ГРАВИМАГНИТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНЗИТНЫХ ЗОН

Техническое решение относится к устройствам средств производства геофизических методов разведки с использованием комбинирования гравиметрических и магнитометрических измерений с помощью движущихся объектов. Гравимагнитный комплекс может быть использован в геологи, геодезии, геофизике, инерциальных системах навигации.
В геофизической разведке известны устройства [4-5, 16-20] для измерений, проводимых на суше и/или на акваториях, либо комплексы, установленные на борту летательных аппаратов; самолетов или вертолетов [1, 6-8, 15, 21].Различия известных систем обусловлены спецификой применения; на суше, на воде или в воздухе, причем, как правило, устройства, применяемые на акваториях (или на суше), не могут быть применены в самолетном варианте и наоборот. Только автономная аэросъемка однако, в ряде случаев, является недостаточной и требует подтверждения (увязки) измеренных величин на выбранных профилях с помощью судовых геофизических комплексов (либо сухопутных измерений). При этом серьезные проблемы возникают при проведении исследований труднодоступных зон мелководья и, особенно, переходных (транзитных) зон вода-суша, которые требуют специальной аппаратуры и адекватного выполнения средств ее перемещения по заданным профилям измерений геофизических параметров.
В последнее время запатентован ряд [2, 3, 9-14] инновационных технических решений с учетом особенностей разведки транзитных зон и с размещением технологического оборудования на специализированных транспортных средствах: на буксируемых платформах [13-14], перемещаемых по льду, на снегоходах (санях) [11-12], на вездеходах высокой проходимости [3, 9], на самоходных или несамоходных многокорпусных понтонных модулях [2, 10].
Как правило, такие технические системы (см. например, [3, 4]) содержат размещенные на транспортном средстве блок измерителей параметров геофизических полей (ПГП) и модуль спутниковой навигации, входы-выходы которых подключены к блоку сбора и предварительной обработки информации, выполненному в виде вычислителя на базе персонального компьютера.
Однако, системы [2, 3] предназначены, в основном, для проведения сейсмической разведки и, в ряде случаев (например, в заболоченной местности, плавнях и т.п.), их применение ограничено, а производительность работ недостаточна из-за малой скорости движения оснащенных геофизической аппаратурой транспортных средств.
Гравимагнитные комплексы, имея адекватную сейсморазведке информативность и точность измерения ПГП, менее сложны (не требуют бурения при размещении сейсмоисточников в заболоченной местности) и являются эффективной альтернативой при исследовании транзитных зон с учетом комплексного критерия «сложность - стоимость - эффективность».
Принятый за прототип гравимагнитный комплекс [1] содержит размещенные на транспортном средстве блок измерителей ПГП и модуль спутниковой навигации, входы-выходы которых подключены к блоку сбора и обработки информации, причем блок измерителей ПГП включает гравиметрический и магнитометрический модули, а блок сбора и обработки информации выполнен в виде вычислителя на базе персонального компьютера.
При этом гравимагнитный комплекс [1] установлен на борту летательного аппарата выполненного в виде самолета-амфибии с возможностью работы в режимах «аэро» или «глиссирование».
Универсальность подвижного носителя комплекса [1] позволяет проводить измерения как с воздуха, так и на поверхности акватории (в частности, на мелководье), однако разведка сухопутных участков транзитных зон комплексом [1] не может быть выполнена, что препятствует реализации заданных непрерывных профилей измерений и их увязки в контрольных точках. Это затрудняет получение потенциального преимущества комплексных гравимагнитометрических измерений, снижает точность и информативность съемки, не позволяет провести адекватную обработку и кондиционную интерпретацию данных наблюдений. Кроме того, исследования сухопутных прибрежных участков транзитных зон требуют дополнительного трудоемкого и дорогостоящего использования других движущихся носителей аппаратуры (например, вездеходов).
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании гравиметрического комплекса для исследования транзитных зон, который путем специального конструктивного выполнения и размещения на универсальном движущемся по водной поверхности или над ней, а также по/ над сухопутными участками объекте-носителе позволил бы проводить адекватную кондиционную съемку.
