продукт
Главная >> Применение >> Типовые примеры >>
Задача электроразведки
электрический сигнал в воде, электросвязь, электрическое поле в воде
Пример подготовил Вильчинский В.Р.
Электроразведка имеет уже более чем вековую историю развития. Самые первые попытки использования электричества для электроразведки, привели к созданию метода сопротивлений К. Шлюмберже. Общая идея метода состоит в обнаружении отклонения сопротивления, исследуемой области земной поверхности, от средних значений, и, тем самым, выявление аномалий, указывающих на возможное нахождение в данной области, тех или иных минеральных месторождений. В настоящее время существует большое количество методов электроразведки, в том числе с использованием постоянного, или низкочастотного переменного тока, в которых результатом исследований, обязательно будет "кажущееся сопротивление". И хотя все эти методы основаны на использовании поля электрического тока, то как-то так получается, что само поле вообще никого не интересует, и изучать его особенности никто не собирается. В этом не сложно убедиться, если попытаться найти это понятие в Интернете.
А если взглянуть на электроразведку с другой стороны, со стороны поля электрического тока, и не пользоваться существующими канонами?
Тип задачи
Плоско-параллельная задача расчета электрического поля постоянных токов.
Геометрия
Зададим область пространства с изотропными свойствами в виде окружности диаметром 3200 метров. В центре по оси X, и по оси Y, располагаются электроды для создания поля электрического тока. Формируем области, в виде окружности, с повышенной и пониженной электропроводностью. Располагаем эти области в центре равномерно, за кругом диаметром 680 метров. Две области выносим в дальнюю зону на периферию. Задаем напряжение на электродах по оси Y, 0 вольт, и 100 вольт.
Дано
Электропроводность воды 0.1 См/м;
Электропроводность электродов 1000 См/м;
Потенциал электрода U+ = 100 В;
Задача
Используя существующие возможности моделирования полей программой, выявить, в самом общем виде, реакцию поля электрического тока, в изотропном пространстве, на аномальные зоны с повышенной и пониженной электропроводностью. Рассмотреть инструменты, позволяющие обнаружить данные аномалии. Найти закономерности, соответствующие указанным аномалиям и методику, позволяющую их выявить.
Решение
Обращаем внимание на поведение поля вокруг электродов. Если рядом с электродами поле вытянуто по оси Y, на которой и располагаются активные электроды, то затем оно вытягивается по оси Х, что хорошо заметно на рисунке. Понятно, что речь идет о плотности тока этого поля. Очевидно, что существует область, где поле будет идеальным кругом. То есть, существует область, где изолиния плотности тока будет идеальной окружностью. Берем это на заметку.
Результаты
На периферии наблюдаем изменения плотности тока, рядом с аномальными зонами. Видим, что рядом с зоной пониженной электропроводности происходит увеличение плотности тока, а с зоной повышенной электропроводности, наоборот плотность тока снижается. Для того, чтобы убедиться в этом, задаем линию интегрирования, показанную на Рис. 1.
Продолжаем анализ, и обращаем внимание на то, что если по одной оси аномальной зоны плотность тока увеличивается, то по другой оси этой же зоны, она уменьшается, и наоборот. Аналогично происходит с аномальными зонами в центре. Здесь наглядно видно, что наиболее четко этот эффект проявляется по осям Х, и Y. Промежуточные позиции не дают четкого эффекта.
Значит, если производить замеры плотности тока рядом с зоной пониженной электропроводности по оси Х, то получим повышенные значения плотности тока, а по оси Y, рядом с такой же зоной пониженной электропроводности, наоборот пониженные. Аналогичный результат получится, если использовать в качестве активных электродов, те, что расположены по оси Х. При переключении электродов с одной оси на другую, измерение плотности тока, или напряжения, рядом с одной и той же аномальной зоной, будет давать то повышенное значение, то пониженное.
Вспоминаем, что вокруг электродов существует окружность с одинаковыми значениями плотности тока. Для получения изолинии плотности тока идеальной окружности, диаметром 680 метров, в данном примере, расстояние между электродами, получилось 148 метров. Понятно, что при других размерах соотношение должно оставаться. Что будет, если переключать электроды и проводить измерения именно по этой окружности, в отсутствии аномалий. Очевидно, что значения плотности тока будут одинаковыми, при включении любой пары электродов.
Это дает возможность без многочисленных измерений, зафиксировать аномалию, причем сделать это можно в любой из четырех точек, где данная окружность пересекается с осями. Для этого необходимо сделать два замера в каждой из указанных точек, подавая по очереди напряжение на ту, или другую пару электродов. Если из результата первого замера, вычесть результат второго замера, то при отсутствии аномалий получим практически ноль. А вот в случае наличия аномалии результат будет заметно отличаться от ноля, причем в зависимости от аномалии, он может быть как положительным, так и отрицательным, надеюсь понятно почему.
В итоге, полученный метод можно назвать, дифференциальным методом электроразведки с помощью поля электрического тока. Если сравнивать измерения в 4 точках, то в некоторых случаях можно будет получать направление на аномалию.
Но в реальности все будет гораздо сложнее. Грунт в той, или иной степени будет неоднородным, аномалии будут располагаться в глубине, и поэтому все будет не так однозначно. К тому же, в центре аномалии большого размера, все измерения будут близки друг к другу. Поэтому придется учитывать не только разницу, но и изменение самих значений напряженности поля. Более детально это можно сделать в 3D модели, что к данной задаче не относится, но, тем не менее, не мешает желающим проверить это самостоятельно.
С другой стороны, универсальных способов электроразведки не существует, поэтому их, столько много. Так что, если учесть минимальную стоимость, и простоту необходимого оборудования, а так же высокую скорость проведения измерений, из-за малого их количества, а в конечном итоге и минимальную себестоимость проведения исследований, то вполне возможно, что способ найдет свое применение. Например, при определении границ месторождения, или выявлении неоднородностей в самом месторождении. Да и в получении первичной информации, на незнакомом ландшафте, пригодится.
В электроразведке существует большое количество методов проведения измерений с использованием поля электрического тока. Практически все их можно рассмотреть так же, как и данную задачу, а это, вполне вероятно, позволит увидеть какие-то интересные возможности.
Приведенная задача предназначена, в первую очередь, для убедительного доказательства того, что методы электроразведки являются интересным материалом для изучения с помощью программы ELCUT, и даже такой простейший пример, дает некоторый повод для размышлений к возможности применения на практике полученных данных. И, наконец, еще раз хотелось обратить внимание на то, что поле электрического тока так и остается практически не востребованным, и крайне редко появляется в информационном пространстве, хотя достойно гораздо большего.
