Аэрометод переходных процессов

Отечественная аэроэлектроразведочная аппаратура для работ методом переходных процессов была разработана в середине 1970-х гг. В 1970—1980-х гг. выпускались аэроэлектроразве-дочные станции модификаций АМПП, АМПП-1, АМПП-2, в состав которых входил комплект генераторных бортовых контуров, выносное приемное устройство в гондоле-носителе и комплект измерительной аппаратуры. В комплект бортовой широко применявшейся аппаратуры АМПП-2 кроме приборов электроразведочного канала входит квантовый магнитометр.

Аппаратура АМПП-2 имеет следующие технические характеристики:

  • — рабочая частота стробирования — 125 Гц;
  • — диапазон времени регистрации переходного процесса — 0,5—3 мс;
  • — число одновременно регистрируемых временных значений переходного процесса — 3;
  • — общее число каналов — 4;
  • — измеряемая величина — П(1);
  • — дипольный момент генераторного контура — 6 • 104 А-м2;
  • — разнос генераторной и приемной рамок — 35—50 м;
  • — порог чувствительности, приведенный к значению сигнала первичного поля — 30 • 10-6;
  • — способ регистрации — аналоговый и цифровой;
  • — источник питания бортовых блоков — борт-сеть 27 В;
  • — источник питания выносного приемного устройства — 2 батареи МПМЦГ;
  • — масса комплекта бортовой аппаратуры — 280 кг.

Аэроэлектроразведочная станция АМПП-2 размещается на легком вертолете типа Ка-26. Горизонтальный 10-витковый контур в виде кольца диаметром 7 м, обладающий дипольным моментом 6 • 104А-м2, смонтирован на фюзеляже вертолета (см. рис. 5.4). Приемная катушка для измерения вертикальной компоненты поля помещена в гондоле, буксируемой на трос-кабеле длиной 50 м, номинальная высота полета относительно приемного контура составляет 50—60 м. Благодаря малой скорости вертолета (до 100 км/ч) снос гондолы не превышает 3—4 м, что обеспечивает практическую соосность установки. В аппаратуре АМПП-2 импульсы тока полусинусоидальной формы генерируются мостовым инвертором, нагруженным на последовательный резонансный контур ударного возбуждения с высокой добротностью (генераторная петля). Такая система обеспечивает импульс тока амплитудой 160 А с высоким коэффициентом полезного действия. ЭДС приемного контура, регистрируемая на определенных временных задержках, усиливается и по трос-кабелю подается на регистрирующую аппаратуру, управляемую с помощью ЭВМ. Первоначально регистрация ЭДС переходного процесса велась на трех временных задержках в диапазоне 0,35—3,5 мс, в последующих модификациях аппаратуры АМПП-2 реализована возможность программно изменять количество задержек (до 15) и их время. Система компенсации позволяет компенсировать электромагнитные помехи, индуцированные в корпусе вертолета и его агрегатами, при этом остаточный уровень помех (стандартное отклонение) обычно не превышает 10 мкВ, что составляет 5 ? 10-5 от уровня первичного поля. При поисках высокопроводящих сульфидных рудных тел с применением аппаратуры АМПП-2 в условиях Полярного Урала была достигнута глубина исследований в 60 м, а площадь аномальных зон составляла от 1 до 3 % от площади съемки.

Аппаратура «Импульс-А4», разработанная в СНИИГГиМСе (г. Новосибирск), предназначена для аэрогеофизических исследований методом переходных процессов (АМПП)[1]. Способ перемещения — под фюзеляжем вертолета типа Ми-8 на тросе длиной до 50 м при расположении платформы на высоте от земли 25—45 м (рис. 5.10). Скорость съемки — 100—120 км/ч. Ресурс непрерывной работы вертолета Ми-8-Т с подвесной разведочной платформой в усредненных условиях составляет около 6 ч (с дополнительными топливными баками).

