Способ измерения электрического поля в земле Советский патент 1992 года по МПК G01V3/08 

1

(21)4881232/25 (22) 10.10.90 (46)30.11.92. Бюл. №44

(71)Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта

(72)В.М.Богородский, М.М.Богородский и Е.Б.Чирков

(56) Петио Ж.,Мора П. Шум и температурный сдвиг электродов для измерений электрического поля Земли. М.: ВЦП, 1978, перевод № Б-31828.С. 18.

Аппаратура метрда вызванной поляризации цифровая 16-канальная МЭРС-16. Инструкция по эксплуатации и применению. М.: МГРИ, 1986, с. 86-90. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ЗЕМЛЕ

(57) Использование: в области электроразведки, в частности при режимных наблюдениях, например при наблюдениях предвестников землетрясения. Сущность изобретения: группу электродов помещают в открытый диэлектрический сосуд, расширяющийся кверху. Сосуд частично заполнен грунтом, взятым с места установки, увлажненным раствором соли и дополнительно подсоленным до появления в грунте видимых глазу кристаллов соли. Сосуд размещают во вмещающем грунте так, чтобы его верхняя кромка находилась на глубине не менее своего диаметра, и присыпают сверху остатком грунта, извлеченного при подготовке лунки. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области электроразведки, в частности к способам измерения электрического поля при режимных наблюдениях, например, с целью наблюдения предвестников землетрясений.

Известен способ измерения электрического поля, при котором чувствительные элементы измерительных электродов располагают на глубине 0,2-0,3 м, подсолив предварительно грунт в точке расположения чувствительного элемента с помощью Соленого глинистого раствора, что в течение нескольких суток стабилизирует работу электродов и уменьшает сопротивление заземления.

Недостатками способа, снижающими точность измерений, являются нестабильность потенциалов электродов при длительных (режимных) наблюдениях из-за рассоления окружающего электроды грунта почвенной водой, а также просачивание соленого раствора вниз под действием сил тяжести, приводящее к нестабильности во времени геометрии солевого ореола в окрестности группы электродов, что в свою очередь ведет к неопределенности длины измерительной базы. Еще одним недостатком является поляризация электродов группы протекающими в грунте токами, особенно при измерениях с активным источником. Экологическим недостатком способа является загрязнение окружающей среды за счет ее засоления.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором 4-5 измерительных электродов, соединенных

VI VJ 00 XI

со О

между собой, помещают в лунку глубиной 30-50 см, которую затем засыпают влажным грунтом и заливают водой, при этом, для уменьшения скорости диффузии электролита через чувствительную часть электродов, электроды располагают в лунке чувствительной частью вверх,

Недостатками этого способа, снижающими точность измерений, являются: возникновение при режимных измерениях разности потенциалов разности концентраций электролита в электродах вследствие индивидуальных различий условий на границе электрод-грунт; непостоянство условий заземления различных электродов группы из-за периодического подсыхания между полчвами водой; неэквипотенциаль- ность области расположения измерительных электродов ввиду конечности ее удельного сопротивления и размеров и всесторонней доступности для внешних электрических полей. Последнее обстоятельство приводит к поляризации измерительных электродов группы протекающим в грунте током. К недостаткам способа следует также отнести необходимость периодического контроля условий заземления электродов и полива их в случае подсыхания.

Целью изобретения является повыше- ние точности способа,

Для излучения эффективности способа было произведено объемное злектрическое моделирование, целью которого было изучение искажения измеряемого поля диэлектрическим сосудом с электродами, определение положения эквипотенциальной зоны для размещения чувствительных частей электродов и изучение эффективности ослабления горизонтального электрического поля в зависимости от проводимости подсоленного грунта и степени заполнения им диэлектрического сосуда.

Анализ результатов моделирования позволяет сделать следующие выводы.

0

5

т

E(Z/0.ЈXEo

1,1

o0f - m (p/ob) x (-3,65 Z/0 )

т(о/оь) 0,427 + 0.426 + 0,147(o/0b),

exp x

(D (2)

где оь - электропроводность вмещающего

слоя грунта;

о- электропроводность подсоленного грунта;

Ео - внешнее горизонтальное электрическое поле в отсутствие сосуда с электродами;

Е (210 ,а/о0 )- величина напряженности внешнего горизонтального электрического поля в сосуде на глубине Z от его верхней кромки.

Все вышеприведенные выводы хорошо согласуются с теоретическим рассмотрением затухания внешнего поля в диэлектрическом сосуде, что является независимым подтверждением работоспособности способа.

Способ реализуется следующим обраЗОМ В точках, между которыми необходимо

измерить величину разности потенциалов электрического поля, роют лунки диаметром, превышающим диаметр верхней кромки сосуда и глубиной, превышающей сумму диаметра верхней кромки и высоты сосуда. Наполняют сосуд измельченным грунтом, взятым с места установки, примерно на половину и увлажняют насыщенным раствором соли, содержащим ионы, идентичные

ионам внутриэлектродного электролитического пути, дополнительно подсолив смесь до появления видимых глазу кристаллов нерастворенной соли, и тщательно перемеши- вают смесь. Размещают группу измерительных электродов в сосуде так, чтобы чувствительная часть каждого электрода группы располагалась на глубине не менее 0,1 диаметра верхней кромки сосуда, размещая их в объеме грунта равномерно. Закрепляют токоотводы электродов на сосуде, при необходимости закрепляют сами электроды. Помещают сосуд с группой электродов в грунт так, чтобы верхняя кромка сосуда оказалась на глубине не менее свое- го диаметра, при этом тщательно следят за правильностью установки сосуда по вертикали, присыпая сосуд остатками грунта и уплотняя его по мере присыпания. Присоединяют пары, образованные электродами из разных сосудов, к отдельным каналам измерительного устройства и проводят измерения электрического поля на исследуемом участке.

Формулаизобретения

группы измерительных электродов, и по результатам измерения разности потенциалов между группами измерительных электродов судят о величине электрического поля на исследуемом участке, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения точности способа, при измерениях каждую группу электродов помещают в открытый диэлектрический сосуд, расширяющийся кверху и заполненный увлажненным с добавлением соли грунтом с места установки электродов, причем сосуд устанавливают в лунку на глубине, превышающую его высоту.

4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что добавление соли производят до появления в увлажненном грунте кристаллов нерастворенной соли,