Способ определения местоположения неоднородностей в массиве горных пород

 

Использование: при выявлении и определении местоположения протяженных неоднородностей в массивах горных пород, например крепких включений в массивах мягких вскрышных пород Сущность изобретения , в двух точках, расположенных на расстоянии с ожидаемым незначительным изменением параметров исследуемого массива, осуществляют излучение-прием с помощью приемопередающих антенн электромагнитных импульсов сначала пбляризованных в плоскости падения, затем ортогонально плоскости падения, измеряя амплитуды и фазы спектральных компонент принятых отраженных сигналов, и определяют комплексные диэлектрические проницаемости вмещающей породы и неоднородности . 1 ил.

СООЭ СОВГ TCYMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РГСПУБЛИК (я) s G 01 V 3/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО CC(:Ð (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4762793/25 (22) 30.11.89 (46) 23.11.92. Бюл. N 43 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (72) В.И.Баранцов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1193622, кл. G 01 V 3/12. 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1464728, кл. G 01 V 3/12, 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Использование: при выявлении и определении местоположения протяженных

Изобрете ие относится к геофизике, более конкретно к способам высокочастотной электроразведки, предназначенной для выявления и onределения местоположения протяженных неоднородно<:тей в массивах горных пород. например крепких включений в массивах мягких вскрышных пород.

Известен способ измерения толщины льда, основанный на получении и приеме отраженных от льда высокочастотного и низкочастотного радиосигналов, причем низкочастотные радиоимпульсы излучают в определенные моменты времени относительно точек нулевой фазы излучаемого низкочастотного синусоидального сигнала, Измеряют временное положение отраженных высокочастотных радиоимпульсов относительно точек нулевой фазы отраженного низкочастотного сигнала и определяют толщину льда по разности между относительным положением излученных и

Ы „„1777111 А1 неоднородностей в массивах горных пород, например крепких включений в массивах мягких вскрышных пород, Сущность изобретения: в двух точках, расположенных на расстоянии с ожидаемым незначительным изменением параметров исследуемого массива, осуществляют излучение-прием с помощью приемопередающих антенн электромагнитных импульсов сначала поляризованных в плоскости падения. затем ортогонально плоскости падения, измеряя амплитуды и фазы спектральных компонент принятых отраженных сигналов, и определяют комплексные диэлектрические проницаемости вмещающей породы и неоднородности. 1 ил, принятых высокочастотных радиоимпульсов с учетом известной частоты низкочастотного синусоидаль ного сигнала.

Недостаток этого метода заключается в низкой точности измерений.

Известен также способ геоэлектроразведки, при котором возбуждают многочастотный зондирующий сигнал, изменяют его частоту, принимают вторичный сигнал и измеряют его фазу, по величине которой судят о свойствах геологический тел и смещающих пород, зондирующий сигнал возбуждают формированием последовательности радиоимпульсов с заданным периодом, длительностью и формой модупирующего импульса, изменяют частоту несущей от радиоимпульса к радиоимпупьсу последовательности по заданному закону, принимают вторичную последовательность радиоимпульсов, определяют величину разности фаэ по отношению к

1777111 зондирующему сигналу, функцию зависимости величины разности фаз от номера радиоимпульса и ее поляризационные характеристики, по которым судят о свойствах геологических тел и вмещающих пород, причем частоту несущей от радиоимпульса к радиоимпульсу изменяют по линейному или синусоидальному закону в диапазоне (0,1 — 1) х 106 МГц, период зондирующего радиоимпульса задают в диапазоне 0,01100 мкс, а его длительность — в диапазоне

0,005-10 м кс.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения глубины залегания подповерхностной неоднородности.

