Содержание к диссертации
Введение
Глава 1.Аналитический обзор известных решений. их достоинства и недостатки 10
Глава 2. Разработка вычислительных схем на основе метода конечных элементов в векторно-скалярной постановке для учёта влияния электромагнитного поля техногенных объектов 15
2.1. Постановка задачи моделирования электромагнитных полей в непроводящих средах с проводящими высококонтрастными объектами 15
2.2. Разработка математической модели электромагнитного поля в векторно-скалярной постановке с узловыми базисными функциями 15
2.3. Разработка вычислительных схем моделирования электромагнитных полей методом конечных элементов в векторно-скалярной постановке на узловых базисных функциях 21
2.4. Верификация разработанных вычислительных схем 40
Глава 3. Оценка влияния электромагнитного поля техногенных объектов на результаты зондирования становлением поля с использованием разработанных вычислительных схем 45
3.1. Оценка вклада электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта в регистрируемый сигнал при аэрогеофизической съёмке 45
3.2. Оценка вклада электромагнитного поля стальной трубы в регистрируемый сигнал при глубинных электромагнитных зондированиях 52
3.3. Оценка влияния электромагнитного поля гусеничного вездехода на результаты глубинных электромагнитных зондирований 59
Заключение 68
Литература 70
- Разработка математической модели электромагнитного поля в векторно-скалярной постановке с узловыми базисными функциями
- Верификация разработанных вычислительных схем
- Оценка вклада электромагнитного поля стальной трубы в регистрируемый сигнал при глубинных электромагнитных зондированиях
- Оценка влияния электромагнитного поля гусеничного вездехода на результаты глубинных электромагнитных зондирований
Введение к работе
Объектом исследования является программно-
алгоритмическое обеспечение метода импульсной индуктивной
электроразведки с контролируемым источником в многоразносной
модификации от закрепленного источника, на предмет развития
вычислительных схем моделирования нестационарных
электромагнитных полей среды с учетом влияния электромагнитных полей приповерхностных техногенных объектов и использования при решении прикладных задач, а именно обработке и геолого-геофизической интерпретации результатов измерений методом зондирования становлением поля.
Актуальность исследования. В настоящее время при поисках
и разведке полезных ископаемых широко используются методы
геоэлектрики. Одним из таких методов является метод зондирования
становлением поля. Накоплен значительный фактический материал,
свидетельствующий об эффективности метода при решении широкого
круга задач. Однако, достаточно часто, интерпретация данных бывает
осложнена влиянием электромагнитного поля техногенных объектов,
находящихся вблизи исследуемой площади. Наиболее часто при
полевых работах встречаются подземные трубопроводные системы,
наземные инженерные сооружения, транспортные средства, в
металлических конструкциях которых возникают вихревые
электромагнитные поля, вносящие значительный вклад в суммарное
электромагнитное поле от исследуемой среды. Их влияние необходимо
учитывать при интерпретации данных. Для этого необходимы новые
вычислительные схемы, позволяющие с достаточной для практики
точностью рассчитывать электромагнитные поля для
высококонтрастных сред с перепадами электропроводности в несколько порядков. Моделирование электромагнитных полей в таких ситуациях с помощью разработанных и верифицированных вычислительных схем позволит увеличить точность и достоверность геофизического прогноза.
Цель исследования - повысить достоверность интерпретации данных зондирований становлением поля, выполненных вблизи техногенных объектов через развитие программно-алгоритмического обеспечения путем разработки вычислительных схем для решения прямых задач на основе метода конечных элементов в векторно-скалярной постановке на узловых базисных функциях.
Научные задачи:
1. На основе метода конечных элементов в векторно-скалярной
постановке разработать вычислительные схемы моделирования
нестационарных электромагнитных полей для решения прямых задач,
программно их реализовать для выделения и учёта электромагнитных
полей приповерхностных техногенных объектов при построении
геоэлектрических разрезов.
2. С использованием разработанных вычислительных схем
оценить влияние электромагнитного поля техногенных объектов на
результаты зондирования становлением поля на примере: фюзеляжа
вертолёта при проведении аэрогеофизических исследований; стального
подземного трубопровода, гусеничного носителя геофизического
оборудования при проведении наземных зондирований становлением
поля.
