Способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и может быть использовано при изучении земной коры и литосферы, для решения задач инженерной геологии. Сущность: излучают гармоническое колебания электромагнитного поля в крайне низком и сверхнизком частотных диапазонах. Измеряют магнитное поле с помощью двух магнитометров. Первый магнитометр находится в области отсутствия разломов, а второй в исследуемой зоне. Измерения производят на границе раздела сред атмосфера-литосфера. По полученным результатам на основе сравнительного анализа определяют зоны и границы разломов. Технический результат: повышение надежности и точности обнаружения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области геофизики, в частности для обранужения региональных зон повышенной трещиноватости, и может быть использовано при изучении земной коры и литосферы для решения задач инженерной геологии. С помощью предлагаемого способа можно производить региональное геологическое картирование, определять неизвестные зоны повышенной трещиноватости и глубинные разломы, а при комплексировании с другими методами вести разведку рудных полезных ископаемых и энергетического сырья.

В практическом плане обнаружение зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы определяется различными геофизическими методами: акустическим, гравиметрическим, сейсмическим, сейсмологическим, магнитометрическим, радиоволновым.

Общеизвестно, что для выделения трещиноватости и глубинных разломов используются способы, основанные на применении геофизических методов, наиболее чувствительно реагирующих на геологические неоднородности и трещиноватость исследуемой среды.

Известен способ глубинного электромагнитного зондирования с применением импульсных МГД-генераторов (Велихов Е.П., Волков Ю.М. Глубинные электромагнитные зондирования с применением импульсных МГД-генераторов. - Апатиты, 1982, с.5-25). Способ основан на измерении различных компонентов электромагнитного поля, измеряемого горизонтальным электрическим или вертикальным магнитным диполем, расположенным на небольшом удалении от точки измерения. Информация о геоэлектрическом разрезе содержится в амплитуде и фазе принимаемых сигналов и выделяется тем или иным способом при последующей обработке.

Способ позволяет вести исследования небольших глубин и использует приближенные методы интерпретации, что приводит к низкой достоверности результатов.

Известен способ геоэлектроразведки (Пат. РФ № 2076343, опубл. 26.05.1994), основанный на возбуждении и регистрации неустановившегося электромагнитного поля в виде производной вертикальной компоненты вектора магнитной индукции от протекающего тока системы источников поля в группе приемников поля, расположенных в ближней зоне источников, с обработкой сигналов становления поля и суждения о строении исследуемого участка разреза.

Несмотря на возможности учета аномальных составляющих электрического и магнитного полей за счет усложнения инструментального оснащения и процедур обработки результатов измерений, недостатком этого способа является слабая точность определения параметров неоднородностей.

Известен способ электромагнитного зондирования земной коры с использованием нормированных источников поля (Пат. РФ № 2093863, опубл. 30.04.1996), предназначенный для глубинного электрического зондирования земной коры путем использования диапазона сверхнизких частот. Данный способ основан на возбуждении зондирующего сигнала и многоканального приема отраженных волн, их обработке по направлениям прихода и отображения результатов с выявлением разрывных нарушений литосферы по удельному электрическому сопротивлению.

Ввиду того, что удельное электрическое сопротивление вычисляется при решении задачи возбуждения волновода земля-ионосфера с допуском существенных упрощений, то надежность и точность определения границ разрывных нарушений не достаточно высока.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения региональных зон повышенной трешиноватости и глубинных разломов литосферы (Пат. РФ № 2226283, опубл. 17.07.2002), основанный на измерении магнитного поля земли и определении геомагнитных координат расположения зон повышенной трешиноватости и глубинных разломов по измерениям горизонтальной составляющей магнитного поля с помощью двух измерительных магнитовариационных станций. Измерительные станции, расположенные на одной геомагнитной широте, размещают таким образом, что первая находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, а вторая - в исследуемой зоне. По результатам полученных данных в исследуемой зоне наличие аномальных значений величины горизонтальной составляющей магнитного поля земли определяет положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома. Путем сравнения значений горизонтальной составляющей, одно из которых получают с помощью станции, перемещаемой в зоне обнаружения разломов до тех пор, пока значения горизонтальной составляющей, полученные с помощью двух станций, не сравняются, определяют зоны разломов.

Использование данного способа позволяет обнаруживать региональные зоны повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, но отличие величин горизонтальных составляющих магнитного поля земли двух станций при измерениях в области, характеризующейся отсутствием разломов, и в области зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома с разницей в 1,5-3% не обеспечивает достаточной надежности и точности способа.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение надежности и точности обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы.

Указанный технический результат достигается тем, что производят излучение искусственного гармонического колебания электромагнитного поля, осуществляют измерение магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля и определение геомагнитных координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов.

