Электроразведка методом радиокип

ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА МЕТОДОМ РАДИОКИП
В СВЕРХДЛИННОВОЛНОВОЙ МОДИФИКАЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОСТАНЦИЙ СИСТЕМЫ
ДАЛЬНЕЙ НАВИГАЦИИ РСДН-20 («АЛЬФА»)

Введение
Изучение полей удаленных радиостанций для целей разведочной геофизики началось в 1946 году под руководством А.Г. Тархова, что привело к созданию метода радиокомпарации и пеленгации (радиокип) [7]. Поначалу использовались сигналы длинноволновых
(ДВ) и средневолновых (СВ) радиостанций. В середине 1960-х годов появился
сверхдлинноволновый (СДВ) вариант
метода радиокип — сверхдлинноволновый радиокомпарационный метод
(СДВР) и соответствующая аппаратура.
Метод радиокип применяется для
изучения электрических свойств верхней части геологического разреза.
Длинные волны позволяют исследовать разрез на глубину до 10 м, а сверхдлинные — примерно до 50 м.

Диапазон вещания сверхдлинноволновых радиостанций находится в пределах 10–
30 кГц. Для радиоволн с частотой менее 30 кГц токи проводимости существенно преобладают над токами смещения, благодаря чему при распространении волны происходит лишь незначительное поглощение энергии.
Кроме того, сверхдлинные волны хорошо дифрагируют вокруг сферической
поверхности Земли. Оба эти фактора
обусловливают возможность распространения СДВ на расстояние до нескольких тысяч километров. Основное
преимущество сигналов СДВ радиостанций — это большая устойчивость
напряженности электрического поля,
которая не подвержена случайным изменениям и мало меняется в течение
суток и в течение года.

Наиболее мощные передатчики могут обеспечить достаточную для приема напряженность
поля на расстоянии более 10 000 км. В
настоящее время СДВ радиостанции
применяются в системах радиосвязи
для подводного флота, радионавигации, а также для передачи сигналов
эталонных частот и единого времени.
За рубежом СДВ вариант радиокип
называется методом «очень низких частот» — VLF (very low frequency). Наибольшую популярность он приобрел в
Канаде и на Скандинавском полуострове, часто применялся в США и на Балканах. Основные производители соответствующей аппаратуры — Geonics
(Канада), Scintrex (Канада), IRIS
(Франция), ABEM (Швеция) и др.

В СССР полевую аппаратуру СДВР3 и СДВР-4М производил ЦНИГРИ.
Она позволяла измерять напряженность и угол наклона электромагнитного (ЭМ) поля, а СДВР-4М — еще и импеданс [1].
При съемке методом радиокип можно использовать довольно много информационных параметров: амплитуды электрических и магнитных составляющих сигнала, их отношения и фазовые сдвиги, вещественные и мнимые
компоненты сигнала, характеристики
эллипса поляризации магнитного поля.
65 ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ 2/2014. Несмотря на свои преимущества
(отсутствие генератора, малый вес оборудования, быстрота съемки), метод
радиокип обладает рядом недостатков,
таких как ограниченная глубина исследований, влияние рельефа, узкая направленность сигнала. Эти факторы
вместе со значительным сокращением
действующих СДВ радиостанций привели к снижению интереса к методу.
К постоянно действующим на территории России СДВ станциям следует отнести радиотехническую систему дальней навигации РСДН-20 («Альфа»). Она
состоит из пяти передатчиков мощностью по 500 кВт, которые расположены в районе Новосибирска, Краснодара,
Комсомольска-на-Амуре, Ревды (Мурманская обл.) и Чарджоу (Туркмения). Первые три станции — постоянно
действующие, две другие выходят в
эфир периодически. Они излучают
последовательности сигналов длительностью 3,6 с на частотах 11,905 кГц (f1),
12,649 кГц (f2) и 14,881кГц (f3).
Напряженность ЭМ поля, создаваемая системой «Альфа», позволяет вести
уверенный прием на всей территории
бывшего Советского Союза и в сопредельных государствах. Несмотря на циклический характер сигналов, их можно
использовать в качестве рабочих частот
для исследований методом СДВР.

