Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 1

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

7.1. Elektromagnitnye polya, ispol'zuemye v elektrorazvedke

7.1.1. Estestvennye peremennye elektromagnitnye polya.

K estestvennym peremennym elektromagnitnym polyam otnosyatsya kvazigarmonicheskie nizkochastotnye polya kosmicheskoi (ih nazyvayut magnitotelluricheskimi) i atmosfernoi (grozovoi) prirody ("telluriki" i "atmosferiki").

1. Proishozhdenie magnitotelluricheskih polei ob'yasnyaetsya vozdeistviem na ionosferu Zemli potoka zaryazhennyh chastic, posylaemyh kosmosom (v osnovnom, korpuskulyarnym izlucheniem Solnca). Vyzyvaemye raznoi aktivnost'yu Solnca i solnechnym vetrom periodicheskie (11-letnie), godovye, sutochnye variacii magnitnogo polya Zemli i magnitnye buri sozdayut vozmusheniya v magnitosfere i ionosfere. Vsledstvie indukcii v Zemle i voznikayut magnitotelluricheskie polya. V celom eti polya infranizkoi chastoty (ot 10^-5 do 10 Gc). V teorii pokazano, chto na takih chastotah skin-effekt proyavlyaetsya slabo, poetomu magnitotelluricheskie polya pronikayut v Zemlyu do glubin v desyatki i pervye sotni kilometrov. Naibolee ustoichivymi, postoyanno i povsemestno sushestvuyushimi v utrennie i dnevnye chasy, osobenno letom i v gody povyshennoi solnechnoi aktivnosti yavlyayutsya korotkoperiodichnye kolebaniya (KPK) s periodom ot edinic do sta sekund. Polya inyh periodov nablyudayutsya rezhe.

Izmeryaemymi parametrami yavlyayutsya elektricheskie ( $E_{ x}, E_{ y}$ ) i magnitnye ( $N_{ x}, N_{ y}, N_{ z}$ ) sostavlyayushie napryazhennosti magnitotelluricheskogo polya. Ih amplitudy i fazy zavisyat, s odnoi storony, ot intensivnosti variacii telluricheskogo i geomagnitnogo polei, a s drugoi, ot udel'nogo elektricheskogo soprotivleniya porod, slagayushih geoelektricheskii razrez.

Po izmerennym vzaimno perpendikulyarnym elektricheskim i magnitnym sostavlyayushim mozhno rasschitat' \rho odnorodnogo poluprostranstva (normal'noe pole) s pomosh'yu sleduyushei formuly, poluchennoi v teorii elektrorazvedki:

$\rho = aT\cdot ({E}_{x} /{H}_{y} )^{2} ,$

gde $T$ - period kolebaniya, $a$ - koefficient razmernosti. On raven 0,2, esli $T$ izmereno v s, $E_{ x}$ v mV/km, $N$ v nanoteslah (nTl), $\rho$ v Om*m. Nad neodnorodnoi sredoi poluchennoe po etoi formule UES nazyvaetsya kazhushimsya (KS ili $\rho_{ t}$ ).

2. Proishozhdenie estestvennyh peremennyh polei atmosfernoi prirody svyazano s grozovoi aktivnost'yu. Pri kazhdom udare molnii v Zemlyu (po vsei poverhnosti Zemli v srednem ezhesekundno chislo molnii ravno primerno 100) vozbuzhdaetsya elektromagnitnyi impul's, rasprostranyayushiisya na bol'shie rasstoyaniya. V celom pod vozdeistviem groz v verhnih chastyah Zemli povsemestno i vsegda sushestvuet slaboe grozovoe pole, kotoroe nazyvayut shumovym. Ono sostoit iz periodicheski povtoryaemyh impul'sov (cugov), nosyashih kvazisinusoidal'nyi harakter s preobladayushimi chastotami ot 10 Gc do 10 kGc i napryazhennost'yu po elektricheskoi sostavlyayushei v doli mV/m.

Srednii uroven' polya "atmosferikov" podverzhen zametnym sutochnym i sezonnym variaciyam, t.e. vektora napryazhennosti elektricheskoi ( $E$ ) i magnitnoi ( $N$ ) sostavlyayushih ne ostayutsya postoyannymi po amplitude i napravleniyu. Odnako srednii uroven' napryazhennosti ( $E_{ sr}, N_{ sr}$ ) za vremya v techenie desyatka sekund zavisit ot udel'nogo elektricheskogo soprotivleniya sloev geoelektricheskogo razreza, nad kotorym vedutsya nablyudeniya. Takim obrazom, izmeryaemymi parametrami "atmosferikov" yavlyayutsya razlichnye sostavlyayushie $E_{ sr}$ i $N_{ sr}$ .

