СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ГЕОЭНЕРГОАКТИВНЫХ ЗОН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК G01V9/00 G01V3/08 

Предлагаемые изобретения относятся к способам и средствам для выявления скрытых в земных недрах геологических, техногенных и иных объектов посредством обнаружения геоэнергоактивных зон с использованием электромагнитных волн, излучаемых этими объектами, и могут найти применение для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, интрузий, тектонических дислокаций и др.

Общеизвестно, что тепловое воздействие на некоторые минералы и горные породы сопровождается электромагнитным излучением, параметры которого зависят от величины теплового потока, вещественного состава минералов и пород и некоторых других факторов. Так при нагревании образцов кварца, касситерита, топаза, флюорита, магнетита и ряда других минералов различного генезиса в вакууме до температуры 720^oC величина удельного энерговыделения электромагнитного излучения в диапазоне 50...20 • 10^-8 Дж • г^-1 [1]. Учитывая массу исследуемых геологических объектов, находящихся в земных недрах, интегральная величина средней мощности генерируемой электромагнитной энергии может достигать величины 10⁵ - 10⁷ Вт. Излучения такой мощности вполне достаточно, чтобы электромагнитные импульсы от геологического объекта проникали через верхние слои земной коры в приземный слой атмосферы.

Известен способ индикации экологической напряженности в окружающей среде, заключающийся в визуальном наблюдении свечения приземного слоя газа в энергоактивных зонах земной поверхности во время флуктуаций физических полей [1] . Этот способ дает объективную информацию о том, что на данном участке земной поверхности происходит переток энергии между литосферой и атмосферой [2, 3]. Однако практическое использование этого способа в целях поиска геологических объектов, в частности месторождений полезных ископаемых, затруднительно по следующим причинам:
- явление свечения газа носит случайный характер для наблюдения;
- необходимы аномальные природные явления, способные вызвать флуктуации физических полей;
- чувствительность способа зависит от метеоусловий на исследуемой территории и химического состава атмосферы непосредственно над ее поверхностью;
- информация о геоэнергетической аномалии носит единичный и разрозненный характер и не позволяет получать данные сканированием в пределах исследуемой площади.

Известен способ возбуждения газа посредством воздействия на него электромагнитных излучений, в частности радиоволнами [1, 4]. В атмосферу запускался метеозонд, наполненный отработанным гелием и снабженный приемной антенной - 30-метровым медным проводом. Этот зонд облучали радиоволнами от любительского передатчика, работающего в КВ-диапазоне. Было установлено, что при работе радиостанции как на ключе, так и с микрофоном наблюдается фиолетовое свечение зонда, пульсирующее в такт передачи радиосигналов.

Этот способ также не может быть непосредственно применен для обнаружения геоэнергоактивных зон на исследуемой территории ввиду того, что мощность геоэлектромагнитного излучения значительно уступает мощности электромагнитного излучения, создаваемого радиостанцией, а объем газа в зонде очень мал.

Поставленная задача - разработать способ и техническое средство для регистрации электромагнитного излучения в геоэнергоактивных зонах на исследуемой геологической площади. Эти технические решения должны обладать достаточной чувствительностью, точностью и экономичностью и позволять производить измерения параметров электромагнитного излучения в непрерывном режиме на всей территории исследуемой площади.

Поставленная задача решена следующим образом. Производят регистрацию параметров фотонного излучения, возникающего при релаксации атомов и молекул инертного газа, возбужденных под воздействием геоэлектромагнитных волн в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазоне спектра в геоэнергоактивной зоне исследуемой площади.

С указанной целью приборы, регистрирующие фотонное излучение, например фотодиоды, помещают в оболочку дирижабля, наполненную инертным газом с плотностью, меньшей плотности воздуха, в частности гелием. Оболочка изготовлена из мягкого материала, пропускающего электромагнитные волны, но отражающего фотоны за счет светонепроницаемого слоя, которым покрыта ее внутренняя поверхность. Гондола дирижабля снабжена движительной установкой, механизмами управления, пилотской кабиной и оснащена электрофизической аппаратурой для регистрации и определения параметров фотонного излучения. Дирижабль имеет длину, кратную характерному поперечному размеру литосферного волновода, а его объем находится в пределах 2-200 тыс. м³.

