Устройство для геомагнитной разведки Советский патент 1981 года по МПК G01V3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОМАГНИТНОЙ PAЗBEДRИ

Изобретение относится к разделу геофизики, занимающемуся поисками месторождений полезных ископаемых и изысканиями в строительстве, определяет глубину залегания и площадь распространения диамагнитных, ферромагнитных и парамагйитных об1 ектов и мож«т быть испрльзоваиЬ для определения радиуса депрессио11ной воронки и направления подземного потоку при опытных откачках воды из одиночных сква.жин. Известна «рудоискательная лоЗа под названием «радиоэстезии, «психотронйки, «биофизического эффекта (БФЭ) и «биофизического метода (БФМ), поиски которой заключаются в поворотах в одной или двух руках наблюдателя свежесрезанной деревянной ветки или металлической рамки на скоплениях подземных вод, рудных месторождениях и карстовых пустотах |1. Известны также устройства для поисков объектов разной магнитной природы в геомагнитном поле, содержащие рамку, замыкаемую на концах с помощью конденсатора 12. Все устройства, основанные на использовании БФЭ, можно подразделить на две группы, колебательные контуры открытого типа н колебательные контуры закрытого типа. Существенное отличие этих групп в том, что в закрытом типе колебательного контура можно менять настройку с одного объекта поисков на другой объект путем изменения емкости конденсатора, замыкающего контур. Г- и П-образные колебательные контуры открытого типа также, как и «рудоискательская лоза представляют собой самый простой тип контура, аналогичный коротковолновой антенне. Виток металлического прутка и рамка Б. В. Бондарева представляют собой одни виток соленоида, и изменение вращения этого витка с левого на правое или наоборот у медных и посеребренных рамок изменяет настройку с одного объекта поисков на другой. Колебательный контур закрытого типа представляет собой рамку трапециевидной или прямоугольной формы с боковыми сторонами, изготовленными из разных материалов. Простая рамка замкнута конденсатором через щтепсельное соединение для удобной смены конденсаторов. Методика поисков рамкой заключается в поворотах в руках наблюдателя на объекте поисков рамки из верхнего наклонного положения в нижнее относительно одной из боковых сторон. Возвращение ее в первоначальное положение производится самим наблюдателем. За единицу показаний контура принято время поворота рамки в руке, при движении наблюдателя по исследуемому участку, измеряемое в шагах на один поворот, метрах на один поворот и, при движении наблюдателя на транспорте, в секундах на один поворот (шаг/пов, м/пов, и с/пов.) Настройка колебательного контура на объекты поисковпроизводится конденсаторами. Недостатками известного устройства является невысокая точность измерения при замене конденсаторов при изменении напряженности ГМП, не установлена зависимость между объектами поиска и материалом боковых сторон рамки, зависимость между абсолютными размерами элементов входя-, щих в контур (диаметром, емкостью конденсатора и длиной рамки) и объектами поиска при определенной напряженности ГМП. Цель изобретения - повышение точности измерений при поиске объектов разной магнитной природы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для геомагнитной разведки, содержаш,ем рамку, концы рамки замкнуты через съемный проводник с закрепленным на нем контуром настройки, причем диаметр проводника меньше диаметра боковых сторон рамки, а плоскость контура настройки перпендикулярна плоскости рамки. Кроме того, -контур настройки выполнен открытым в виде, по крайней мере, одного стержня, закрепленного перпендикулярно проводнику, а также закрытым в виде двух стержней, закрепленных перпендикулярно проводнику, а открытые концы стержней замкнуты конденсатором. На фиг. 1 показан колебательный контур открытого типа; на фиг. 2 - «рудоискательская на фиг. 3 - виток металлического прутка; на фиг. 4 - рамка Бондарева; на фиг. 5 и 6 - закрытые контуры с катушкой индуктивности и без нее; на фиг. 7 13 - результаты исследований рамок с постоянной настройкой, боковые стороны которых выполнены из разных материалов; на фиг. 14-18 - устройство и его положения при настройке. Суш.ность изобретения заключается в том, что рамка настроена на объекты поисков не на тонкой, а на сверхтонкой структуре (СТС) геомагнитного поля. Перпендикулярное расположение рамки и контура настройки ограничивает процессию электронов относительно вектора напряженности геомагнитного поля. Смещение настройки рамки на другой объект поисков зависит от изменения абсолютной величины длины ИЛИ диаметра боковых сторон рамки или проводника, или от изменения абсолютной величины параметров контура настройки (емкости конденсатора, расстояния между стержнями, величины диаметра или высоты стержней). Достоверность изобретения подтверждается результатами исследования зависимости между суточными колебаниями ГМП и настрйкой рамки на объекты поисков на разных материалах боковых сторон. На графиках (фиг. 7-10) приведены результаты исследований десяти рамок с постоянной настрокой на разных материалах боковых сторон при-суточных колебаниях ГМП на протяжении года. До проведения исследований, все объекты биофизического метода по магнитным свойствам объединены в три группы под названием диамагнитных, ферромагнитных и парамагнитных. К диамагнитным объектам относятся подземные воды, крупные предметы из меди, серебра и золота. iC ферромагнитным объектам относятся крупные предметы из черных металлов, месторождения железных и сульфидных руд. К парамагнитным объектам относятся крупные искусственные и естественные нарушения земной коры, трещины и проруби во льду, дверные и оконные проемы в капитальных стенах зданий. Объекты поисков могут быть двойной магнитной природы, например пустотелые предметы из диамагнитных и ферромагнитных материалов (медные и стальные баки и др.). По оси абсцисс отложена напряженность полной составляющей ГМП (ДТ,.), по оси ординат - показания в шагах на поворот или оборот рамки. Настройки рамки на объекты поисков обозначены В (диамагнитные или. подземные воды), М (ферромагнптные или металлические предметы) и П (парамагнитные или подземные пустоты). Так как показания БФЭ у рамок горизонтального вращения при правых поворотах указывают на диамагнитные и ферромагнитные объекты, а левьге повороты - на парамагнитные объекты, то первые имеют положительное значение, а вторые - отрицательные. Так как значение БФЭ на разных объектах у одного наблюдателя величина постоянная, то кривая изменения настроек рамки параллельна оси ДТр- Возрастание напряженности полной составляющей ГМП на графиках не превышает 50 гамм, так как настройки рамок на объекты поисков после четырех десятков гамм начинавот повторяться в том же порядке неограниченно долго. Буквой «Д на графиках обозначен спокойный участок ГМП равный одному десятку гамм. На графике фиг. 7 приведены результаты изменения настроек рамки на боковой, стороне из меди или серебра, материалы с подобным изменением настроек получили

