Függőleges elektromos szondázás

A függőleges elektromos szondázás ( VES ) a feltáró geofizika egyik módszere. Elektromos feltárásra utal, az ellenállás (egyenáram) módszereinek csoportjába tartozik. A módszert általában klasszikus szimmetrikus négyelektródás Schlumberger-beállítással (AMNB) valósítják meg, amely 4 galvanikusan földelt fémcsapból - elektródákból áll [1] , ritkábban kombinált háromelektródás Schlumberger-beállítással (AMN + MNB). Az elektromos tér a tápvezetékben jön létre, amely 2 tápelektródából (A, B) áll, amelyek egyen- vagy kisfrekvenciás elektromos áram generátorhoz vannak kötve [2] . A vevővezeték két elektródája (M, N) a vizsgált geológiai környezet szekunder elektromos mezőjének potenciálkülönbségét méri. A módszer a szondázás geometriai elvét alkalmazza - az egyenáramú mező behatolási mélysége a táp- és fogadóelektródák (AM vagy BN) közötti távolságtól (szórástól) függ.

A függőleges szondázást a tápvezeték (AB) távolságának egymás utáni növelésével és a látszólagos ellenállás mérésével valósítják meg, amely egy hatékony elektromos kutatási paraméter, amely mind a szakaszon belüli elektromos ellenállás eloszlásától, mind a vezeték típusától és távolságától függ. beállít. Ebben az esetben a vevővezeték távolsága állandó marad, vagy szükség szerint növekszik, ha a mért potenciálkülönbség túl kicsi lesz.

A függőleges elektromos szondázás is érintésmentesen történik - váltakozó áramforrással és földeletlen tápvezetékkel [1] .

A módszer története és a háttér

A módszer alkalmazásának előfeltételeinek nevezhető meglehetősen egyszerű, ha nem primitív elméleti alapja, valamint a vízszintesen rétegzett földtani közegek széles körű elterjedése a természetben. Az első a módszer viszonylag korai megjelenését biztosította - kézenfekvése miatt az elsők között jött létre, a második - széles körű alkalmazást és gyakorlati felhasználást a lelőhelyek és lerakódások felkutatásában.

A VES adatok (és a VES-VP ) értelmezése is az említett horizontálisan rétegzett modell keretein belül történik. A modell minden rétegét tulajdonságok halmaza határozza meg: teljesítmény, ellenállás és polarizálhatóság.

Mivel a talaj soha nem tökéletesen homogén, nincs állandó elektromos ellenállása, amelyet számítások során lehetne használni. A valódi ellenállást egy ponton lehet mérni, de ha nagyon közel, szó szerint 10 méterrel távolabb mérik, akkor biztosan közel lesz, de más. Emiatt az úgynevezett „látszólagos ellenállást” ( RC ) mérik. Ez a rezisztencia érték – egy bizonyos átlagérték, amivel egy adott fajta rendelkezne, ha homogén lenne.

Még a 21. században is, amikor az elektronikus technológiákat az emberi tevékenység szinte legdurvább területein használják, a VES -hez kapcsolódó munka még mindig többnyire fizikai. A berendezések közül áramforrást használnak (az autóban található alacsony frekvenciájú egyenáramú vagy váltóáramú generátor), hatalmas elektromos kábel-öblök és primitív fémelektródák (erős csapok, amelyeket mérés előtt a talajba vernek). Az olcsó bérmunka lehetővé teszi a tápelektródák többszöri kihúzását a talajból, a műveletet nagy területen és növekvő távolsággal megismételve.

Általános információk

A módszer célja a látszólagos ellenállás mérése egy képzeletbeli O pontban . Közelében két mérőelektródát vezetnek a talajba (ezeket vevőelektródáknak nevezik). A potenciált közöttük mérik, magukat az elektródákat M és N betűkkel jelöljük . Mivel a talajban nincsenek természetes elektromos áramok , ezért ezeket az áramokat a mérés idejére mesterségesen kell létrehozni - ehhez a mérési ponttól bizonyos távolságra további két elektródát kell elhelyezni, amelyek egy elektromos áramfejlesztőhöz vannak kötve. Ezeket az elektródákat tápelektródáknak nevezzük, és A és B betűkkel jelöljük. A belőlük folyó áram egy része az ellenállása miatt „elvész” a kőzetben, értéke pedig éppen az M és N elektródáról eltávolított potenciálra hat.

Az A , B , M , N elektródák , valamint az O pont , az áramgenerátor és a csatlakozó vezetékek teljes kombinációját VES telepítésnek nevezzük . Ebben az esetben a „telepítés” szó az „eszköz” vagy „berendezés” szó szinonimája.