Отличительными особенностями вертолетной разведочной платформы «Импульс-А4» являются: увеличенная, по сравнению с известными аналогами, мощность электромагнитного излучателя за счет использования оригинальной конструкции зонда с площадью проекции на исследуемую поверхность до 150 м2 с максимальным магнитным моментом до 2 • 105 А-м2; оптимизированные токовые импульсы с возможностью широкополосного излучения поля и настройки системы на поиск слабоконтрастных объектов; возможность работы в двух системах наблюдений, «воздух—воздух» и «земля—воздух». Система оснащена радиовысотомером, обеспечивающим измерение высоты в диапазоне 20—1000 м с разрешением ±2 м, и оптическим высотомером, обеспечивающим измерение высоты в диапазоне 0,5—300 м с разрешением 1 мм, а также необходимым навигационным оборудованием. Силовая несущая конструкция — горизонтальный секционированный тор. Размер секции: длина — 4,0—4,5 м, диаметр — 0,3 м.

Рис. 5.10. Разведочная платформа аппаратуры «Импульс-А4»

Работа на профиле осуществляется при тесном взаимодействии экипажа и бортинженера-геофизика по навигационному обеспечению и контролю режимов полета. Во время работы экипажа на исследуемом участке командиру с панели навигационного компьютера предъявляется система проектных профилей, динамически позиционированная с положением вертолета.

Электроразведочный комплекс «Импульс-А4» имеет канал измерения ЭДС и канал измерения высоты и координат. Он состоит из следующих функциональных блоков:

  • — коммутатор тока, формирующий двуполярные П-образные и полусинусоидальные импульсы тока и сигнал синхронизации для управления записью измерительного комплекса синхронно с СР5-временем;
  • — измерительные модули, осуществляющие усиление и оцифровку входных сигналов;
  • — измерительный компьютер, осуществляющий запись измерений ЭДС и привязку времени по спутнику к текущим измерениям;
  • — высотомер, производящий измерение высоты зонда над исследуемой поверхностью;
  • — приемно-генераторная авианесущая конструкция для обеспечения прогнозируемой геометризации ЭМ-зондирований в режиме сканирования;
  • — навигатор, обеспечивающий пилота вертолета информацией о соответствии местоположения вертолета согласно плану траектории исследуемого участка, положением платформы относительно Земли и фюзеляжем вертолета;
  • — блок навигации, производящий привязку высоты — времени — координат для последующего сопоставления с данными измерений;
  • — компьютер визуализации, служащий для оценки качества производимых измерений и контроля режимов полета и записи информации.

Измеритель синхронно с выключением тока в индукторе производит измерение ЭДС, наведенной на измерительную антенну вторичными токами, возникающими в среде в процессе становления поля. Одновременно с измерением ЭДС производится измерение высоты зонда над поверхностью земли. Измерители имеют в своем составе четырехкаскадный усилитель (коэффициенты усиления 1, 10, 100, 1000). Измерение производятся одновременно по всем каскадам с циклическим переключением каскадов. Измерения тока производятся в начале и конце рейса. ЭДС и высота измеряются одновременно в течение всей съемки.

Данные электроразведочного комплекса «Импульс-А4» сохраняются в файлах с расширением Idf. Файл представляет собой последовательность кадров, каждый из которых есть результат измерения переходного процесса. Каждый файл может содержать до 400 кадров. При превышении количества кадров в профиле создается файл с новым номером. Также в ходе измерений производится запись файла Navigation.log, в котором записывается информация о времени измерения (GMT) для каждого кадра с точностью до секунды. Затем в процессе предобработки все данные сводятся в один общий формат, включающий данные по топогеодезической привязке, высоте и ЭДС. Количественная интерпретация полученных данных аэросъемки МПП проводится с использованием пакетов программ HORIZON, IFSTEM. В качестве базовой используется одномерная модель среды.