Наиболее близким по технической сущности является способ обнаружения и определения местоположения границ зон нарушения массивов горных пород, при ко.тором излучают в точке излучения-приема импульсы электромагнитных волн в направлении исследуемой части массива, осуществляют прием эхо-сигналов в этой же точке с помощью коммутируемой приемопередающей антенны, одновременно с излучением электромагнитных волн в первой точке излучения-приема осуществляют прием эхосигналов во второй точке излучения-приема, расположенной на заданном расстоянии от первой точки излучения-приема, равного базе измерений, после чего излучают импульсы электромагнитных волн в направлении исследуемой части массива во второй точке излучения — приема и осуществляют прием отраженных эхо-сигналов в этой точке, измеряют интенсивности и времена задержек отраженных эхо-сигналов в обеих точках по результатам измерений определяют скорость распространения электромагнитных волн в исследуемой среде, параметры исследуемой среды и местоположение зон нарушенности. Недостаток этого способа состоит в. низкой точности измерения глубины залегания границ зон нарушенности, поскольку при определении местоположения. границ по времени задержки вторичного сигнала относительно излученного и по изменению . интенсивности при распространении в среде не учитывается частотная зависимость электрических параметров среды. Низкая точность связана также с недостаточной информативностью метода прототипа, то есть с тем, что при определении электрических параметров пород не учитывается наличие у реальных пород кроме диэлектрических свойств, также свойств проводников. Примерами таких пород являются влагосодержащие осадочные породы, например песчаники, аргиллиты. алевролиты, глины, 5

55 суглинки и т.д. Погрешность определения местоположения эон нарушенности согласно способа-прототипа также связана с необходимостью измерения диаграммы направленности антенн, В случае указанных пород это можно сделать только на основе косвенных методов (физическое моделирование).

Цель изобретения — повышение точности и надежности определения местоположения неоднородности.

Поставленная цель достигается тем, что излучают в первой точке излучения-приема зондирующий электромагнитный сигнал, осуществляют прием отраженных сигналов при помощи коммутируемых приемопередающих антенн в первой точке и второй точке, удаленной от первой на расстояние с ожидаемым незначительным изменением физических параметров исследуемого массива. затем излучают сигнал и осуществляют прием отраженных сигналов во второй точке излучения-приема, антеннами в первой точке излучают, а во второй — принимают сначала сигнал, поляризованный в плоскости падения, затем — сигнал, поляризованный ортогонально плоскости падения, измеряют амплитуды и фазы спектральных компонент принятых отраженных сигналов и определяют комплексные диэлектрические проницаемости вмещающей породы и неоднородности, а также местоположение границ неоднородности в массиве.

Сопоставительный анализ заявленного способа со способом-прототипом показывает, что отличие состоит в изменении поляриэационных характеристик электромагнитного сигнала, отраженного от исследуемой части горного массива. Это позволяет повысить информативность способа, т.е. позволяет учесть наряду с диэлектрическими свойствами также свойства проводников, имеющиеся у реальных пород, Отличие состоит также в наличии фазовых и амплитудных измерений спектральных составляющих принятых сигналов. Это позволяет учесть зависимость электрических параметров породы от частоты. Вследствие перечисленных отличий повышается точность определения местоположения границ поверхностных неоднородностей в исследуемом массиве.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Произведено сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими известными решениями. Так, известен двухчастотный фазовый метод измерения дальности. Этот метод может быть использован в случае сред для которых an1777111

55 риорно заданы фазовые скорости сигнала.

В случае объектов, находящихся в средах с неизвестными характеристиками данный способ определения местоположения становится непригодным. С другой стороны, известен метод измерения электрических параметров пород на основе исследования спектра электромагнитных сигналов. Однако данный способ не может быть использован для обнаружения и определения границ неоднородностей в массиве по причине недостаточной информативности. Известен способ микроволновой рефлектометрии, при котором сравниваются коэффициенты отражения вертикально и горизонтально поляризованных сигналов. В случае, когда отражающая граница находится в массиве. упомянутый метод также неприменим, поскольку микроволновый сигнал теряет необходимые информационные признаки, либо практически полностью поглощается в реальных породах. Таким образом. рассмотренные- признаки, отличающие данное изобретение от прототипа, в других технических решениях оказались невыявленными, Это позволяет сделать вывод о соответствии данного способа критерию

"существенные отличия".

