К бесконтактным измерениям в методе сопротивлений: данные математического моделирования

Введение. В электроразведке методом сопротивлений существует давно признанная проблема, связанная с необходимостью надежного заземления измерительных электродов, что затруднительно или невозможно в условиях многолетнемерзлых пород, скальных грунтов, снежного покрова или искусственных покрытий. Бесконтактные измерения позволяют решить эту проблему и ускорить процесс съемки. Однако исторически теоретическое обоснование такого подхода базировалось на приближенных методах, а не на строгих решениях.

Цель. Целью данной работы является теоретическое обоснование методики бесконтактных измерений в методе сопротивлений на основе строгого решения прямой задачи электродинамики. Исследование направлено на анализ компонент электромагнитного поля и определение оптимальных условий для корректного определения удельного электрического сопротивления (УЭС) грунта.

Материалы и методы. Исследование проведено методом математического моделирования для двух моделей сред: двухслойной (воздух — проводящее полупространство) и трехслойной (воздух — промежуточный слой — проводящее полупространство). Моделирование выполнялось для предельной дипольно-осевой установки, расположенной на малой высоте над поверхностью, при частоте переменного тока 16 кГц. Расчет поля основан на строгом решении системы уравнений электродинамики. Анализировались амплитуда полной напряженности электрического поля E_x и модуль реактивной компоненты Re Ex.

Результаты. Показано, что традиционный подход, использующий амплитуду полного поля E_x для расчета кажущегося УЭС (ρ_к), на малых разносах дает аномально высокие значения, не зависящие от ρ₂, из-за влияния поля зарядов на концах токового диполя. В отличие от этого, расчет ρ_к по реактивной компоненте Re Ex позволяет исключить это влияние. Для двухслойной модели определен оптимальный разнос (8—10 м), обеспечивающий наилучшее соответствие между ρ_к и ρ₂. Для трехслойной модели показано, что слой с высоким УЭС эквивалентен увеличению высоты подъема установки, а слой с низким УЭС существенно осложняет интерпретацию.

Заключение. Разработан и обоснован новый подход к бесконтактным измерениям в методе сопротивлений, основанный на использовании реактивной компоненты электрического поля. Этот подход позволяет повысить достоверность определения удельного электрического сопротивления подстилающих пород. Результаты работы открывают перспективы для создания эффективной аппаратуры и методики бесконтактной электроразведки, применимой в сложных условиях заземлений.

1. Альпин Л.М., Даев Д.С., Каринский А.Д. Теория полей, применяемых в разведочной геофизике. Учебник для ВУЗов. Часть IV. М.: МГРИ, 2020. 104 с.

2. Груздев А.И., Бобачев А.А., Определение области применения бесконтактной технологии ме­Шевнин В.А. тода сопротивлений. , издательство 2020. № 5. Вестник Московского универ­ситета. Серия 4: ГеологияС. 100—106.

3. Заборовский А.И. Переменные электромагнитные поля в электроразведке. М.: Изд-во МГУ, 1960. 186 с.

4. Иванов А.А., Каринский А.Д. Способ бесконтакт­ной электроразведки. Патент России № 2785037. 16.12.2022. Бюл. № 35.

5. Каринский А.Д., Шевнин В.А. Влияние индукции на результаты ВЭЗ на переменном токе. Геофизика. 2001. № 5. С. 50—56.

6. Каринский А.Д., Иванов А.А., Зуденков И.А., Матюшенко А.А., Новиков П.В. Обоснование но­вой методики при бесконтактных измерениях в электроразведке методом сопротивлений. Proceedings of Higher Educational Establishments: Geology and Exploration. 2023. № 4. С. 27—36. DOI: 10.32454/0016-7762-2023-65-4-27-36

7. Нахабцев А.С., Сапожников Б.Г., Яблучанский А.И. Электропрофилирование с незаземленными рабо­чими линиями. Л.: Недра. 1985. 96 с.

8. Тимофеев В.М., Бяшков Г.П. О некоторых путях по­вышения эффективности электропрофилирования при инженерно-геокриологической съемке. Тр. ВСЕГИНГЕО. 1976. Т. 1. № 81. С. 28—36.

9. Трофимов И.В., Башкеев А.С., Савченко В.А., Коншин И.О. Опыт комплексирования бесконтакт­ной технологии метода сопротивлений и геофизи­ческой съемки с применением беспилотных лета­тельных аппаратов при поисках коренного золота в Бодайбинском синклинории. Науки о Земле и не­дропользование. 2024. № 47(3). С. 248—261. DOI: 10.21285/2686-9993-2024-47-3-248-261