Vertikální elektrické ozvučení

Vertikální elektrické sondování ( VES ) je metoda průzkumu geofyziky. Vztahuje se k elektrickému průzkumu , je zařazen do skupiny metod odporu (stejnosměrný proud). Metoda je zpravidla realizována s klasickým symetrickým čtyřelektrodovým Schlumbergerovým uspořádáním (AMNB), skládajícím se ze 4 galvanicky uzemněných kovových kolíků - elektrod [1] , méně často s kombinovaným tříelektrodovým Schlumbergerovým uspořádáním (AMN + MNB). Elektrické pole vzniká v napájecím vedení, tvořeném 2 napájecími elektrodami (A, B) napojenými na generátor stejnosměrného nebo nízkofrekvenčního elektrického proudu [2] . Dvě elektrody přijímacího vedení (M, N) slouží k měření potenciálového rozdílu sekundárního elektrického pole studovaného geologického prostředí. Metoda využívá geometrického principu sondování - hloubka průniku stejnosměrného pole závisí na vzdálenosti (rozložení) mezi napájecí a přijímací elektrodou (AM nebo BN).

Vertikální sondování se provádí postupným zvětšováním rozteče napájecího vedení (AB) a měřením v každé rozteči zdánlivého měrného odporu, což je efektivní elektrický vyhledávací parametr, který závisí jak na rozložení elektrického měrného odporu v sekci, tak na typu a vzdálenosti založit. V tomto případě zůstává vzdálenost přijímacího vedení konstantní nebo se podle potřeby zvětšuje, když je naměřený potenciálový rozdíl příliš malý.

Vertikální elektrická sondáž se provádí také bezkontaktně - pomocí zdroje střídavého elektrického proudu a neuzemněného napájecího vedení [1] .

Historie metody a pozadí

Předpokladem pro použití metody lze nazvat její poměrně jednoduchý, ne-li primitivní teoretický základ a také široké rozšíření horizontálně vrstevnatých geologických prostředí v přírodě. První poskytla poměrně ranou podobu metody - vznikla jako jedna z prvních pro svou samozřejmost, druhá - široké uplatnění a praktické využití při vyhledávání ložisek a ložisek.

Interpretace dat VES (a také VES-VP ) je prováděna v rámci zmíněného horizontálně vrstveného modelu. Každá vrstva modelu je definována sadou vlastností: výkon, měrný odpor a polarizovatelnost.

Protože půda není nikdy dokonale homogenní, nemá žádný konstantní elektrický odpor, který lze použít při výpočtech. Skutečný odpor lze měřit v jednom bodě, ale pokud se měří velmi blízko, doslova 10 metrů daleko, bude to jistě blízko, ale jinak. Z tohoto důvodu se měří tzv. „zdánlivý odpor“ ( RC ). To je hodnota odporu – určitá průměrná hodnota, kterou by dané plemeno mělo, kdyby bylo homogenní.

I v 21. století, kdy se elektronické technologie používají téměř v nejhrubších oblastech lidské činnosti, je práce spojená s VES stále převážně fyzická. Z vybavení je použit zdroj proudu (generátor stejnosměrného nebo střídavého proudu o nízké frekvenci umístěný v autě), obrovské pole elektrického kabelu a primitivní kovové elektrody (silné kolíky, které se před měřením zapíchnou do země). Levná najatá pracovní síla umožňuje opakovaně vytahovat napájecí elektrody ze země, operaci opakovat na velké ploše a se zvětšujícím se rozestupem.

Obecné informace

Účelem metody je změřit zdánlivý odpor v imaginárním bodě O. V jeho blízkosti jsou do země zaraženy dvě měřicí elektrody (říká se jim přijímací elektrody). Mezi nimi se měří potenciál, samotné elektrody jsou označeny písmeny M a N. Protože v půdě nejsou žádné přirozené elektrické proudy , musí být tyto proudy po dobu měření uměle vytvářeny – k tomu jsou v určité vzdálenosti od místa měření umístěny další dvě elektrody, které jsou připojeny ke generátoru elektrického proudu. Tyto elektrody se nazývají napájecí elektrody a označují se písmeny A a B. Část proudu, který z nich teče, se v hornině díky svému odporu „ztratí“ a jeho hodnota právě ovlivňuje potenciál, který je z elektrody M a N odstraněn.

Celá kombinace elektrod A , B , M , N , ale i bodu O , generátoru proudu a propojovacích vodičů se nazývá instalace VES . V tomto případě je slovo „instalace“ ve smyslu synonymem pro slovo „zařízení“ nebo „zařízení“.

