Способ определения температуры и электрических свойств мерзлых горных пород

 

Способ определения температуры и электрических свойств мерзлых горных пород, при котором направляют излучение поляризованных электромагнитных волн под разными углами падения, осуществляют прием отраженных от границ раздела неоднородностей среды электромагнитных волн и измерение амплитуд ортогональных составляющих отраженной волны и угла наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны, по которым судят об электрических свойствах среды, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, размещают на дневной поверхности разнесенные по профилю направленные приемники по числу границ раздела между однородными слоями исследуемой среды и направленную излучающую антенну, которую возбуждают одновременно на нескольких частотах в соответствии с числом направленных приемников, настраивают направленные приемники последовательно на частоты, уменьшающиеся по мере удаления направленных приемников от излучающей антенны, изменяют угол падения поляризационных электромагнитных волн таким образом, чтобы амплитуда электрической составляющей отраженной электромагнитной волны, поляризованной в плоскости падения и принимаемой соответствующим направленным приемником была минимальной, измеряют угол прихода такой волны амплитуды ее ортогональных составляющих, угол наклона большой оси эллипса в поляризации электрического поля отраженной волны, а также расстояние между направленным источником и соответствующим направленным приемником, при этом по углу прихода электромагнитной волны и расстоянию между направленным источником и направленным приемником судят о температуре и глубине залегания соответствующего слоя, а по амплитуде ортогональных составляющих и углу наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны судят об его электрических свойствах.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) ао4 GOi V 3/12

ВААИЗЯ0

Pil!TcHTH3 Лай 1Ыпм11 с. - : :БЛИ Ф . 1;; А

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

r1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3983543/31-25 (22) 03.12.85 (46) 15.09.89. Бюл. 11 34 (71) Московский геолоro-разведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.Д.Фролов, Н.Н.Киселев и В.А.Федоткин (53) 550.83 (088.8) (56) Справочник геофизика, Геофизические методы исследования скважин.

М.: Недра, 1980, с. 282-297, с. 319327.

Авторское свидетельство СССР

Р 281569, кл. G 01 R 27/26, 1969. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ

ГОРНЫХ ПОРОД, при котором направляют излучение поляризованных электро магнитных волн под разными углами падения, осуществляют прием отраженных от границ раздела неоднородностей среды электромагнитных волн и измерение амплитуд ортогональных составляющих отраженной волны и угла наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны, по которым судят об электрических свойствах среды, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения информативности, размещают на дневной поверхности разнесенные по профилю

1 направленные приемники по числу гра ниц раздела между однородными слоями

Изобретение относится к геофизике, а конкретно к мерэлотно-геофизическим изысканиям, и предназначено для решения задач мерзлотной съемки и диф2 исследуемой среды и направленную излучающую антенну, которую возбуждают одновременно на нескольких частотах в соответствии с числом каправленных приемников, настраивают направленные приемники последовательно ка частоты, уменьшающиеся по мере удаления направленных приемников от излучающей антенны, изменяют угол падения поляризационных электромагнитных волк таким образом, чтобы амплитуда электрической составляющей отраженной электромагнитной волны, поляризованной в плоскости падения и принимаемой соответствующим направленным приемником была минимальной, измеряют угол прихода такой волны амплитуды ее ортогональных составляющих, угол. наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны, а также расстояния между направленным источником и соответствующим направленным приемником, при этом по углу прихода электромагнитной волны и расстоянию между направленным источником и направленным приемником судят о температуре и глубине залегания соответствующего слоя, а по амплитуде ортогональных составляющих и углу наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны судят об его электрических свойствах. ференциации мерзлотно-геологического разреза по электрическим свойствам и температуре.

Цель изобретения - повышение информативности.

На фиг ° 1 представлена схема осуществления способа; на фиг,2 — градуировочные графики зависимости угла отражения <(а от температуры T отражающего слоя для различных частот во з б уждения °

На фиг.1 представлены излучающая 10 антенна 1, первый, второй и третий направленные приемники 2, 3, 4, первая, вторая и третья границы раздела 5, 6, 7 первого, второго и третьего слоев 8, 9, 10 мерзлых горных по- 15 род °

На фиг.2 представлены градуировочные графики 11, 12 и 13 соответственно для частот возбуждения Е,, К, Ез..

Способ осуществляют следующим об- 20 разом.

