Аппаратура для методов РМТ и РМТ-К
В этом разделе:
Нюшатель, Швейцария
В конце 80х - начале 90х годов в центре гидрогеологии университета города Нюшатель был создан двухканальный регистратор для измерения поверхностного импеданса (кажущегося сопротивления и фазы импеданса) электромагнитных волн радиостанций. Этот регистратор ориентирован на профилирование на 3-4 заранее выбранных частотах. Внешний вид панели пробора приведен на рисунке 1. Все фотографии, приводимые здесь, любезно предоставленные нашим коллегой из университета Кельна, Маркусом Гурком. На регистраторе имеются специальные цифровые панели, с помощью которых задаются значения частот целевых радиостанций с точностью до сотен Гц. Непосредственно на точке измерения специальным тумблером производится переключение между предварительно заданными частотами. Результаты измерения в виде значений кажущегося сопротивления и фазы импеданса выводятся на ЖК дисплеи и записываются в блокнот.
Рисунок 1. Различные версии регистратора РМТ, разработанный в Центре гидрогеологии университета города Нюшатель, Швейцария. На цифровых панелях задаются частоты, на которых будет производиться измерение. Тумблером с надписью "1, 2, 3, 4" выбирается нужная заданная частота. На ЖК дисплеях отображаются результаты измерения.
В первой модификации в качестве электрических антенн использовались заземленные линии длиной 1-5 м, а магнитное поле измерялось только одной небольшой вертикальной петлей (рисунок 2, 3). Частотный диапазон регистратора 10-240 кГц.
Рисунок 2. Якус Дуперекс и Франк Бош производят измерения швейцарским РМТ регистратором.
Рисунок 3. Процесс поиска доступных для измерения радиостанций швейцарским РМТ регистратором, Греция. Костас Халикакис (под деревом слева) вращает магнитную антенну и ищет с помощью наушников направление с минимальным сигналом радиостанции (шумом в наушниках) на заданной частоте. Человеческое ухо более точно определяет отсутствие шума,чем его максимум. Франк Бош (справа) записывает частоты подходящих радиостанций в нужном азимуте.
Во второй модификации были реализованы измерения электрического поля с помощью емкостных электродов, а магнитное поле начали измерять как в горизонтальном направлении, так и в вертикальном (рисунок 4).
Рисунок 4. Измерения вдоль профиля усовершенствованным швейцарским РМТ регистратором с двухкомпонентными магнитными датчиками.
Именно этой группой исследователей был впервые введен ныне общепринятое термин "радиомагнитотеллурика". Хотя, по существу эта технология и методика измерений ничем не отличалась от методики VLF-R (Very Low Frequency - Resistivity).
Уппсала, Швеция
Следующий важный шаг вперед был сделан геофизиками из университета города Уппсала, Швеция, Лаусом Педерсеном и Мерхдадом Бастани совместно с компанией Metronix. В конце девяностых - начале двухтысячных годов был создан пятиканальный регистратор для проведения тензорных измерений методом РМТ EnviroMT (рисунок 5).
Рисунок 5. Внешний вид шведского регистратора EnviroMT.
Регистратор EnviroMT был первым регистратором для РМТ зондирований, полностью наследующий идеологию измерений магнитотеллурики. Измерения проводились во временной области в широкой полосе частот. Регистратор EnviroMT имеет два частотных диапазона: 1-25 кГц с частотой дискретизации 200 кГц и 10-250 кГц с частотой дискретизации 2 МГц. Первый низкочастотный диапазон предназначен для регистрации сигналов контролируемого источника, так же впервые примененного в методе РМТ шведскими геофизиками. В качестве источника ЭМ поля использовались два ортогональных горизонтальных магнитных диполя или вертикальные рамки (рисунок 6).
Рисунок 6. Антенны контролируемого источника в виде горизонтального магнитного диполя для регистратора EnviroMT.
Электрическое поле измерялось заземленными антеннами длиной 5-10 м. Для измерения магнитного поля использовались компактные индукционные датчики длиной 30 см и диаметром 7.5 см (рисунок 7).
Рисунок 7. Магнитные антенны регистратора EnviroMT [Bastani, 2001].
