Система датчиков для магнитотеллурического зондирования земли

Изобретение относится к геофизике. Сущность: система датчиков электрического и магнитного поля для измерения магнитотеллурического поля Земли состоит из двух пар заглубленных электродов с единой базой L. Одна пара электродов размещена в приповерхностном слое земли, а другая пара электродов находится с первой парой в одной плоскости, но уже на глубине h. При этом потенциал первой пары, соответствующий напряженности электрического поля, вычитают из потенциала заглубленной пары для получения соответствия напряженности магнитного поля. Технический результат: повышение точности измерения магнитотеллурического поля. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и геофизике и направлено на совершенствование системы датчиков для магнитотеллурического зондирования Земли (МТЗ), осуществляющих прием составляющих магнитотеллурического поля, значения которых составляют основу для дальнейшей обработки с целью прогноза наличия полезных ископаемых под поверхностью Земли.

Наиболее близким по технической сущности решению является система датчиков, предполагающая расстановку их только в приповерхностном слое Земли, на глубине около 0,3 м от уровня почвы. Она сострит из двух взаимно перпендикулярных датчиков электрического поля - приемных линий и трех статических магнитометров (или индукционных датчиков). Датчики электрического поля разнесены на расстояние L, с которых снимают разность потенциалов электрического поля в частотном диапазоне от 10^-4 до 10² Гц. Однако сложнее обстоит дело с датчиками магнитного поля. Обычно это многовитковые катушки с сердечником, эквивалентные неким рамкам с площадью S₁. Недостатками таких датчиков являются их массогабаритные характеристики, большие индуктивность и сопротивление потерь [Б.К. Матвеев. Электроразведка: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990-368 с, стр. 121-123].

Задачей данного технического решения является повышение точности измерения магнитотеллурического поля Земли путем приема составляющих магнитотеллурического поля, значения которых составляют основу для дальнейшей обработки с целью прогноза наличия полезных ископаемых под поверхностью Земли. А также упрощение массогабаритных характеристик магнитных датчиков.

Данный технический результат достигается тем, что для измерения магнитотеллурического поля Земли предложена система датчиков электрического и магнитного поля, состоящая из двух пар заглубленных электродов с единой базой L, одна из которых размещена в приповерхностном слое Земли, а другая пара электродов имеет ту же базу L и находится с первой парой в одной плоскости, но уже на глубине h. При этом потенциал первой пары, соответствующий напряженности электрического поля, вычитают из потенциала заглубленной пары для получения соответствия напряженности магнитного поля в силу того, что образуется система, эквивалентная рамке измерения электромагнитного поля: проводами от электродов и промежутка между ними:

S=h×L

S - площадь рамки;

h - глубина установки электродов магнитного датчика;

L - расстояние между электродами.

На фиг. показано расположение датчиков для измерения магнитотеллурического поля Земли.

Система датчиков для измерения магнитотеллурического поля Земли содержит датчик электрического поля «АВ» с электродами 1, 2, которые через провода 3 и 4 соединены с регистратором 9, и датчик магнитного поля «CD» с электродами 5, 8, которые в свою очередь соединены с регистратором 9.

Электроды датчика электрического поля «АВ» имеют базу L (установлено экспериментально) друг от друга. Данные электроды установлены в землю на глубину 0,3 м (установлено экспериментально). Электрод 1 соединен с регистратором 9 в точке «F» при помощи провода 3. Электрод 2 соединен с регистратором 9 в точке «Е» при помощи провода 4. Электродами датчика магнитного поля 5 и 8 являются концы проводов 6, 7, разнесены так же на расстояние L, но установлены в землю на глубину h (установлено экспериментально, порядка 10 м.).

Применяемым электродом для датчика электрического поля может быть, например, электрод ЭНЕС-1.

Особенностью применяемых датчиков электрического и магнитного полей является возможность их размещения в одной плоскости, с единой базой L между электродами и, по сути, измерения составляющих поля в одной точке, что повышает достоверность измерений. А также в связи с заглублением датчиков магнитного поля на глубину h делает возможным исключить использование многовитковых катушек, следовательно, упрощает массогабаритные характеристики датчиков магнитного поля. Таким образом, на датчике электрического поля имеем

U_AB=E×L, где

U_AB - разность потенциалов с электродов 1-2,

Е - напряженность электрического поля,

а разность потенциалов на датчике магнитного поля

U_CD=-jωµHS+E×L, где

U_CD - разность потенциалов с электродов 5-8

j - √-1,

Н - напряженность магнитного поля,

µ - магнитная проницаемость среды,

ω - циклическая частота,

S - площадь рамки.

Для получения значения U_M нужно из U_CD вычесть значение U_AB

U_M=U_CD-U_AB

[Электроразведка. Пособие по электроразведочной практике, М., 2005, Е.Д. Алексанова. стр. 76-80].

Система датчиков электрического и магнитного полей работает следующим образом.

Электрическое поле наводит на приповерхностных электродах 1-2 разность потенциалов, которая соответствует значению напряженности электрического поля в данной точке (области). На концах проводов 6, 7 в точках «G» и «К» также наводится потенциал, который обусловлен электрическим полем, по величине близкий значениям на электродах 1, 2, и магнитным полем, обусловленным воздействием напряженностью магнитного поля на систему, эквивалентную рамке.

Таким образом, могут быть определены значения напряженности магнитотеллурического поля практически в одной точке, тем самым значительно повышается точность измерения магнитотеллурического поля Земли путем приема составляющих магнитотеллурического поля, значения которых составляют основу для дальнейшей обработки с целью прогноза наличия полезных ископаемых под поверхностью Земли.

Система датчиков электрического и магнитного полей, состоящая из двух пар электродов, одна из которых размещена в приповерхностном слое Земли, отличающаяся тем, что другая пара электродов имеет ту же базу, находится с первой парой в одной плоскости, но уже на глубине h, при этом потенциал первой пары, соответствующий напряженности электрического поля, вычитают из потенциала заглубленной пары для получения соответствия напряженности магнитного поля.