Учебник MSU електромагнетизма

Геофизични методи на изследване. учебник

Глава 4 electroinvestigation

Електромагнетизма (електрически, или по-точно електромагнитното проучване) обединение nyaet физични методи геосфера Земята и проучване на минерални ресурси, въз основа на изследване на електромагнитни полета, които съществуват в света, благодарение на естествените космически, атмосферно или физико-химични процеси, или изкуствено създадени. Електромагнитните полета могат да бъдат:

се установи, че Има над 1, постоянен и променлив (quasiharmonic или хармонично) честота на millihertz (1 MHz = 10 3 Hz), докато petagerts (1 KC = 10 и 15 Hz);

нестабилна, стимулирани с продължителност на импулса микросекунди за секунди. Поле хармонична използва може да бъде разделена на инфразвук, звуков, radiowave проучен в електрическата и mikroradiovolnovye относно които termorazvedki базирани методи (вж. Гл. 6). Измерените параметри са амплитудата и фазата на поле полета електрически Е и магнитна Н, и termorazvedke температура Т.

Интензитетът и структурата на природните области определят природни фактори и електромагнитни свойства на скалите. Изкуствени полета Това зависи от същите свойства скали, интензивността и вида на източник, както и методи за възбуждане. Последно са поцинковани, когато на полето в света, за да създадете Pomo-schyu ток преминава през електроди, заземяването; индуктивни, когато захранващия ток, преминаващ през необосновано контур (примка, рамка) в средата създава електро-магнитно поле с индукция и се смесва (индуктивен и галванично).

Чрез електромагнитните свойства на скалите са специфични електрическото съпротивление # 961;, количеството му обратен е специфичната проводимост (у = 1 / п) и електрохимичната активност, поляризуемост # 951;. диелектрик # 949; и магнитна проницаемост ц, и пиезоелектричен модули г. Електромагнитни свойства геоложките медии и техните геометрични параметри се определят geoelektri- кал разрези. Geoelectric раздел хомогенна за конкретен електромагнитно магнитно-собственост, половината наречената нормална и нехомогенни - ненормално.

Промяна на дълбочината постига чрез промяна на източника на електрическа енергия и начина за създаване на поле. Въпреки това, той може да се контролира от разстояние и получаване на честота. РЕЗЮМЕ дистанционно получаване нарастващи дълбочини намалява с увеличаване на разстоянието между източника на поле и точките, в които тя се измерва. Това води до увеличаване на изследване дълбочина, като се увеличи обема на средата, в която се разпределя областта и дълбочина изкривяване гънки явна на големи разстояния от източника. Принципът на честота на увеличаване на дълбочината на базата на кожата ефект, т.е. притиска повърхности на к-STI земята в слоя с по-малка дебелина, отколкото по-високо хармонична честота поле и по-малките време Т през импулсна създаване област. Обратно, по-ниска честота, по-дълъг период на колебание Т = 1 / е по-дълго време за размножаване (дифузията) на областта, също така наречения напред време образуване поле или преход, толкова повече NOSTA проучване дълбочини. Като цяло, дълбочината варира от електрически десетки килограм метра в дозвукови честоти до няколко десетки сантиметра на честоти от гигахерца (GHz) -tetragertsy (THz).

Таблица. 4 и 5 показва физически мишена (прилага) методите на електрически класификация. Поради разнообразието, използвани в областта на рок свойства електромагнетизма го различава от другите геофизични методи голям брой (над 50) методи. Те могат да бъдат групирани в методите на електромагнитното поле естествен променливо, geoelectrochemical, електрическото съпротивление, електромагнитна и радио вълни засичането и оформяне, пиезоелектрични, радар Най наблюдение, както и на радио, инфрачервен порт и спектрометричен Къш звън, който, макар и обикновено се дължи на termorazvedke, но естеството на полетата, процедура и на измерване са в близост до електрически търсене.

Таблица 4. Физични методи електрически класификация

Таблица 5. Целева Класификация електрически методи

Забележка. «+», »++» аз «+++» - малки, средни, големи степен на приложимост съответно.

Общата структура на изучаваната geoelectric намалява електрически методи могат да бъдат разделени:

а) наблюдение, които служат за хоризонтално разделяне (или кухи) слоести секции;

б) за профилиране на учебни съкращения krutosloistyh или идентифицирането на местните съоръжения;

3) на земята, комбиниране на методи за откриване на нередности между работата на мините и повърхността на земята.

