
Изобретение относится к области высокочастотной геоэлектроразведки методом радиоволнового зондирования приповерхностных частей геологических разрезов. The invention relates to the field of high-frequency geoelectrical exploration by radio wave sensing of the surface parts of geological sections.
Известен способ радиоволнового интерференционного зондирования, основанный на измерении амплитудных значений магнитной составляющей электромагнитного поля, и устройство для его осуществления, состоящее из передатчика с горизонтальной электрической антенной и приемника с горизонтальной рамкой, работающее на разных частотах, разных расстояниях между геометрическими центрами антенн, а по изменению измеряемого параметра судят о глубине залегания горизонтальных слоев с разными электромагнитными параметрами (Справочник геофизика. Под ред. А.Г. Тархова. М.: Недра, 1980, с. 310). A known method of radio wave interference sounding, based on measuring the amplitude values of the magnetic component of the electromagnetic field, and a device for its implementation, consisting of a transmitter with a horizontal electric antenna and a receiver with a horizontal frame, operating at different frequencies, different distances between the geometric centers of the antennas, and by changing the measured parameter is judged on the depth of horizontal layers with different electromagnetic parameters (Reference Geophysics. Under ed.A.G. Tarkhova.M .: Nedra, 1980, p. 310).
Недостатком способа радиоволнового интерференционного зондирования и устройства для его осуществления является ограниченное применение для изучения слабоконтрастных по электрофизическим свойствам и не электропроводных геологических образований, ввиду недостаточности измеряемых интерпретационных параметров. The disadvantage of the method of radio wave interference sensing and a device for its implementation is the limited use for the study of low-contrast in electrophysical properties and non-conductive geological formations, due to the insufficiency of the measured interpretation parameters.
 Наиболее близким по технической сущности является способ наземного и шахтного радиоволнового зондирования, основанный на измерении амплитудных значений горизонтальных электрических составляющих электромагнитного поля, и устройство для его осуществления, состоящее из передатчика и приемника с электрическими горизонтальными антеннами, размещенными на поверхности земли, и работающее при разных углах ориентировки геометрической оси антенны передатчика или приемника в одной плоскости, на разных частотах, разных расстояниях между геометрическими центрами антенн, а по изменению измеренных параметров или их отношению судят о структурных особенностях и о распределении радиоволновых электромагнитных характеристик пород в разрезе и плане (Геологическое изучение и использование недр: Научно-технический информационный сборник АОЗТ "Геоинформмарк". М., 1996, вып. 5, с. 40 - 48). The closest in technical essence is the method of ground and mine radio wave sounding, based on measuring the amplitude values of the horizontal electric components of the electromagnetic field, and a device for its implementation, consisting of a transmitter and a receiver with electric horizontal antennas placed on the surface of the earth, and operating at different angles orientation of the geometric axis of the antenna of the transmitter or receiver in the same plane, at different frequencies, different distances between antenna centers, and judging by the change in the measured parameters or their relation, structural features and the distribution of radio-wave electromagnetic characteristics of rocks in the context and plan are judged (Geological study and subsoil use: Scientific and Technical Information Collection of AOZT "Geoinformmark". M., 1996,
Недостатком способа является то, что измерение только горизонтальных амплитудных составляющих поля не позволяет с достоверностью характеризовать структурные особенности и особенности распределения радиоволновых электромагнитных характеристик пород в разрезе и плане, особенно в слабоконтрастных геологических средах. The disadvantage of this method is that the measurement of only the horizontal amplitude field components does not allow to reliably characterize the structural features and distribution features of the radio wave electromagnetic characteristics of the rocks in the context and plan, especially in low-contrast geological environments.
Недостатком устройства является низкая информативность, связанная с отсутствием возможности измерения вертикальной электрической составляющей и относительной разности фаз между составляющими электромагнитного поля и низкая производительность и точность измерений, связанные с технической необходимостью изменения ориентировки антенн передатчика и приемника, что ограничивает применение устройства в движении. The disadvantage of this device is the low information content associated with the inability to measure the vertical electrical component and the relative phase difference between the components of the electromagnetic field and the low productivity and measurement accuracy associated with the technical need to change the orientation of the transmitter and receiver antennas, which limits the use of the device in motion.
