Методика измерений в скважинах

При измерениях в скважинах (вариант скважина-скважина) используют несколько способов просвечивания: синхронный, шаговый, односкважинный.

При синхронном способе (рис. 21.7.1) приемник и передатчик помещают в разные скважины (не обязательно на одинаковую глубину) и начинают их синхронный подъем с одинаковой скоростью. Лучи просвечивания в этом случае можно изобразить в виде параллельных отрезков. Преимущество этого способа - высокая производительность, недостаток - невозможность точной локализации поглощающего объекта в пространстве между скважинами.

При шаговом способе передатчик неподвижно устанавливают в одной скважине, по другой перемещают приемник. Точки стояния передатчика меняют (делают шаги по скважине). Такая методика наблюдений (рис. 21.7.2) требует больших затрат времени, но зато позволяет точно определить местоположение поглощающего объекта.

Рис. 21.7. Различные способы наблюдений в методе РВП: 1 - синхронный; 2 -шаговый; 3 - односкважинный (а - односкважинное РВ профилирование; б -РВ зондирование Односкважинный способ применяют в тех случаях, когда в распоряжении исследователя имеется только одна скважина. В эту скважину и помещают и приемник, и передатчик (рис. 21.7.3). При этом возможны варианты радиоволнового профилирования (когда передатчик и приемник перемещают по скважине с сохранением постоянного расстояния между ними) и РВ зондирования (когда передатчик и приемник разносят на разные расстояния или при сохранении постоянного расстояния меняют частоты просвечивания).

Важным вопросом методики РВП является выбор оптимальной частоты ЭМП. С одной стороны, желательно, чтобы частота была наименьшей, т.к. чем меньше частота, тем меньше поглощение и, следовательно, больше дальность просвечивания. С другой стороны, чем меньше частота, тем больше длина волны и тем легче такие волны огибают препятствия (проводники), следовательно, уменьшается разрешающая способность метода. По этой причине работы в РВП, как правило, проводят на 2-х частотах: основной и дополнительной. В качестве основной выбирают наиболее высокую частоту, обеспечивающую необходимую дальность просвечивания; в качестве дополнительной -ближайшую к ней более низкую частоту из диапазона частот, на которых работает аппаратура.

Интерпретация результатов

Интерпретацию результатов РВП выполняют разными способами. Наиболее простым является способ засечек. Суть этого способа поясняется рис. 21.8, а.

Рис. 21.8. Интерпретация результатов РВП методом засечек (а) и лучевым методом (б)

При каждой точке стояния передатчика определяют границы радиотени, пользуясь правилом полумаксимума аномалии, и эти границы соединяют с точкой стояния передатчика - проводят засечки. Проводя засечки при разных стоянках передатчика, оконтуривают общую для всех точек стояния передатчика зону, где располагается поглощающий объект. Этот способ позволяет определить местоположение и размеры объекта, но не дает информации о распределении поглощающих свойств внутри него.

Более информативен лучевой способ. Согласно этому способу, по различным лучам просвечивания вычисляют так называемые "коэффициенты экранирования"

(21.4)

где Е - напряженность нормального поля, вычисленная для данного расстояния просвечивания по формуле (21.2) или определенная по соответствующей номограмме;

измеренная напряженность поля по тому же лучу. Рассчитанные значения коэффициентов экранирования подписывают на соответствующих лучах или откладывают в виде стрелок в определенном масштабе, а затем по лучам с повышенными значениями Э

РВП проводят с целью выявления проводников в окрестностях скважин или горных выработок и в пространстве между ними, а также для определения длины выклинки и размеров рудных тел, подсеченных выработками и скважинами.

Работы выполняют в вариантах: скважина-скважина, скважина-горная выработка, скважина-поверхность и т.д. При этом в одной скважине (горной выработке, на поверхности) устанавливают источник радиоволн (передатчик), а в другой - приемник. Проводя измерения при различных положениях приемника и передатчика, "просвечивают" радиоволнами исследуемое пространство.

Аппаратура РВП обеспечивает возможность работы на разных фиксированных частотах. Переход с одной частоты на другую осуществляется за счет смены частотных фильтров в схемах передатчика и приемника и за счет изменения параметров антенн.

В качестве антенн, излучающих и принимающих радиоволны, при работах в скважинах используют электрические диполи, при работах в горных выработках и на поверхности - магнитные диполи. И те, и другие характеризуются определенной направленностью излучения и приема.

Напряженность Е электрической компоненты ЭМП вычисляют по формуле:

(21.2)

где напряженность поля при r=0 (мощность передатчика);

r- расстояние между приемником и передатчиком;

θ1-угол между осью передающей антенны и направлением на приемник (см. рис. 21.6, а);

θ2-угол между осью приемной антенны и направлением на передатчик;

φ-угол между плоскостями, одна из которых проходит через антенну передатчика и отрезок г, соединяющий передатчик с приемником, другая - через антенну приемника и тот же отрезок г (см. рис. 21.6, б);

Aк кажущийся коэффициент поглощения радиоволн.

Таким образом, учитывают взаимную ориентировку антенн передатчика и приемника и являются множителями направленности.

Множитель - характеризует рассеяние поля в пространстве, а -его поглощение на пути от передатчика к приемнику.

Коэффициент поглощения ак зависит от электромагнитных свойств среды и частоты поля

(21.3)

При этом поглощение тем больше, чем выше частота поля f и чем больше электропроводность γ, магнитная проницаемость μ и диэлектрическая постоянная ε среды, в которой распространяется ЭМП.

Рис. 21.6. Схема наблюдений в скважинном варианте метода РВП (а). Угол между вертикальными плоскостями, в которых лежат антенны передатчика и приемника радиоволн (б)

Влиянием μ на коэффициент поглощения можно пренебречь, поскольку для большинства горных пород и руд μ=1; ε изменяется в пределах от 1 до 81, а диапазон изменения у составляет несколько (до 6) порядков. Это означает, что наибольшее влияние на величину коэффициента поглощения оказывает электропроводность горных пород: чем больше электропроводность, тем большая часть энергии ЭМП уходит на возбуждение в среде вихревых токов.