РадиоКИП, СДВР и VLF

Метод РадиоКИП

Одним из методов геоэлектрики, основанных на регистрации ЭМ полей широковещательных радиостанций, является метод радиокомпарирования и пеленгации (сокращенно радиокип), авторское свидетельство на который было оформлено в 1958 году советским геофизиком А.Г. Тарховым [Способ геофизической…, 1959]. Метод радиокип основан на изучении ЭМ поля радиостанций, работающих в диапазоне длинных волн (30-300 кГц). В отличие от использовавшихся в то время методов высокочастотного переменного тока, таких как метод индукции и метод радиоволнового просвечивания, измерения в методе радиокип ведутся преимущественно в дальней зоне источника. Это позволяет использовать простую модель первичного поля в виде плоской волны.

В 1961 году публикуется монография А.Г. Тархова, посвященная методу радиокип [Тархов, 1961]. В ней рассматриваются многие важные вопросы распространения радиоволн вдоль земной поверхности, особенности аномального ЭМ поля, связанного с телами простой формы, методика измерений и обработки данных метода радиокип.

В предложенном варианте метода радиокип использовались отдельные составляющие магнитного поля (преимущественно вертикальная составляющая Hz) и отношение вертикальной составляющей магнитного поля к горизонтальной составляющей Hz/Hh. Кроме того, в работе А.Г. Тархова [Тархов, 1961] рассмотрены методика и результаты полевых экспериментов с использованием составляющих электрического поля и отношений горизонтальной и вертикальной составляющих электрического поля Eh/Ez.

В 60-х годах прошлого столетия исследования в этой области были продолжены А.Д. Фроловым [Фролов, 1961], А.В. Вешевым и В.А. Егоровым [Вешев, Егоров, 1966], О.М. Мясницким и В.М. Тимофеевым [Мясницкий, Тимофеев, 1971] и рядом других геофизиков. Описание разработанной аппаратуры метода радиокип «Руда» и ПИНП-1 (полевой измеритель напряженности поля) приведено в работе [Тархов, 1961]. В это же время в СССР под руководством Б.В. Рогачева был разработан сверхдлинноволновый вариант метода радиокип – СДВР [Рогачев и др., 1965].

В 1981 году выходит книга С.Г. Гордеева, Е.С. Седельникова и А.Г. Тархова [Гордеев и др., 1981], обобщающая предшествующий опыт исследований по разработке и практическому применению метода радиокип как в наземном, так в аэро вариантах. Следом публикуются разработанные в НПО «Рудегофизика» (Ленинград) методические рекомендации по применению аэроэлектроразведки методом СДВР [Методические…, 1984].

Методы VLF-EM, VLF-R

Метод Very Low Frequency (VLF). Пионерами метода VLF считаются шведский геофизик Г. Паал, в 1963 г. использовавший сигналы СДВ радиостанций для картирования проводящих рудных объектов в Швеции [Paal, 1965; Paal, 1968] и канадец Вайно Ронка, разработавший в 1964 г. измеритель угла наклона вектора магнитного поля и напряженности вторичного магнитного поля СДВ радиостанций, индуцированного проводящим рудным телом [Ronka, 1970].

В своих работах, основываясь на наблюдении ЭМ поля СДВ радиостанций (10-30 кГц) на известных приповерхностных рудных телах, Г. Паал показал, что горизонтальная составляющая магнитного поля радиостанции значительно усиливается над подповерхностным проводником в том же самом месте, в котором модуль вертикальной составляющей магнитного поля минимален. Также Г. Паал экспериментально установил, что на глубине 275 м амплитуда горизонтальной составляющей магнитного поля примерно равна четверти ее амплитуды на поверхности земли. На основании этих измерений было сделано предположение, что в Швеции измерениями с поверхности могут быть обнаружены рудные тела, залегающие на глубине до 100 м.

Интересно кратко рассмотреть устройство и принцип измерения регистратора В. Ронка (рис. 1). Этот регистратор ориентирован на измерения магнитного поля СДВ радиостанций. Основными элементами регистратора являются приемная катушка и катушка сравнения, перпендикулярная приемной. Чувствительный элемент (LC контур) регистратора настраивается на определенную частоту примерно из 800 возможных. Наклоняя приемную катушку в вертикальной плоскости от вертикального положения, определяется угол, в котором сигнал в катушке минимальный. Затем сигнал в приемной катушке компенсируется разностью потенциалов на катушке сравнения за счет мнимой (квадратурной) составляющей. Угол наклона приемной катушки пропорционален амплитуде действительной (синфазной) составляющей вертикальной составляющей вторичного магнитного поля, индуцированного в рудном теле первичным полем радиостанции, а компенсационное напряжение в катушке сравнения пропорционально мнимой составляющей вторичного поля. Отметим, что подобная техника определения электрических параметров разреза была использована еще 1934 г Р. Барфилдом [Barfield, 1934].

Рисунок 1. Схематическое изображение регистратора VLF-EM, разработанного в 1964 г. В. Ронка.