Технические характеристики аппаратуры «Импульс-А4»:

  • — генераторный контур — горизонтальный, многовитковый;
  • — количество витков — 2—4—6—8;
  • — форма тока в контуре — П-образная, 1/2 sin;
  • — амплитуда тока — до 500 А;
  • — длительность ток/пауза — 2/5/10/20 мс;
  • — потребляемая мощность — 2,5—10 кВт;
  • — частота следования импульсов — 200—50 Гц;
  • — напряжение питания генераторного контура — 600 В;
  • — полоса пропускания антенны — 1000 кГц;
  • — источник синхроимпульсов — генератор;
  • — форма импульсов синхронизации — меандр.

Вертолетная импульсная электроразведочная система АМПП серии «Экватор» разработана ЗАО «Геотехнологии», первые съемочные работы с этой аппаратурой были проведены в 2010 г.[2]

Аппаратура АМПП серии «Экватор» имеет следующие основные технические характеристики:

  • — момент (площадь) генераторного контура — 177 м2;
  • — количество витков генераторного контура — 4;
  • — форма зондирующего импульса — усеченный полусинус;
  • — дипольный момент генераторного контура — 105 А-м2;
  • — частота генераторных импульсов — 77 Гц;
  • — измеряемые составляющие поля — X, У, 7;
  • — диапазон частот — от 77 Гц до 12 кГц.

Отличительной особенностью системы «Экватор» является расположение измерительного датчика посередине буксировочного кабеля длиной 70 м, на котором буксируется генераторный контур.

При расположении источника поля вблизи металлической массы летательного аппарата (самолета или вертолета) в генераторной рамке очень трудно обеспечить крутые фронты импульсов тока. Кроме того, за счет влияния летательного аппарата в этом случае могут создаваться электромагнитные помехи. Поэтому некоторые зарубежные фирмы, разрабатывающие и производящие аппаратуру АМПП, предпочитают системы, в которых и генераторное, и приемное устройство транспортируются вертолетом. В настоящее время получили наибольшее распространение вертолетные аэросистемы АегоТЕМ, НЕЫТЕМ, ЗкуТЕМ и УТЕМ, основные технические характеристики которых приведены в табл. 5.3. Внешний вид системы АегоТЕМ IV показан на рис. 5.11.

Новые варианты аэроплатформ ЗкуТЕМ производят возбуждение двух чередующихся импульсов тока, отличающихся по силе тока примерно в 10 раз, что позволяет качественно изучать как ранние, так и поздние времена регистрации переходного процесса. Наряду с очень маленьким начальным временем регистрации — 8 мкс (у модификаций ЗкуТЕМЮ! и ЗкуТЕМЗОА), данная платформа имеет и другие особенности: один виток генераторного контура (увеличение количества витков генераторного контура негативно затягивает фронт выключения тока) делает эту платформу потенциально хорошим инструментом для поиска локальных аномалиеобразующих объектов (типа кимберлитовых тел). Кроме того, небольшой вес платформ (368 кг у ЗкуТЕМЮ! и 475 кг у ЗкуТЕМЗОА) облегчает транспортировку и проведение работ.

Внешний вид системы АегоТЕМ IV

Рис. 5.11. Внешний вид системы АегоТЕМ IVі

Таблица 5.3

Сравнительный анализ основных платформ импульсной индуктивной аэроэлектроразведки АМПП зарубежных фирм

Характеристика

SkyTEM

АегоТЕМ

VTEM

HELITEM

Количество витков генераторного контура

1

8

4

2

Форма импульса

Экспоненциальная, прямоугольник*

Треугольная

Полигональная

Полусинус

Максимальный ток, А

120

250

310

1 412

Дипольный момент, тыс. А-м2

7, 150, 500

40, 340, 1000

240, 625, 1300

2000

Начальное время регистрации, мкс

8, 35, 410

13

155 (on time) 175 (off time)

Примечание: *два импульса, с большим и малым током.

Среди модификаций платформ УТЕМ необходимо отметить УТЕМЕаг1У ате, которая характеризуется 45 каналами измерения

Новые дистанционные геолого-геофизические технологии при поисках руд

ных месторождений / А. Ю. Егоров [и др.] // Разведка и охрана недр. 2006. № 8.