Теоретическая база, методы исследования, фактический материал. Решения основаны на теории электромагнитных полей, на теории метода конечных элементов и данных полевых исследований ФГУП "СНИИГГиМС", полученных с электромагнитных зондирования становлением поля с контролируемым источником, теоретических и методических разработках зарубежных и российских ученых, в первую очередь ученых ФГУП "СНИИГГиМС" , ИНГГ СО РАН и НГТУ.
Основные методы исследования: математическое
моделирование электромагнитных полей методом конечных элементов,
численные расчёты и численные эксперименты в технологии
электроразведки становлением электромагнитного поля с
горизонтальной незаземленной петлей над горизонтально-
неоднородными по проводимости средами; разделение полей на нормальную и аномальную составляющие, использование трехмерного математического моделирования; тестирование, сравнительный анализ, апробация при аэрогеофизических и наземных электроразведочных исследованиях.
Вычислительные схемы расчёта трёхмерных электромагнитных полей от петлевого источника в непроводящих областях с проводящими параллелепипеидальными объектами были протестированы путем сравнения
- двумерных (осесимметричных) и трёхмерных постановок на осесимметричных моделях;
- решений одних и тех же задач, описываемых с
использованием векторных и скалярных постановок, ориентированных
на применение векторного и узлового метода конечных элементов.
Возможности разработанных средств математического моделирования опробованы специалистами ФГУП "СНИИГГиМС", АГР и СИБГЕОТЕХ в процессе обработки и интерпретации данных зондирования становлением поля в ближней в рамках договоров:
Комплексная аэрогеофизическая съемка масштаба 1:10 000 с использованием бортового геофизического оборудования Дукатской перспективной площади, расположенной в Омсукчанском районе, Магаданской области Договор № 411.788/238 от 29.04.2008;
Производство аэрогеофизических работ масштаба 1:25000 в пределах Джалтинской никеленосной площади (Амурская область). Договор № 06/10/АГР/59-ГТ/10 от 09.11.2010 г.
- Инженерная защита магистрального нефтепровода
"Ванкорское месторождение - НПС "Пурпе". Выполнение комплексных
аэрогеофизических и наземных электроразведочных исследований на
участке 228-556 км" Договор 1750711/0084Д000/С0357
- «Локальный прогноз коллекторов в пределах Троицко-
Михайловского вала на основе создания комплексной трёхмерной
модели резервуаров по данным сейсморазведки, гравиразведки,
электроразведки и геоэлектрохимии» гос. контракт №31 от 12.03.2012г.
Защищаемые результаты:
1. Разработанные вычислительные схемы расчёта
электромагнитных полей в средах при наличии в них или близко
расположенных техногенных объектов, основанные на методе
конечных элементов в векторно-скалярной постановке на узловых
базисных функциях. Их программная реализация.
2. Оценка влияния техногенных объектов на результаты
зондирований становлением поля с применением разработанных схем
на примере: влияния фюзеляжа вертолёта при проведении
аэрогеофизических исследований; стального подземного трубопровода,
гусеничного носителя геофизического оборудования при проведении
наземных зондирований становлением поля.
Научная новизна. Личный вклад
Предложены новые пути построения вычислительных схем для программно-алгоритмического обеспечения метода зондирования становлением поля с использованием метода конечных элементов в векторно-скалярной постановке на узловых базисных функциях на
параллелепипеидальных конечных элементах для расчёта электромагнитных полей для сложно построенных трёхмерных высококонтрастных сред в присутствии техногенных объектов, с
определением в проводящих подобластях вектор-потенциала A а в непроводящих подобластях скалярного потенциала U, при условии однородности магнитной проницаемости /л внутри каждой
проводящей подобласти, в отсутствие сторонних токов внутри непроводящих подобластей и с учётом специальных условий связи скалярного и векторного потенциалов. Вычислительные схемы программно реализованы.
Численными экспериментами установлена высокая эффективность применения разработанных вычислительных схем при расчёте трёхмерных нестационарных электромагнитных полей в задачах содержащих высококонтрастные трёхмерные проводящие объекты в непроводящей среде.
С использованием разработанных вычислительных схем оценены и спроектированы значимые элементы поисковых систем:
- для аэрогеофизических исследований с вертолетной
разведочной платформой "Импульс-А5" (разработка ФГУП
"СНИИГГиМС", Геофизического предприятия "СИБГЕОТЕХ", НГТУ)
оценены и спроектированы влияние электромагнитного поля фюзеляжа
вертолета на измеряемый сигнал от геологической среды, влияние
отклонения трос-кабеля от вертикали, оптимальная длина трос-кабеля.