Electroinvestigation с различна ефективност използва за почти всички задачи, за които използването и на други геофизични методи. По-специално, като се използват естествени променливи на космически полета произход скаути земните недра на дълбочина около 500 км, а поведение проучване на седиментни скали, кристални камъни на земната кора, горната мантия. Електромагнитна звучене на бездната и се използва в структурни изследвания, търсенето на нефт и газ. Електромагнитна профилиране, използвани в kartirovochno набор търсене, търсенето на руда, индустриални минерали и въглища. Плитки тотни електромагнитни звучене и профилиране се използват в инженеринг и хидрогеоложки проучвания и опазване на геоложката среда и се използват подземни методи за проучване на рудни находища.

Според технологията и зоната на работа се отличават космическите изследвания, поле (земя), офшорни (кораби, лодки), земята (силоз-Miner) и отвор (crosswell) методи електрически.

4.1 Физико-математически и геоложки бази на електрическата

Физико-математическа теория на електрическо базира на теорията на електромагнитното поле и по-специално върху теорията на фиксирани и променливи електромагнитни полета. Точно както теорията на магнитното проучване са законите на Нютон и на Кулон, уравненията на Максуел са в основата на електрическата теория. Ако geoelectric секцията е известно, с помощта на диференциални уравнения, произтичащи от уравненията на Максуел, както и физически условия, реши директни електрически проблеми за редица физически и геоложки модели на средата, т.е. получаване на аналитични изрази за различни полеви компоненти на тези модели. Ако тези компоненти са получени в резултат на електрически, на базата на обратна връзка електрически проблема пряко решение, т.е. определят някои параметри на модела. Та Kim начин за решаване на преки и обратни проблеми на електрически главно трябва да се справят с geoelectric секцията, които определят електромагнитните spec- свойства и геометрични параметри на средата.

4.1.1 електромагнитни свойства на скали

Както е отбелязано по-горе, електромагнитни свойства скали са специфично електрическо съпротивление # 961; и електрохимично активност, поляризуемост # 951;. диелектрик # 949; и магнитна μ. пропускливост и пиезоелектрични модули skie г.

Електрическото съпротивление на скалата. Специфична електрическо съпротивление # 961;, се измерва в ома метра (Ohmm) е най-известен с електромагнитния имота и е различен за скали и руди в много широк предварителни въпроси от 10 -5 до 15 октомври Omm. За най-често седиментни, метаморфен и вулканични скали тя зависи от минерален състав, физични и механични свойства скали вода, както и някои други фактори (температура, дълбочина, степен на метаморфизъм, антропогенни ефекти и т.н.).

1. електрическото съпротивление зависи от минерална vnutrikri-кристални техните връзки. За диелектрици минерали (кварц, слюда, фелдшпат, и т.н.) с преобладаващо ковалентни връзки, характеризиращи се с много висока устойчивост на (10 12 -10 15 Omm). Минерали-полупроводници (карбонати, сулфати, халиди, т.н.) йонни връзки, и имат високи съпротивления (10 -10 тМ). Глинести минерали (hydromicas, монтморилонит, каолиновите, т.н.) йон-ковалентни връзки и характеризират с достатъчно ниско съпротивление (р<10 4 Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые оксиды) с электронной проводимостью очень хорошо проводят ток (р <1 Омм). Первые две группы минералов составляют «жесткий» скелет большинства горных пород. Глинистые минералы созда-ют «пластичный» скелет. Характерно, что «пластичные» минералы способны адсорби-ровать связанную воду, а породы с «жесткими» минералами могут насыщаться лишь свободной водой.

2. Електрическото съпротивление на свободен подпочвените (гравитацията и капилярна onnyh) варира от фракции от ома м с висока TDS (М> 10 грама / L) до 1000 Ohmm ниска минерализация (М<0,01 г/л) и может быть оценено по формуле рв

8.4 / М. Химичният състав на разтворени соли не е критичен, обаче съгласно електрически да се съди само по отношение на общото минерализацията на подпочвените води. Специфична електрическо съпротивление, свързано подпочвените води е ниска и варира от 1 до 10 Omm които обясняват тях сравнително постоянно минерализация (3-1 г / л), в близост до средните соленост вода океаните.

Както водата на порите (свободен и свързан) се различава значително дъното Ким електрическо съпротивление от неорганичен скелет, устойчивостта на повечето скали е практически независимо от минерална състава, както се определя от фактори като порьозност, фрактура, насищане с вода, с увеличаване който дъскорезници съпротивление намалява.