В целях иллюстрации способа представлен чертеж, на котором изображены две антенны А и Ар, разнесенные на базу d, находящиеся на границе раздела воздухпорода. Последняя выделена цифрой 1 и является вмещающей породой для неоднородности 2; стрелками изображены направления распространения (трассы) сигналов.

Буквами а,z обозначены трассы сигналов, излученных и принятых А, отразившихся от верхней и нижней границ неоднородности, соответственно; c>.z — обозначают аналогичные трассы сигналов, излученных и принятых А, 01 — угол падения на верхнюю границу; Ь1 и b> -трассы сигналов, излученHbtx А1 и принятых А, DTliN43io+MxcR i10l1Rриэациями.

Для реализации способа могут быть использованы серийно выпускаемые георадары, Входящие в состав георадара антенны (полуволновые вибраторы) помещаются на границу раздела воздух-порода. В массив излучается последовательность радиоимпульсов с малым числом периодов колебаний в каждом (вплоть до одного). Подобного типа сигналы обладают большой шириной спектра, т.е, являются сверхширокополосными (СШПС), В зависимости от требуемой глубины и разрешения используются длины волн от метрового до дециметрового диапазона.

Способ реализуют следую цим образом, Антенна А излучает в массив сверхширокополосхый зондирующий сигнал линейной поляризации. Излученный сигнал достигает верхней границы неоднородности 1-2 и, отра>каясь обратно, принимается антенной

А1, снабженной антенным коммутатором.

Кроме этого сигнала, антенна Л принимает сигнал, отраженный от нижней границы неоднородности 2-1. На расстоянии d от антенны А, являющемся базой измерений. находится приемопередающая антенна Аг.

Малость б означает, что в пределах базы геометрические и физические параметры массива изменяются незначительно. Малость базы контролируется по результатам измерений. Зондирующий сигнал, излученный Аг, отражаясь от границ неоднородности, принимается этой же антенной. В режиме приема Аг регистрирует также сигнал, излученный А и отраженный от верхней границы неоднородности. Трасса сигнала на рисунке обозначена как bt или

b1, е зависимости от поляризации. Трассы

Ь и Ь различаются физическими условияi ми, т.е, коэффициентами отражения от границы 1-2. Первоначально антенны А1, А2 настрое:i I на излучение — прием сигнала, распространяющегося по трассе Ь, поляризация которого является горизонтальной. Эта означает, что вектор электрической напряженности поля сигнала совершает колебания, перпендикулярные плоскости падения. Данная ситуация достигается, например, установкой антенн параллельно друг другу. так что отрезок, соединяющий фазовые центры антенн, перпендикулярен обеим антеннам, После регистрации сигнала в этом положении антенн ориентация последних изменяется на 90 .

При этом антенны лежат на одной прямой, так что расстояние между фазовыми центрами по-прежнему равно d. Излучаемый А1 и принимаемый Az сигналы поляризованы вертикально (электрический вектор совершает колебания в плоскости падения), Возможен другой вариант поляризационных измерений. В нем антенн: Ai устанавливается на поверхности раздела в фиксированном положении, так что ее ось находится под углом 45 к отрезку, соединяющему фазовые центры антенн А> и Az, При этом поляризацию сигнала, достигающего по трассе Ь1. можно рассматривать как супер- . позицию вертикальной и горизонтальной поляризаций. Антенна А вначале устанав- ливается ортогонально плоскости падения, а затем так, что лежит s плоскости падения.

