint application of radiomagnetotellurics and transient electromagnetics to the investigation of a waste deposit in Cologne (Germany) | |
| Gan et al. | Multi-geophysical approaches to detect karst channels underground—A case study in Mengzi of Yunnan Province, China | |
| RU2632998C1 (en) | Method of detecting contamination in soils and groundwaters | |
| Kuras | The capacitive resistivity technique for electrical imaging of the shallow subsurface | |
| Hohmann et al. | Evaluation of the measurement of induced electrical polarization with an inductive system | |
| Marchetti et al. | Integrated geophysical measurements on a test site for detection of buried steel drums | |
| Ibrahim et al. | Frequency-Domain Electromagnetic and VLF Data with an application to modeling of basement structures: A case study within Ibadan Area, Southwestern Nigeria | |
| US20120232797A1 (en) | Method and apparatus for detecting and mapping subsurface resistivity anomalies | |
| Kang et al. | Forward modeling and analyzing for frequency domain semi-airborne EM method | |
| Egbelehulu et al. | A review of electrical methods as a worthy tool for mineral exploration | |
| Macnae et al. | Inductive source resistivity: A tool for outlining silicification in gold exploration | |
| Knödel et al. | Electromagnetic methods | |
| Magawata et al. | Geo-electric assessment of kali failed dam project aliero, North Western Nigeria | |
| Bouchedda et al. | Down-hole Magnetometric Resistivity inversion for zinc and lead lenses localization at Tobermalug, County Limerick, Irland. | |
| Onwuegbuchulam et al. | Application of Very Low Frequency-Electromagnetic (VLF-EM) Method to Map Fractures/Conductive Zones in Auchi South western Nigeria. | |
| Abderrezak et al. | Down-hole magnetometric resistivity inversion for zinc and lead lenses localization at tobermalug, county Limerick, Ireland | |
| RU2679269C1 (en) | Method of ground areal geophysical researches by methods of electrical exploration for providing cathode protection of gas pipelines | |
| Mazida et al. | Investigation of Metal Contact by Utilizing Combination of Current Attenuation Survey (CAS) and Ground Penetrating Radar (GPR) Methods on Congested Urban Gas Pipeline |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180730 |