На дирижабле по определенному маршруту осуществляют облет исследуемой территории на высоте от нескольких десятков до сотен метров (в зависимости от мощности геоэлектромагнитного излучения) и регистрируют фотонное излучение, возникающее в газовой среде оболочки под воздействием электромагнитных волн над геоэнергоактивными зонами.

Далее сущность изобретений поясняется чертежом, на котором приведена схема геофизической съемки над геоэнергоактивной зоной земной поверхности.

На дирижабле 1 осуществляют по заданному маршруту облет исследуемой территории с целью выявления на ней геоэнергоактивных зон, создаваемых подземными геологическими (залежи полезного ископаемого, зона смятия, дайка и др.), техногенными или иными объектами. Дирижабль состоит из оболочки и гондолы. Оболочка изготовлена из мягкого материала, пропускающего электромагнитные волны, и заполнена инертным газом с плотностью, меньшей плотности воздуха, в частности гелием. Внутренняя поверхность оболочки покрыта светонепроницаемым слоем для отражения фотонов. Внутри оболочки размещены светочувствительные электронные приборы, например светодиоды, улавливающие фотонное излучение. Оболочка имеет линейные размеры в пределах 20-60 м, кратные характерным поперечным размерам литосферного волновода, определяемые соотношением:
L = nxλ.
где λ - характерный поперечный размер литосферного волновода (м);
n - коэффициент кратности, равный 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0... и т.д., а ее объем находится в пределах 2-200 тыс. м³.

Гондола дирижабля снабжена движительной установкой, механизмами управления и кабиной для пилота и оператора и оснащена электрофизической аппаратурой для регистрации и определения параметров фотонного излучения.

При пересечении дирижаблем 1 границы геоэнергоактивной зоны на высоте от нескольких десятков до сотни метров (в зависимости от мощности геоэлектромагнитного излучения) электромагнитные волны 2 в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, излучаемые подземным геологическим объектом 3 (например, залежью полезного ископаемого), беспрепятственно проникают внутрь оболочки дирижабля и вызывают возбуждение атомов и молекул газовой среды, в частности гелия. По истечении определенного времени возбужденные атомы и молекулы газа релаксируют, испуская фотоны. Излучаемые фотоны улавливаются светочувствительными электронными приборами, например фотодиодами, от которых в виде электрических сигналов поступают на электрофизическую измерительную аппаратуру, размещенную в гондоле дирижабля. Схема маршрутов полета дирижабля выбирается такой, чтобы установить границы геоэнергоактивных зон и геоэнергоактивные аномалии на всей исследуемой территории. Данные геофизической съемки наносят на геологическую карту исследуемой площади и определяют участки, перспективные для проведения поисково-разведочных работ, например буровых работ.

Техническая возможность реализации и эффективность использования предлагаемых технических решений для поиска геологических объектов, расположенных в земных недрах и создающих геоэнергоактивные зоны, иллюстрируются следующим параметром. Летом 1993 г. на Средне-Приобской нефтегазоносной площади был проведен нижеописанный эксперимент. В качестве емкости для газа использовался обычный метеозонд, заполненный гелием и покрытый светонепроницаемым слоем. Внутри зонда были установлены полупроводниковые светоприемники, а снаружи - электронный блок регистрации электрических сигналов, поступающих со светоприемников. Зонд протягивался транспортным средством по маршруту длиной 47 км на высоте 30 м над тектоническим разломом. Было установлено, что фотонное излучение регистрируется в течение всего времени полета зонда над тектоническим разломом, четко фиксируя его границы. Отмечено также, что наибольшая амплитуда геоэлектромагнитных сигналов наблюдалась в ночное время суток с 2 и до 5 часов по местному декретному времени, т.е. в период максимумов генерации естественного импульсного электромагнитного поля Земли.