Основной технический результат предлагаемого гравимагнитного комплекса - повышение информативности, точности и достоверности съемки посредством синергии гравиметрических и магнитометрических измерений и корректной увязки контрольных точек профилей водных и сухопутных участков транзитных зон за счет единого универсального подвижного носителя, выполненного в виде малогабаритного судна на воздушной подушке (СВП). При этом непрерывное профилирование на водных участках осуществляется с меньшим уровнем возмущающих ускорений (чем у обычных судов или
самолета-амфибии [1] и при достаточно высоких скоростях (до 15-20 узлов) перемещения по всем участкам транзитной зоны. Комплекс обеспечивает потенциальную производительность разведки при приемлемой сложности и стоимости, что позволяет достигнуть оптимального комплексного критерия «сложность - стоимость - эффективность».
Технический результат достигается следующим образом.
Гравимагнитный комплекс для исследования транзитных зон содержит размещенные на транспортном средстве блок измерителей параметров геофизических полей (ПГП) и модуль спутниковой навигации, входы-выходы которых подключены к блоку сбора и обработки информации, причем блок измерителей ПГП включает гравиметрический и магнитометрический модули, а блок сбора и обработки информации выполнен в виде вычислителя на базе персонального компьютера.
Отличительной особенностью комплекса является то, что транспортное средство выполнено в виде малогабаритного скегового судна на воздушной подушке (СВП).
Отличием комплекса также является то, что блок измерителей ПГП выполнен в виде измерителей естественных геофизических полей: гравитационного и геомагнитного, при этом измеритель для каждого из полей включает последовательно соединенные датчик, усилитель, фильтр и аналого-цифровое устройство.
Кроме того комплекс отличается тем, что гравиметрический модуль включает один или несколько гравиметров, установленных на гиростабилизированнной платформе, связанной через амортизатор с корпусом транспортного средства.
При этом в частных случаях применения комплекса в качестве гравиметрического модуля использован гравиметр типа «Чекан-АМ», а в качестве магнитометрического модуля - магнитометр типа «Sea Spy Marine Magnetics».
В комплексе модуль спутниковой навигации выполнен в виде приемоиндикатора дифференциальных спутниковых систем «Навстар» и/или «Глонасс».
В качестве транспортного средства в комплексе использовано малогабаритное скеговое СВП типа «Хивус-10».
Блок сбора и обработки информации может быть выполнен с возможностью комплексной интерпретации совокупности данных совместно с данными сейсмоэлектроразведки, проведенной на совмещенных профилях, с целью построения согласованной геологической модели в единой системе координат для определения контуров залежей полезных ископаемых, в том числе газовых и нефтяных месторождений.
На фиг.1 представлена общая конструктивная схема гравимагнитного комплекса в части основных функциональных узлов; фиг.2 конкретизирует структуру измерителей естественных геофизических полей: гравитационного и геомагнитного; фиг.3 иллюстрирует общий вид комплекса.
Гравимагнитный комплекс (фиг.1) включает транспортное средство (малогабаритное скеговое судно СВП) 1, блок 2 измерителей ПГП, модуль 3 спутниковой навигации (приемоиндикаторы «Навстар», «Глонасс»), блок 4 сбора и обработки информации (СОИ), гравиметрический модуль 5 (один или несколько гравиметров), магнитометрический модуль 6. Каждый из модулей 5 и 6 включает (фиг.2) датчик 7 ПГП, усилитель 8, фильтр 9 и аналого-цифровое устройство 10.
Работа комплекса по исследованию транзитных зон заключается в следующем.