- для наземных исследований по технологии многоразносных
зондирований от закрепленного источника оценено влияние и
возможность корректировки сигналов от геологической среды,
измеренных вблизи техногенных объектов в виде стального подземного
трубопровода, гусеничного носителя геофизического оборудования,
оказывающих существенное влияние на результаты интерпретации.
Практическая значимость
Разработанные вычислительные схемы, основанные на методе конечных элементов с использованием векторно-скалярной постановки на узловых базисных функциях, являются вкладом в развитие программно-алгоритмического обеспечения зондирования методом становления поля в условиях регистрации сигналов вблизи техногенных объектов, их использование позволяет выделять и учитывать при интерпретации данных собственные вихревые электромагнитные поля таких объектов, а значит повысить
достоверность интерпретации зондирований становлением поля в сложно построенных средах.
С использованием разработанных вычислительных схем оценены и спроектированы значимые элементы поисковых систем:
для аэрогеофизических исследований на основе оценки влияния фюзеляжа вертолета на измеряемый сигнал от геологической среды спроектированы конструктивные параметры электромагнитной системы: оптимальная длина трос-кабеля, влияние укороченной длины трос-кабеля при работах в горной местности и информативный временной диапазон.
для наземных исследований по технологии многоразносных зондирований от закрепленного источника корректировка сигналов от геологической среды, измеренных вблизи техногенных объектов позволяет увеличить точность интерпретации.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение специалистов на VIII Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006" (Новосибирск, 2006); Российской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 2008); международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2008" (Новосибирск, 2008); Российской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 2010); всероссийской студенческой конференцией молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 2010); III Международной научно-практической конференции ЕАГО «Калининград-2013» "Проблемы и достижения современной нефтегазовой геологии" (Калининград, 2013); VI Всероссийской школе-семинаре по электромагнитным зондированиям Земли им. М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна (Новосибирск, 2013).
Выносимые на защиту результаты полностью изложены в 12 публикациях, в том числе в 3 статьях в научных рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК («Сибирский журнал индустриальной математики», «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири»).
Благодарности. Работа выполнена в лаборатории
математического моделирования Сибирского научно-
исследовательского института геологии, геофизики и минерального
сырья. Автор понимает, что без сотрудничества с коллегами этот труд не был бы завершен.
Автор с признательностью отмечает свое многолетнее сотрудничество в области математического моделирования с сотрудниками Новосибирского государственного технического университета Ю.Г. Соловейчиком и М.Г.Персовой.
При выполнении работы автор неизменно пользовался советами и рекомендациями, помощью и поддержкой своих коллег -сотрудников Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофизики и минерального сырья и благодарит М.В. Абрамова, А.В. Чернышева, В.В. Филатова, А.К. Захаркина.
Автор отдает дань уважения и признательности своему научному руководителю профессору Г.М. Тригубовичу.
Автор благодарен В.И. Самойловой за консультации и методические рекомендации по вопросам подготовки диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения. Работа изложена на 78 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 23 рисунками, 1 таблицей. Библиография содержит 64 наименования.
Разработка математической модели электромагнитного поля в векторно-скалярной постановке с узловыми базисными функциями
Программно-алгоритмическое обеспечение - важная составляющая всякого метода геоэлектрики, в том числе и метода зондирования становлением поля [11, 13, 16, 22, 24, 25, 26, 27, 36, 54]. Распространенными вычислительными схемами, позволяющими моделировать электромагнитные поля в задачах электроразведки являются схемы, основанные на методе конечных элементов.
Применение этого метода в векторной постановке для расчёта электромагнитных полей позволяет решать большой класс прямых и обратных задач геоэлектрики быстро и с хорошей точностью восстанавливать характеристики среды по зарегистрированным значениям электромагнитного поля [2, 4, 5, 12, 15, 40, 56, 57, 59].
