Метод переходных процессов

Сущность метода переходных процессов заключается в возбуждении с помощью незаземленного контура первичного импульсного магнитного поля и в регистрации в паузах между импульсами на другом или том же контуре неустановившегося магнитного поля вихревых токов, возникающих в проводящих объектах в Земле.

Физическая сущность процессов происходящих при этом в проводящем полупространстве заключается в следующем.

При пропускании тока через какой-нибудь незаземленный контур в проводящем полупространстве возникает первичное магнитное поле. Оно индуцирует в проводящих областях разреза нестационарные электрические токи, присутствующие и после окончания импульса тока в источнике первичного поля. В соответствии с законами индукции магнитное поле индуцированных токов стремится сохранить постоянным первичное поле внутри проводящих областей разреза. В момент резкого изменения первичного поля (при выключении тока) вторичные токи распределяются в приповерхностных областях проводящих зон: затем они проникают в глубь этих областей, постепенно затухая вследствие тепловых потерь. Чем больше электропроводность объекта и его размеры, тем меньше тепловые потери и тем дольше длится переходной процесс. В связи с этой особенностью метод нашел применение, главным образом, при поисках промышленных залежей руд высокой электропроводности – сульфидных и других тел с массивной и прожилково-вкрапленной текстурой.

Метод переходных процессов отличается от индуктивных методов, использующих гармонически меняющиеся поля, следующими особенностями.

1. Нестационарное магнитное поле исследуют после

исчезновения первичного поля, таким образом, из результатов наблюдений не приходится исключать первичное поле, не несущего геологической информации.

2. Так как скорость затухания токов, наведенных в

различных геологических объектах, зависит от их проводимости и размеров, то это позволяет разделить во времени влияние различных элементов геоэлектрического разреза на наблюденное поле и выбрать время регистрации переходных процессов применительно к характеру решаемой задачи.

Изучение поздних стадий переходных процессов позволяет избавиться от влияния неоднородностей во вмещающей толще и зарегистрировать аномальные эффекты, связанные только с хорошо проводящими глубинными образованиями.

Магнитное поле вихревых токов в покровных отложениях затухает в диапазоне первых десятков миллисекунд, т.е. значительно быстрее, чем поле от токов в хорошо проводящих телах. Это позволяет при регистрации поздних стадий процесса (t > 10 мсек) выделять аномалии, связанные с хорошо проводящими телами в случае, если последние находятся под покровными отложениями, резко меняющимися по мощности и проводимости.

Изучение же ранних стадий переходного процесса (t < 10 мсек) может дать материал для решения задач неглубинного геологического картирования, в частности, для решения задач картирования мощности рыхлых отложений.

Перечисленные особенности метода обуславливают его эффективность при поисках месторождений хорошо проводящих сульфидных руд.

Наземные исследования выполняются с помощью незаземленной петли в двух вариантах.

Первый вариант заключается в том, что поисковые работы выполняются в однопетлевом варианте (МППО), при помощи совмещенных в пространстве генераторной и приемной петель, либо одна и та же петля используется в качестве источника (во время токового импульса в ней) и приемника (в паузах между импульсами). Первый вариант может быть применен для детализации и оценки аномалий, полученных при съемке другими геофизическими методами (НЧИМ, гравиразведка, ВП).

Второй вариант характеризуется тем, что вторичное поле петли исследуют с помощью автономной измерительной рамки малого размера (измерительный диполь), перемещаемой по профилям внутри генераторной петли в пределах ее центральной части (на расстоянии до 100 м от проводов петли) – МППР. Второй вариант применяется для поисковых и детализационно-оценочных работ в труднодоступных районах.

Иногда для получения дополнительной информации об исследуемом объекте используются сдвоенные установки, состоящие из расположенных рядом петель одинакового размера. При этом измеряется разностный сигнал при встречном включении соседних приемных петель. В этом случае снижается уровень помех и влияние горизонтально-однородной среды.

Существенное преимущество способа исследования нестационарного поля с совмещенными источниками и приемниками поля (вариант 1) заключается в том, что изучается интегральное значение потока магнитного поля через контур петли. Отсюда и повышенная глубинность съемки. Кроме того, использование в качестве приемника большой петли позволяет при одном измерении получать информацию о характере геоэлектрического разреза площади, оконтуренной петлей, т.е. исследования с совмещенными контурами являются весьма производительными и дешевыми.

Существенный недостаток МППО – это низкая детальность исследований, ограничивающая разрешающую возможность метода переходных процессов в отношении локализации источников вторичного поля.

При проведении поисково-разведочных работ МПП могут быть использованы два способа регистрации полей.

Первый способ состоит в записи всей кривой переходного процесса при возбуждении искомых объектов однократными импульсами магнитного поля. Основные преимущества этого способа регистрации – получение наиболее полной информации о разрезе.

Второй способ состоит в измерении амплитуд вторичного поля для дискретных значений времени при возбуждении искомых объектов серией периодически следующих импульсов. Этот способ позволяет создать схемы со стрелочными выходными приборами, менее громоздкими и более помехозащищенными, т.к. они допускают использование различных систем накопления.

Аппаратура для изучения переходных процессов должна быть широкополосной, т.к. любые искажения спектрального состава исследуемого поля ведут к искажению переходных характеристик, являющихся основным материалом МПП. Практически нижнюю границу полосы пропускания аппаратуры ограничивают десятыми долями герца, верхнюю – несколькими сотнями герц.

Длительность импульсов тока в разных комплектах аппаратуры варьирует от 20 до 40 мсек, что обеспечивает к концу импульса практически полное затухание нестационарного поля индуцированного в момент включения тока. Длительность паузы при периодически – импульсном режиме измерений варьирует от 30 до 80 мсек, что также обеспечивает к концу паузы практически полное затухание индуцированного сигнала, связанного с фронтом выключения тока.

Время регистрации переходных процессов определяется характером решаемых геологических задач. Опыт полевых работ и теоретические расчеты свидетельствуют о том, что при поисках промышленно ценных залежей хорошо проводящих руд, необходимо изучать переходной процесс в диапазоне времен от нескольких единиц до первых десятков миллисекунд.