Предлагаемый способ радиоволнового зондирования основан на измерении амплитудных значений горизонтальных электрических составляющих электромагнитного поля при разных углах ориентировки геометрической оси антенн передатчика или приемника, а по изменению измеренных параметров или их отношений судят о структурных особенностях и о распределении радиоволновых электромагнитных характеристик геологического разреза по горизонтали и глубине. Дополнительно измеряют амплитудное значение вертикальной электрической составляющей электромагнитного поля и относительную разность фаз между составляющими поля. Предлагаемое устройство для радиоволнового зондирования состоит из передатчика, к выходу которого подключена электрическая горизонтальная антенна, и приемника с электрической антенной, подключенной к входу усилительно-преобразовательного канала, построенного по супергетеродинной схеме с многократным преобразованием частоты. Антенна передатчика состоит из двух горизонтальных электрических взаимно перпендикулярных антенн, подсоединенных через переключатель к его выходу, а антенна приемника - из двух, идентичных с антенной передатчика, горизонтальных и одной вертикальной антенны, подсоединенных через переключатель к соответствующему входу приемника. Приемник содержит два усилительно-преобразовательных канала, построенных по супергетеродинной схеме, общий гетеродин, первый и второй детекторы амплитудных каналов, соединенные входами с выходами усилительно-преобразовательных каналов, два смесителя с усилителями промежуточной частоты фазового канала, сумматор-детектор фазового канала, узкополосный усилитель низкой частоты фазового канала, фазометрическое устройство, причем, один из входов каждого смесителя соединен с соответствующим выходом усилительно-преобразовательного канала, общий гетеродин соединен со вторыми входами смесителей и одним из входов фазометрического устройства, выходы каждого смесителя с усилителем промежуточной частоты соединены с входами сумматора-детектора, а его выход через узкополосный усилитель низкой частоты соединен со вторым входом фазометрического устройства. The proposed method of radio wave sounding is based on measuring the amplitude values of the horizontal electric components of the electromagnetic field at different angles of orientation of the geometric axis of the antennas of the transmitter or receiver, and judging by the change in the measured parameters or their relations, structural features and the distribution of the radio wave electromagnetic characteristics of the geological section horizontally and depth are judged. Additionally, the amplitude value of the vertical electric component of the electromagnetic field and the relative phase difference between the field components are measured. The proposed device for radio wave sounding consists of a transmitter, the output of which is connected to an horizontal electric antenna, and a receiver with an electric antenna connected to the input of the amplification-conversion channel, constructed according to a superheterodyne circuit with multiple frequency conversion. The transmitter antenna consists of two horizontal electrical mutually perpendicular antennas connected through a switch to its output, and the receiver antenna - from two identical to the transmitter antenna, horizontal and one vertical antennas connected through a switch to the corresponding input of the receiver. The receiver contains two amplifier-converter channels constructed according to the superheterodyne circuit, a common local oscillator, first and second amplitude channel detectors connected by inputs to the outputs of the amplifier-converter channels, two mixers with amplifiers of the intermediate frequency of the phase channel, an adder-detector of the phase channel, a narrow-band low-frequency amplifier the frequency of the phase channel, a phase-measuring device, moreover, one of the inputs of each mixer is connected to the corresponding output of the amplifier-converter channel A common local oscillator is coupled to second inputs of the mixers, and one of the inputs fazometricheskogo apparatus outputs of each mixer with an intermediate frequency amplifier coupled to the adder-detector input and its output through a narrow-band low-frequency amplifier connected to the second input fazometricheskogo device.
Предлагаемый способ радиоволнового зондирования и устройство для его осуществления позволяют повысить информативность и достоверность результатов измерений. The proposed method of radio wave sounding and a device for its implementation can improve the information content and reliability of the measurement results.