В способе-прототипе предлагается измерять амплитуды (интенсивности) и време1777111! и! г.!=

45 устройстве и постуг1ают в фильтры (анализаторы спектра) по разным каналам, соответствующие трассам а1. аг, Ь1, Ь1, с1. сг..55 ! на задержек эхо-сигналов. В связи с этим нужно иметь в виду, что в практике подповерхностной радиолокации преимущественное использование получили сверхширокополосные сигналы. обеспечивающие высокое разрешение. Распространение СШПС 0 средах, электрические параметры которых зависят от частоты, является существенно неравномерным. Неравномерность проявляется в том, что эффективная скорость СШПС, а также его эффективное затухание уменьшаются по мере увеличения расстояния, пройденного сигналом в среде. Эффективная скорость определяется как скорость распространения некоторой характерной точки сигнала (например, точка пересечения нуля). Эффективное удельное затухание определяется как затухание некоторого, например, первого максимума сигнала. Указанная неравномерность связана с тем. что различные спектральные составляющие сигнала в средах с дисперсией имеют разную скорость и по разному затухают. На основе математического моделирования, проведенного для влагосодержащих пород (песчаник), показано, что эффективные скорость и удельное затухание уменьшаются с увеличением глубины залегания отражающего объекта на десятки процентов. Отсюда следует, что при определении глубин залегания и размеров неоднородностей в массиве на основе измерений времени запаздывания и амплитудных измерений, как в способе-прототипе, в случае указанных пород с дисперсией погрешность будет достигать десятков процентов. 8 целях исключения указанного источника погрешности в рассматриваемом способе определения геометрических (и физических) параметров неоднородностей массива предлагается производить на основе фазовых и амплитудных измерений спектров принятых СШПС, Пусть в результате фильтрации принимаемого информационного сигнала выделяются гармоники на частотах вр и вр1. ЦелесообРазно выбиРэть гармоники в области максимума спектра.

Принимаемые сигналы содержат разделенные во времени эхо-сигналы, отраженные от ближней и дальней границ неоднородности.

Эти эхо-сигналы разделяются в приемном

Рассмотрим эхо-сигналы, отраженные от верхней границы. Соответствующие трассы есть а1. bI и с1. Запишем фазу спектральной компоненты на частоте вр..

ФЬР=k1 m+ Po(P)+ дУЪ ", (1)

Здесь kI - врп (р)/с, с — скорость света в

I вакууме, вр = 2л fv — циклическая частота гармонической составляющей, п1(р) — дейI ствительная часть показателя преломления вмещающей среды 1 на частоте ар, определяющая фазовую скорость )jan® = с/п1(р).

Рассматривается естественная среда (влагосодержащие песчаники и т.д.) обладающие свойствами как диэлектрика, так и проводника. Ее электрические характеристики описываются на языке комплексной диэлектрической проницаемости я =.е -)е, я — действительная, а а — мнимая части, Компоненты показателя преломления связаны с проницаемостью следующим образом:

Далее в (1) I a1 = 2 "aI ° I c1 — 2 Ь,1, гь1 = l1 +

+11 hai И hc) — раССтсяНИя От А1 И Аг дО границы раздела 1-2; rI u ri — путь сигнала

1 в среде 1 по трассе bI po отражения и после соответственно: уЪ р — начальная фаза спектральной составляющей; д рп Р— изменение фазы при отражении от границы раздела. Для исключения неопределенности, возникающей при измерении фазы

Фь|р, связанной с целым числом циклов, запишем выражение для разностей фаздвухспек- 1 тральных составляющих с близкими частотами

« ж „„(р+1)

-(п1(р) Вр - nI (p+1) ар+ )ги/С+

+ даръ(р)+ де(р) (3)

Используем ступенчатую аппроксимацию, согласно которой на протяжении двух отсчетов пи не изменяется, т,е. п1(р) - в1(р+1).

I 1 1

Для СШПС, используемых s подповерхностной радиолокации, можно считать, что в диапазоне частбт Дт < 100 МГц спектр, как амплитудный так и фазовый является равнбмерным, т.е. уело р) уЪ р, если fr+I - fp р+ j)

< 100 МГц. Оценки.показывают, что для естественных границ (крепки е включения в. песчанике) величина д рщ Р = даръ "+ ) -

-д р® 0,1 рад в диапазоне 50+500 МГц.

