Способ измерений магнитного поля при геоэлектроразведке

.К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 060 431 (21) 32 702 49/18-21с присоединением заявки Мо -(23) ПриоритетОпубликовано 30.1082. Бюллетень Мо 40Дата опубликования описания 30.10.82 31) М. Кп.з Г 01 й 33/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ 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 возбуждают в земле электромагнитноеполе током, пропускаемым через двезаземленные полупетли, которые располагают симметрично относительнопрофиля наблюдений и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений при одновременном пропусканиипеременного тока через обе полупетли. Данный способ измерений основанна том, что в симметричной двухполупетлевой установке вертикальнаякомпонента первичного поля вдольцентрального профиля равна нулю, чтос точки зрения теории позволяет измерять вдоль этого профиля чистовторичное магнитное поле (полезныйсигнал), полностью исключив первичное магнитное поле ( в данном случаепомеху) 12 1.Однако данному способу также свойственна большая погрешность измерений вторичных магнитных полей, обусловленная невозможностью достиже ния в полевых условиях высокой степени симметричности расположенияодной и другой полупетли относитель, но профиля наблюдений. При нарушениисимметрии всего на 1 в точках из мерений проФиля наблюдений будет30 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 ам плитуду полезного сигнала. Добиться же симметрии расположения двух полу- петель лучше 1 в полевых условиях очень трудно: размеры полупетель обычно достаточно большие 500 ф 1000 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. 35На чертеже представлена функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа.-Установка содержит генератор 1 переменного тока, подключенный че реэ ключи 2 и 3 к первой полупет.ле 4 и второй полупетле 5, которые расположены симметрично относительно .профиля АБ наблюдений. Полупетли 4 и 5 имеют общее заземление Б. 45 К второму заземлению 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 заземления А и Б на некотором расстоянии. К эаэеилению А подключают один из вькдовгенератора 1 переменного тока. К другому выходу генератора 1 через ключи 2 и 3 подключают две. полупетли 4 и 5, которйе располагают симметрично относительно профиля наблюдений АБ. Размеры сторон полупетли выбирают обычно таким образом, что две полу- петли образуют квадрат, хотя это условие не является обязательным. Точку измерений Р 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 А 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 слагаемое зависит только от размеров полу- петли, 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 А и Б (вторичное магнитное поле 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 однорощюй или горизонтально- слоистой 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 А 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 Р вертикальная составляющая суммарного магнитного поля с помощью компонентного магнитометра (например, Ферроэоидового или индукционного) преобразуется в электрический сигал, амплитуда и Фаза которого измеряется (или запоминается) с помощью амплитудно-фазового измерителя. При этом амплитуда измеряемого сигнала пропорциональна напряженности вертикальной составляющей первичного магнитного поля (ам - плитуда сигнала вторичного поля мень ше погрешностей измерений), а фазовый сдвиг равен(1)10 где В - амплитуда реактивной составляющей напряженности вторичного магнитного поля;П - амплитуда активной составляющей напряженности суммарного магнитного поля;Чс, - аппаратурный Фазовый сдвиг, .вызванный наличием реактивных элементов в магнитометре, амплитудно-фазовом измерителе, а также зависящийот реактивного сопротивления полупетли 5 и заземлений А 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, чта П - это напряженность вертикальной компоненты первичногомагнитного поля, возбуждаемого током, 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. В40 той же точке Р повторно измеряют фазовый сдвиг вертикальной компоненты магнитного поля, который равен.йгде П - напряженность вертикальнойкомпоненты первичного магнитного поля, возбуждаемого током, протекающим через полупетлю 4 (в данном случае вторичное магнитное поле осталось тем же, что и в предыдущем случае, так как по земле электрическийток протекает точно так же, как и впредыдущем случае, Аппаратурный фазовый сдвиг также остался тем же,так как эа время измерений в однойточке величина реактивных элементовв измерительной и питающей цепяхосталась неизменной в виду того,что заземления в обеих случаях од- фни и те же, а длина и конфигурацияполупетли 4 такая же, как и у полупетли 51 .Так как палупетля 4 расположенастрого симметрично полупетле 5 от носительно профиля наблюдений АБ, 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.П = (3)Определив разность фазовых углов, соответствующих току в одной и другой полупетле, получимч = 2дЧ: 9 (4)Таким образом, разность Фазовых углов однозначно определяется величиной вторичного магнитного поля (точнее, его реактивной компонентой) и равна нулю при отсутствии локальных объектов.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,1, 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 суммарного 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, располагаемай на профиле АБ через 10-20 м и более ( в зависимости от решаемой задачи 1.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 иэирения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль проФиля наблюдений, о т л и ч а ю щ и й с я тЕм, что, с целью повышения точности измерений, ток через717 П ого комитета СССР ний и открытий аушская наб., д. аказ 8382/56 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, писно иражтвебре35,5 ПП "Патент", г од, ул. Проектна Фил каждую полупетлю пропускают поочередно и фиксируют разность фазовыхуглов измеряемых сигналов, соответствующих току в одной и другой полупетле,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Фок В.А., Бурсиан В.Р. Расчетмагнитного поля токов в цепи с двумя заземлениями. - "Журнал Русскогофнэико-химиЧеского общества", частьфизическая, т. 58, вып. 2, с. 56,1926. 52. Фредерикс В.К, Электрическаяразведка полезных ископаемых по методу измерения переменных магнитных полей. Л., 1929.