Размещают на объекте исследований излучающую антенну 1, а на некотором расстоянии от нее — направленные приемники 2, 3 и 4, число которых выбирают равным числу слоев 8, 9 и 10 горных пород. Излучающую антенну 1 возбуждают одновременно на трех частотах f,, f и f, а направленные приемники 2, 3, 4 настраивают каждый 30 на одну из данных трех частот. Располагают ближе к излучающей антенне 1 направленный приемник 2, настроенный на наиболее высокую частоту К„. Наиболее удаленным является третий направленный приемник 4, настроенный на наименьшую из трех - частоту и

Частоты выбирают таким образом, чтобы первый направленный приемник 2 принимал отраженную от первой границы 40 раздела 5 электромагнитную волну частоты f», второй направленный приемник 3 — отраженную от" второй границы раздела 6 электромагнитную волну частоты Е, а третий направленный прием- 45 ник 4 — отраженную от третьей границы раздела 7 электромагнитную волну частоты Йь.

Производят первый шаг измерения при любом. начальном угле падения »(».О (например, 30 ), перемещая по профилю от излучающей антенны I первый на правленный приемник 2, настроенный на частоту f и добаваясь приема отраженной электромагнитной волны, Изменяют угол падения oL, излучаемой электромагнитной волны, продолжая перемещать вдоль профиля первый на .правленный приемник 2 до тех пор, пока он не воспримет минимальную амплитуду отраженной электромагнитной волны частоты f» поляризованной в плоскости падения. Измеряют угол прихода ((, данной волны. Вращением первого направленного приемника 2 вокруг продольной оси определяют угол Р между плоскостью падения и большой осью эллипса поляризации отраженной электромагнитной волны и измеряют амплитуды Е и Е ортогональнь»х

?отр ?? огр составляющих электрического поля.

По измеренным значениям, используя градуировочные графики, определяют по углу прихода р, электромагнитной волны температуру Т первого слоя

8 мерзлых горных пород, а его электрические свойства определяют по формулам: ((<-к ) сов 2,-4r )sin g, tg<+

+ sin К< (1 + r -(1"r )sin PJ

4r(1-r ) cos 2P, sin Ы< tg е (2 2 ° 2 (1+1 - (1-r ) s1n P»)

Е

I orp ((Е

На этом первый шаг измерений заканчиваетт ся .

1Хотр

<( где F,, Я вЂ” действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости Е, первого слоя 8, Одновременно перемещают второй направленный приемник 4, добиваясь приема электромагнитной волны частоты f прошедшей через первый слой 8 и отраженный под углом еС от второй границы раздела 6. Измеряют расстояние Q » между первым направленным при-. емником 2 и вторым направленным дриемкости З.и определяют глубину залеганйя второй границы раздела 6 (мощность первого слоя 8):

h = — " — —; ot arcsin(sinC,— р),.

4 2tg»(» < и о 1Е2 где м., — угол падения электромагнитной волны на первую границу раздела 5; (Я, - диэлектрическая. проницаемость воздуха; ((E — диэлектрическая проницаемость первого слоя 8.

5 15081

Яа втором шаге измерений изменяют угол падения f электромагнитной волны до тех пор, пока второй направленный приемник 4, перемещаемый по профилю, не зафиксирует минимальное зна5 чение амплитуды электромагнитной волны, отраженной от второй границы раздела 6.

Находят угол отражения электро- 10 магнитной волны от второй границы раздела 6 а

Ы.,= arcing "1 где Ы. — угол отражения электромаг- 15 нитной волны от второй границы раздела 6 при втором шаге; а — расстояние между направленным приемником 2 и направ- 20 ленным приемником 4 при втором шаге измерения.

По углу отражения б определяют температуру Т второго слоя 9, а по параметрам электромагнитной волны — 25 комплексную диэлектрическую проницаеС< второго своа 9, Одновременно перемещают третий направленный приемник 4 до тех пор, пока он не будет принимать электро- 30 магнитную волну, прошедшую через первый 8 и второй 9 слои и отраженную

80 6 под углом о от третьей границы раздела 7. При этом измеряют расстояние

Ь, между вторым направленным гриемником 3 и третьим направленным приемником 4, определяют глубину залегания третьей границы раздела 7 (мощность h второго слоя 9): з а = arcsin (sin c4, — — )

4 э э

h г 2 8о

I где Я вЂ” диэлектрическая проницае3 мость второго слоя.

На третьем шаге измерений изменяют угол падения до тех пор,. пока третий направленный приемник 4, переме" щаемый по профилю, не зафиксирует минимальное значение электромагнитной волны частоты fq отраженной под углом о от третьей границы раздела 7.

По мощности второго пласта 9 h u

L расстоянию Ь между вторым и третьим направленными приемниками определяют

b2. о = arctg — ——

2h и определяют температуру Т третьего слоя 10, а по измеренным амплитудам ортогональных составляющих и углу наклона большой оси эллипса поляризации — комплексную диэлектрическую проницаемость третьего слоя 10.

РЮ 790 7

Фи8 2

Составитель В. Попов

Техред М.Ходанич . Корректор М. Самборская

Редактор М. Келемеш

Заказ 5539/49 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101