название нейтральных; на графике фиг. 8 - результаты изменения настроек рамки на боковой стороне из цинка, ртути (киновари) и влажной древесины (рудоискательская лоза), материалы с подобным изменением настроек получили название диамагнитных; на графике фиг. 9 - результаты изменения настроек у рамок с боковыми сторонами из стали, хрома и латуни, материалы с подобным изменением настроек получили наз.вание ферромагнитных на графике фиг. 10 результаты изменения настроек рамки на боковой стороне из алюминия, олова и бронзы, материалы с подобным изменением настроек получили название парамагнитных.. Из графиков видно, что через определенный интервал напряженности ГМП, равный одному десятку гамм, спокойная настройка на определенный объект поисков прерывается беспокойной настройкой, при которой рамка из любых материалов указывает все три вида объекта поисков.

Одновременно с этими исследованиями, проводят исследования по изменению параметров рамки из разных материалов, замыкаемой конденсатором или проводником, при одной и той же напряженности ГМП. Результаты исследований приведены на графиках фиг. 11 -13. Одну из боковых сторон у всех испытуемых рамок изготавливают для контроля, из нейтральнь1х материалов типа меди или серебра. Первое изменение иастроек у нейтральных материалов настуnaieT при любых значениях емкости О-1620п| а следующие изменения повторяются через определенный интервал емкости, равный 1620 пф, например 200, 1820, 3440, 5060 пфи т. д. Первое изменение у материалов другой магнитной природы имеет два значения О-1620 или 0-4800 пф, а следующие изменения чередуются через 1620 и 4860пф.

