Способ определения температуры и электрических свойств мерзлых горных пород Советский патент 1989 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике, а конкретно к мерзлотно-геофизическим изысканиям, и предназначено для ре- -.шения задач мерзлотной съемки и дифференциации мерзлотно-геологического разреза по электрическим свойствам и температуре.

31508

Цель изобретения - повышение информативности.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа; на фиг.2 - гр&- дуировочные графики зависимости угла отражения об от температуры Т отражающего слоя для различных частот возбуждения.

На фиг.1 представлены излучающая антенна 1, первый, второй и третий направленные приемники 2, 3, 4, первая, вторая и третья границы раздела 5, 6, 7 первого, второго и третьего слоев 8, 9, 10 мерзлых горных по- род.

На фиг.2 представлены градуировоч- ные графики 11, 12 и 13 соответственно для частот возбуждения f, f, f.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Размещают на объекте исследований излучающую антенну 1, а на некотором расстоянии от нее - направленные приемники 2, 3 и 4, число которых выби- рают равным числу слоев 8, 9 и 10 горных пород. Излучающую антенну 1 возбуждают одновременно на трех частотах- f, f и 3, а направленные приемники 2, 3, 4 настраивают каждый на одну из данных трех частот. Располагают ближе к излучающей антенне 1 направленный приемник 2, настроенный на наиболее высокую частоту f. Наиболее удаленным является третий на- правленный приемник 4, настроенны й на наименьщую из трех - частоту fj.

Частоты выбирают таким образом, чтобы первый направленный приемник 2 принимал отраженную от первой границы раздела 5 электромагнитную волну частоты f, второй направленный приемник 3 - отраженную от- второй границы раздела 6 электромагнитную волну частоты f2, а третий направленный прием ник 4 - отраженную от третьей границы раздела 7 электромагнитную волну частоты f,,.

Производят первьй шаг измерения при любом начальном угле падения oC, (например, 30°), перемещая по профилю от излучающей антенны 1 первьй направленный приемник 2, настроенньп на частоту f, и добаваясь приема отраженной электромагнитной волны.

Изменяют угол падения с. излучае- Moii электромагнитной волны, продолжа перемещать вдоль профиля первьй на- - правленный приемник 2 до тех пор.

пока он не воспримет минимальную амплитуду отраженной электромагнитной волны частоты f, поляризованной в плоскости падения. Измеряют угол прихода oi данной волны. Вращением первого направленного приемника 2 вокруг продольной оси определяют угол /J, между плоскостью падения и большой осью эллипса поляризации отраженной электромагнитной волны и измеряют амплитуды Ej и Е jj. ортогональных составляющих электрического поля.

По измеренным значениям, используя градуировочные графики, определяют по углу прихода р электромагнитной волны температуру Т первого слоя 8 мерзлых горных пород, а его электрические свойства определяют по формулам :

(1-гЪ , -4г sinV, teoi+ ,- + , ; 1 + (l-r )ein

5

п

5

E;

r

4г(1-гЪсоз 2|3, , tgV,

((,,f

lorp

IIOTp

где g,, - действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости Е| первого слоя 8. Одновременно перемещают второй направленный приемник 4, добиваясь приема электромагнитной волны частоты f, прошедшей через первый слой 8 и отраженньй под углом oig ° г второй границы раздела 6. Измеряют расстояние Q между первым направленным приемником 2 и вторым направленным при- емкости 3-и определяют глубину залегания второй границы раздела 6 (мощность первого слоя 8):

л .. I T-l 1

2trorr 2 o -7fr

где eij - угол падения электромагнитной волны на первую границу раздела 5;

/- диэлектрическая, проницаемость воздуха;

Ej - диэлектрическая проницаемость первого слоя 8.

На этом первый шаг измерений заканчивается.

10

t/

Способ определения температуры и электрических свойств мерзлых горных пород, при котором направляют излучение поляризованных электромагнитных волн под разными углами падения, осуществляют прием отраженных от границ раздела неоднородностей среды электромагнитных волн и измерение амплитуд ортогональных составляющих отраженной волны и угла наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны, по которым судят об электрических свойствах среды, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, размещают на дневной поверхности разнесенные по профилю направленные приемники по числу границ раздела между однородными слоями исследуемой среды и направленную излучающую антенну, которую возбуждают одновременно на нескольких частотах в соответствии с числом направленных приемников, настраивают направленные приемники последовательно на частоты, уменьшающиеся по мере удаления направленных приемников от излучающей антенны, изменяют угол падения поляризационных электромагнитных волн таким образом, чтобы амплитуда электрической составляющей отраженной электромагнитной волны, поляризованной в плоскости падения и принимаемой соответствующим направленным приемником была минимальной, измеряют угол прихода такой волны амплитуды ее ортогональных составляющих, угол наклона большой оси эллипса в поляризации электрического поля отраженной волны, а также расстояние между направленным источником и соответствующим направленным приемником, при этом по углу прихода электромагнитной волны и расстоянию между направленным источником и направленным приемником судят о температуре и глубине залегания соответствующего слоя, а по амплитуде ортогональных составляющих и углу наклона большой оси эллипса поляризации электрического поля отраженной волны судят об его электрических свойствах.

фиг.

ОС

90

to

70 SO 50

0 30

2Q 10

25ff 2fff 27ff 280 7SO 7 фиг 2