переходного процесса и начальным временем после выключения тока всего 18 мкс. Кроме того, эта модификация выгодно отличается большим дипольным моментом генераторного контура — до 6,25 • 105 А-м2 против 1,25 • 105 А-м2 у ЗкуТЕМЗОА.

Платформа НЕЫТЕМ (рис. 5.12), предназначенная главным образом для глубинных исследований, характеризуется большим дипольным моментом, достигающим 2 ? 106 А-м2. Предполагается, что ей на смену придет аэроплатформа МиЕПРиЬЗЕ, которая использует две формы импульса:

  • — полусинус для поиска глубокозалегающих объектов;
  • — прямоугольный импульс с небольшой силой тока для картирования неглубокозалегающих (до 50—100 м) объектов.
Внешний вид НЕИТЕМ платформы

Рис. 5.12. Внешний вид НЕИТЕМ платформы

Все рассмотренные платформы возбуждают электромагнитное поле различными формами импульса: ЗкуТЕМ — прямоугольный, АегоТЕМ — триангл, УТЕМ — полигональная форма, НЕЫТЕМ —

разнополярный полусинус, что может быть важно для возбуждения процессов индукционного ВП. Если сигнал ВП по амплитуде превышает ЭМ-сигнал электропроводности, может проводиться фиксация сигнала ВП. На практике это явление встречается довольно часто, например, отчетливыми сигналами ВП часто проявляются кимберлитовые трубки при производстве съемок системой АегоТЕМ1.

Кимберлиты Якутской алмазоносной провинции также обладают повышенной поляризуемостью. Для картирования слабо проводящих, но поляризующихся объектов, наиболее подходящими являются установки с геометрически совмещенными питающей и приемной катушками2.

Аэрометод радиокип

Для работ в аэроварианте сверхдлинноволновой модификации метода радиокип в 1970—1980-х гг. была разработана и широко применялась отечественная специализированная аппаратура СДВР-А, а также специальный электроразведочный канал комплексных аэрогеофизических станций СКАТ-77 и СТК (аэромагниторазведка, аэрогамма-спектрометрия, аэроэлектроразведка), технические характеристики которой приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Технические характеристики аппаратуры СДВР-А и электроразведочного канала станции СКАТ-77

Характеристика

СДВР-А

Электроразведочный канал СКАТ-77

Летательный аппарат

Самолет Ан-2

Самолет Ан-2

Рабочие частоты, кГц

  • 15,1; 17,44; 18,6;
  • 19,6; 22,3

15,1; 17,425; 17,8; 18,6; 19,575; 22,3

Измеряемые величины

Горизонтальная составляющая магнитного поля

Горизонтальная составляющая магнитного поля на двух частотах

Резонансная чувствительность магнитной антенны, В/(А-м)

20

15

Чувствительность по напряжению, мкВ на шкалу записи

10

2,5

Ширина полосы пропускания, Гц

170 ± 20

150 ±60

  • 1 Rudd J., Balch S. Four short АегоТЕМ case studies // KEGS Symposium, New developments in Airborne Geophysics. 2005.
  • 2 Стогний В. В., Коротков Ю. В. Поиск кимберлитовых тел методом переходных процессов. Новосибирск : Малотиражная типография 2D, 2010.

Окончание табл. 5.4

Характеристика

СДВР-А

Электроразведочный канал СКАТ-77

Динамический диапазон по входному сигналу, дБ

28

38

Уровень шумов, приведенный ко входу, мкВ

0,5

0,2

Порог чувствительности, А/м

10-9

Не нормируется

Масса, кг

12,5

15

  • [1] Аэрогеофизические вертолетные платформы серии «Импульс» для поисковооценочных исследований / Г. М. Тригубович [и др.] // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006. № 2.
  • [2] Новая вертолетная электроразведочная система «Экватор» для метода АМПП / А. К. Волковицкий [и др.] // Приборы и системы разведочной геофизики. 2010. № 2.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >