Система EM-4H
Система EM-4H - низкочастотная электроразведка в аэроварианте, реализующая метод дипольного индукционного профилирования (ДИП-А). В ряду аэрогеофизических методов, активно применяемых на практике, очень важное место занимает электроразведка в различных её модификациях. История развития аэроэлектроразведочных систем насчитывает уже более полувека [1]. Несмотря на столь солидный возраст, эта отрасль практической геофизики продолжает бурно развиваться. Более того, в последние годы во всем мире аэроэлектроразведка переживает подъём, вполне сравнимый с динамикой развития сравнительно молодой аэрогравиметрии. Чуть ли не каждый год появляются новые системы, или предлагаются новые модификации уже хорошо зарекомендовавших себя комплексов [2]. Практически все существующие варианты электроразведочной аэросъемки так или иначе были опробованы на территории Российской Федерации. На сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что в нашей стране наиболее широко используется электроразведочная система, реализующая метод низкочастотного ДИП-А. Аппаратура, разработанная для этого метода, позволяет производить съемку и получать карты эффективных проводимостей масштаба 1:5000 [3]. При этом средняя производительная скорость съемки составляет около 100 км/час. Речь идет о системе EM-4H.
Техническое описание EM-4H
Аппаратура EM-4H производит одновременные измерения на четырёх частотах 130, 520, 2080 и 8320 Гц. В качестве источника поля используется закрепленная на фюзеляже летательного аппарата горизонтальная многовитковая рамка (вертикальный магнитный диполь). В реализованных системах носителями были самолеты Ан-2, Ан-3 и вертолет Ми-8. В самолетных вариантах петля передатчика натягивается между бипланными стойками и задним швартовочным узлом. В результате она имеет форму треугольника площадью около 40 м2. При установке на вертолет Ми-8 для монтажа передатчика конструируется специальная рама, к которой крепится петля (рис. 1). Площадь витка составляет уже около 60 м2. Форма тока представляет собой сумму гармонических сигналов соответствующих частот. Дипольные моменты отличаются для разных типов носителей, их ориентировочные величины для четырёх частот в порядке возрастания такие: 20000, 10000, 6000, 3000 А•м2. Измерение параметров переменного магнитного поля осуществляется приёмными рамками, расположенными в гондоле, буксируемой на тросе длиной 70 метров. Приёмник имеет каналы измерений по трем ортогональным осям. Его чувствительность на рабочих частотах составляет сотые доли мкА/м (100 ppm). При таких геометрических параметрах системы существует известная проблема – компенсация влияния наведенных на борту летательного аппарата токов. Для её решения в системе EM-4H устанавливаются две компенсирующие петли. В каждую петлю компенсатора закачивается ток своей частоты, отличной от рабочих. Сигнал на этих частотах измеряется приёмником наравне с остальными. Закон распространения магнитного поля одинаков для всех частот. Поэтому на высотах более 500 метров, где отклик от земли пренебрежимо мал, можно подобрать линейную комбинацию векторов больших полуосей эллипсов поляризации на компенсирующих частотах, равную проекции мнимого вектора рабочей частоты на их плоскость. Таким образом, при вычитании этой линейной комбинации, получается линейно поляризованный сигнал. Эта операция проделывается с каждой из рабочих частот. Далее фаза детектирования выбирается так, чтобы векторы возбуждения оказались действительными. Так как коэффициенты подбираются автоматически бортовым компьютером, на эти процедуры уходит совсем немного времени: 2-3 минуты. Стабильность системы обеспечена введением специального эталонного сигнала, в результате чего достаточно производить компенсацию дважды за вылет – в начале и в конце.
Измеряемые параметры
Результатом работы системы EM-4H [4] являются синфазные и квадратурные компоненты или амплитуды и фазы компонент вектора переменного магнитного поля на каждой из рабочих частот 130, 520, 2080 и 8320 Гц. Кроме того, вычисляются традиционные для метода ДИП-А отношения полуосей, квадраты больших полуосей и углы в осях приёмника больших полуосей эллипсов поляризации. Дополнительно определяется положение гондолы относительно летательного аппарата [5]. Вычисление эффективных проводимостей производится как решение обратной задачи для проводящего однородного полупространства на каждой частоте.