влияние рельефа, узкая направленность сигнала. Эти факторы
вместе со значительным сокращением
действующих СДВ радиостанций привели к снижению интереса к методу.
К постоянно действующим на территории России СДВ станциям следует отнести радиотехническую систему дальней навигации РСДН-20 («Альфа»). Она
состоит из пяти передатчиков мощностью по 500 кВт, которые расположены в районе Новосибирска, Краснодара,
Комсомольска-на-Амуре, Ревды (Мурманская обл.) и Чарджоу (Туркмения). Первые три станции — постоянно
действующие, две другие выходят в
эфир периодически.

Они излучают
последовательности сигналов длительностью 3,6 с на частотах 11,905 кГц (f1),
12,649 кГц (f2) и 14,881кГц (f3).
Напряженность ЭМ поля, создаваемая системой «Альфа», позволяет вести
уверенный прием на всей территории
бывшего Советского Союза и в сопредельных государствах. Несмотря на циклический характер сигналов, их можно
использовать в качестве рабочих частот
для исследований методом СДВР.

Методика измерений и обработки
полученных результатов

Так как для работы методом радиокип не существует серийной аппаратуры, использующей частоты сигналов
РСДН-20, применялся широкополосный универсальный приемник «ОМАР2м» [4]. Измерялись две компоненты
ЭМ поля — электрическая составляющая Er вдоль профиля (с помощью незаземленной стелющейся электрической линии — электрической антенны)
и поперечная компонента переменного
магнитного поля Hφ (с использованием
малогабаритной ферритовой антенны).
При этом использовались два типа
электрических линий — несимметричная электрическая антенна (ЭА) конструкции Яковлева [8] и симметричная
ЭА оригинальной конструкции [5]. В
гористой местности измерения проводились симметричной ЭА, чтобы ослабить влияние вертикальной компоненты электрического поля (Ez
), возникающей при перепаде рельефа. В остальных случаях применялась несимметричная антенна. Оба вида антенн изготовлены из каротажного кабеля КТШ0,3 (КГ3-3-70Ш) и имеют длину по 10
м. Датчик переменного магнитного поля чувствительностью 80 В/(А/м) состоит из многовитковой катушки с ферритовым сердечником, настроенной в
резонанс на частоту 12,65 кГц. При использовании незаземляемой электрической линии и параллельного входного
контура сдвиг фаз напряжений, поступающих на два входа прибора, соответствует реальному фазовому сдвигу
между Er и Hφ. Измерения проводились
в точечном и непрерывном вариантах в
зависимости от проходимости местности. Усиленные сигналы электрического (UE) и магнитного каналов (UH) записывались в цифровой регистратор
(рис. 2). Их уровень контролировался
по индикаторам на пульте аппаратуры.
Данные обрабатываются в редакторе
волновых форм с целью улучшения соотношения «сигнал/шум», а затем подвергаются быстрому преобразованию
Фурье (БПФ) в скользящем окне с накоплением для снижения погрешности
отсчетов. Спектральные амплитуды
компонент электромагнитного поля
всех трех частот РСДН-20 (рис. 3) служат основой для определения импеданса (волнового сопротивления) среды Z
= Er / Hφ на центральной частоте (12,65
кГц) с учетом дрейфа резонансной характеристики детектора.
Полученная величина импеданса
пропорциональна электрическому сопротивлению подстилающих пород.
Результаты измерений представляются
в виде эффективного удельного электрического сопротивления (rэф, Ом·м),
вычисленного через модуль и фазу импеданса [2, 5]:
ρэф = (1/2π)·f·μ·|Z|2; (1)
Z = (Ue / Um)·(g / hl
)·(KМ / KЕ); (2)
φZ = φE – φH, (3)