7.1.2. Estestvennye postoyannye elektricheskie polya.

K estestvennym postoyannym elektricheskim polyam (EP) otnosyatsya lokal'nye polya elektrohimicheskoi i elektrokineticheskoi prirody.

1. Elektrohimicheskimi yavlyayutsya EP, kotorye obuslovleny libo okislitel'no-vosstanovitel'nymi reakciyami, protekayushimi na granicah provodnikov: elektronnogo (rudnye mineraly - naprimer, sul'fidy, okisly) i ionnogo (okru-zhayushie porody podzemnye vody), libo raznost'yu okislitel'no-vosstano-vitel'nogo potenciala podzemnyh vod vdol' provodyashego sloya (naprimer, grafita, antracita). Intensivnost' potencialov EP opredelyaetsya raspredeleniem kisloroda po glubine i izmeneniem vodorodnogo pokazatelya kislotnosti podzemnyh vod ( $rN$ ). V verhnih chastyah zalezhei, gde bol'she atmosfernogo kisloroda, idut okislitel'nye reakcii, kotorye soprovozhdayutsya osvobozhdeniem elektronov. V nizhnih chastyah zalezhei, gde preobladayut zastoinye vody, idut vosstanovitel'nye reakcii s prisoedineniem elektronov. Vo vmeshayushei srede i podzemnoi vode nablyudaetsya obratnoe raspredelenie ionov, a v celom obrazuyutsya gal'vanicheskie elementy s katodom vverhu i anodom vnizu. Raznost' potencialov na koncah poluchayushegosya estestvennogo elektricheskogo dipolya dostigaet 1-1,2 V. Dlitel'nost' sushestvovaniya podobnyh gal'vanicheskih elementov, a znachit, elektricheskih polei (v tom chisle na zemnoi poverhnosti) ochen' velika, vplot' do polnogo okisleniya rudnoi zalezhi. Intensivnost' polei EP neustoichiva i mozhet menyat'sya s izmeneniem vlazhnosti, temperatury i drugih prirodno-tehnogennyh faktorov. 2. Elektrokineticheskie postoyannye estestvennye polya (EP) obuslovleny diffuzionno-adsorbcionnymi i fil'tracionnymi processami v gornyh porodah, nasyshennyh podzemnymi vodami. Blagodarya razlichnoi podvizhnosti kationov i anionov proishodit neravnomernoe raspredelenie zaryadov v podzemnyh vodah raznoi koncentracii, chto i vedet k sozdaniyu estestvennogo elektricheskogo polya diffuzionnoi prirody. Velichina i znak diffuzionnyh potencialov zavisyat ot adsorbcionnyh svoistv mineralov, t.e. sposobnosti melkodispersnyh i kolloidnyh chastic uderzhivat' na svoei poverhnosti iony togo ili inogo znaka. Poetomu raznosti potencialov, voznikayushie pri diffuzii v porodah podzemnyh vod raznoi koncentracii poluchili nazvanie diffuzionno-adsorbcionnyh.

Estestvennye potencialy nablyudayutsya takzhe pri dvizhenii (fil'tracii) podzemnyh vod cherez poristye porody. Granicy i pory v gornoi porode mozhno rassmatrivat' kak kapillyary, stenki kotoryh sposobny adsorbirovat' iony odnogo znaka (chashe vsego otricatel'nye). V zhidkoi srede nakaplivayutsya zaryady protivopolozhnogo znaka. Chem bol'she skorost' dvizheniya podzemnyh vod (ili davlenie na koncah kapillyarov), tem bol'she budet raznost' potencialov EP. Znak EP zavisit ot napravleniya techeniya podzemnyh vod: polozhitel'nyi potencial vozrastaet v napravlenii dvizheniya vody. Mesta ottokov podzemnyh vod vydelyayutsya otricatel'nymi potencialami, a pritokov - polozhitel'nymi. Summarnye elektrokineticheskie potencialy zavisyat ot diffuzionno-adsorbcion-nyh, fil'tracionnyh processov i v men'shei stepeni ot sezona goda, vremeni sutok, vlazhnosti i temperatury. Izmeryaemymi parametrami polei yavlyayutsya ih potencialy ( $U$ ) i gradienty potenciala ( $\Delta U$ ).

7.1.3. Iskusstvennye postoyannye elektricheskie polya.

Iskusstvennye postoyannye elektricheskie polya sozdayutsya s pomosh'yu batarei, akkumulyatorov ili generatorov postoyannogo toka, podklyuchaemyh s pomosh'yu izolirovannyh provodov k sterzhnevym elektrodam - zazemlitelyam.

