Способ трассирования наносов Советский патент 1993 года по МПК G01C7/00 

ел

С

СПОСОБ ТРАССИРОВАНИЯ НАНОСОВ

Применение: изобретение относится к области средств трассирования профилей местности и может быть использовано при определении миграции песчаных и илистых наносов в береговой зоне. Сущность изобретения: в анализируемую среду вносят индикатор, составленный из намагниченного материала с различным коэрцитивные спектром намагниченности, при исследовании осуществляют отбор проб, переосаждают пробы в магнитном поле, определяют для них коэрцитивный спектр намагниченности, сравнивают его с исходным спектром намагниченности индикатора, определяют содержание каждой метки в пробе и по данным,полученным по заданной схеме, трассируют нанос. В качестве метки может быть использован естественный материал - песок или ил,взятые в анализируемой области. 1 с.п. и 1.з.п.ф-лы, 2 ил. 1 табл.--

Изобретение относится к средствам трассирования профилей местности и может быть использовано в геоморфологическом исследовании миграций песчаных и илистых наносов в береговой зоне.

В настоящее время для трассирования наносов при определении их миграции, в том числе в береговой зоне, используют такой прием, как мечение наносов, производимоепетрографическим, радиометрическим, изотопным или люминесцентным способами. Известные способы трассирования предусматривают внесение в материал наноса какого-либо индикатора, используемого в качестве метки. Внесение в среду меток для осуществления известных способов, например изотопов, приводит к обогащению ими среды и загрязнению среды, а кроме того, требует значительных затрат,

Известен способ трассирования наносов, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, предусматривающий внесение индикатора в поток наносов, распределение его по заданному профилю, отбор проб грунта и определение в пробе индикатора, причем в качестве индикатора используют набор меток из люминесцентного красителя. В отобранной пробе устанавливают относительное содержание метки из красителя каждого цвета и по распределению меток по площади устанавливают перемещение наносов, трассируют их.

Недостатком известного способа является, прежде всего, загрязнение окружающей среды, обусловленное использованием люминесцентных материалов. Помимо этого время жизни используемых люминесцентных красителей в жидкой среде (морская

V|

00

00

4 СО

iЈb

вода) ограничено, осадочный материал, меченый красителем, в процессе миграции подвергается истиранию, в результате чего часть индикатора безвозвратно теряется. Эти процессы приводят как к ограничению времени наблюдений, так и к снижению достоверности анализа содержания метки в пробе. Использование в качестве индикатора набора люминесцентных меток трудоемко и требует значительных затрат, кроме того, область применения известного способа ограничена - он неприменим при трассировании.иловых наносов.

Целью изобретения является обеспечение экологической безопасности, удлине- ние сроков анализа, а также расширение функциональных возможностей на трассирование иловых наносов.

Это достигается тем, что, в способе трассирования наносов, предусматриваю- щем предварительное мечение среды путем внесения в нее заданного количества индикатора в заданных точках профиля, отбор пробы по заданнбй схеме, измерение содержания в пробе индикатора и определе- ние распределения индикатора по профилю, в соответствии с предполагаемым изобретением, в качестве индикатора используют магнитные метки в виде порций намагниченного материала с различным ко- эрцитивным спектром намагниченности, отобранную пробу переосаждают в магнитном поле, определяют коэрцитивный спектр намагниченности материала пробы, а содержание в пробе индикатора определяют путем сравнения коэрцитивных спектров намагниченности индикатора и материала пробы.

Кроме того, при трассировании илистых наносов используют магнитные метки из материала придонного грунта.

Сущность изобретения заключается в следующем. В качестве индикатора при трассировании наносов могут быть использованы либо естественный осадочный мате- риал исследуемой области, либо любой магнитный материал со статистически подобной естественному материалу крупностью зерен (гранулометрический состав), что по зволит избежать загрязнения исследуемой среды. В качестве меток применяются идеальные намагниченные частицы, что обуславливает стабильность метки - ее магнитных свойств - во времени, несмотря на действие водной среды или трение час- тиц между собой. Известный коэрцитивный спектр намагниченности метки является характеристическим признаком индикатора. При наличии естественных процессов перемещения наносов рассеяние индикатора по

площади и изменение концентрации метки с заданным коэрцитивным спектром намагниченности, характеризующее такое рассеяние, дает возможность трассировать нанос по данным анализа проб, причем такой анализ может быть проведен спустя значительный срок после внесения метки (порядка 1 недели). Указанный срок в несколько раз превышает срок анализа по прототипу и при этом не происходит загрязнения исследуемой среды.

На фиг. 1 представлены спектры ориен- тационной намагниченности двух меток - (кривые 1 и 2) в виде зависимости от величины размагничивающего поля, и коэрцитивный спектр намагниченности этих же меток, использованных в качестве индикатора, после переосаждения пробы (кривые 3 и 4); на фиг. 2 - результаты количественной оценки содержания меток с различным коэрцитивным спектром намагниченности в пробе по экспериментальным данным.

Рассмотрение фиг. 1 показывает удовлетворительное совпадение исходного спектра намагниченности метки и коэрцитивного спектра намагниченности пробы после переосаждения материала пробы, среднеквадратичное отклонение кривых составляет 5% в области максимума спектра, что свидетельствует о высокой чувствительности метода.