Интересно кратко рассмотреть устройство и принцип измерения регистратора В. Ронка (рис. 1). Этот регистратор ориентирован на измерения магнитного поля СДВ радиостанций. Основными элементами регистратора являются приемная катушка и катушка сравнения, перпендикулярная приемной. Чувствительный элемент (LC контур) регистратора настраивается на определенную частоту примерно из 800 возможных. Наклоняя приемную катушку в вертикальной плоскости от вертикального положения, определяется угол, в котором сигнал в катушке минимальный. Затем сигнал в приемной катушке компенсируется разностью потенциалов на катушке сравнения за счет мнимой (квадратурной) составляющей. Угол наклона приемной катушки пропорционален амплитуде действительной (синфазной) составляющей вертикальной составляющей вторичного магнитного поля, индуцированного в рудном теле первичным полем радиостанции, а компенсационное напряжение в катушке сравнения пропорционально мнимой составляющей вторичного поля. Отметим, что подобная техника определения электрических параметров разреза была использована еще 1934 г Р. Барфилдом [Barfield, 1934].

Модификация VLF-EM ориентирована на картировочные задачи – определение простирания проводящих структур в плане. Результаты наблюдений этой модификацией представляются в виде карт углов наклона малой оси эллипса поляризации магнитного поля (tilt-angle). В силу высокой частоты поля данные VLF-EM метода подвержены существенному влиянию приповерхностных неоднородностей и трудно интерпретируемы. Важную роль в обработке данных VLF-EM сыграла работа [Fraser, 1969], в которой предлагалась схема представления данных, которая устраняла влияние неоднородностей удельного сопротивления размерами не более утроенного шага вдоль профиля.

Метод VLF-R. Другой подход к использованию ЭМ полей радиостанций реализован Леонардом Коллеттом и Алексом Бекером [Collett, Beker, 1967] в предложенным ими методе Radiohm. В этом случае измерения производятся по аналогии с методом магнитотеллурических зондирований (МТЗ) – вместе с горизонтальной составляющей магнитного поля измеряется и ортогональная ей горизонтальная составляющая электрического поля с последующим вычислением поверхностного импеданса и определением кажущегося сопротивления и фазы импеданса. Этот метод получил название VLF-R (R - resistivity).

На протяжении 70-90-х годов прошлого столетия методы VLF и VLF-R получили интенсивное развитие в наземном и аэро вариантах. При этом реализовывались измерения различных характеристик поля, от угла наклона эллипса поляризации магнитного поля до тензорных VLF съемок [Pedersen et al, 1994]. В это время появились такие измерительные приборы, как Радиофаза и Е-фаза EM-16 канадской фирмы Geonix, ориентированные на работы методом VLF-EM, прибор EM-16R, предназначенный для работ методом VLF-R и др.

В 1989 году американским обществом геофизиков-исследователей SEG (Society of Exploration Geophysics) был опубликован сборник по электромагнитным методам в прикладной геофизике с разделом [McNeill, Labson, 1989], обобщающим опыт применения различных разновидностей метода VLF при решении задач геологического картирования.

Литература
  1. Вешев А.В., Егоров В.А. О методике наблюдений и интерпретации результатов изучения полей радиовещательных станций. // Изд. ЛГУ. Вопросы геофизики, вып. 16, 1966, С. 172 – 190.

  2. Гордеев С.Г. Седельников Е.С. Тархов А.Г. Электроразведка методом радиокип. М. Недра 1981, – 132 с.

  3. Методические рекомендации по применению аэроэлектроразведки методом СДВР. Л.: Рудгеофизика, 1984, 108 с.

  4. Мясницкий О.М., Тимофеев В.М. Радиоволновые методы геологического картирования. – Образ. Сер. геофиз. М., изд. ВИЭМС, 1971.

  5. Рогачев Б.В., Седельников Э.С., Тархов А.Г. Использование полей сверхдлинноволновых радиостанций при геофизической съемке методом радиокип. – Изв. вузов. Сер. геология и разведка, 1965, № 6, С. 104 – 114.

  6. Способ геофизической разведки с помощью электромагнитных волн: а.с. 81529 СССР.  № 374517/26-25; заявл. 31.03.48; опубл. в "Бюллетень изобретений" №1 за 1959 г.

  7. Тархов А.Г. Основы геофизической разведки методом радиокип. М., Госгеолтехиздат, 1961, 215 с.

  8. Фролов А.Д. Об использовании полей широковещательных радиостанций при картировании контактов многолетнемерзлых толщ. // Мерзлотные исследования, вып. 1. изд. МГУ, 1961, С. 227 – 235.

  9. Barfield R.H. Some measurements of the electrical constants of the ground at short wavelength by the wave tilt method // Proc Inst. Electr. Electron. Eng., 1934, 75. P. 214 – 220.

  10. Collett L.S., Becker A. Radiohm method for earth resistivity surveying: Canada Patent 795919, 1967.

  11. Fraser D.C. Contouring of VLF-EM data // Geophysics, 1969, vol. 34, №. 6, P. 958 - 967.

  12. McNeill, J.D., Labson V.F. Geological mapping using VLF radio fields, in Electromagnetic Methods in Applied Geophysics, Vol. 2, 521 – 640, edited by M. N. Nabighian, SEG, 1989.

  13. Paal, G. Ore prospecting based on VLF-radio signals // Geoexploration, 1965, 3, P. 139-147.

  14. Paal, G. Very low frequency measurements in northern Sweden // Geoexploration, 1968, 6, P. 141-149.

  15. Pederson L., Oian W., Dynesius L., Zhang P. An airborne tensor VLF system. From concept to realization // Geophysical Prospecting, 1994, 42, P. 863 – 883.

  16. Ronka V. Electromagnetic prospecting apparatus utilizing VLF radio fields. United States Patent 3.500.175, 1970.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

© 2020 by Arseny Shlykov