СПОСОБ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СЪЕМКИ НА АКВАТОРИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MULTICOMPONENT ELECTROMAGNETIC SURVEY IN WATER AREA AND SYSTEM FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области изучения геологической среды с использованием электромагнитного поля и предназначено для осуществления поисковых и инженерно-геологических исследований.
Для изучения геологической среды применяются электромагнитные зондирования. Суть их заключается в возбуждении и регистрации различных компонент электромагнитного поля и моделирования геоэлектрического разреза по измеренным компонентам электромагнитного поля. На акватории наиболее часто применяют одну из разновидностей электромагнитных зондирований - зондирования становления поля в ближней зоне (ЗСБ). Особенностью данной технологии является регистрация электромагнитного поля во временном режиме.
Традиционно в морских геофизических исследованиях применяют установку ЗСБ (например, источник http://geophys.geol.msu.ru/ STUDY/3KURS/3_ZSB.pdf., просмотрено 20.09.2019 г.), содержащую источник возбуждения сигналов электрического поля в плоскости оси Х в виде диполя АВ, буксируемого за исследовательским судном, приемник отраженных сигналов электрического поля в плоскости оси Х в виде диполя или диполей MN, программно-аппаратный комплекс для обработки полученных данных и моделирования разреза геологической среды. При этом способ электромагнитной съемки на акватории заключается в том, что возбуждают электрическое поле Ех в плоскости оси Х, принимают отраженный от дна акватория сигнал электрического поля Ех в плоскости оси Х, обрабатывают данные и моделируют разрез геологической среды.
Недостатком указанных системы и способа являются низкая информативность геофизических исследований, так как здесь для анализа используется только одна составляющая – компонент Ех.
Известна система электромагнитной съемки на акватории (патент США №4617518, опубликовано 14.10.1986 г.), принятая за наиболее близкий аналог к заявляемой системе, содержащая источник электрического дипольного тока, буксируемый за исследовательским судном параллельно поверхности водоема и отделенный от дна водоема на расстояние менее одной четверти расстояния между поверхностью водоема и дном, приемник, включающий массив электрических дипольных детекторов, буксируемый за судном параллельно с источником дипольного тока, массив трехосных датчиков магнитного поля, установленных в управляемых приборных коробках, буксируемых за судном по бокам от источника дипольного тока. Также система содержит дипольные антенны, предназначенные для непосредственного исследования дна под источником дипольного тока, состоящие из электрических дипольных детекторов, при этом одна дипольная антенна параллельна, а другая - перпендикулярна источнику дипольного тока.
Способ электромагнитной съемки на акватории, принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому способу, заключается в том, что возбуждают электрическое поле Ех в плоскости оси Х, принимают отраженный от дна акватория сигнал электрического поля Ех и сигнал магнитного поля Hx, обрабатывают данные и моделируют разрез геологической среды.
Рассмотренные система и способ позволяют получить данные по геологическому разрезу на основе двух отраженных сигналов электрического и магнитного поля. Однако, как и в предыдущем случае, они не позволяют собрать точные данные об исследуемой геологической среде, так как анализ проводится на основе данных только в одной плоскости. Также недостатком указанных системы и способа является придонное расположение датчиков электрического и магнитного поля. Проведение работ на арктическом
шельфе (например, в РФ) с малой глубиной акватория 20-50 м, где имеют место значительные придонные течения, что приведет к неколлинеарности расположения источников и приемников сигнала. В свою очередь, такое нарушение геометрии установки в момент съемки повлечет за собой неточности в измерении электрического и магнитного поля и ошибкам в определении геологического разреза.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением является создание способа и системы многокомпонентной электромагнитной съемки на акватории, которые позволяют максимально информативно представить сведения об исследуемой геологической среде.
Техническим результатом изобретения является повышение точности расчетов геологического разреза за счет распространения и измерения трех компонент электрического и магнитного поля.
Технический результат достигается при использовании системы многокомпонентной электромагнитной съемки, содержащей:
- источник возбуждения сигналов электрического поля Ех в виде диполя АВ и приемник отраженных сигналов электрического поля Ех в виде диполя (диполей) MN, буксируемых за исследовательским судном;
- магнитные рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля Hy и Hz, расположенные на приемнике отраженных сигналов электрического поля;
- программно-аппаратный комплекс для обработки полученных данных и моделирования разреза геологической среды;
- при этом магнитные рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля Hy и Hz содержат несущие рамки, верхние части которых расположены на поверхности водоема и имеют элементы плавучести, и измерительную рамку, расположенную между нижними частями несущих рамок и имеющую утяжелители для придания отрицательной плавучести.
