4.2.2. Аппаратура для электроразведки и терморазведки. При глубинных и структурных исследованиях земной коры (глубина разведки свыше 500 - 1000 м) используются различные электромагнитные зондирования (ЭМЗ). В качестве измерительной аппаратуры при их постановке служат полевые лаборатории электроразведочных станций (ПЛ-ЭРС). Они предназначены для регистрации
85
электрических (Ex, Еу) и магнитных (Нx, Ну, Нz) компонентов естественного или искусственно созданного поля в широком диапазоне сверхнизких и низких частот (от 0,01 до 100 Гц) с погрешностями измерений до 10 мкВ. Регистрация E осуществляется заземленной на концах линией MN (гальваническое измерение), а для регистрации H используются незаземленные приемные петли площадью q, индукционные датчики или специальные магнитометры (индукционные измерения). В России выпускались различные ПЛ-ЭРС. Например, цифровая электроразведочная станция ЦЭС-М, смонтированная на грузовом автомобиле, предназначена для регистрации E и H на 8 каналах. ЦЭС-М является универсальным измерительным аппаратурным комплексом, обеспечивающим усиление сигналов, фильтрацию помех, аналоговую и цифровую регистрацию и компьютерную обработку материалов.
В электромагнитных зондированиях искусственными (управляемыми) гармоническими или импульсными (ступенчатообразными) полями в качестве источника тока используются генераторные группы электроразведочных станций (ГГ-ЭРС). Например, изготовляемая в России генераторная группа типа УГЭ-50 смонтирована на двух грузовых автомобилях (на одном установлен дизель-генератор, на втором - управляющая система и измеритель тока). Напряжение на выходе генераторной группы до 1000 В может выдаваться на ряде стандартных фиксированных частот f: 0,019; 0,038; 0,076; 0,15; 0,31; 0,62; 1,22; 2,44; 4,88; 9,76; 19,5, 39; 78; 156 Гц при максимальной силе тока до 100 А.
Электромагнитное поле в Земле создается или с помощью питающих электродов, заземленных на расстоянии AВ (гальваническое возбуждение), или с помощью незаземленной генераторной петли площадью Q (индукционное возбуждение). В качестве заземлений А и В используются десятки металлических штырей длиной 0,5 - 1 м, а иногда буровые шнеки длиной 7 - 15 м. Последние забуриваются с помощью самоходной буровой установки. Электроды АВ и петля Q подключаются проводами с хорошей изоляцией к генераторной группе, и с помощью амперметра в них измеряется сила питающего тока I.
При выполнении ЭМЗ генераторная группа УГЭ-50 может использоваться совместно с цифровой полевой лабораторией электроразведочной станции, например, типа ЦЭС-М или с переносным измерительным прибором типа ЭИН-204.
Электроразведочный измеритель напряжений ЭИН-204 является цифровым компьютеризированным микровольтметром для измерения разностей потенциалов Δ U на MN или в петле q в пределах от 10 мкВ до 1 В на перечисленных выше частотах.
86
Встроенный микропроцессор обеспечивает компьютерную обработку сигналов (усиление, фильтрацию, регистрацию).
Изучение небольших глубин (до 500 м) проводится или с помощью ЭИН-204 с портативным генератором, работающим хотя бы на одной из перечисленных частот, или аппаратурой на постоянном либо низкочастотном переменном (до 20 Гц) токе, например ЭРА или АНЧ-3.
Электроразведочная аппаратура ЭРА - это переносной универсальный многоцелевой комплект приборов, состоящий из двух генераторов, работающих на частотах 0; 4,88 и 625 Гц со стабилизационным током от 0,1 до 200 мА, и измерителя напряжений в диапазоне от 0,3 мкВ до 2 В.
Аппаратура низкой частоты АНЧ-3 состоит из переносных генератора и микровольтметра, работающих на частоте 4,88 Гц. Они предназначены для гальванического возбуждения поля с помощью заземлений АВ (со стабилизированным током I величиной 10; 31,3 и 100 мА) и измерения разностей потенциала Δ U на заземлениях MN (в интервале от 10 мкВ до 1 В).
Для электроразведки на малых глубинах (до 100 - 200 м) используются индуктивные наземные и воздушные методы электроразведки с гармоническим (с частотой до 10 кГц) и импульсным (длительность импульсов десятки миллисекунд) возбуждением поля и измерением магнитных его компонентов. С этой целью создаются различные малосерийные комплекты аппаратуры, состоящие из генераторов и микровольтметров.
С помощью высокочастотных радиоволновых методов можно изучать самую верхнюю часть разреза (10 - 30 м). Для этого используются различные радиопередатчики и радиоприемники, работающие в диапазоне сверхдлинных (частота свыше 10 кГц), длинных (f > 100 кГц), средних (f > 1 МГц) и коротких (f > 2 - 10 МГц) волн. При решении экологических задач среди этих методов представляют особый интерес методы георадио-контроля на частотах около 1 МГц и георадара на частотах 50 - 150 МГц.
Сверхвысокочастотные методы (f > 300 МГц) находятся на стыке электроразведки и терморазведки. Аппаратурой для них служат регистраторы радиотеплового, инфракрасного и радарного излучений с длиной излучаемых радиоволн в воздухе от 1 мкм (f= 3 · 108 МГц) до 1 м (f = 300 МГц). Аэрокосмические радиотепловые и инфракрасные съемки (РТС и ИКС) земных ландшафтов выполняются с помощью тепловизоров, которые состоят из фоточувствительного элемента (фотодетектора), воспринимающего электромагнитное излучение определенных интервалов микрометровых волн. Высокая чувствительность и безынерционность фотодетектора обеспечивается помещением его
87
в охлаждающие устройства с очень низкой температурой (< -200°С), например в сосуд с жидким гелием или азотом. Полученные сигналы преобразуются в электрические, которые после усиления передаются или на экран телевизора, или на другой носитель (оптический, магнитный), или, после кодирования, на ЭВМ. В тепловизорах имеется сканирующее электронно-механическое устройство для ориентации фотодетектора перпендикулярно движению носителя, что обеспечивает возможность бокового или кругового обзора.
При терморазведке кроме тепловизоров используются разного рода электрические и полупроводниковые термометры, обеспечивающие возможность изменения температур в шпурах, скважинах, донных осадках с точностью около 0,1°С.
88