Для численного моделирования нестационарных трехмерных электромагнитных полей в непроводящих областях с проводящими параллелепипеидальными объектами также можно использовать метод конечных элементов (МКЭ) в векторной постановке [29, 30, 64]. Но при этом возникает трудность при попадании в непроводящую область, так как при решении СЛАУ матрицы массы в такой области нет, а у матрицы жесткости ранг намного ниже, чем размерность матрицы. В силу этого матрица СЛАУ получается вырожденной. Исследования начались с попытки решать задачи для непроводящей среды, содержащей высококонтрастные области, с помощью методик, основанных на методе конечных элементов в векторной постановке [34, 35]. Однако, чтобы рассчитать электромагнитное поле от простейших металлических объектов, требовалось большое количество времени и огромные вычислительные затраты, а рассчитать электромагнитное поле для среды при наличии в ней техногенных объектов и вовсе не представлялось возможным.
Одним из методов, позволяющих корректно учитывать ядро rot-оператора, является метод «деревьев-кодеревьев» [60], основанный на выделении остовного дерева в сетке. Идея метода заключается в следующем: в сетке находится остовное дерево (в дальнейшем - дерево), степени свободы, ассоциированные с ребрами дерева, зануляются, что соответствует исключению градиентных функций, которые составляют ядро rot-оператора. Однако, несмотря на довольно большое количество публикаций теоретических основ этого метода, результаты его применения найти оказалось затруднительно.
Другой метод численного моделирования нестационарных трехмерных электромагнитных полей в непроводящих областях с проводящими параллелепипеидальными объектами используется в векторно-скалярной постановке [31, 41]. При этом векторная постановка применяется в проводящих подобластях, а скалярная постановка в непроводящих [62]. Однако при использовании такой постановки возникают определенные трудности:
При поиске начального поля установлением процесса (делается один большой шаг по времени) получается плохо обусловленная матрица СЛАУ и задача плохо сходится, а необходимость считать начальное поле до нужной невязки (иначе на поздних временах не получится требуемого по точности решения), требует больших вычислительных затрат; - на поздних временах плохая обусловленность матрицы СЛАУ, так как шаг по времени большой. Эти сложности возникают вследствие того, что задача решается как і г г г і г rot-rotA = J + crE. Матрица rot-rotA имеет очень большой вес в СЛАУ, а [Л [Л матрица массы (на начальном поле и на поздних временах) - маленький, что приводит к вырождению матрицы.
Еще один метод, используемый в настоящее время при моделировании электромагнитных полей в высококонтрастных средах, основан на применении интегральных уравнений. Однако сами авторы, занимающиеся интегральными уравнениями, утверждают, что моделирование электромагнитного зондирования высококонтрастных сред до сих пор является сложной вычислительной процедурой, поскольку число обусловленности полученной матрицы системы линейных алгебраических уравнений растет вместе с контрастностью. Поэтому такие методы на практике сходятся весьма медленно [14, 23].
В работе Дмитриева В.И. и Круглякова М.С., которая была доложена на VI Всероссийской школе-семинаре по электромагнитным зондированиям земли имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна (Новосибирск 2-6.09.2013), описан новый численный метод решения интегральных уравнений для моделирования контрастных сред, который показал перспективность его применения для моделирования зондирования контрастных сред. Отличие описанного в работе метода от аналогичных заключается в двукратном интегрировании электрического тензора Грина в ходе алгебраизации исходного интегрального уравнения, что позволяет избавиться от необходимости вычислять сингулярные интегралы и таким образом добиться высокой скорости сходимости итерационного процесса решения системы линейных уравнений.
Верификация разработанных вычислительных схем
При аэрогеофизической съёмке очень важно учитывать влияние электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта на уровень регистрируемого сигнала, так как при аэроэлектроразведке методом переходных процессов вихревое электромагнитное поле возникает не только в геологической среде, но и в дюралюминиевом фюзеляже. В связи с этим, положение вертолётной платформы необходимо определять не только относительно исследуемой площади, но и относительно фюзеляжа вертолёта. Для коррекции уровня регистрируемого сигнала требуется определить положение системы вертолёт-платформа в целом [50, 52].
В качестве примера рассматривается конфигурация платформы «Импульс-А5» [49], где в качестве источника поля используется токовая петля радиусом 7.1 м, смонтированная на каркасе платформы, которая прикреплена к вертолёту тросом длиной L (Рисунок 3.1). Исследуется вертикальная компонента производной магнитной индукции после выключения тока, оценивается влияние электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта на уровень регистрируемого сигнала в приёмном датчике на платформе при разной длине трос-кабеля и минимальной высоте полета 30 м над поверхностью однородной среды. Для одновиткового индуктора R=7.1 м при П-образном токе амплитудой в 250 А и моменте измерительного датчика 1000 м2 рассчитано вихревое поле фюзеляжа вертолёта при условии: - ось платформы с приёмно-генераторной установкой перпендикулярна исследуемой поверхности и совпадает с осью главного редуктора вертолёта (=0); - центры платформы и вертолёта находятся под углом 30 (Рисунок 3.1).
