Введение к работе
Актуальность темы. Относительная диэлектрическая проницаемость является одной из фундаментальных характеристик вещества, знание которой необходимо при решении ряда научно-технических задач геофизики, радиофизики, горного дела и.т.д. В горном деле информация о диэлектрической проницаемости, являющейся одним из базовых физико-технических параметров горных пород:
является основой для интерпретации данных радиоволновых методов геофизики и диэлектрического каротажа при изучении массивов горных пород, поскольку знание строения, состава, свойств и состояния массива определяет выбор оптимальной технологии разработки заключенного в нем месторождения полезных ископаемых;
необходима для расчета процесса нагрева мерзлых рыхлых отложений с целью их разупрочнения и последующего оттаивания в результате воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты, что является основой новой технологии опробования и разработки россыпных месторождений полезных ископаемых;
необходима для оценки разрушающего воздействия мощных -электромагнитных полей;
необходима для изучения напряженного состояния массива горных пород;
- необходима для расчета систем подземной радиосвязи.
Большой интерес представляет возможность установления
связей диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений с другими их физическими характеристиками, что обеспечило бы более полное и менее трудоемкое исследование массива мерзлых рыхлых отложений.
Изучение диэлектрической проницаемости мерзлых горных пород, в особенности мерзлых рыхлых отложений, приобретает большое значение в связи с разработкой метода георадиолокации, вследствие его высокой разрешающей способности, дающей возможность проведения детальной томографии горного массива. Существенно, что высокая разрешающая способность как пространственн-ная, так и по различию диэлектрических проницаемостей на границах раздела.
Цель работы состоит в изучении диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений различного диалогического сос-
тава, ее зависимости от частоты электромагнитного поля и температуры и связей с другими их физико-техническими свойствами для получения возможно более полной информации о строении,, составе, свойствах и состоянии массивов мерзлых рыхлых отложений для выбора оптимальной технологии разработки заключенных в них месторождений полезных ископаемых. Задачи исследований:
определить величину относительной диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений различного диалогического состава о массивной криогенной текстурой с температурой в интервале от -1 до -16С в диапазоне частот от 1 до 100 МГц.
изучить возможную связь величины относительной диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений с параметрами их гранулометрического состава, содержанием глинистой фракции, объемной массой и влажностью.
Основные научные положения, защищаемые в работе:
в диапазоне температур от -1С до -16С и частот от 1 до 100 МГц между относительной диэлектрической проницаемостью мерзлых рыхлых отложений и их температурой существует зависимость, которую для конкретной литологической разности (глины, суглинки, супеси, пески мелкозернистые и грубозернистые) и частоты можно описать уравнением регрессии вида tg&'-A-fyli"/-+6 .
зависимость относительной диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений от их объемной влажности для фиксированной температуры описывается уравнением регрессии вида tyt,:*A-Wv-t-6. ~ распределение относительной диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений описывается логнормальным законом, параметры которого изменяются в зависимости от температуры и частоты электромагнитного поля.
Научная новизна заключается в следующем: -установлено существование в диапазоне частот от 1 до 100 МГц при температурах от -1 до -16С зависимости величины диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений массивной криогенной текстуры от температуры и объемной влажности, описываемой линейным уравнением регрессии указанного выше вида;
установлено, что величина диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений уменьшается по мере возрастания их объемной массы и среднего размера частиц;
установлено, что при повышении частоты и понижении температу-
ры величина диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений стремится к предельному значению, равному 4,2.
Личный вклад. Все результаты получены лично^автором.
Достоверность результатов исследований обеспечена:
большим объемом экспериментального материала (1500 измерений величины диэлектрической проницаемости);
использованием специальных термоизолированных измерительных ячеек, исключающих изменение температуры образца и его положения относительно электродов измерительного конденсатора во время измерений;
калибровкой ячеек по стандартным образцам относительной диэлектрической проницаемости;
выбором хорошо отработанного метода измерений и подтверждена контрольными измерениями.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют расширить информативность геофизических методов исследований массивов мерзлых горных пород, использующих переменные электромагнитные поля, и прежде всего -метода георадиолокации, обладающего наиболее высокой разрешающей способностью. Показана возможность не только определения глубины залегания границ отражающих электромагнитные волны, но и оценки при благоприятных условиях объемной влажности мерзлых рыхлых отложений, их объемной массы, среднего размера слагающих породу частиц и содержания глинистой фракции, т.е. характеристик, знание которых необходимо при подготовке и проведении геологоразведочных, горных и строительных работ. Полученные результаты могут найти применение для ' расчета процесса нагрева мерзлых горных пород в СВЧ электромагнитном поле с целью их разупрочнения или оттаивания и разработки соответствующего оборудования. Знание диэлектрической проницаемости мерзлых рыхлых отложений различного литологического состава при разных температурах необходимо также для проектирования средств подземной радиосвязи.
Реализация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, вошли в отчет о НИР ( N ГР 01870096037 ) в виде отдельного раздела, а также были использованы при составлении заключительного отчета по теме "ТЕРРА ИГДС".
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты докладывались на Всесоюзном совещании по приземному распростра-
нению радиоволн и электромагнитной совместимости (Улан-Удэ, 1990) и на XVII межведомственном семинаре по распространению километровых и более длинных волн (Томск, 1991).
^ Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре работы.
' Структура диссертации. Диссертационная работа, общим объемом 125 страниц, состоит из введения, пяти глав и заключения. В работе 15 таблиц и 60 рисунков. В списке использованной литературы 43 наименования.