Пренебрежение этой величиной приводит к погрешности в определении глубины залегания границы не более единиц сантиметров. Решая систему уравнений (2) и используя оговоренные условия. получим

1777111

Rt1(P) п1 (p ) со$02 + n2 (p ) со$01 (8) где 01- угол падения в среде 1.%® — угол падения в среде 2. Пусть используются вибраторные антенны. Возможны различные варианты реализации способа. К примеру, в первом положении антенны А1 и Аг параллельны друг другу и ортогональны оси, соединяющей их центры. Во втором положении антенны лежат. на оси. В обоих случаях база 50

hÄ =ДФ„(=д () "о. с1 о = (д<ро, а ) any„ Ò 1 лфц(ят, (4)

Угол между верхней границей неоднородности и границей раздела воздух-порода будет у = агсз1п (ha1 — hc1)/d), Определим показатель преломления вмещающей породы. Действительная часть показателя п1(р) = cD/d дв, h,à=âP+1 — вр. (5)

Мнимая часть показателя преломления связана с удельным затуханием Г1 на частоте 15 вр следую(цим образом

Г11Р -20 Ige mP и"(р)/с.

Пусть измерены амплитуды

Аа1 (Р} и А,1 (Р) спектральной составляющей номера р. соответствующие трассам а1 и с1. Тогда

n1 (p) = 1g(Aac, () /Аа1 { " ) )/

/(2{ha1 — hc1) Вр 1ge. {6)

Определив компоненты показателя прелом- 25 ления (5) и (6), можно вычислить компоненты относительной диэлектрической п роницаемости а1 (р) = (п1 (р)) - (п1 (р)), к1а(р) =

=2n1(р) п1 (р). {7) 30

Формулы (4)-(7) представляют решение обратной задачи радиолокационного зондирования вмещающей среды. Параметры вмещающей среды (7). как и параметры среды неоднородности, необходимо опреде- 35 лить в целях нахождения положения нижней границы неоднородности. Перейдем к определению параметров среды неоднородности. Для этого рассмотрим отражение спектральных составляющих 40 сигнала для случая трасс Ь1 и Ь1. Френелев1 ские коэффициенты отражения при горизонтальной и вертикальной поляризации, соответствующие b1 и Ь1, будут

R (Р) равна d. Отношение комплексных амплитуд, по каналу b t и b1 есть

АЬ1 (Ъ1- 1 ) Ry

At1 R1t и соз 01 + з1п г 01 1

n cos 01 — stn 01 кг

М где и = ((кг/я1 } — з!п 01 ) г . к„- парциальная диаграмма направленности для меридионального угла антенн А1 и А2. Антенны предполагаются одинаковыми. Для измерений с малой базой справедлива аппроксимация кг . 1. Введем обоаначенияа(р) =82 (р )/е1 (р), а так1 же рр = Аь1 (P /Аь1 (P ); ФР = Фь1 — ФЬ1.

Выражения для компонент я(р) принимают вид

g (p ) = 1 2 01 (соз 2 01 + $1n 2 01 х

2 2 2 2 х 2 (9) ((р — 1 ) 2 + 4 рр $1n (Ф1 2 ) ) 2 яо(р) =tg201 + $1п 201 х г

4 $1п — 1 {10) ((рр — 1 ) +4рр з1п (Ф1 2 ))

Угол падения 01, входящий как параметр в (9) и (10), определяется по формуле

01 = arccos ((hc1 — ha1)/

/(4ha1 hc1+ d ) }т (11) где ha1 и hct определяются формулами {4), Компоненты проницаемости среды 2 находят по формулам 2 (Р) = (P )«(Р) <" (Р)к1 (Р }. (»)

F2 (Р) (P)F1 (Р)+ (Р)В1, (Р)(О где компоненты е1 (р ) определены формулами (9) и (10).

Найдя для второй среды ее параметры в соответствии с (12) и (13), можно получить компоненты показателя преломления в среде неоднородности 2 по формулам (2). И, наконец, определив относительные фазы гармонических составляющих сигналов, пришедших по трассам, получим поперечные размеры неоднородности на базе измерений.