Предложенные способ и устройство для обнаружения геоэнергоактивных зон имеют следующие технико-экономические преимущества:
- обладают достаточной чувствительностью и точностью измерений;
- обеспечивают непрерывный режим измерений в геоэнергоактивной зоне, что делает возможным выявить границы зоны геоэлектромагнитных аномалий в пределах этой зоны;
- исключает использование сложной, громоздкой и дорогостоящей геофизической аппаратуры для регистрации непосредственно геоэлектромагнитного излучения.

Источники информации
1. В.И. Лунев. Светящиеся шары в Сибири и на Дальнем Востоке: феноменология, эксперимент, гипотезы. Изв. вузов. Физика. 1992 г., N 3, т. 35, с. 65-86.

2. Плазмообразование в энергоактивных зонах. А.Н. Дмитриев, Ю.П. Похолков, Е.Т. Протасевич, В.П. Скавинский. Новосибирск, ОИГГ и М, РАН. Сиботдел, 1992 г., с. 212.

3. А. Н. Дмитриев. Природные самосветящиеся образования. Новосибирск, Изд. ин-та математики СО РАН, 1998 г., с. 243 (Серия "Проблемы неоднородного физического вакуума").

4. Ватаманюк П. Советская Россия. М., 1.01.1987 г., с. 4.

Использование: для выявления скрытых в земных недрах геологических, техногенных и иных объектов посредством обнаружения геоэлектромагнитных волн, излучаемых этими объектами, и для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, интрузий, тектонических дислокаций и др. Сущность: производят регистрацию параметров фотонного излучения, возникающего при релаксации атомов и молекул инертного газа, например гелия, возбужденных под воздействием геоэлектромагнитных волн в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазоне спектра в геоэнергоактивной зоне исследуемой площади. Приборы, регистрирующие фотонное излучение, например фотодиоды, помещают в оболочку дирижабля, наполненную инертным газом с плотностью, меньшей плотности воздуха, в частности гелием. Оболочка изготовлена из мягкого материала, пропускающего электромагнитные волны, но отражающего фотоны за счет светонепроницаемого слоя, которым покрыта ее внутренняя поверхность. Гондола дирижабля снабжена движительной установкой, механизмами управления, пилотской кабиной и оснащена электрофизической аппаратурой для регистрации и определения параметров фотонного излучения. Дирижабль имеет длину, кратную характерному поперечному размеру литосферного волновода, а его объем находится в пределах 2-200 тыс. м³. На дирижабле по определенному маршруту осуществляют облет исследуемой территории на высоте от нескольких десятков до сотен метров и регистрируют фотонное излучение. Технический результат: обеспечение непрерывного режима геофизической съемки и исключение необходимости использования сложной, громоздкой и дорогостоящей аппаратуры для регистрации непосредственно геоэлектромагнитного излучения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения геоэнергоактивных зон, основанный на регистрации электромагнитных импульсов из земных недр, отличающийся тем, что измеряют фотонное излучение, возникающее при релаксации атомов и молекул инертного газа, например гелия, возбужденных под действием электромагнитных волн в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, данные геофизической съемки наносят на геологическую карту исследуемой площади и определяют участки, перспективные для проведения поисково-разведочных работ, например буровых работ. 2. Устройство для обнаружения геоэнергоактивных зон, содержащее емкость для инертного газа, отличающееся тем, что емкость для инертного газа выполнена в виде покрытой светонепроницаемым слоем оболочки дирижабля, имеющей линейные размеры, кратные характерному поперечному размеру литосферного волновода, внутри которой установлены электронные светоприемники, соединенные с измерительной электрофизической аппаратурой, размещенной в гондоле дирижабля, оснащенной движительной установкой, механизмами управления и кабиной для пилота и оператора.