Технический результат достигается за счет способа многокомпонентной электромагнитной съемки, использующего заявляемую
систему многокомпонентной электромагнитной съемки, заключающегося в том, что:
- возбуждают электрическое поле Ех;
- принимают отраженный от дна акватория сигнал электрического поля Ех и магнитных полей Hy и Hz; - обрабатывают данные и моделируют геологический разрез, соответствующий одновременному распределению электрического поля Ех и магнитного поля Hy и Hz в плоскостях осей Х, Y и Z. За ось Х принимается ось, совпадающая с направлением движения судна, буксирующего источник возбуждения сигналов электрического поля Ех в виде диполя АВ и приемник отраженных сигналов электрического поля Ех в виде диполя (диполей) MN, за ось Y – перпендикулярная им ось, за ось Z – вертикальная ось. Согласно заявляемому изобретению диполь АВ возбуждает электрическое поле Ех в плоскости оси Х, однако при этом возбуждаемое электрическое поле является сферическим, то есть распространяющим сигнал по всем трем осям X, Y, Z. Согласно законам Максвелла, сферическое электрическое поле порождает сферическое магнитное поле в плоскостях осей X, Y, Z, которое и используется для анализа. Изучение геологической среды одновременно проводится по всем трем осям пространства X, Y, Z, а не по одной, как это имело место у представленных выше аналогов. В итоге, заявленные система и способ позволяют провести измерения по трем компонентам: по одной компоненте электрического поля Ех и двум компонентам магнитного поля Hy и Нz. Таким образом, решение позволяет более точно моделировать геологический разрез, который соответствует одновременному распределению этих полей. На фиг. 1 показана конструкция магнитной рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях Y и Z (вид спереди). На фиг. 2 показана конструкция магнитной рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях осей Y и Z (вид сбоку).
На фиг. 3 представлены источники возбуждения электрического поля в плоскости оси Х - диполи АВ. На фиг. 4 представлены приемники отраженных сигналов электрического поля в плоскости оси Х - диполи MN и M1N1., на которых расположены магнитные рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях осей Y и Z.
Магнитная рамка для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях осей Y и Z содержит две несущие рамки 1 и измерительную рамку 2.
В качестве указанных несущих рамок 1 используются геленаполненные несущие рамки 1000х800 мм нейтральной плавучести. В качестве указанной измерительной рамки 2 используется геленаполненная буксируемая рамка 800х800 мм.
Внутри самих геленаполненных несущих рамок 1 и измерительной рамки 2 расположены витки медной проволоки, которые являются датчиками приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях Y и Z.
Во внутренней части конструкций несущих рамок 1 и измерительной рамки 2 установлены растяжки для усиления 3.
Верхние части несущих рамок 1 расположены на поверхности акватория 4 и имеют элементы плавучести 5, в качестве которых используются кранцы объемом 95 л, длиной 1020 мм, шириной 375 мм и весом 6,2 кг.
Измерительная рамка 2 расположена между нижними частями несущих рамок 1 и перпендикулярна им. На измерительную рамку 2 установлены утяжелители для придания отрицательной плавучести 6.
Магнитные рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях осей Y и Z с помощью буксирных крюков 7, кабель троса 8, накладного груза, стабилизирующего 9, плавучего якорь-парашюта 10 ПВХ 550х800 мм с изменяемым диаметром отверстия буксируются за исследовательским судном (фиг. 1, 2).
На фиг. 3 показан диполь АВ, имеющий конструкцию для обеспечения его плавучести за счет указанных элементов 5 и заглубления за счет указанных утяжелителей 6.
Магнитные рамки для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях Y и Z с несущими рамками 1 и измерительной рамкой 2 устанавливаются на приемники отраженных сигналов электрического поля - диполи MN и M1N1 (фиг. 4). Измерительную рамку 2 необходимо буксировать на глубине 1 м со скоростью судна 4-4,5 узла. Данная скорость установлена экспериментальным путем, когда судно еще не сносит ветром. В таком случае обеспечивается строгая параллельность диполя АВ диполям MN, которая необходима для дополнительного повышения точности проводимых измерений. Погружение измерительной рамки 2 на глубину не меньше 1 м необходимо для получения устранения шумов волн и получения максимального значения сигнал/шум.
Посредством источников возбуждения электрического тока - диполей АВ - возбуждают электрическое поле в плоскости оси Х. Возбужденное электрическое поле является сферическим, то есть распространяющим сигнал по трем осям Х, Y, Z и порождающим при этом сферическое магнитное поле. Далее посредством диполей MN принимают отраженный сигнал электрического поля в плоскости оси Х и получают первую компоненту для исследования – Ех, а посредством магнитных рамок для приема отраженных сигналов магнитного поля в плоскостях осей Y и Z получают вторую и третью компоненты для исследования – Hy и Hz. С помощью программно-аппаратных средств и программного обеспечения моделируют геологический разрез, который соответствует одновременному распределению электрического поля и магнитного поля. Такая одновременная интерпретация электрического поля и магнитного поля и воссоздание геологического разреза и по магнитному и по электрическому полю позволяет значительно повысить точность расчетов и увеличить общую информативность проводимых исследований.
Заявляемые систему и способ многокомпонентной электромагнитной съемки за счет приповерхностной установки источников и приемников сигнала электрического и магнитного поля можно использовать на акватории с любой глубиной, в том числе для проведения работ в арктическом шельфе РФ с малой глубиной дна, что свидетельствует о более широких функциональных возможностях настоящего изобретения по исследованию геологического разреза.