Одним из существенных преимуществ аппаратуры EnviroMT стало создание алгоритма тензорной обработки данных и осуществление обработки данных непосредственно в поле на точке измерения с помощью персонального компьютера. Фото рабочего дисплея регистратора EnviroMT с вычисленными кривыми зондирования показано на рисунке 8.
Рисунок 8. Экран регистратора EnviroMT.
Санкт-Петербург, Россия
В середине 2000х годов в Санкт-Петербурге был разработан первый серийно выпускаемый регистратор для радиомагнитотеллурических зондирований RMT-F1 (от foot - переходный вариант). Изначально регистратор был четырехканальным и позволял регистрировать две компоненты электрического поля и две компоненты магнитного поля для измерения поверхностного импеданса в диапазоне частот 10-1000 кГц с разрядностью АЦП 16 бит. Фотография этого регистратора приведена на рисунке 9. Первая публикация результатов работы с этим регистратором была в журнале Near Surface Geopgysics (EAGE) в 2008 году [Tezkan, Sraev, 2008].
Рисунок 9. Регистратор RMT-F1 в поле.
Ввиду аппаратурных ограничений того времени регистрация четырех временных рядов с частотой дискретизации 2.5 МГц велась дискретно по сегментам в 16384 отсчетов.
В конце 2000х годов регистратор RMT-F1 был модернизирован. Он получил более удобный влагозащищенный корпус, пятый канал сбора данных для вертикальной магнитной компоненты, расширенный частотный диапазон до 1 кГц и увеличенную длину сегмента непрерывной записи до 65536 отсчетов. На рисунке 10 приводится фото обновленного регистратора RMT-F.
Рисунок 10. Обновленный регистратор RMT-F в поле.
На рисунке 11 показана интересная модернизация регистратора, выполненная нашими коллегами из Потсдама.
Рисунок 11. Фото улучшенной "мобильной" версии регистратора RMT-F. Фото предоставлено Ute Weckmann.
Ниже Вы можете посмотреть короткое видео о том, как работает регистратор RMT-F, которое я записал для моих коллег из Технологического института Харагпур, Индия.
Для модификации с контролируемым источником в Санкт-Петербурге так же был разработан генератор переменного тока GTS-1, позволяющий создавать прямоугольный меандр с частотой от 0.1 Гц до 1 МГц, имеющий выходную мощность 1 кВт, максимальное выходное напряжение 360 В, максимальную выходную сил тока 7.5 А. Фото генератора GTS-1 показано на рисунке 12.
Рисунок 12. Фото генератора GTS-1.
В период с 2016 по 2019 год в Санкт-Петербурге был разработан регистратор нового поколения ARMT-5 (рисунок 12). Как следует из названия, это регистратор предназначен для измерений электромагнитного поля как в аудио, так и в радио частотном диапазон, а именно от 0.1 Гц до 1 МГц. Регистратор имеет две пятерки АЦП: с разрядностью 16 бит, предназначенные для измерения ЭМ поля на частотах 10-1000 кГц с частотой дискретизации 4000 и 400 кГц и с разрядностью 24 бита, предназначенные для измерения ЭМ поля на частотах 0.1-10000 Гц с частотой дискретизации 32 и 4 кГц. Ключевыми преимуществами регистратора являются непрерывная запись временных рядов даже на частоте 4 МГц без ограничения длины временного ряда, онлайн визуализация регистрируемых данных как во временной, так и частотной областях, встроенная робастная обработка данных с построением графиков передаточных функций для контроля качества данных (рисунок 13).
Рисунок 13. Регистратор ARMT-5 с усилителем электрических каналов (снизу слева) и кейсом с двумя тройками магнитных датчиков (справа).
Рисунок 14. Визуализация спектров мощности (слева) и передаточных функций -импеданса и типпера (справа) в регистраторе ARMT-5.
Регистратор ARMT-5 позволяет подключать одновременно две тройки магнитных датчиков для охвата широкого частотного диапазона регистрируемого магнитного поля. Каждый канал регистратор оснащен программируемым усилителем, позволяющим усиливать входной сигнал до ста раз.