Рис. 2. Графики зависимости синфазной (ReHz) и квадратурной (ImHz) компонент отклика на указанной частоте от продольной проводимости для модели S-плоскости.
Традиционно при обработке данных подобных систем интерпретация производится с использованием эллиптичности, по информативности сопоставимой с квадратурной компонентой отклика, и высоты. В области максимума график зависимости квадратурной компоненты отклика от сопротивления (рис. 2) требует дополнительных методик обработки, чтобы отличить левую ветвь от правой [3]. В частности, используется методика построения карт по отношению сигналов квадратурных компонент на двух соседних частотах [6]. Однако, все современные методы интерпретации данных частотной аэроэлектроразведки используют и квадратурную, и синфазную компоненты отклика для расчета кажущихся сопротивлений и глубин [7]. Для определения синфазной компоненты отклика в системе EM-4H разработана специальная методика [8].
Рис. 3. Графики полной синфазной компоненты поля (ReHz), квадратурной компоненты поля (ImHz), синфазной компоненты отклика (ReHzS) и высоты. Выделенная зона — солёное озеро Тус, Хакасия. Рис. 4 Псевдоразрез кажущегося сопротивления. Солёное озеро Тус, Хакасия.
Методика была проверена на целом ряде проводящих объектов с удельным сопротивлением доли Ом•м, например, солёное озеро, и дала впечатляющий результат. Она позволила выйти на качественно новый уровень в обработке данных, полученных в низкоомных районах. Данные, представленные на рисунках 3, 4 получены над солёным озером Тус в Хакасии. Удельное сопротивление слагающих пород около 100 Ом*м, сопротивление солёной воды порядка 0.1 Ом*м.
Напишите отзыв о статье "Система EM-4H"
Примечания
Низкочастотная индуктивная аэроэлектроразведочная система EM-4H является удобным, эффективным средством исследования свойства проводимости пород. Из года в год объёмы съемки с её применением растут. Аппаратура хорошо проявила себя в работах на Урале, в Норильском регионе, на Таймыре, в Якутии, на Кольском п-ве, под Архангельском, в центральных районах России, в Забайкалье, Казахстане и др.
Литература.
- ↑ [Fountain D. Airborne electromagnetic systems – 50 years of development // Exploration Geophysics. – 1998. – № 29. – P. 1-11.]
- ↑ [Exploration Trends & Developments // ed.: Werniuk G. 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013]
- ↑ 1 2 [Петров С. И., Новак В. Д., Тихомиров О. А. Аэроэлектроразведка методом ДИП-А // Разведка и охрана недр. – 2006. – № 5. – С. 38-42.]
- ↑ [Волковицкий А. К., Каршаков Е. В., Попович В. В. Низкочастотная индуктивная аэроэлектроразведочная система EM-4H // Материалы XXXV сессии международного семинара им. Д. Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей».- Ухта, 2008.- С.51-54.]
- ↑ [Павлов Б. В., Волковицкий А. К., Каршаков Е. В. Низкочастотная электромагнитная система относительной навигации и ориентации // Материалы XVI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, - Санкт-Петербург, 2008 - С.236-243.]
- ↑ [Haoping Huang and Douglas C. Fraser The use of quad-quad resistivity in helicopter electromagnetic mapping // Geophysics.- 2002.- Vol.67,No.2.- Pp.459-467]
- ↑ [Klaus-Peter Sengpiel and Bernhard Siemon Advanced inversion methods for airborne electromagnetic exploration // Geophysics.- 2000.- Vol.65, No.6.- Pp.1983-1992.]
- ↑ [Волковицкий А. К., Каршаков Е. В., Мойланен Е. В. Определение полного вектора отклика в частотных аэроэлектроразведочных системах с нежесткой базой // Материалы IV Всероссийской школы-семинара по электромагнитным зондированиям Земли, - Москва, 2009, - С.210.]
