Способ измерений магнитного поля при геоэлектроразведке

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик ()970285 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 060431 (21) 3270249/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.1082. Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 30.10.82 1 М К з

Ге 01 R 33/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий ($3) УДК621. 317. . 42 (088. 8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ПРИ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при проведении геоэлектроразведочных исследований на переменном токе инфранизких частот.

Известен способ измерения магнит. ного поля при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаемым через одну заземленную полупетлю, и производят измерения магнитного поля вдоль профилей наблюдений (1 3.

Однако данному способу свойственна низкая точность измерений на переменном токе инфранизких частот, обусловленная тем, что полезный сигнал вторичных полей измеряется на фоне первичного поля, превышающего полезный сигнал на 3-4 порядка. Небольшие изменения первичного поля, обусловленные нестабильностью тока, колебаниями под действием ветра проводов линии, соединяющей заземления с генератором, приводят к значительным погрешностям измерений.

Иэ известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерений магнитного поля, в котором озбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаемым через две заземленные полупетли, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюде-ний при одновременном пропускании переменного тока через обе полупетли. Данный способ измерений основан на том, что в симметричной двухполупетлевой установке вертикальная компонента первичного поля вдоль центрального профиля равна нулю, что с точки зрения теории позволяет измерять вдоль этого профиля чисто вторичное магнитное поле (полезный сигнал), полностью исключив первичное магнитное поле (в данном случае помеху) (2 1.

Однако данному способу также свойственна большая погрешность измерений вторичных магнитных полей, обусловленная невозможностью достижения в полевых условиях высокой степени симметричности расположения одной и другой полупетли относитель, но профиля наблюдений. При нарушении симметрии всего на 1% в точках измерений профиля наблюдений будет

970265

30 наблюдаться, помимо полезного сигнала вторичного магнитного поля, сигнал первичного поля, амплитуда которого составляет до 1% от амплитуды первичного магнитного поля от одной полупетли (а амплитуда первичного 5 магнитного поля от одной заземленной полупетли, как уже указывалось выше, на 3-4 порядка превышает полезный сигнал вторичного магнитного полл ), что на порядок превышает амплитуду полезного сигнала. Добиться же симметрии расположения двух полупетель лучше 1Ъ в полевых условиях очень трудно: размеры полупетель обычно достаточно большие 500к1000 м, а рельеф местности обычно пересеченный (имеются небольшие склоны, овраги, лесные массивы, кустарники).

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерений магнитного поля при геоэлектроразведке, заключающимся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаемым через две заземленные полупетли, которые располагают сим"" метрично относительно профиля наблюдений, и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений, ток через каждую полупетлю пропускают .поочередно и фиксируют разность фазовых углов измеряемых сигналов, соответствующих току в одной и другой полупетле. 35

На чертеже представлена функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа.

-Установка содержит генератор 1 переменного тока, подключенный че- 40 реэ ключи 2 и 3 к первой полупет.ле 4 и второй полупетле 5, которые расположены симметрично относительно .профиля AS наблюдений. Полупетли 4 и 5 имеют общее заземление Б. 45

К второму заземпению А поочередно подключается через замкнутый ключ 2 или 3 и генератор 1 полупетля 4 или

5. Точки измерений располагаются вдоль профиля наблюдений АБ. Координаты точки Р переменные и обозначены индексами х и у. Рассстояние от точки измерений Р до одной и другой вершины полупетли 5 прямоуголь.ной формы обозначены индексами а и

Ь (точно такими же являются эти расстояния и для другой полупетли 4).

В точке измерений Р располагается магнитометр и измеритель магнитного поля (на чертеже не показаны).

Сущность .предлагаемого способа 60 измерений магнитного поля заключается в следующем.

На исследуемом участке земли, где требуется определить наличие в разрезе различных неоднородностей, вдоль 65 заданного профиля наблюдений уста— навливают заземпения A и Б на некотором расстоянии. К эазеилению A подключают один из вьмсдов генератора 1 переменного тока. К другому выходу генератора 1 через ключи 2 и 3 подключают две: полупетли 4 н 5, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений АБ.

Размеры сторон полупетли выбирают обычно таким образом, что две полупетли образуют квадрат, хотя это условие не является обязательным.

Точку измерений P перемещают вдоль профиля наблюдений АБ. Вначале генератор 1 переменного тока подключают, например, к(полупетле 5 через замкнутый ключ 3 (ключ 2 при этом должен быть разомкнут ). Переменный ток инфраниэкой частоты,(0,1-20 Гц) силой до 10-20 A и более протекает через полупетлю 5 и заземления АБ, вследтвие чего в точках измерЕний Р появляется переменное магнитное поле.

Измеряемая вертикальная компонента магнитного поля состоит из двух слагаемых: первичного магнитного поля, обусловленного протеканием тока через провода полупетли 5 (это слагаеьюе зависит только от размеров полупетли, силы тока и координат точки измерений Р и не зависит от проводимости исследуемого участка), и вторичного магнитного поля, обусловленного протеканием тока по земле от заземлений A и Б (вторичное магнитное лоле появляется только в том случае, если на исследуемом участке имеются локальные неоднородности: локальные проводящие или поляриэующиеся Объекты, вертикальные или наклонные границы раздела сред, а в случае однородной или горизонтальнослоистой среды вторичное магнитное поле отсутствует). Амплитуда и фаза вторичного магнитного поля зависит только от взаимного положения точек заземления А, -Б и точки измерения Р относительно локальных объектов в земле, а также пропорционально силе тока, пропускаемого в землю через эаэеьйения A и Б и совершенно не зависит от конфигурации и расположения проводов, соединяющих заземления А и Б с генератором 1 тока.