3. Когато температурата се повишава от 40 ° С на съпротивлението се намалява с около 2 пъти. Това се обяснява с увеличаването на мобилността йон. Когато замразяване проводник Устойчивост на скали увеличава неочаквано, тъй като свободното водата става почти изолатор и електрическата проводимост се определя само свързаната вода, която zaet измерва при много ниски температури (под -50 ° С). Степента на нарастване на съпротивление при замразяване различен за различните породи: Много пъти увеличава от глини; до 10 пъти - на скалата; до 100 пъти - от глинеста почва и глинест пясък; до 1000 пъти и повече - от пясък и груби кластични скали.

4. Степента на дълбочина метаморфни скали структура и текстура също се отрази на нейната устойчивост промяна на съотношението microanisotropy.

Въпреки широкия спектър от промени в специфичната електрическото съпротивление в различни породи, основни закони, установени с достатъчна яснота. Вулканични и метаморфни скали се характеризират с висока устойчивост (500-10000 Omm). Сред седиментни скали висока устойчивост (100 - 1000 Ohmm) на каменна сол, гипс, варовик, пясъчник и други видове. Конгломератен седиментни скали, обикновено имат по-съпротивление, по-големите зърна, съставящи скалата. В прехода от глина за глинеста почва, пясъчен глинеста почва и пясък съпротивление варира от фракции и първите единици до няколко десетки или стотици ома метра.

Електрохимичната активност и поляризуемост. Под електрохимична активност на разбиране на скални свойства, за да създадете естествен Постоянното поле електрическа-параметър. Тези области могат да възникнат по силата на редокси реакции, свързани с наличието и движението на скалите и разтвори на различни концентрации на химически състав.

1. За електрохимична активност понякога вземе са пропорционални коефициент между електрически интензитет поле на природни и основните фактори, които се причинени (съотношението на концентрациите на подпочвените води, налягане и др.). Коефициентът се измерва в миливолта. Това е - (10 - 15) за чиста пясък тУ, близка до нула за скални увеличава до 20-40 тУ за глина и до стотици миливолта за руди с електрон-проводящ минерали. Като цяло, зависи от много фактори, естествен (минерален състав, глина, зало- порьозност, проницаемост, влага, соленост на подземните води и др.).

2. Възможността да се поляризира дъскорезници, т.е. натрупване на заряд, когато ток преминава, а след това изхвърля след неговото изключване, коефициент оценката на поляризуемост # 951;. стойност # 951; изчислява като процент, като съотношение на напрежението # 916; U Bn. който остава в измервателната линия след определен период от време (обикновено 0.5 - 1 S) след отваряне на токовата верига към напрежение # 916; U в една и съща линия, когато ток

Поляризацията е сложен електрохимичен процес производство на емисията на про- чрез образуване на постоянен или нискочестотна AC (20 Hz) ток. Най-голямото поляризуемост (# 951 = 6-40%) с различен руда електронна проводимост с (сулфиди sulphosalts, някои метали и отделни късове окси-ди). Появата предизвикани потенциали в тази група дъскорезници обясняват т.нар руда-Vai електрод поляризация в присъствието на подземните води. Коефициентите поляризуемост до 2-6% наблюдавана поливат неконсолидирани утайки със смес от глина частици. В тези скали, когато текущата proish ди преразпределение и разпространение на таксите адсорбира върху глинени частици. Върнете среда в равновесно състояние след текущото прекъсване придружени от предизвиканата поляризация ефект. Повечето от магмени и метаморфни в натура, като правило, не е поляризирана; те # 951; = 1-2% (3% рядко). Слабо поляризиращи утайки наситен воден разтвор на салин.

Пиезоелектрични модули. Пиезоелектричен модул минерали дефинирани собственост и скали създават електрически поляризация, т.е. специфична ориентация на таксите на механично въздействие върху тях. Пиезоелектрични свойства имат кристал липсва център на симетрия. Такива кристали по време на механичната деформация възниква взаимно изместване на електрически диполи и центрове на съответните кристални повърхности се появяват електрически заряди. Интензитетът и знака на Q на такси зависи от вида на деформация (дилатация-комплект - пресоване или срязване), големината и посоката на сила F действа механично и пиезоелектричен кристал модул D, съответстващ на дадена средната посока на поляризация и деформация.

Връзката между тези параметри е описано с формулата Q = DF. Работна сила може да има девет компоненти на F аз. к, където мога. J = X, Y, Z. т.е. Има девет COM-nents на тензора на стрес или напрежение.