Отрывок, характеризующий Система EM-4H
– А ведь хорошо бы, господа!Офицеры засмеялись.
– Хоть бы попугать этих монашенок. Итальянки, говорят, есть молоденькие. Право, пять лет жизни отдал бы!
– Им ведь и скучно, – смеясь, сказал офицер, который был посмелее.
Между тем свитский офицер, стоявший впереди, указывал что то генералу; генерал смотрел в зрительную трубку.
– Ну, так и есть, так и есть, – сердито сказал генерал, опуская трубку от глаз и пожимая плечами, – так и есть, станут бить по переправе. И что они там мешкают?
На той стороне простым глазом виден был неприятель и его батарея, из которой показался молочно белый дымок. Вслед за дымком раздался дальний выстрел, и видно было, как наши войска заспешили на переправе.
Несвицкий, отдуваясь, поднялся и, улыбаясь, подошел к генералу.
– Не угодно ли закусить вашему превосходительству? – сказал он.
– Нехорошо дело, – сказал генерал, не отвечая ему, – замешкались наши.
– Не съездить ли, ваше превосходительство? – сказал Несвицкий.
– Да, съездите, пожалуйста, – сказал генерал, повторяя то, что уже раз подробно было приказано, – и скажите гусарам, чтобы они последние перешли и зажгли мост, как я приказывал, да чтобы горючие материалы на мосту еще осмотреть.
– Очень хорошо, – отвечал Несвицкий.
Он кликнул казака с лошадью, велел убрать сумочку и фляжку и легко перекинул свое тяжелое тело на седло.
– Право, заеду к монашенкам, – сказал он офицерам, с улыбкою глядевшим на него, и поехал по вьющейся тропинке под гору.
– Нут ка, куда донесет, капитан, хватите ка! – сказал генерал, обращаясь к артиллеристу. – Позабавьтесь от скуки.
– Прислуга к орудиям! – скомандовал офицер.
И через минуту весело выбежали от костров артиллеристы и зарядили.
– Первое! – послышалась команда.
Бойко отскочил 1 й номер. Металлически, оглушая, зазвенело орудие, и через головы всех наших под горой, свистя, пролетела граната и, далеко не долетев до неприятеля, дымком показала место своего падения и лопнула.
Лица солдат и офицеров повеселели при этом звуке; все поднялись и занялись наблюдениями над видными, как на ладони, движениями внизу наших войск и впереди – движениями приближавшегося неприятеля. Солнце в ту же минуту совсем вышло из за туч, и этот красивый звук одинокого выстрела и блеск яркого солнца слились в одно бодрое и веселое впечатление.
Над мостом уже пролетели два неприятельские ядра, и на мосту была давка. В средине моста, слезши с лошади, прижатый своим толстым телом к перилам, стоял князь Несвицкий.
Он, смеючись, оглядывался назад на своего казака, который с двумя лошадьми в поводу стоял несколько шагов позади его.
Только что князь Несвицкий хотел двинуться вперед, как опять солдаты и повозки напирали на него и опять прижимали его к перилам, и ему ничего не оставалось, как улыбаться.
– Экой ты, братец, мой! – говорил казак фурштатскому солдату с повозкой, напиравшему на толпившуюся v самых колес и лошадей пехоту, – экой ты! Нет, чтобы подождать: видишь, генералу проехать.
Но фурштат, не обращая внимания на наименование генерала, кричал на солдат, запружавших ему дорогу: – Эй! землячки! держись влево, постой! – Но землячки, теснясь плечо с плечом, цепляясь штыками и не прерываясь, двигались по мосту одною сплошною массой. Поглядев за перила вниз, князь Несвицкий видел быстрые, шумные, невысокие волны Энса, которые, сливаясь, рябея и загибаясь около свай моста, перегоняли одна другую. Поглядев на мост, он видел столь же однообразные живые волны солдат, кутасы, кивера с чехлами, ранцы, штыки, длинные ружья и из под киверов лица с широкими скулами, ввалившимися щеками и беззаботно усталыми выражениями и движущиеся ноги по натасканной на доски моста липкой грязи. Иногда между однообразными волнами солдат, как взбрызг белой пены в волнах Энса, протискивался между солдатами офицер в плаще, с своею отличною от солдат физиономией; иногда, как щепка, вьющаяся по реке, уносился по мосту волнами пехоты пеший гусар, денщик или житель; иногда, как бревно, плывущее по реке, окруженная со всех сторон, проплывала по мосту ротная или офицерская, наложенная доверху и прикрытая кожами, повозка.
– Вишь, их, как плотину, прорвало, – безнадежно останавливаясь, говорил казак. – Много ль вас еще там?
– Мелион без одного! – подмигивая говорил близко проходивший в прорванной шинели веселый солдат и скрывался; за ним проходил другой, старый солдат.
– Как он (он – неприятель) таперича по мосту примется зажаривать, – говорил мрачно старый солдат, обращаясь к товарищу, – забудешь чесаться.
И солдат проходил. За ним другой солдат ехал на повозке.
– Куда, чорт, подвертки запихал? – говорил денщик, бегом следуя за повозкой и шаря в задке.
И этот проходил с повозкой. За этим шли веселые и, видимо, выпившие солдаты.
– Как он его, милый человек, полыхнет прикладом то в самые зубы… – радостно говорил один солдат в высоко подоткнутой шинели, широко размахивая рукой.
– То то оно, сладкая ветчина то. – отвечал другой с хохотом.
И они прошли, так что Несвицкий не узнал, кого ударили в зубы и к чему относилась ветчина.
– Эк торопятся, что он холодную пустил, так и думаешь, всех перебьют. – говорил унтер офицер сердито и укоризненно.
– Как оно пролетит мимо меня, дяденька, ядро то, – говорил, едва удерживаясь от смеха, с огромным ртом молодой солдат, – я так и обмер. Право, ей Богу, так испужался, беда! – говорил этот солдат, как будто хвастаясь тем, что он испугался. И этот проходил. За ним следовала повозка, непохожая на все проезжавшие до сих пор. Это был немецкий форшпан на паре, нагруженный, казалось, целым домом; за форшпаном, который вез немец, привязана была красивая, пестрая, с огромным вымем, корова. На перинах сидела женщина с грудным ребенком, старуха и молодая, багроворумяная, здоровая девушка немка. Видно, по особому разрешению были пропущены эти выселявшиеся жители. Глаза всех солдат обратились на женщин, и, пока проезжала повозка, двигаясь шаг за шагом, и, все замечания солдат относились только к двум женщинам. На всех лицах была почти одна и та же улыбка непристойных мыслей об этой женщине.
– Ишь, колбаса то, тоже убирается!
– Продай матушку, – ударяя на последнем слоге, говорил другой солдат, обращаясь к немцу, который, опустив глаза, сердито и испуганно шел широким шагом.
– Эк убралась как! То то черти!
– Вот бы тебе к ним стоять, Федотов.
– Видали, брат!
– Куда вы? – спрашивал пехотный офицер, евший яблоко, тоже полуулыбаясь и глядя на красивую девушку.
Немец, закрыв глаза, показывал, что не понимает.
– Хочешь, возьми себе, – говорил офицер, подавая девушке яблоко. Девушка улыбнулась и взяла. Несвицкий, как и все, бывшие на мосту, не спускал глаз с женщин, пока они не проехали. Когда они проехали, опять шли такие же солдаты, с такими же разговорами, и, наконец, все остановились. Как это часто бывает, на выезде моста замялись лошади в ротной повозке, и вся толпа должна была ждать.
– И что становятся? Порядку то нет! – говорили солдаты. – Куда прешь? Чорт! Нет того, чтобы подождать. Хуже того будет, как он мост подожжет. Вишь, и офицера то приперли, – говорили с разных сторон остановившиеся толпы, оглядывая друг друга, и всё жались вперед к выходу.
Оглянувшись под мост на воды Энса, Несвицкий вдруг услышал еще новый для него звук, быстро приближающегося… чего то большого и чего то шлепнувшегося в воду.