Способ трассирования наносов осуществляют следующим способом. В материале, выбранном для использования в качестве меток, создают парциальные идеальные намагниченности по числу меток, из меток составляют индикатор, определяют коэрцитивный спектр намагниченности индикатора при осаждении в известном магнитном поле,, индикатор, составленный из меток в заданном соотношении по объему, вносят в поток наносов по заданной схеме (профилю). Через определенные промежутки времени производят отбор проб наносов известными методами. Пробы переосаждают в магнитном поле той же величины, что и при осаждении индикатора, и определяют коэрцитивный спектр намагниченности пробы 120. Сравнивая коэрцитивные спектры этой намагниченности с коэрцитивным спектром индикатора, определяют по формуле (1) процентное содержа ние каждой метки в пробе, которое вычисляют как отношение нормированной величины интеграла парциального коэрцитивного спектра намагниченности материала пробы на величину аналогичного интеграла от спектра парциальной идеальной намагниченности метки к сумме этих величин по всем меткам, т.е.

1,2,.., (1)

При наличии данных о содержании индикатора в пробе при рассеянии меток по площади составляют распределение меток на площади и трассируют нанос.

При трассировании илистых наносов отбирают материал придонного грунта, включающий магнитные материалы, производят мечениетрунта,как описано выше,и используют его в качестве индикатора.

Пример. Моделировали процесс осад- конакопления песка, имеющего среднюю крупность зерен осаждаемого материала 2,10 м. В качестве индикатора использовали тот же песок. Индикатор составили из 3 меток путем парциального идеального намагничивания индикатора при напряженности постоянного магнитного поля 640 А/м и изменении переменного магнитного поля в диапазонах 0+12 кА/м, 12,8+25,6 кА/м и 25,6+64 кА/м. Коэрцитивный спектр намагниченности индикатора, составленного из этих меток, представлен на фиг. 2, кривая 1. Индикатор содержал смесь меток, взятых в отношении 1:5:4 об.ч. Общее количество материала метки выбрано таким, чтобы составляло 0,1% от веса пробы, который составил 300 г, т.е. 0,3 кг. Коэрцитивный спектр исходной намагниченности индикатора приведен на фиг. 2, кривая 1. Индикатор внесли в грунт, после чего добавили порцию песка. Внесение индикатора производили в заданных точках на поверхности модельного объема песка. После добавления порции песка в точках внесения индикатора отобрали по 3 пробы и в каждой определили относительное содержание меток по данным о коэрцитивном спектре намагниченности пробы, переосажденной в том же поле, в каком было произведено переосаждение индикатора. Коэрцитивный спектр намагниченности переосажденной пробы приведен на фиг. 2, кривая 2. С помощью формулы (1) установили, что экспериментальное соотношение меток в пробе в среднем составляет 0,09:0,51:0,40 при точности измерений спектра намагниченности 1,0%.

Относительное содержание меток в пробах получено следующим образом.

На фиг. 2 определили площадь, ограниченную участками кривой 1 и вертикалями, абсциссы которых равны граничным значениям переменного магнитного поля созданияпарциальных идеальных намагниченностей (SiM, i 1,2,3). Количество каждой метки в переосажденной пробе характеризуется площадью, ограниченной участком кривой 2 и соответствующими ординатами (S i, i 1,2,3). Истинное значение концентрации (п) каждой метки в пробе рас- считано по формуле (1):

QP 3 СП

§100%

srk isi

Результаты расчета для примера фиг. 2 приведены в таблице.

Определенные концентрации меток в пробе практически совпадают с заданным

их соотношением в исходной смеси, что свидетельствует о возможности применения способа в естественных условиях с целью трассирования осадконакопления и наносов,

Минимальное содержание индикатора в пробе определяется магнитной восприимчивостью (/с) материала индикатора и при ед. составляет . Размер каждой пробы зависит от используемой методики

переосаждения и аппаратуры для изменения остаточной намагниченности. Например, применяя методику переосаждения образец в образце и используя измери- тель намагниченности IPI, необходимо отбирать пробу массой 60 г.

Использование предлагаемого способа трассирования наносов обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прототипом: возможность мечения индикатора

без использования дополнительных к естественному осадочному материалу веществ, что исключает влияние на среду и обеспечивает экологичность способа; сохранение гидравлических крупностей частиц, что

удовлетворяет соблюдению принципа подобия трассеров меченых и немеченых частиц потока наносов; возможность трассирования иловых наносов; снижение стоимости и трудоемкости работ; удлинение

сроков исследования.

Формула изобретения 1. Способ трассирования наносов, при котором осуществляют мечение контролируемой среды путем внесения в нее заданного количества индикатора в заданных точках профиля среды, отбирают пробы, оп-. ределяют содержание в пробе индикатора и определяют распределение индикатора по профилю, отличающийся тем, что, с

целью обеспечения экологической безопасности, в качестве индикатора используют магнитные метки в виде порций намагниченного материала с различным коэрцитивным спектром намагниченности, отобранную пробу переосаждают в магнитном поле, определяют коэрцитивный спектр намагниченности материала пробы, а содержание в пробе индикатора определяют путем сравнения коэрцитивных спектров намагниченности индикатора и материала пробы.

Относительное содержание меток I, II, ill в пробе

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью упрощения трассирования иловых наносов, используют магнитные метки из материала придонного грунта.