Способ измерений магнитного поля при геоэлектроразведке Советский патент 1982 года по МПК G01R33/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при проведении геоэлектроразведочных исследований на переменном токе инфранизких частот.

Известен способ измерения магнит ноге поля при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаемым через одну заземленную полупетлю, и производят измерения магнитного поля вдоль профилей наблюдений 11 J.

Однако данному способу свойственна низкая точность измерений на переменном токе инфранизких частот, обусловленная тем, что полезный сигнал вторичных полей- измеряется на фоне первичного поля, превышающего полезный сигнал на 3-4 порядка. Небольшие изменения первичного поля, обусловленные нестабильностью тока, колебаниями под действием ветра проводов линии, соединяющей заземления с генератором, приводят к значительным погрешностям измерений.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерений магнитного поля, в коаором

возбуждают в земле электромагнитное поле током, nponycKaeNWM через две заземленные полупетли, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений при одновременном пропускании переменного тока через обе полупет10ли. Данный способ измерений основан на том, что в симметричной двухполупетлевойi установке вертикальная компонента первичного поля вдоль центрального профиля равна нулю, что

15 с точки зрения теории позволяет измерять вдоль этого профиля чисто вторичное магнитное поле (полезный сигнал), полностью исключив первичное магнитное поле ( в данном случае

20 помеху) 2 .