V teorii zazemlenii dokazyvaetsya, chto elektrod sterzhnevoi formy mozhno rassmatrivat' kak tochechnyi, esli pole izuchaetsya ot nego na rasstoyaniyah, v pyat' i bolee raz prevyshayushih dlinu zazemlennoi chasti elektroda. Poetomu privodimye nizhe formuly rascheta polya dlya tochechnogo istochnika spravedlivy dlya prakticheskoi elektrorazvedki. Teoriya elektrorazvedki vklyuchaet reshenie pryamyh i obratnyh zadach. Pryamoi zadachei nazyvaetsya opredelenie parametrov elektromagnitnogo polya nad zadannym geoelektricheskim razrezom. Prosteishei pryamoi zadachei elektrorazvedki postoyannymi iskusstvennymi polyami (ih nazyvayut metodami soprotivlenii) yavlyaetsya raschet raznosti potencialov ( $\Delta U$ ) v dvuh tochkah ( M i N) nad odnorodnym izotropnym poluprostranstvom s postoyannym UES ( $\rho$ ), v kotoroe cherez tochechnyi istochnik ( A) vvoditsya tok siloi $J$ (sm. ris. 3.1).

Ris. 3.1. Pole tochechnogo istochnika postoyannogo toka ( A) nad odnorodnym izotropnym poluprostranstvom: 1 - tokovye linii, 2 - ekvipotencial'nye linii

Vsledstvie sharovoi simmetrii reshaemoi zadachi tokovye linii radial'no napravleny ot tochechnogo istochnika ( A), a ekvipotencial'nye poverhnosti imeyut vid polusfer. Ispol'zuya zakon Oma $\Delta U = RJ$ , gde $R = \rho l / s$ - soprotivlenie provodnika mezhdu dvumya polusferami so srednim radiusom $r$ i ploshad'yu $s = 2 \pi r^{ 2}$ , udalennymi na rasstoyanie $l = MN$ , mozhno zapisat' $\Delta U \approx J\rho MN/2 \pi r^{2}$ . Dlya gradient-ustanovok, kogda $MN \ll r$ , v poslednei formule mozhno zamenit' $r^{ 2} \approx AM\cdot AN$ , poetomu vyrazhenie dlya rascheta UES odnorodnogo poluprostranstva s pomosh'yu trehelektrodnoi ustanovki AMN poluchit vid:

$\rho = \frac{2\pi AM\cdot AN}{MN} \cdot \frac{\Delta U}{J} = K \cdot \frac{\Delta U}{J} .$

(3.1)

Pod ustanovkoi v elektrorazvedke ponimayut kombinaciyu pitayushih i priemnyh elektrodov. Koefficient $K$ , zavisyashii ot rasstoyanii mezhdu nimi, nazyvaetsya koefficientom ustanovki. Nad neodnorodnoi sredoi rasschitannoe po etoi formule UES nazyvaetsya kazhushimsya (KS ili $\rho_{ k} = K \Delta U / J$ ). Kakov zhe fizicheskii smysl $\rho_{ k}$ ?

Iz teorii polya izvestno, chto napryazhennost' elektricheskogo polya $E = j_{ MN }\rho_{ MN} = \Delta U/ MN$ , gde $j_{ MN}$ - plotnost' toka, $\rho_{ MN}$ - udel'noe soprotivlenie vblizi priemnyh elektrodov. Oboznachiv $j_{ 0} = J / 2\pi r^{2}$ i uchityvaya, chto na postoyannyh raznosah i pri odnorodnom verhnem sloe $\rho_{ MN }/ j_{ 0} = const$ , poluchim

$\rho_{k} = \frac{2\pi r^{2} }{MN} \cdot \frac{\Delta U}{J} = j_{MN} \cdot \frac{\rho_{MN} }{j_{o} } \sim j_{MN}.$

(3.2)

Takim obrazom, kazhusheesya soprotivlenie nad neodnorodnym poluprostranstvom proporcional'no plotnosti toka u priemnyh elektrodov. Nad odnorodnym poluprostranstvom $j_{ MN} = j_{ 0}$ i $\rho_{ k} = \rho$ . Fizicheskii smysl anomalii v metodah soprotivlenii v tom, chto tokovye linii izgibayutsya v srede s raznymi $\rho$ (vtyagivayutsya v provodyashie, ogibayut neprovodyashie vklyucheniya). V rezul'tate na zemnoi poverhnosti menyaetsya $j_{ MN}$ , a znachit $\rho_{ k}$ . Poetomu $\rho_{ k}$ - eto slozhnaya funkciya geoelektricheskogo razreza i tipa ustanovki. Ee rasschityvayut v teorii elektrorazvedki. Chislenno $\rho_{ k}$ ravno istinnomu soprotivleniyu ( $\rho$ ) takogo poluprostranstva, v kotorom dlya odinakovoi ustanovki ( $K = sonst$ ) otnoshenie $\Delta U / J$ ostaetsya odinakovym.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Protivosumerechnye luchi i festival' planet Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce