Vertikalt elektriskt ljud

Vertikal elektrisk sondering ( VES ) är en metod för utforskning av geofysik. Avser elektrisk utforskning , ingår i gruppen av metoder för motstånd (likström). Metoden är som regel implementerad med en klassisk symmetrisk Schlumberger-uppsättning med fyra elektroder (AMNB), bestående av 4 galvaniskt jordade metallstift - elektroder [1] , mer sällan med en kombinerad tre-elektrods Schlumberger-uppsättning (AMN + MNB). Det elektriska fältet skapas i matningsledningen, bestående av 2 matningselektroder (A, B) kopplade till en generator av lik- eller lågfrekvent elektrisk ström [2] . Två elektroder i den mottagande ledningen (M, N) används för att mäta potentialskillnaden för det sekundära elektriska fältet i den studerade geologiska miljön. Metoden använder den geometriska principen för sondering - likströmsfältets penetrationsdjup beror på avståndet (spridningen) mellan matnings- och mottagningselektroderna (AM eller BN).

Vertikal sondering implementeras genom att successivt öka avståndet mellan matningsledningen (AB) och vid varje avstånd mäta den skenbara resistiviteten, en effektiv elektrisk prospekteringsparameter som beror både på fördelningen av elektrisk resistivitet i sektionen och på typen och avståndet av installation. I detta fall förblir separationen av den mottagande ledningen konstant eller ökar vid behov när den uppmätta potentialskillnaden blir för liten.

Vertikal elektrisk sondning utförs också på ett beröringsfritt sätt - med hjälp av en växelströmkälla och en ojordad matningsledning [1] .

Metodens historik och bakgrund

Förutsättningarna för att använda metoden kan kallas dess ganska enkla, om inte primitiva, teoretiska bas, och även den breda spridningen av horisontellt skiktade geologiska medier i naturen. Den första gav ett relativt tidigt utseende av metoden - den skapades en av de första på grund av dess självklarhet, den andra - bred tillämpning och praktisk användning i sökandet efter insättningar och insättningar.

Tolkningen av VES -data (och även VES-VP ) utförs inom ramen för den nämnda horisontellt skiktade modellen. Varje lager i modellen definieras av en uppsättning egenskaper: effekt, resistivitet och polariserbarhet.

Eftersom jorden aldrig är perfekt homogen har den inte något konstant elektriskt motstånd som kan användas i beräkningar. Verkligt motstånd kan mätas vid en punkt, men om det mäts väldigt nära, bokstavligen 10 meter bort, kommer det säkert att vara nära, men annorlunda. Av denna anledning mäts det så kallade "skenbara motståndet" ( RC ). Detta är motståndsvärdet - ett visst medelvärde som en given ras skulle ha om den var homogen.

Även på 2000-talet, när elektroniska tekniker används i nästan de grövsta områdena av mänsklig aktivitet, är arbetet i samband med VES fortfarande mestadels fysiskt. Av utrustningen används en strömkälla (en generator av likström eller växelström av låg frekvens placerad i bilen), enorma fack av elektrisk kabel och primitiva metallelektroder (starka stift som drivs ner i marken före mätning). Med billig inhyrd arbetskraft kan du upprepade gånger dra ut matningselektroderna från marken, upprepa operationen över ett stort område och med ökande avstånd.

Allmän information

Syftet med metoden är att mäta det skenbara motståndet vid en imaginär punkt O. Nära den drivs två mätelektroder ner i marken (de kallas för mottagande elektroder). Potentialen mäts mellan dem, själva elektroderna betecknas med bokstäverna M och N. Eftersom det inte finns några naturliga elektriska strömmar i marken måste dessa strömmar skapas artificiellt under mätningens varaktighet - för detta placeras ytterligare två elektroder på ett visst avstånd från mätpunkten, som är anslutna till en elektrisk strömgenerator. Dessa elektroder kallas matningselektroder och betecknas med bokstäverna A och B. En del av strömmen som flyter från dem "försvinner" i berget på grund av dess motstånd, och dess värde påverkar bara potentialen som tas bort från elektroden M och N.

Hela kombinationen av elektroderna A , B , M , N samt punkt O , strömgenerator och anslutningsledningar kallas VES-installation . I detta fall är ordet "installation" i betydelsen en synonym för ordet "enhet" eller "utrustning".