Комплекс (фиг.1), установленный на транспортном средстве 1, выполненном в виде малогабаритного скегового СВП, перемещается по заданным непрерывным профилям в транзитной зоне вода-суша. Измеренная информация с выходов блока 2 измерителей, включающего гравиметрический модуль 5 из одного или нескольких гравиметров и магнитометрический модуль 6, поступает на два входа блока 4 сбора и
обработки информации, на третий вход которого синхронно с дискретностью пунктов измерений подаются пространственные координаты и скорость СВП с модуля 3 спутниковой навигации, выполненного в виде приемоиндикаторов дифференциальных спутниковых систем «Навстар» и/или «Глонасс». При этом блок 2 измерителей естественных геофизических полей (гравитационного и геомагнитного) включает (фиг.2) схемы последовательной обработки измерительных сигналов для каждого из полей; датчик 7, усилитель 8, фильтр 9 и аналого-цифровое устройство 9. Гравиметрический модуль 5 включает гравиметры, установленные на гиростабилизированной платформе, связанной через амортизатор с корпусом СВП 1. В частных случаях в качестве гравиметрического модуля 5 в комплексе использован гравиметр «Чекан-АМ» (производство ЦНИИ «Электроприбор», СПб), а в качестве магнитометрического модуля 6-магнитометр типа «Sea Spy Marine Magnetics» (производство Канада).
Аналогично работе устройства [1] вычислитель 4 задает режим работы модулей 5 и 6 посредством управления усилителями 8 и фильтрами 9. Совокупная информация о пространственных координатах с модуля 3, а также гравиметрическая и магнитометрическая информация модулей 5 и 6 блока 2 измерителей ПГП обрабатывается в блоке 4 для последующей геофизической интерпретации. При этом в блоке 4 может быть реализована комплексная интерпретация совокупности данных совместно с данными сейсмоэлектроразведки, проведенной на совмещенных профилях, с целью построения согласованной геологической модели в единой системе координат для определения контуров залежей полезных ископаемых, в том числе газовых и нефтяных месторождений.
В качестве транспортного средства 1 в комплексе использовано малогабаритное скеговое СВП типа «Хивус-10» (производство 000"Аэроход", Нижний Новгород), которое позволяет проводить гравимагнитную съемку посредством технологии непрерывного профилирования при скоростях СВП до 15-20 узлов при глубине водоема
0-0,4 м с преодолением препятствий (в заболоченный районах) высотой до 40-50 см над уровнем воды за счет выполнения упругих и гибких скегов в виде надувных баллонов.
Таким образом, за счет конструктивного размещения гравимагнитного комплекса на борту СВП, являющемся универсальным носителем датчиков при производстве съемок как на воде, так и на суше в переходных зонах, а также вследствие адекватной совокупности гравиметрических и магнитометрических измерений достигается новый синергетический эффект по отношению к известным устройствам, включая прототип. Комплекс позволяет повысить точность и достоверность съемки, адекватно и корректно провести увязку профилей измерений на воде и на суше на границах транзитных зон с помощью одного носителя аппаратуры, реализуя тем самым потенциально оптимальный критерий максимального технического результата при рациональной сложности и стоимости устройства.
Натурные испытания гравимагнитного комплекса, проведенные ГНЦ «Южморгеология» в бассейне (в переходных зонах вода-суша) р. Печора в 2007 г. подтвердили приведенные выше характеристики и достоинства предлагаемого технического решения.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 09653 U1, 16.04.1999 (прототип).
2. RU 32291 U1, 10.09.2003 (аналог).
3. RU 56655 U1, 10.09.2006 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 09533 U1, 16.03.1999.
5. RU 63071 Ul, 10.05.2007.
6. RU 2003119136 А, 10.02.2005.
7. RU 2150132 C1, 27.05.2000.
8. RU 36900 U1, 27.03.2004.
9. RU 54682 U1, 10.07.2006.
10. RU 56656 U1, 10.09.2006.
11. RU 23203 U1, 27.05.2002.
12. RU 23178 U1, 27.05.2002.
13. RU 23338 U1, 10.06.2002.
14. RU 07515 U1, 16.08.1998.
15. RU 2050015 С1, 10.12.1995.
16. RU 2145107 С1, 27.01.2000.
17. SU 1484122 А3, 20.06.1995.
18. RU34259 U1, 27.11.2003.
19. RU 14681 U1, 10.08.2000.
20. RU 28257 U1, 10.03.2003.
21. RU 2090911 С1, 20.09.1997.