Схема вертолёта и подвесной приёмно-генераторной установки Результаты совместного и раздельного влияния электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта и геологической среды на сигнал представлены на графиках при трёх значениях сопротивления среды: = 20, 50, 100 Омм (Рисунок 3.2).
Рабочий диапазон измерений методом переходных процессов, определяется при двух порогах ограничения [52]: порог 1 - допустимый вклад электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта в регистрируемый уровень сигнала от геологической среды составляет 10% и порог 2 - минимум регистрируемого сигнала, равный значению сигнала на входе измерительной системы, составляет 1 мкВ. На графике (Рисунок 3.2) видно, что при длине трос-кабеля L=25 м для среды с =100 Ом-м порог 1 достигается на времени ti= 0.6 мс при достаточно большом уровне сигнала на входе - 57 мкВ, а порог 2 - на времени t2 = 50 мс (Таблица 1). Таким образом, установка с длиной трос-кабеля L=25 м не может быть использована без учета влияния электромагнитного поля фюзеляжа на временах больше 0.6 мс. На более поздних временах необходимо определять истинную геометрию системы с субметровой, как показывают расчёты, точностью и вводить соответствующие поправки. При увеличении длины трос-кабеля до L=35 м для среды с =100 Ом-м порог 1 достигается уже на больших временах ti= 1.5 мс при уровне сигнала на входе 6 мкВ, а порог 2 - на времени t2 = 4 мс (Таблица 1). Для этого были рассмотрены еще два варианта сопротивления среды - с = 20 и 50 Ом-м. В среде с =50 Ом-м порог 1 достигается на времени ti= 2.5 мс (сигнал 5 мкВ), а порог 2 - на времени t2= 6 мс. В среде с =20 Ом-м порог 1 достигается на времени ti=4.3 мс (сигнал 4.7 мкВ), а порог 2 - на времени t2=10 мс. Таким образом, во всех трёх рассмотренных случаях для L=35 м порог 1 наступает раньше порога 2, что требует учёта влияния электромагнитного поля фюзеляжа. При длине трос-кабеля L=50 м для среды с =100 Ом-м порог 1 достигается на времени ti= 4.5 мс (сигнал 0.5 мкВ), а порог 2 достигается на времени t2 = 3 мс (Таблица 1). Таким образом, при использовании приёмно-генераторной установки с длиной трос-кабеля L=50 м не требуется дополнительного учёта влияния электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта на измеряемый сигнал.
При этом, если ось приёмно-генераторной установки располагается под углом 30о к оси редуктора вертолёта, то при длине трос-кабеля L=25 м влияние электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта на уровень регистрируемого сигнала примерно в два раза больше, чем влияние, которое оказывает электромагнитное поле фюзеляжа вертолёта, когда приёмно-генераторное устройство находится на одной оси с осью редуктора (=0о), тогда как при длине трос-кабеля L=35 м и L=50 м ситуация противоположная
Оценка вклада электромагнитного поля стальной трубы в регистрируемый сигнал при глубинных электромагнитных зондированиях
При погрешности планового (Х, У) положения платформы относительно вертолёта в 1-3 м, при длине трос-кабеля 50 м, отклонение в сигналах составляет около 2.5 %. При погрешности планового положения платформы относительно вертолёта в 5 м, при длине трос-кабеля 50 м, отклонение в сигналах составляет уже больше 5-6 %. Однако при погрешности расположения вертолёта относительно платформы по высоте на 1 м отклонение в уровне регистрируемого сигнала уже увеличилось до 6 %, а при погрешности координат вертолёта относительно платформы по высоте на 3-5 м отклонение в уровне регистрируемого сигнала составило около 30%. Таким образом, по проведённым оценкам, допустимая погрешность планового положения платформы относительно вертолёта и ошибка расположения системы вертолёт-платформа по вертикали не должны превышать 1м.
