Метод переходных процессов.

Метод переходных процессов (МПП) относится к группе индуктивных методов электроразведки, характеризующейся с одной стороны, те, что исследование этого поля производится в ближней зоне по отношению к источнику тока.

От других индуктивных методов МПП отличается прежде всего тем, что в этом методе изучается неустановившееся электромагнитное поле (переходной процесс), и сведения о геоэлектрическом разрезе исследуемой площади получаются на основе изучения переходного процесса в различных пунктах наблюдения.

В качестве источника первичного поля при работе МПП может быть использована незаземленная петля, длинный прямолинейный кабель, заземленный на концах, или магнитный диполь в виде рамки малых размеров.

После выключения постоянного тока в проволочной петле, расположенной вблизи электропроводящего объекта, в нем возникают вихревые токи. В следствие скин-эффекта они развиваются вначале в периферийной части проводника, и затухая во времени, распространяются к его центру. Затухание тока происходит за счет тепловых потерь, отсюда чем меньше сопротивление проводника и больше его размеры, тем медленнее происходит затухание.

В результате пространственно-временных изменений вихревых токов в петле наводится ЭДС – e(t). Ее зависимость от времени и характеризует переходной процесс.

Ступенчатое изменение первичного магнитного поля приводит к возникновению в проводящих горных породах и рудах неустановившегося поля вихревых токов, производная по времени от магнитного компонента изучается с помощью приемной индукционной рамки.

Имея ряд общих черт с группой низкочастотных индуктивных методов, МПП обладает следующими особенностями.

1. Вторичное поле измеряется после исчезновения первичного

поля, т.е. регистрируется чисто аномальный эффект. В других методах задача исключения первичного поля не решается с требуемой точностью, что затрудняет интерпретацию. Возможность регистрации только вторичных эффектов позволяет резко снизить требование к точности аппаратуры.

2. Возможность использования явления зависимости скорости

затухания от проводимости объекта и его размеров, о характере которой было ранее рассмотрено. Следовательно, можно измерение ЭДС в рамке производить в такие моменты времени, когда остаются только вихревые токи, индуцированные в высокопроводящем теле (сульфидные руды), а токи, возбужденные в менее проводящих породах (рыхлые осадки), уже погасли, или полностью перешли в тепловую энергию.

Переходные характеристики в МПП содержат информацию об абсолютной проводимости объекта (подобно частотным характеристикам). Существуют практические способы пересчета частотных характеристик в переходные и наоборот. Переходные характеристики являются в значительной мере общими для тел различной формы. Общность заключается в совмещении переходных характеристик для различных тел в двойном логарифмическом масштабе, если ввести понятие приведенного параметра τ = gmQ, где Q – множитель с размерностью L². Параметр τ характеризует время спада поля.

Итак, основные положения, характеризующие данный метод, и его место в комплексе рудной геофизики:

1. Переходные процессы в присутствии объемных проводников

простой геометрической формы характеризуются спадом во времени магнитного поля вихревых токов по закону бесконечной суммы экспонент с показателями степени, зависящими от формы и размеров, проводимости рудного тела.

2. Диапазон времени, на котором может быт достигнута высокая

эффективность поисков, лежит в пределах первых десятком миллисекунд.

3. Измерение аномальных эффектов не представляет

технических трудностей.

4. Изучение поздних стадий переходных процессов позволяет

избавиться от влияния неоднородностей во вмещающей толще и зарегистрировать аномальные эффекты, связанные только с хорошо проводящими образованиями, даже в том случае, если эпицентры хорошо проводящего тела и вышележащего худшего проводника совмещены в плане.

5. Магнитное поле от вихревых токов в покровных отложениях

затухает значительно быстрее, чем поле от токов в хорошо проводящих телах, что позволяет выделять аномалии, связанные с хорошо проводящими телами, в случае, если даже последние находятся под покровными отложениями, резко меняющимися по мощности и проводимости.

6. Изучение ранних стадий переходного процесса (t < 10мсек)

может дать материал для решения задач неглубокого геологического картирования (в частности для картирования мощности рыхлых отложений). Однако регистрация переходных процессов в ранних стадиях наталкивается на серьезные технические трудности.

7. Таким образом, областью наиболее эффективного применения

МПП, в первую очередь, считаются поиски хорошо проводящих объектов.

Значение параметра Q, или эффективного сечения тела, входящего в выражение для характерного времени спада поля
τ = gmQ имеет вид:

1. Цилиндр радиуса а (или сильно вытянутый проводник с

изометричным сечением). Q = а².

2. Пласт мощностью l₁ и длиной по падению l₂ (или сильно

вытянутый по падению проводник с неизометрическим сечением). Q = (l₁· l₂)/2.

3. Шар радиуса а (или изометрический проводник). Q = а²/2.

При исследованиях переходных процессов могут быть выбраны два пути.

1. Запись всей кривой переходного процесса, при возбуждении

искомых тел однократными импульсами магнитного поля (методика МГРИ). При этом получается наиболее полная информация о переходных процессах и разрезе. Однако, соответствующая аппаратура очень громоздка, она смонтирована на 2 –ух автомашинах. Запись обычно осциллографическая.

2. Измерение амплитуд вторичного поля для дискретных

моментов времени, при возбуждении искомых тел серией периодических импульсов (методика ВИТР). В этом способе можно создать приборы со стрелочной индикацией. Аппаратура портативная. Преимущество – возможность работы в труднодоступных районах, сравнительная дешевизна аппаратуры и работы.

С помощью МПП можно решать следующие геологические задачи:

1. Обнаружение рудных месторождений и отдельных рудных тел

с высокой электропроводностью. Объектами для поисков могут быть сульфидные и магнетитовые массивные руды, графитизированные сланцы.

2. Оконтуривание аномальных зон, определение элементов

залегания одиночных тел и параметра, характеризующего качество проводника.

3. Картирование рыхлых отложений, обладающих высокой

электропроводностью.

В соответствии с указанными задачами полевые работы проводятся в два этапа: площадная поисковая съемка и детальные работы.

Рассмотрим детально вариант с совмещенным источником и приемником поля, аппаратурой МППО – 1 (ВИТР).

Аппаратура МППО – 1 состоит из генераторного измерительного блока, блока питания, многожильного медного провода и двух катушек.

Генераторно-измерительный блок создает в раскладываемой петле периодически следующие прямоугольные импульсы тока.

1 – токовый импульс, 2 – кривая ЭДС индукции e(t), 3 – момент времени t, в который производится измерение.

В паузах между ними в той же петле, если поблизости находится проводящий объект, возникает периодическая последовательность импульсов напряжения (ЭДС), имеющего форму кривой изучаемого переходного процесса e(t). В выбранные моменты времени t_x измеряется соответствующая величина e(t_x), приведенная к единице силы тока J в импульсе, т.е. измеряется величина .