Способ измерения электрического поля в земле

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)ю G 01 V 3/08

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССР) !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881232/25 (22) 10.10.90 (46) 30.11.92. Бюл. Q 44 (71) Институт физики Земли им. O.lO,Øìèäта (72) В.М.Богородский, М.М.Богородский и Е.Б.Чирков (56) Петио Ж.,Мора ll. Шум и температурный сдвиг электродов для измерений электрического поля Земли. M.: ВЦП, 1978, перевод 1Ф

Б-31828,с. 18.

Аппаратура метрда вызванной поляризации цифровая 16-канальная МЭРС-16.

Инструкция по эксплуатации и применению. М.: МГРИ, 1986, с. 86 — 90, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ЗЕМЛЕ

Изобретение относится к области электроразведки, в частности к способам измерения электрического поля при режимных наблюдениях, например, с целью наблюдения предвестников землетрясений.

Известен способ измерения электрического поля, при котором чувствительные элементы измерительных электродов располагают на глубине 0,2-0,3 м, подсолив предварительно грунт в точке расположения чувствительного элемента с помощью соленого глинистого раствора, что в течение нескольких суток стабилизирует работу электродов и уменьшает сопротивление заземления, Недостатками способа, снижающими точность измерений, являются нестабильность потенциалов электродов при длитель„„ЯЦ „„1778730 А1 (57) Использование: в области электроразведки. в частности при режимных наблюдениях, например при наблюдениях предвестников землетрясения. Сущность изобретения: группу электродов помещают в открытый диэлектрический сосуд, расширяющийся кверху. Сосуд частично заполнен грунтом, взятым с места установки, увйажненным раствором соли и дополнительно подсоленным до появления в грунте видимых глазу кристаллов соли. Сосуд размещают во вмещающем грунте так, чтобы его верхняя кромка находилась на глубине не менее своего диаметра, и присыпают сверху остатком грунта, извлеченного при подготовке лунки. 3 з.п.ф-лы. ных (режимных) наблюдениях из-за рассоления окружающего электроды грунта почвенной водой, а также просачивание Qp соленого раствора вниз под действием сил тяжести, приводящее к нестабильности во времени геометрии солевого ореола в окрестности группы электродов, что в свою очередь ведет к неопределенности длины измерительной базы. Еще одним недостатком является поляризация электродов группы протекающими в грунте токами, особенно при измерениях с активным источником. Экологическим недостатком способа является загрязнение окружающей среды за счет ее засоления.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором 4 — 5 измерительных электродов, соединенных

1778730 между собой, помещают в лунку глубиной

30-50 см, которую затем засыпают влажным грунтом и заливают водой, при этом, для уменьшения скорости диффузии электролита через чувствительную часть электродов, электроды располагают в лунке чувствительной частью вверх.

Недостатками этого способа, снижающими точность измерений; являются: возникновение при режимных измерениях разности потенциалов разности концентраций электролита в электродах вследствие индивидуальных различий условий на границе электрод-грунт; непостоянство условий заземления различных электродов группы из-за периодического подсыхания между поливами водой; неэквипотенциальность области расположения измерительных электродов ввиду конечности ее удельного сопротивления и размеров и всесторонней доступности для внешних электрических полей, Последнее обстоятельство приводит к поляризации измерительных электродов группы протекающим в грунте током. К недостаткам способа следует также отнести необходимость периодического контроля условий заземления электродов и полива их в случае подсыхания.

Целью изобретения является повыше ние точности способа, Для излучения эффективности способа было произведено объемное электрическое моделирование, целью которого было изучение искажения измеряемого поля диэлектрическим сосудом с электродами, определение положения эквипотенциальной зоны для размещения чувствительных частей электродов и изучение эффективности ослабления горизонтального электрического поля в зависимости от проводимости подсоленного грунта и степени заполнения им диэлектрического сосуда.

Анализ результатов моделирования позволяет сделать следующие выводы.

1. Открытый диэлектрический сосуд ослабляет внешнее электрическое поле при движении точки измерения от его кромки вглубь по экспоненциальному закону, причем заполнение сосуда подсоленным грунтом увеличивает ослабление внешнего поля и степень эквипотенциальности области внутри сосуда.