Trots metodens uppenbara grovhet är dess noggrannhet tillräckligt för praktisk användning, och studiens djup är ganska stor. Naturligtvis kommer strömmen att tendera att gå från elektrod A till elektrod B på den kortaste vägen (i ordets elektriska betydelse), men djupet på dess penetration kan ökas genom att öka avståndet mellan dessa elektroder.

Kärnan i metoden ligger just i det faktum att nära punkten O görs flera mätningar i rad på olika avstånd mellan matningselektroderna AB . Med den första av dem är elektroderna A och B relativt nära den, med den andra dras de ut och bärs vidare, igen hamrande i marken. Sedan upprepas operationen gång på gång, och det maximala avståndet kan ibland nå många kilometer! Efter avslutade mätningar överförs punkten O till en ny plats och mätningarna upprepas.

Vid mätning är det nödvändigt att se till att förhållandet mellan avståndet AB och MN inte är för stort (högst 20), annars blir spänningen uppmätt vid MN för liten och som ett resultat blir ljudnivån för hög. För att undvika detta ökas ibland avståndet MN .

Som regel är punkt O mitten av installationen, och mottagnings- och matningselektroderna är placerade symmetriskt i förhållande till den. Denna inställning kallas symmetrisk. Figuren visar schematiskt funktionsprincipen för en sådan installation. Det finns dock andra installationsscheman, inklusive asymmetriska.

Teoretisk motivering

VES- installationer är inte helt utbytbara. I praktiken innebär det att mätningar som tas på en viss plats med en installation kommer att skilja sig från de som tas av en annan installation. Detta orsakar dock inga betydande svårigheter, eftersom det finns ett visst antal som tar hänsyn till installationens påverkan på mätningen. Den kallas installationskoefficienten och beräknas geometriskt utifrån själva installationens dimensioner. Installationsfaktorn bestäms av formeln:

där r  är avståndet mellan elektroderna.

Efter att ha beräknat installationskoefficienten kan du fortsätta till beräkningen av det skenbara motståndet (ρ till ). Baserat på de mätningar som erhölls tidigare när matningselektroderna A och B separeras , beräknas det enligt följande:

där k är installationskoefficienten,  är potentialskillnaden mellan elektroderna M och N ,  är strömmen i linjen AB .

Tolkningen av de erhållna uppgifterna utförs på basis av beroendet ρ k (AB/2). Tidigare användes speciella paletter för tolkning. Deras antal var så stort att de utgjorde hela referensböcker. För närvarande används datorprogram för att bearbeta fältdata. Tolkning utförs i manuellt, halvautomatiskt och automatiskt läge. Problemet med att ta hänsyn till strömmens frekvens löses i ett antal program.

Elektroderna som används i mottagningsledningen är ofta gjorda av mässings- eller koppartrådar. Ett dubbelt elektriskt skikt uppstår vid kontakten mellan elektrod-jordmediet, som ett resultat av vilket en polarisations - EMK uppstår mellan de mottagande elektroderna . Polarisations-EMK har små värden i storleksordningen μV-mV, men det kan avsevärt påverka mätnoggrannheten. Det finns olika metoder för att kompensera eller eliminera distorsionen som är förknippad med denna effekt.

Likström används sällan för mätningar, främst lågfrekvent växelström används. Detta tillvägagångssätt låter dig använda beräkningsteorin för likström och samtidigt få ett antal fördelar:

För att undvika induktiva pickuper i mottagningskretsen och i marken tenderar de att använda en växelström med lägsta möjliga frekvens. I Ryssland används en frekvens på 4,88 Hz och lägre.

Fri programvara för att lösa direkta och omvända VES-problem

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Gruzdev Roman Viktorovich. Möjligheten att använda metoden för beröringsfria mätningar av det elektriska fältet vid modifiering av ljud i tekniska och geologiska undersökningar  Bulletin från Transbaikal State University. - 2018. - T. 24 , nr. 5 . — ISSN 2227-9245 .
  2. ↑ Andrey Aleksandrovich Ivanov, Konstantin Valerievich Novikov, Petr Vyacheslavovich Novikov. Laboratorieverkstad om elprospektering . — Ryska statens geologiska prospekteringsuniversitet. S. Ordzhonikidze.

Litteratur