Однако данному способу также свойственна большая погрешность измерений вторичных магнитных полей, обусловленная невозможностью достиже25ния в полевых условиях высокой степени симг/1етричности расположения одной и другой полупетли относительно профиля наблюдений. При нарушении симметрии всего на 1% в точках из30мерений профиля наР.людениГ будет наблюдаться,- помимо полезного сигнала вторичного магнитного поля, си нал первичного поля, амплитуда которого составляет до 1% от амплитуд первичного магнитного поля от одной полупетли (а амплитуда первичного магнитного поля от одной заземленной полупбтли, как уже указывалось выше, на 3-4 порядка превышает полезный сигнал вторичного магнитного ПОЛЛ), что на порядок превышает амплитуду полезного сигнала. Добиться же симметрии расположения двух полу петель лучше 1% в полевых условиях очень трудно: размеры полупетель Обычно достаточно большие 500x1000 м а рельеф местности обычно пересечен ный (имеются небольише склоны, овраги, лесные массивы, кустарники. Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерений магнит ного поля при геоэлектроразведке, заключающимся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током пропускаемым через две заземленные полупетли, которые располагают симметрично относительно профиля наблю дений, и проводят измерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений, ток через каждую полупетлю пропускают поочередно и фиксируют разность фазовых углов измеряемых сигналов, соответствующих току в одной, и другой полупетле. На чертеже представлена функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа. Установка содержит генератор 1 переменного тока, подключенный через ключи 2 и 3 к первой полупетле 4 и второй полупвтле 5, которые расположены CHMNteTpH4Ho относительно профиля АБ наблюдений. Полупетли 4 и 5 общее заземление Б. К второму заземлению А поочередно подключается через замкнутый ключ 2 или 3 и генератор 1 полупетля 4 или 5. Точки измерений располагаются вдоль профиля наблюдений АБ. Координаты точки Р переменные и обозначены индексами х и у. Расёстояние от точки измерений Р до одной и дру гой аервмны полупетли 5 прямоуголь.ной форкЕл обозначены индексги 4И а и b (точно такими же являются эти рас стояния и для другой полупетли 4). В точке измерений Р располагается магнитометр и измеритель магнитного поля (на чертеже не показаны). Сущность .предлагаемого способа измерений магнитного поля заключает ся в следующем. На исследуемом участке земли, гд требуется определить наличие в разрезе различных неоднородностей, вдо згщанного профиля наблюдений устанавливают заземления А и Б на некотором расстоянии.. К зазегллению А подключают один из выходовгенератора 1 переменного тока. К другому выходу генератора 1 через ключи 2 и 3 подключают две . полупетли 4 и 5, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений АБ. Размеры сторон полупетли выбирают обычно таким образом, что две полупетли образуют квадрат, хотя это условие не является обязательным. Точку измерений Р перемещают вдоль профиля наблюдений АБ. Вначале генератор 1 переменного тока подключают, например, К(полупетле 5 через замкнутый ключ 3 (ключ 2 при этом должен быть разомкнут). Переменный ток инфранизкой частоты ,{0,1-20 Гц) силой до 10-20 Л и более протекает через 1полупетлю 5 и заземления АБ, вслед ствие чего в точках измерений Р появляется переменное магнитное поле. Измеряемая вертикальная компонента магнитного поля состоит из двух слагаекфях: первичного магнитного поля, обусловленного протеканием тока через провода полупетли 5 (это слагаемое зависит только от размеров полупетли, силы тока и координат точки измерений Р и .не зависит от проводимости исследуемого участка, и вторичного магнитного поля, обусловленного протеканием тока по земле от заземлений А и Б (вторичное магнитное поле появляется только в том случае, если на исследуемом участке имеются локальные неоднородности: локальные проводящие или поляризующиеся ббъекты, вертикальные или наклонные границы раздела сред, а в случае однородной или горизонтальнослоистой среды вторичное магнитное поле отсутствует). Амплитуда и фаза вторичного магнитного по.ля зависит только от взаимного положения точек заземления А, Б и точки измерения Р относительно локальных объектов в земле, а также пропорционально силе тока, пропускаемого в землю через з1азе1«й1ения А и Б и срверяиенно не зависит от конфигурации и расположения проводов, соединяющих заземления АИ Б с генератором 1 тока. Экспериметны и расчеты показывают, что а1 п1литуда активной и реактивной составлякяцей вертикальной компоненты вторичного магнитного поля на 3-4 порядка меньше амплитуды первичного магнитнотчэ поля. В точке измерений Р вертикальная составляющая суммарного магнитного поля с помощью компонентного магнитометра (например, феррозоидового или индукционного) преобразуется в электрический сигал, амплитуда и фаза которого измеряется (или запоминается) с помощью амплитудно-фазового измерителя. При этом амплитуда измеряемого сигнала пропорциональна напряженности вертикальной составля щей первичного магнитного поля (амплитуда сигнала вторичного поля мен ше погрешностей измерений), а фазовый сдвиг равен где В - амплитуда реактивной состав ляющей напряженности вторичного магнитного поля; П - а1иплитуда активной составляющей напряженности суммар ного магнитного поля; Чд - аппаратурный фазовый сдвиг, вызванный Наличием реактивных элементов в магнитометре, амплитудно-фазовом измерителе, а также зависящий от реактивного сопротивления полупетли 5 и заземлений А и Б. Так как cu mлитyдa активной составляющей вторичного магнитного поля на 3-4.порядка меньше амплитуды первичного поля, а в выражении (1) для измеряемого фазового угла этих амплитуд входит в знаменатель выражения, то ампдитудой активной составляющей -вторичного магнитного поля можно пренебречь и полагать, что п - это напряженность вертикальной компоненты первичного магнитного поля, возбуждаемого током, про.текакя-дам через полупетлю 5. Затем ключ 3 размыкают, а ключ 2 замыкают и от генерат ра 1 пропускают ток той же силы и частоты через полупетлю 4. В той же точке Р повторно измеряют фазовый сдвиг вертикальной компонен ты магнитного поля, который равен пТ где П - напряженность вертикальной компоненты первичного магнитного по ля, возбуждаемого током, протекающим через полупетлю 4 (в данном слу чае вторичное магнитное поле осталось тем же, что и в предыдущем слу чае, так как по земле электрический ток протекает точно так же, как и в предыдущем случае. Аппаратурный фазовый сдвиг также остался тем же, так как за время измерений в одной точке величина реактивных элементов в измерительной и питающей цепях осталась неизменной в виду того, что заземления в обеих случаях одни и те же, а длина и конфигурация полупетли 4 такая же, как и у полупетли 5; . Так как полупетля 4 расположена строго симметрично полупетле 5 от(2 носительно профиля наблюдений АБ, то величина вертикальной компоненты первичного поля в точке Р во втором случае (при пропускании тока через полупетлю 4 будет точно такой же, как и в первом случае, а фаза этой компоненты первичного поля во втором случае будет противоположна фазе вертикальной компоненты первичного поля, наблюдаемой при пропускании тока ;через полупетлю 5, т.е. 7 - i Определив разность фазовых углов, соответствующих току в одной и другой полупетле, получим dV Ч, Таким образом, разность Ф.азоеых углов однозначно определяется величиной вторичного магнитного поля (точнее, его реактивной компонентой) и равна нулю при отсутствии локальных объектов. Указанная разность фазовых углов ожет быть непосредственно измерена с помощью амплитудно-фазового измерителя. Для этого во время пропускания тока через полупетлю 5 опорный сигнал в измерителе синхронизируют по фазе сигналом, поступающим из магнитометра (без измерения этой фазы, автоматически, а затем во время пропускания тока через полупетлю 4 измеряют фазу сигнала, поступающего с выхода магнитометра, относительно ранее засинхронкэированного опорного сигнала. По полученной разности фазоых углов и измеренной амплитуде суммарного поля в случае необходимости может быть расчитана амплитуда реактивной составляющей вертикальной компоненты вторичного магнитного поля, которая также несет информацию о наличии или отсутствии локальных объектов на исследуемом участке земли. Указанная выше последовательность операций выполняется далее в каждой точке измерений, располагаемой на профиле АБ через 10-20 м и более (в зависимости от peшae юй задачи. Формула изобретения Способ измерений магнитного поля при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаемым через две заземленные полупетли, которые располагают симметрично относительно профиля наблюдений, и проводят изнерения вертикальной компоненты магнитного поля вдоль профиля наблюдений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, ток через

каждую полупетлю пропускают поочередно и фиксируют разность фазовь1х углов измеряемых сигналов, соответствующих току в одной и другой полупетле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фок B.A.j Бурсиан В.Р. Расчет магнитного поля токов в цепи с двумя заземлениями. - Журнал Русского физико-хими 1еского общества, часть физическая, т. 58, вып. 2, с. 56, 1926.

2. Фредерике В.К. Электрическая разведка полезных ископаемьах по методу измерения переменных магнитных полей. Л., 1929.