Результаты расчётов для установки с длиной трос-кабеля 50 м были сопоставлены с результатами эксперимента с использованием установки "Импульс-А5" [49] разработки СИБГЕОТЕХ. Установка представляет собой подвесную приемно-генераторную систему, которая крепится к фюзеляжу вертолёта трос-кабелем (Рисунок 3.3). Генераторная петля радиусом 7.1 м, измерительный контур треугольной формы со стороной 4 м крепятся на высоте 9.5 м над генераторной петлёй и смещены относительно фюзеляжа вертолёта на 3 м (Рисунок 3.3). Длина трос-кабеля, которым генераторная петля крепится к фюзеляжу вертолёта, 50 м, фюзеляж вертолёта размером 2.5х10x0.004м3, хвостовая часть 1х8х0.004 м3, угол между трос-кабелем и осью редуктора составляет 30.
На графике (Рисунок 3.4) показана зависимость уровня регистрации сигнала от времени, полученная решением прямой 3D задачи с учётом параметров приёмно-генераторной установки "Импульс-А5" в разработанной векторно-скалярной постановке и полученная по данным полевого эксперимента для электроразведочной платформы серии "Импульс-А5". Рисунок 3.4 - Зависимость сигнала Ez от времени: зеленым цветом обозначена зависимость по данным полевого эксперимента, красным – полученная расчётами методом конечных элементов в векторно-скалярной постановке
На временах, начиная с 6 мс, на которых начинается влияние электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта на смоделированный сигнал, получена асимптотика, что свидетельствует об адекватности численной модели и позволяет оценить влияние электромагнитного поля фюзеляжа вертолёта при проведении аэроэлектроразведочных работ. 3.2. Оценка вклада электромагнитного поля стальной трубы в регистрируемый сигнал при глубинных электромагнитных зондированиях
Зачастую в исследуемой области находятся техногенные объекты (трубы водоснабжения, металлические конструкции, рабочая техника и т.п.), которые хорошо проводят ток, а значит, имеют своё электромагнитное поле. Чтобы интерпретация данных зондирования становлением поля была надёжной, необходимо выделять и учитывать эти поля при построении геоэлектрических разрезов.
Здесь рассматривается пример, когда на профиле (Рисунок 3.5) измерения выполнены методом многоразносных зондирований становлением поля. В пунктах разведочного профиля L1- L3 на расстоянии 4000 м друг от друга располагаются квадратные 500х500 м генераторные петли. Ток в генераторной петле 100 A, измерения осуществляются расположенными в области генераторных петель группами приёмных датчиков с магнитными моментами Миз=104 м2 , находящимися на расстоянии 500 м друг от друга [9]. Известно, что на исследуемой площади, пересекая профиль измерений между генераторными петлями L2 и L3, на глубине 3 м от поверхности земли располагается стальная сварная труба (Рисунок 3.5). Необходимо параметризовать нефтегазовый коллектор, залегающий на глубине 2000 м [9].
На исследуемой площади возбуждают электромагнитное поле и приёмными датчиками по описанной выше системе наблюдений осуществляют синхронную регистрацию компонент электромагнитного поля Ezsum. По полевым данным построены графики зависимости уровня регистрируемого сигнала Ezsum от времени (Рисунок 3.6) для четырёх точек генераторной петли L2 без учёта электромагнитного поля стальной трубы (Рисунок 3.5). Рисунок 3.5 - Линейная система наблюдений методом многоразносного зондирования становлением поля, пересечённая стальной трубой на глубине 3 м
С учётом значений э.д.с. суммарного электромагнитного поля выполнена интерпретация данных зондирования становлением поля в многоразносной модификации и построен геоэлектрический разрез вдоль профиля наблюдений без учёта электромагнитного поля стальной трубы (Рисунок 3.7). Рисунок 3.7 - Геоэлектрический разрез по данным зондирования становлением поля в многоразносной модификации без учёта электромагнитного поля стальной трубы
На разрезе (Рисунок 3.7) выделяется проводящая зона на глубине от 800 до 2000 м в интервале 6000-7500 м как результат влияния электромагнитного поля техногенного объекта в виде стальной трубы.
По имеющейся документации, стальная сварная труба имеет следующие параметры и точное расположение техногенного объекта: наружный диаметр 1020 мм, толщина стенки 8 мм, расположена на глубине 3 м и пересекает профиль измерений (Рисунок 3.8). Электрофизические параметры трубы: =100, =1,4х10-7 Омм, плановое положение трубы на исследуемой площади известно.