Действительно, ДФ.г () =ДФЬ1 () +2Ь.гх х (h2 (p+1) вр+1 п2 (p) вр)/с, где Ьа — путь сигнала на трассе ay., пройденный в среде неоднородности. Отсюда, если. предполагать, как и прежде n(р+1) = п(р)

I 1

ha2=

=ДФ 2 () — ЛФь1(р) ) с/n2 (p) Дв. (14) 1777111

Аналогично

55

"с2=

Лф (Р) Лф (Р) ) . с/и (р) . Лг> (15)

Т.о., размеры неоднородности получаем по формулам (14) и (15), если дополнительно измерены разности фаэ длл каналов аг и сг, и по результатам отражения(каналы Ь| и b t)

ortðåäåëåíû параметры среды 2 по формулам (12) и (13), Предлагаемый способ позволяет более точно определять параметры вмещающей

-среды и неоднородностей, а такя<е местоположение границ неоднородностей по сравнению с прототипом, где оценка местоположения границ производится по времени задержки эхо-сигналов относительно излученного и по изменению интенсивности при распространении в среде и отражении от границ.

Анализ показывает, что погрешность предлагаемого способа в основном обусловлена пренебре>кением изменения фазы спектральных составляющих при отра>кении сигнала от границ неоднородностей (дttл t(Р) в формуле (1)), Оценки показали, что в случае,. скажем, песчаников (вскрышные породы KAT3K3) с содер>канием влаги

W =- 10% погрешность определенил заглубления естественных объектов (например, крепкие включения) по предложенному способу, вызванная пренебрежением д<а (Р), составляет Alt < 1 сМ в диапазоне 10 — 100 МГц.

Погрешность прототипа, как указано, свлэана в основном с пренебрежением частотной зависимостью электрических параметров среды и некорректностью учета проводящих свойств сред, Можно показать, что при определении глубины залегания верхней границы неоднород ости по способу-прототипу ошибка hh связана с отличием эффективной скорости иа трассе bt, длина которой rbt .= Y dг 1(2 h. г, от

>ag ) эффективной скорости на трассе а, длина которой га = 2 hat, так что

Лh/ lat =- ЛP/Pat, Лt> =-:> а — 14>t (16)

Скорость на трассе а> определлетсл как а1 = га1/Л1а1 Где ЛЬ1 — время задержки.

Используя результаты математического моделирования, проведенные в (4) длл песчаника с содержанием влаги в 10% и однопериодного сигнала длительностью

-7

10 с, получим длл базы d == 2 м, hat = 2 м, va t = 60 м/мкс, И =- 50 м/мкс. Отсюда абсолютная tl относительная погрешность определения расстояния до веохней границы неоднородности по способу-прототипу есть

Л ll =- 14 Л v/vat 0,4 м, Л h/hat = 20%.

В предлагаемом способе даннал погрешность устраняется за счет определения h no относительным фазам спектральных составляющих.

Оценим погрешность определения по способу-прототипу мощности неоднородности. Эта погрешность через величину фазовой скорости связана с ошибкой определения показателя преломления неоднородности. KQK следует из (3) (формулы

ДлЯ С2 и R)

Л n2/Пг-2 ЕХр (2 а hat ) Л а/а, (17) где Q — коэффициент затухания Во вмещающей среде. Величина определяется в (3) путем сравнанил амплитуд сигналов, отраженных от неоднородности и прошедших трассы а1 и съ Определяемое таким образом затухание СШПС будет зависеть от глубины залегания отражающей границы, т.е, от hat u hct В результате полное ослабление сигнала в слое вмещающей породы окажется заниженным. В случае оговоренных параметров среды и сигнала получим в соответствии с (17) погрешность 2/t12 = 25%

Оценим погрешность, связанную с некорректностью учета в прототипе проводящих свойств среды. Г1ри определении скорости сигнала в неоднородности исходят из соотношения = с/n2, где эффективный показатель преломления йг = ф . Диэлект2

Ф рическая проницаемость предполагается вещественной и йг определяется по формуле г — - 1 — R ч г = n2 =где R — коэффициент отражения, для амплитуд сигнала, который определяется формулой в=- l п - пг п1 + п2

Подразумевается, что п есть вещественная часть комплексного пъ В случае влагосодержащего песчаника с W = 10% в качестве вмещающей среды 1 и крепкого включения с й/ = 5% е1 = 30 - 145, Ez = 15 - 112.