Přes zdánlivou drsnost metody je její přesnost pro praktické použití zcela dostatečná a hloubka studie je poměrně velká. Proud bude mít přirozeně tendenci jít od elektrody A k elektrodě B po nejkratší (v elektrickém smyslu slova) dráze, ale hloubku jeho pronikání lze zvýšit zvětšením vzdálenosti mezi těmito elektrodami.

Podstata metody spočívá právě v tom, že v blízkosti bodu O se provádí několik měření za sebou v různých vzdálenostech mezi napájecími elektrodami AB . U prvního z nich jsou elektrody A a B relativně blízko, u druhého jsou vytahovány a neseny dále, opět zatloukají do země. Poté se operace opakuje znovu a znovu a maximální rozestup může někdy dosáhnout mnoha kilometrů! Po dokončení měření se bod O přenese na nové místo a měření se opakují.

Při měření je nutné dbát na to, aby poměr mezi vzdáleností AB a MN nebyl příliš velký (ne více než 20), jinak bude napětí naměřené na MN příliš malé a v důsledku toho bude příliš vysoká hladina hluku. vysoký. Aby se tomu zabránilo, je někdy vzdálenost MN zvětšena .

Bod O je zpravidla středem instalace a přijímací a napájecí elektrody jsou umístěny symetricky vůči němu. Toto nastavení se nazývá symetrické. Na obrázku je schematicky znázorněn princip fungování takové instalace. Existují však i jiná schémata instalace, včetně asymetrických.

Teoretické zdůvodnění

Instalace VES nejsou plně zaměnitelné. V praxi to znamená, že měření provedená na určitém místě pomocí jedné instalace se budou lišit od měření provedených jinou instalací. To však nezpůsobuje významné potíže, protože existuje určitý počet, který zohledňuje vliv instalace na měření. Nazývá se instalační koeficient a vypočítává se geometricky z rozměrů samotné instalace. Instalační faktor je určen vzorcem:

kde r  je vzdálenost mezi elektrodami.

Po výpočtu instalačního koeficientu můžete přistoupit k výpočtu zdánlivého odporu (ρ až ). Na základě měření získaných dříve, když jsou napájecí elektrody A a B odděleny , se vypočítá takto:

kde k je instalační koeficient,  je rozdíl potenciálů mezi elektrodami M a N ,  je proud ve vedení AB .

Interpretace získaných dat se provádí na základě závislosti ρ k (AB/2). Dříve se k výkladu používaly speciální palety. Jejich počet byl tak obrovský, že tvořily celé příručky. V současnosti se ke zpracování terénních dat používají počítačové programy. Tlumočení se provádí v manuálním, poloautomatickém a automatickém režimu. Problém zohlednění frekvence proudu je řešen v řadě programů.

Elektrody používané v přijímacím vedení jsou často vyrobeny z mosazných nebo měděných drátů. Na kontaktu mezi elektrodou a půdním prostředím se objeví dvojitá elektrická vrstva, v důsledku čehož mezi přijímacími elektrodami vzniká polarizační EMF . Polarizační EMF má malé hodnoty v řádu μV-mV, ale může výrazně ovlivnit přesnost měření. Existují různé metody, jak kompenzovat nebo eliminovat zkreslení spojené s tímto efektem.

Stejnosměrný proud se k měření používá jen zřídka, používá se především nízkofrekvenční střídavý proud . Tento přístup vám umožňuje použít teorii výpočtu pro stejnosměrný proud a zároveň získat řadu výhod:

Aby se vyhnuly indukčním snímačům v přijímacím obvodu a v zemi, mají tendenci používat střídavý proud o nejnižší možné frekvenci. V Rusku se používá frekvence 4,88 Hz a nižší.

Svobodný software pro řešení přímých a inverzních problémů VES

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Gruzdev Roman Viktorovič. Možnost využití metody bezkontaktního měření elektrického pole při úpravě sondáže v inženýrských a geologických průzkumech  Bulletin Transbaikal State University. - 2018. - T. 24 , no. 5 . — ISSN 2227-9245 .
  2. ↑ Andrej Aleksandrovič Ivanov, Konstantin Valerijevič Novikov, Petr Vjačeslavovič Novikov. Laboratorní workshop o elektrickém průzkumu . — Ruská státní univerzita pro geologický průzkum. S. Ordzhonikidze.

Literatura