При замыкании рамок п эоводником диаметром равным диаметру боковых сторон имеет место два случая изменения настроек, связанных с абсолютной величиной диаметров до 4,5 и более 4,5 мм. При диаметре рамки и проводника до 4,5 мм первое изменение настройки на нейтральных материалах наступает при любых изменениях длины рамки или проводника от О до 4,5 мм, а следующие настройки - через каждые 4,5 tm длины рамки или проводника. Первое изменение настроек на других материалах рамок два значения 0-- или О-13,5 м« длинь и следующие настройки чередуются через 4,5 или 13,5 мм длины. При диаметре рамки и проводника более 4,5 мм первое -Изменение настройки на нейтральных .материалах рамки наступает при любой длине в пределах от О до величины диаметра, а следующие изменения пoвтopяюtcя через величину диаметра. Первое изменение настроек на других материалах рамки имеет два значения от О до величины трех днаметров проводника или рамки. Изменение настроек на нейтральных материалах рамки при изменении длины обмотки или длины выводов катущки индуктивности зависит от диаметра боковой стороны рамки, к которой подсоединялся изменяемый вывод: при боковой стороны до 4,5 мм, изменение настройки наступает в пределах О-9 мм и повторяется через каждые 9 мм длины вывода, а при диаметра боковой стороны более 4,5 мм изменение настройки наступает в пределах от нуля до двух диаметров и повторяется через изменение длины выводов на величину двух диаметров боковой стороны подсоединениям. На остальных материалах рамм измеиенне настройки чередуется прн нзмеиенни длины вмводов на .9 или 27 мм, нли на величину явух или шести даметров в месте подсоед ймммя вывода катушки индуктивности. Из г{)«фиков видно, что сверхтонкая структу{)а лвляется приоритетом иэменеиня в н«ш«1вго магнитного поля, а не свойствами ра-зл и «кыХ материалов рамкн. Последующ е исслеявваиия показали, что нзменеиня настроек рамок, при неизменном геомагнитном rteae, зависят не только от линейных вел«чн н, но и от изменения днаметров элементов, сос$ тавляющих колебательный контур с распределеиными параметрами. Изменение диаметров боковых сторон рфиок н проведткков снова зависит от абсолютной величи«ы диаметра элементов до 4,5 и более 4,5 м. Линейная протяженность настроек нейтраль0ных материалов н протяженность неодиородных настроек диамагмнтных, ферромагнитных и парамагнитных материалов nfm нз менениях диаметров элементов до 4,5 vtm эквивалента изменению диаметра на 0,2& им

J и при изменениях диаметров бол«е 4,3 мм эквивалентна изменению диаметра на 0,12SMM Изменение диаметра проводника подчиняется этой закономерности только прн превышении нли равенства его дяаметра остальным элементам рамки. При днаметре яроводника меньшем диаметра боковых сторон рамка иастраивается на сверхтонкую структуру ГМП. При этой настройке ранила станет регулируемой за счет нзменення диаметров и длины ее элементов только в момент

перехода напряженности ГМП с одного десят ка гамм на другой , т.е. при деАствкн. на рамку сверхтоной структуры внешнего маг нитного поля. Расположение на таком проводннке открытого нлн закрытого контура настройки перпендикулярно плоскости рам0 ки создает настройку независимую от внешнего магнитного поля, т. е. с постоянной воспронзводнмостью.