Отличие предлагаемого способа от известного, наиболее близкого к нему, заключается в том, что обнаружение региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы осуществляют в реальном масштабе времени во время работы излучателя искусственного гармонического колебания электромагнитного поля в крайне (от 3 до 30 Гц) низком и сверхнизком (от 30 до 300 Гц) диапазонах при осуществлении измерений вертикальной составляющей магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля на частотах излучения на границе раздела сред атмосфера-литосфера одновременно с помощью двух магнитометров. При этом первый находится в области отсутствия разломов, а второй в исследуемой зоне. Вместо использования нормативных источников поля в предлагаемом способе возможно использование одного любого источника гармонических колебаний ввиду того, что магнитометр, находящийся в области отсутствия разломов, обеспечивает контроль стабильности параметров излучаемого электромагнитного поля и среды распространения радиоволн. Применение известных широко используемых магнитометров для получения данных обуславливает сокращение затрат времени и средств на реализацию способа. Результаты измерений сравниваются при изменении по времени между показаниями каждого из магнитометров и при изменении в системе координат в исследуемой зоне второго магнитометра с показаниями первого и со своими показаниями в предыдущих точках измерений. При наличии аномальных значений величины вертикальной составляющей магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля из сравнительного анализа определяют положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома, протяженность участков с величинами превышений.

На фиг.1 представлены результаты экспериментального опробования способа при измерениях модуля вертикальной компоненты Hz напряженности магнитного поля, приведенного к току 1А в антенне передатчика, с измерениями на частотах сверхнизких частот диапазона на участке сильнопересеченной разломами области литосферы с ориентацией по привязке к геомагнитным координатам полигона Пулозеро-Ловозеро. Зависимость изменений модуля при величинах аномальных отклонений с превышениями в разы на разломах при уменьшении масштаба шагов измерений обеспечивает не только выявление разломов, но и определение их границ.

Анализ выявленных при поиске информации источников показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, что подтверждает соответствие заявленного технического решения критерию «новизна».

Поскольку заявленная совокупность существенных признаков позволяет получить новый результат, отличающийся от тех, что обеспечивают известные способы, отличный при цифровых значениях на порядок выше, можно утверждать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Осуществимость (промышленное применение) предлагаемого технического решения подтверждают сведения результатов экспериментального опробования способа при измерениях на полигоне Пулозеро-Ловозеро.

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения нахождения зон повышенной трещиноватости или глубинного разлома в земной коре можно воспользоваться излучениями искусственного гармонического колебания электромагнитного поля в крайне низком (от 3 до 30 Гц) и сверхнизком (от 30 до 300 Гц) частотных диапазонах с измерением магнитного поля с помощью двух магнитометров, расположенных так, что первый находится в области отсутствия разломов, заранее выбранной из совокупности геологических данных, а второй - в исследуемой зоне. При измерениях вертикальной составляющей магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля на частотах излучения на границе раздела сред атмосфера-литосфера выполняют сравнительный анализ полученных данных, из которого по наличию аномальных превышений значений определяют положение зон повышенной трещиноватости или глубинных - разломов. Протяженность участков с величинами превышений вертикальной составляющей магнитного поля по полученным результатам измерений при перемещении магнитометра в исследуемой зоне позволяет определить положение разломов, а характер изменения градиентов измеряемых значений уточнить их границы. При проведении измерений магнитометром, находящимся в исследуемой зоне, его показания для учета в анализе результатов сверяют с показаниями магнитометра, находящегося в области отсутствия разломов, используя для контроля стабильности параметров излучаемого электромагнитного поля и среды распространения радиоволн, оказывающих влияние на результаты показаний магнитометров.

Способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, основанный на возбуждении и регистрации электромагнитного поля, включающий выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, измерение магнитного поля с помощью двух магнитометров, расположенных так, что первый находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а второй - в исследуемой зоне, и определение координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов, отличающийся тем, что производят излучение искусственного гармонического колебания электромагнитного поля в крайне низком (от 3 до 30 Гц) или сверхнизком (от 30 до 300 Гц) частотных диапазонах и осуществляют измерение вертикальной составляющей магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля на частотах излучения, причем измерения производят на границе раздела сред атмосфера - литосфера и выполняют сравнительный анализ полученных данных, наличие аномальных превышений значений величин вертикальной составляющей магнитного поля от источника искусственного излучения указывает на положение зон повышенной трещиноватости или глубинных разломов, положение разломов, протяженность зон определяют по участкам с величинами превышений вертикальной составляющей магнитного поля по полученным результатам на магнитометре, перемещаемом в исследуемой зоне, а по изменениям градиентов измеряемых значений определяют границы зон разломов, при этом показания магнитометра, находящегося в области отсутствия разломов, дополнительно используют для дистанционного контроля стабильности параметров излучаемого электромагнитного поля и среды распространения радиоволн.