Экспериметны и расчеты показывают, что амплитуда активной и реактивной составляющей вертикальной компоненты вторичного магнитного поля на

3-4 порядка меньше амплитуды первичного магнитного поля.

9 точке измерений P вертикальная составляющая суммарного магнитного поля с помощью компонентного магнитометра (например, ферроэоидового или индукционного) преобразуется в электрический сигал, амплитуда и фаза которого измеряется (или запоминает970285 ся) с помощью амплитудно-фазового измерителя. При этом амплитуда измеряемого сигнала пропорциональна напряженности вертикальной составляющей первичного магнитного поля (ам— плитуда сигнала вторичного поля меньше погрешностей измерений), а фазовый сдвиг равен — + ч (1)

1 10 где  — амплитуда реактивной составляющей напряженности вторичного магнитного поля;

Н - амплитуда активной состав1 ляющей напряженности суммар- 15 ного магнитного поля;

Ч,„ - аппаратурный фазовый сдвиг, . вызванный наличием реактивных элементов в магнитометре, амплитудно-фазовом измерителе, а также зависящий от реактивного сопротивления полупетли 5 и заземлений A и Б.

Так как амплитуда активной составляющей вторичного магнитного поля на 3-4.порядка меньше амплитуды первичного поля, а .в выражении (1) ! для измеряемого фазового угла сум,ма этих амплитуд входит в знаменатель выражения, то ампдитудой ак-. тивной составляющей .вторичного магнитного поля можно пренебречь и полагать, что 0 это напряженность вертикальной компоненты первичного магнитного поля, возбуждаемого ток и, протекающим через полупетлю 5.

Затем ключ 3 размыкают, а ключ 2 замыкают и от генератора 1 пропускают ток той же силы и частоты через полупетлю 4. В той же точке P повторно измеряют фазовый сдвиг вертикальной компоненты магнитного поля, который равен

Ч2 В +Ча (2) 45 .2 п где и — напряженность вертикальной компоненты первичного магнитного поля, возбуждаемого током, протекающим через полупетлю 4 (в данном случае вторичное магнитное поле оста-лось тем же, что и в предыдущем случае, так как по земле электрический ток протекает точно так же, как и в предыдущем случае, Аппаратурный фа-. зовый сдвиг также остался тем же, так как эа время измерений в одной точке величина реактивных элементов в измерительной и питающей цепях осталась неизменной в виду того, что заземления в обеих случаях одни и те же, а длина и конфигурация полупетли 4 такая же, как и у полупетли 5J .

Так как полупетля 4 расположена строго симметрично полупетле 5 от- 65 носительно профиля наблюдений AS, то величина вертикальной компоненты первичного поля в точке Р во втором случае (при пропускании тока через полупетлю 4 будет точно такой же, как и в первом случае, а фаза этой компоненты первичного поля во втором случае будет противоположна фазе вертикальной компоненты первичного поля, наблюдаемой при пропускании тока;через полупетлю 5, т.е. н =-н (3)

Определив разность фазовых углов, соответствующих току в одной и другой полупетле, получим

Ч = 2

Формула изобретения

Способ измерений магнитного поля при геоэлектрораэведке, заключающийся в том, что возбуждают в .земле электромагнитное поле током, пропускаемым через две заземленные полупетли, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений, и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений, о т л и ч а ю шийся тЕм, что, с целью повышения точности измерений, ток через дЧ= (4)

n„

Таким образом, разность фазовых углов однозначно определяется величиной вторичного магнитного поля (точнее, его реактивной компонентой ) и равна нулю при отсутствии локальных о бъе кто в .

Укаэанная разность фазовых углов может быть непосредственно измерена с помощью амплитудно-фазового измерителя. Для этого во время пропускания тока через полупетлю 5 опорный сигнал в измерителе синхронизируют по фазе сигналом, поступающим из магнитометра (беэ измерения этой фазы, автоматически,, а затем во время пропускання тока через полупетлю 4 измеряют фазу сигнала, поступающего с выхода магнитометра, относительно ранее засинхроннэированного опорного сигнала.

По полученной разности фазоых углов и измеренной амплитуде суммар ного поля в случае необходимости может быть расчитана амплитуда реактивной составляющей вертикальной компоненты вторичного магнитного поля, которая также несет информацию о наличии или отсутствии локальных объектов на исследуемом участке земли.

Указанная выше последовательность операций выполняется далее в каждой точке измерений, располагаемсй на профиле AS через 10-20 м и более (в зависимости от решаемой задачиj.

970285

Составитель M. Клыков

Редактор Н. Гришанова Техред С,Мигунова Корректор И. Ватрушкина

Заказ 8382/56 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 каждую полупетлю пропускают поочередно и фиксируют разность фазовых углов измеряемых сигналов, соответствующих току в одной и другой полупетле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Фок В.A., Бурсиан В.Р. Расчет магнитного поля токов в цепи с двумя заземлениями. — "Журнал Русского фнэико-химического общества", часть физическая, т. 58, вып. 2, с. 56, 1926.

2. Фредерикс В.К. Электрическая разведка полезных ископаемых по методу измерения переменных магнитных полей. Л., 1929.