Оценка влияния электромагнитного поля гусеничного вездехода на результаты глубинных электромагнитных зондирований
Кроме подземных техногенных объектов, иногда на практике встречаются наземные техногенные объекты, которые также оказывают влияние на результаты геофизических наблюдений методом зондирования становлением поля.
Далее рассматривается ситуация, когда рядом с электроразведочным профилем располагается транспортное средство гусеничный вездеход МТЛБу [9]. В пунктах разведочного профиля L1- L5, (Рисунок 3.12), на расстоянии 1000 м друг от друга находятся квадратные генераторные петли 500х500 м. Ток в генераторной петле - 100 A. Измерения выполняют расположенными в области генераторных петель приёмными датчиками с магнитными моментами Миз=104 м2 , находящимися на расстоянии 200 м друг от друга. Известно, что между пунктами генераторных петель L3 и L4 на поверхности располагается транспортное средство МТЛБу (Рисунок 3.12). Корпус МТЛБу сварен из листов катаной брони толщиной 7-14 мм. Габаритные размеры 6450х2850х865 мм. Толщина лобовой брони 10мм; бортовая броня и кормовые листы - 7 мм; крыша - 5 мм; днище - 3 мм. Проводимость 3.6х107 См, относительная магнитная проницаемость - 100. Плановое положение тягача МТЛБу известно. Положение гусеничного тягача МТЛБу относительно электроразведочного профиля
В пунктах разведочного профиля L1-L5 возбуждают электромагнитное поле и приёмными датчиками, по описанной выше системе наблюдений, осуществляют синхронную регистрацию компонент электромагнитного поля Ezsum. На графиках зависимости зарегистрированного сигнала Ezsum от времени (Рисунок 3.13) для четырёх точек между генераторными петлями L3 и L4 отражены результаты численного моделирования, включающие электромагнитное поле геологической среды и электромагнитное поле техногенного объекта (Рисунок 3.12). Рисунок 3.13 - Зависимость прохождения сигнала от времени Ezsum, включающая электромагнитное поле среды и электромагнитное поле техногенного объекта (МТЛБу)
По полученным зависимостям суммарного электромагнитного поля от времени для всех точек электроразведочного профиля проведена интерпретация данных зондирования становлением поля в многоразносной модификации и построен геоэлектрический разрез без учёта влияния электромагнитного поля техногенного объекта (Рисунок 3.14). На разрезе определяется проводящая зона на глубине от 500 до 1000 м в интервале 2000-3000 м как результат воздействия электромагнитного поля находящегося в области измерений техногенного объекта. Рисунок 3.14 - Геоэлектрический разрез без учёта влияния электромагнитного поля техногенного объекта (МТЛБу)
По известным электрофизическим характеристикам техногенного объекта (плановое положение, габаритные размеры, толщина, проводимость и магнитная проницаемость брони) на базе 3D моделирования с использованием разработанных программных средств были рассчитаны значения компонент собственного электромагнитного поля для МТЛБу, находящегося на поверхности исследуемой площади. Для каждого положения приёмно-генераторной системы (генераторных петель, приёмных датчиков с магнитными моментами М = 104 м2) получены зависимости уровня сигналов EzМТЛБ от времени в соответствующих точках профиля зондирований L1-L5 (Рисунок 3.12). На графиках (Рисунок 3.15) показаны зависимости значения э.д.с. переходного процесса от электромагнитного поля МТЛБу в четырёх точках регистрации по результатам решения прямой 3D задачи c использованием разработанных соискателем программных средств. Рисунок 3.15 - Зависимость от времени значения э.д.с. переходного процесса электромагнитного поля МТЛБу в четырёх точках регистрации на профиле L1-L5 по результатам решения прямой 3D задачи Для учета влияния электромагнитного поля МТЛБ из рассчитанного электромагнитного поля Ezsum вычитается собственное электромагнитное поле EzМТЛБ МТЛБ для каждой точки профиля наблюдений L1-L5. На графиках (Рисунок 3.16) в качестве примера показаны зависимости прохождения сигналов от времени в четырёх точках наблюдения генераторной петли L3, зарегистрированных методом зондирования становлением поля в многоразносной модификации, по результатам численного моделирования электромагнитного поля МТЛБу с использованием разработанных программных модулей и значения разностного сигнала между зарегистрированным суммарным полем и рассчитанным электромагнитным полем техногенного объекта.