Из этих соображений получаем погрешность определения вещественного показателя преломления

Лпг= n2 -йг = 13; Лпг/пг = 32%.

Данная погрешность в предлагаемом спо-. собе устраняется за счет корректного учета комплексного характера проницаемости и на основе измерения как аргумента, так и фазы коэффициента отражения, Таким образом, такой способ может быть применен только в ограниченном случае диэлектрических сред, обладающих слабым поглощением, B случае

1777111

Составитель Е. Кузнецов

Редактор Г. Бельская Техред М,Моргентал Корректор О. Густи

Заказ 4121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 влагонасыщенных осадочных пород, таких

KctK песчаники. глины, алевролиты. применение способа-прототипа для определения местоположения верхней границы неоднородности приведет к погрешности в 20% и 5 при определении местоположения нижней границы — s 57%. Погрешность предлагаемого способа определяется ошибкой пренебрежения скачка фазы при отражении и составляет 0,3%. Т,о, в рассмотренном при- 10 мере предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения местоположения границ неоднородности в массиве в 200 раз.

Отметим в связи с этим, что при решении такой важной народнохозяйственной зада- 15 чи, как обнаружение крепких включений (КВ), создающих технологическую угрозу роторным экскаватором при ведении вскрышных работ нэ отрытых месторождениях углей (КАТЭК), погрешность определе- 20 ния границ КВ должна составлять не более ч-10 см, Использование в целях определения местоположения КВ в массиве способапрототипа приведет к нарушению этого условия и, как следствие, к большой вероят- 25 ности поломки дорогостоящей техники.

Кроме повышения точности определения местоположения границ, предлагаемый способ позволяет повысить информативность метода. Наряду с геометрическими 30 параметрами подповерхностных объектов определяются вещественная и мнимая части диэлектрической проницаемости. С последней величиной связано удельное электросопротивление. Причем, используя 35 измерения на различных спектральных составляющих СШПС, можно определять параметры в широком интервале частот. равном полосе СШПС.

Предлагаемый способ обладает опреде- 40 ленными техническими преимуществами. В способе-прототипе предполагается априорI — o/ — Я— но заданной диаграмма направленности антенн, находящихся вблизи массива, Данная характеристика сильно зависит от свойств породы массива. Особенно сложна эга зависимость в случае пород. обладающих как свойствами диэлектриков, так и проводников, Один из способов измерения основан на физическом моделировании. При этом неизбежны затра ы дополнительного времени, техническое усложнение и большая погрешность метода. В предлагаемом способе нет необходимости указанных дополнительных измерений.

Формула изобретения

Способ определения местоположения неоднородностей в массиве горных пород, при котором излучают в первой точке излучения — приема зондирующий электромагнитный сигнал. осуществляют прием отраженных сигналов при помощи коммутируемых приемопередающих антенн в первой точке и второй точке излучения — приема, удаленной от первой на расстояние с ожидаемым незначительным изменением физических параметров исследуемого массива, затем излучают сигнал и осуществляют прием отраженных сигналов во второй точке излучения — приема, измеряют параметры принятых отраженных сигналов, по которым определяют положение границ неодно-родности в массиве, отличающийся тем. что, с целью повышения точности и надежности определения местоположения неоднородности, антеннами производят излучение и прием сначала сигнала, поляризованного в плоскости падения, затем сигнала, поляризованного ортогонально плоскости падения, измеряют амплитуды и фазы спектральных компонент принятых отраженных сигналов и определяют комплексные диэлектрические проницаемости вмещающей породы и неоднородности.