A módszer látszólagos durvasága ellenére pontossága elégséges a gyakorlati használatra, és a vizsgálat mélysége meglehetősen nagy. Természetesen az áram az A elektródától a B elektródáig a legrövidebb (a szó elektromos értelmében vett) úton halad, de ezen elektródák közötti távolság növelésével a behatolás mélysége növelhető.

A módszer lényege éppen abban rejlik, hogy az O pont közelében egymás után több mérést végzünk különböző távolságokban az AB tápelektródák között . Az elsőnél az A és B elektródák viszonylag közel vannak hozzá, a másodiknál ​​kihúzzák és tovább viszik, ismét a földbe kalapálva. Ezután a művelet újra és újra megismétlődik, és a maximális távolság néha több kilométert is elérhet! A mérések befejezése után az O pont egy új helyre kerül, és a méréseket megismételjük.

A mérésnél ügyelni kell arra, hogy az AB és MN távolság aránya ne legyen túl nagy (legfeljebb 20), ellenkező esetben az MN -en mért feszültség túl kicsi lesz, és ennek következtében túl magas lesz a zajszint. magas. Ennek elkerülése érdekében az MN távolságot néha növelik .

Általános szabály, hogy az O pont a telepítés közepe, és a fogadó és tápláló elektródák ehhez képest szimmetrikusan helyezkednek el. Ezt a beállítást szimmetrikusnak nevezik. Az ábra sematikusan mutatja egy ilyen telepítés működési elvét. Vannak azonban más telepítési sémák, beleértve az aszimmetrikusakat is.

Elméleti indoklás

A VES - telepítések nem teljesen felcserélhetők. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy egy adott helyen, egy berendezéssel végzett mérések eltérnek a másik létesítmény által végzett mérésektől. Ez azonban nem okoz jelentős nehézségeket, mivel van egy bizonyos szám, amely figyelembe veszi a telepítés hatását a mérésre. Ezt telepítési együtthatónak nevezik , és geometriailag számítják ki magának a berendezésnek a méreteiből. A telepítési tényezőt a következő képlet határozza meg:

ahol r  az elektródák közötti távolság.

A telepítési együttható kiszámítása után folytathatja a látszólagos ellenállás kiszámítását (ρ - ). A korábban az A és B tápelektródák szétválasztásakor kapott mérések alapján a következőképpen számítjuk ki:

ahol k a telepítési együttható, az M és N  elektródák közötti potenciálkülönbség , az AB  vezeték áramerőssége .

A kapott adatok értelmezése a ρ k (AB/2) függés alapján történik . Korábban speciális palettákat használtak az értelmezéshez. Számuk olyan hatalmas volt, hogy egész kézikönyvet alkottak. Jelenleg számítógépes programokat használnak a terepi adatok feldolgozására. A tolmácsolás kézi, félautomata és automatikus módban történik. Az áram frekvenciájának figyelembevételének problémáját számos program megoldja.

A vevővezetékben használt elektródák gyakran sárgarézből vagy rézhuzalból készülnek. Az elektróda-talaj közeg érintkezésénél kettős elektromos réteg jelenik meg, aminek következtében polarizációs EMF keletkezik a fogadó elektródák között . A polarizációs EMF kis, μV-mV nagyságrendű értékekkel rendelkezik, azonban jelentősen befolyásolhatja a mérési pontosságot. Különféle módszerek léteznek az ehhez a hatáshoz kapcsolódó torzítás kompenzálására vagy megszüntetésére.

Egyenáramot ritkán használnak mérésekre, elsősorban alacsony frekvenciájú váltóáramot alkalmaznak. Ez a megközelítés lehetővé teszi az egyenáram számítási elméletének használatát, és ezzel egyidejűleg számos előnnyel jár:

Az induktív hangszedők elkerülése érdekében a vevőkörben és a földben hajlamosak a lehető legalacsonyabb frekvenciájú váltakozó áramot használni. Oroszországban 4,88 Hz és az alatti frekvenciát használnak.

Ingyenes szoftver direkt és inverz VES problémák megoldására

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Gruzdev Roman Viktorovics. Az elektromos tér érintésmentes mérésének módszerének alkalmazási lehetősége a szondázás módosítására mérnöki és geológiai felmérésekben  A Transbajkal Állami Egyetem közleménye. - 2018. - T. 24 , sz. 5 . — ISSN 2227-9245 .
  2. ↑ Andrej Alekszandrovics Ivanov, Konsztantyin Valerijevics Novikov, Petr Vjacseszlavovics Novikov. Elektromos kutatási laboratóriumi műhely . — Orosz Állami Földtani Kutató Egyetem. S. Ordzhonikidze.

Irodalom