На фнг. 14 изображена проста« рамка с боковыми :сторонам41 нз разных матерма лов, замкнутая открмфым контуром ммешройкн, состоя1Мим из одного стеряшя; не фтг. 15 - рамка с катушкой иидуктив«1«етил замкнутая закрытым нштурвм , с .боковыми сторонами из разных м«теф««в«в; ;На фиг. 16 - левое положение контур; настройки с внешним и внутренним расположением рамки относительно руки наблюдателя; на фиг. 17 - открытый контур настройки из двух стержней, проводник снабжен штепсельным соединением для удобного перемещения контура с левой стороны от наблюдателя на правую сторону; на фиг. 18 - закрытый контур настройки, снабженный конденсатором и штепсельным соединением. Установка .контура настройки (фиг. 17 и 18) осуществлена изменением высоты стержней или емкости конденсатора, а также смещением контура настройки с левой стороны от наблюдателя (фиг. 1б) на правую сторону. Примером конкретного выполнения предлагаемого устройства является простая рамка (фиг. 14) с боковыми сторонами из меди и стали, замкнутая открытым контуром настройки из одного стержня высотой до 10 мм, при диаметре проводника.6 мм и диаметре боковых сторон рамки равных 8 мм. Проверку настройки рамки после изготовления осуществляют на боковой стороне из меди, вблизи контрольного объекта с левЫм расположением контура настройки. В качестве контрольного объекта принят стальной бак, . на котором рамка не должна поворачиваться при настройке на диамагнитные объекты. При наличии поворотов на контрольном объекте контур настройки смещается направо от наблюдателя. При новом наличии поворотов на .контрольном объекте уменьшается высота стержня на проводнике до 4 мм. Без контрольной проверки, после этого, рамку можно считать настроенной на диамагнитные объекты при левом расположении контура настройки. Правое расположение контура настраивает рамку на парамагнитные объекты (фиг. 7). При левом и правом расположении контура настроили на боковой стороне из стали рамка настроена на .ферромагнитные объекты. При поисках, преимущественно, диамагнитных объектов (подземных вод) стальная боковая сторона заменяется на цинковую или оцинкованную и настройку на контрольном объекте производят в том же порядке. Один раз настроенное устройство для поисков объектов разной магнитной природы в геомагнитном поле сохраняет воспроизводимость при любых нарушениях ГМП, в любой точке земного шара. Испытание предлагаемого устройства произведено на пластовых и трещинных водах в породах осадочного, метаморфического и изверженного комплекса с напорным и слабонапорным водоносным горизонтом и глубиной залегания 10-150 м. В период испытания выбрано и пробурено 1491 скважин на воду. Ошибочно выбранными признаны скважины с дебитом менее 1,0 (125 скважин или 8,5%). За тот же период методом поисковых признаков с использованием материалов предыдущих разведок было выбрано и пробурено 984 скважины, ошибочно выбранные из KOTOp( составили 13,3%. Кроме большей точности устройство требует меньших затрат на изыскание и проектирование одиночных скважин. Формула изобретения 1. Устройство для геомагнитной разведки, содержащее рамку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при поиске объектов разной магнитной природы, концы рамки замкнуты через съемный проводник с закрепленным на нем контуром настройки, причем диаметр проводника меньше диаметра боковых сторон рамки, а плоскость контура настройки перпендикулярна плоскости рамки. 2.Устройство по п. I, отличающееся тем, что контур настройки выполнен открытым в виде, покрайней мере, одного стержня, закрепленного перпендикулярно проводнику. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем. Что контур настройки выполнен закрытым в виде двух стержней, закрепленных перпендикулярно проводнику, а открытые концы стержней замкнуты . конденсатором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бакиров А. Г. и др. Состояние проблемы биофизического эффекта в СССР и пути ее решения. Сб. «Методы и средства разведки месторождений полезных ископаемых. Томск, ТПИ, 1977, с. 10-13. 2.Инютин И.П. Методы поисков подземных вод и руд приборами, использующими биофизический эффект. Сб. «Технология и техника разведки. Труды Свердловского горного института. Свердловск, СГЙ 1974 вып. 104, с. 87-93 (прототип) .J Puz.i fu.i.iРиг..зФиь.г

в

/7

8 В Ш М Л В

М ft М

м

J

п

Фиг..

йТу

Фиг.В

М

М

ATi ппппг .ffuz.ff

:sL

Фиг. /

г

Фиг.18