2. Размещение верхней кромки сосуда с электродами на глубине не менее ее диаметра делает пренебрежимым искажение.. внешнего поля сосудом, а результат измерения и сопротивление растекания электродов независимыми от неточностей в установке сосуда по глубине.

3. Частичное заполнение сосуда подсоленным грунтом предотвращает вынос солевого шлейфа, стабилизирует длину измерительной базы и повышает точность

5 измерений. . 4. Расположение чувствительных частей . электродов под слоем подсоленного грунта толщиной не менее одной десятой открытой части диаметра сосуда позволяет в частично

10 заполненном подсоленным грунтом сосуде получать ослабление поля того же порядка. что и в полностью заполненном. подсолен, ным грунтом сосуде, повышает воспроизводи масть результатов измерений и

15 позволяет рассчитывать степень ослабления электрического поля с помощью полученной эмпирическим путем формулы

Е(/и. УЕоо= ч — )зарх

20 x (-3,65 Z/ß). (1)

m(o/0о) = 0,427 + 0,426 1Я/д +

+ 0,147 (o/oo), (2) где oo — электропроводность вмещающего

25 слоя грунта;

o - электропроводность подсоленного .грунта, Ео — внешнее горизонтальное электрическое псле в отсутствие сосуда с электро30 д,ми

Е (Z g,o/o< ) — величина напряженности внешнего горизонтального электрического поля в сосуде на глубине Z от его верхней кромки.

5. Дополнительная подсолка грунта в сосуде до появления кристаллов нерастворенной соли повышает срок сохранения стабильной концентрации соли в окрестности чувствительных частей электродов, увеличи40 вая срок службы электродов и точность измерений.

Все вышеприведенные выводы хорошо согласуются с теоретическим рассмотрением затухания внешнего поля в диэлектриче45 ском сосуде, что является независимым подтверждением работоспособности способа.

Способ реализуется следующим образом.

В точках, между которыми необходимо измерить величину разности потенциалов электрического поля, роют лунки диаметром, превышающим диаметр верхней кромки сосуда и глубиной, превышающей сумму

55 диаметра верхней кромки и высоты сосуда.

Наполняют сосуд измельченным грунтом, взятым с места установки, примерно на половину и увлажняют насыщенным раствором соли, содержащим ионы, идентичные

1778730

Составитель Е, Чирков

Редактор Т. Полионова Техред М.Моргентал Корректор М. Андрушенко

Заказ 4192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ионам внутриэлектродного электролитического пути, дополнительно подсолив смесь до появления видимых глазу кристаллов нерастворенной соли. и тщательно перемешивают смесь. Размещают группу измерител ьн их электродов в сосуде так, чтобы чувствительная часть каждого электрода группы располагалась на глубине не менее 0,1 диаметра верхней кромки сосуда, размещая их в объеме грунта равномерно.

Закрепляют токоотводы электродов на сосуде, при необходимости закрепляют сами электроды. Помещают сосуд с группой электродов в грунт так, чтобы верхняя кромка сосуда оказалась на глубине не менее своего диаметра, при этом тщательно следят за правильностью установки сосуда по вертикали, присыпая сосуд остатками грунта и уплотняя его по мере присыпания. Присоединяют пары, образованные электродами из разных сосудов, к отдельным каналам измерительного устройства и проводят измерения электрического поля на исследуемом участке.

Формул а и зоб ретен ия .1, Способ измерения электрического поля в земле, при котором на исследуемом участке в лунки устанавливают чувствительной частью в грунт по крайней мере две группы измерительных электродов, и по результатам измерения разности потенциалов между группами измерительных электродов судят о величине электриче5 ского поля на исследуемом участке, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа, при измерениях каждую группу электродов помещают в открытый диэлектрический сосуд, расширяющийся

10 кверху и заполненный увлажненным с добавлением соли грунтом с места установки. электродов, причем сосуд устанавливают в лунку на глубине, превышающую его высо ту.

15 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что при измерениях размещают чувствительную часть электродов под слоем увлажненного с добавлением соли грунта толщиной, равной по крайней мере 1/10

20 диаметра открытой части сосуда.

3. Способпопп.1и2;отлича юшийся тем, что измерение проводят при глубине лунки, превышающей высоту сосуда по крайней мере на диаметр его откры25 той части.

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а юшийся тем, что добавление соли производят до появления в увлажненном грунте кристаллов нерастворенной соли,