На фиг. 1 представлен один из вариантов схемы измерений способом радиоволнового зондирования. Передатчик и приемник размещают на свободной поверхности геологической среды, при расстоянии R между геометрическими центрами антенн, затем изменяют расстояние R1, R2,...Rn, перемещая передатчик по пикетам вдоль линии профиля, причем в каждой точке стоянки передатчика, геометрическая ось одной из антенн (например Ax) постоянно ориентируется вдоль профиля измерений, а другая - Ay - перпендикулярно профилю. Переключая поочередно по заданной программе антенны Ax и Ay передатчика, приемником каждый раз производят цикл измерений необходимых компонент составляющих электромагнитного поля по координатным плоскостям XOY, XOZ, YOZ соответственно Eox, Eoy, Eoz и относительную разность фаз между ними φ1= (φx-φy); φ2= (φx-φz); φ3= (φy-φz). Следует отметить, что рассматриваемый вариант предусматривает несимметричное радиоволновое зондирование с максимальным количеством измеряемых параметров. Может также выполняться симметричное радиоволновое зондирование при изменении расстояния R одновременным перемещением передатчика и приемника и частотное зондирование с изменением рабочих частот при постоянном R. При наземных съемках различного масштаба в движении применяется профилирование с измерением минимально необходимого количества параметров, например, одновременно двух амплитудных значений поля или одного из значений относительной разности фаз.In FIG. 1 shows one of the variants of the measurement scheme by the method of radio wave sounding. Transmitter and receiver placed on the free surface of the geological environment, with a distance R between the geometric centers of the antennas, then change the distance R1 , R2 , ... Rn , moving the transmitter along the pickets along the profile line, and at each parking point of the transmitter, the geometric axis of one of the antennas (for example, Ax ) is constantly oriented along the measurement profile, and the other, Ay, is perpendicular to the profile. Switching alternately according to the given program the antenna Ax and Ay of the transmitter, the receiver each time performs a cycle of measurements of the necessary components of the components of the electromagnetic field along the coordinate planes XOY, XOZ, YOZ, respectively, Eox , Eoy , Eoz and the relative phase difference between them φ1 = (φx -φy ); φ2 = (φx -φz ); φ3 = (φy -φz ). It should be noted that the option under consideration provides for asymmetric radio wave sounding with a maximum number of measured parameters. Symmetrical radio-wave sounding can also be performed when the distance R is changed by simultaneously moving the transmitter and receiver and frequency sounding is changed by changing the operating frequencies at constant R. For ground-based surveys of various scales in motion, profiling is applied with measurement of the minimum required number of parameters, for example, at the same time two amplitude field values or one of the values of the relative phase difference.
Вариант способа радиоволнового зондирования устанавливается в зависимости от поставленной задачи и детальности съемки. A variant of the method of radio wave sounding is set depending on the task and the shooting detail.
 Радиоволны, распространяющиеся от передатчика, постепенно затухают вследствие непрерывного оттока вглубь земли части энергии, которая испытывает явление поглощения, дифракции, отражения, преломления, а часть энергии, несущей информацию о структуре и распределении электромагнитных характеристик пород по глубине, возвращается в виде вторичного поля. Вторичное поле, состоящее из синфазной и сдвинутыми на некоторый угол составляющими поля, при сложении с первичным полем вызывают либо аномалии амплитуды напряженности поля и искажение азимута прихода волн, либо изменение фазовой структуры и создает в зоне аномалии эллиптическую поляризацию поля, что и используется критерием для классификации измеряемых электромагнитных характеристик геосреды. По измеренным амплитудам Eox, Eoy, Eoz и относительным разностям фаз φ1, φ2 и φ3, определяется отношение b/a (малой - b и большой оси - a) и положение в пространстве, т.е. угол наклона θo большой оси эллипса поляризации. Соотношения между составляющими электромагнитного поля позволяют, в отличии от аналога, оценить приповерхностные части геологических разрезов по удельному электрическому сопротивлению ρп и диэлектрической проницаемости εп.
 Оценка значений ρп и εп позволяют определить радиоволновые электромагнитные характеристики пород (фазовую постоянную, длину волны в среде, скорость распространения волны в среде, коэффициент поглощения), как для слабопроводящих сред, так и для сред с хорошей проводимостью, т.е. пород с различным отношением токов проводимости и смещения.The radio waves propagating from the transmitter gradually decay due to the continuous outflow of deep into the earth part of the energy that experiences the phenomenon of absorption, diffraction, reflection, refraction, and part of the energy that carries information about the structure and distribution of the electromagnetic characteristics of the rocks in depth is returned as a secondary field. The secondary field, consisting of the in-phase and field components shifted by a certain angle, when added to the primary field, causes either anomalies in the amplitude of the field strength and distortion of the azimuth of the arrival of waves, or a change in the phase structure and creates an elliptical polarization of the field in the anomaly zone, which is used by the criterion for classification measured electromagnetic characteristics of the geomedium. From the measured amplitudes Eox , Eoy , Eoz and relative phase differences φ1 , φ2 and φ3 , the ratio b / a (small - b and major axis - a) and position in space, i.e. angle of inclination θo of the major axis of the polarization ellipse. The relations between the components of the electromagnetic field make it possible, in contrast to the analogue, to estimate the near-surface parts of geological sections by the electrical resistivity ρp and permittivity εp .
 Estimation of ρp and εp values allows one to determine the radio wave electromagnetic characteristics of rocks (phase constant, wavelength in the medium, wave propagation velocity in the medium, absorption coefficient), both for weakly conductive media and for media with good conductivity, i.e. rocks with different ratios of conduction and bias currents.
Результаты измерений по профилю представляются в виде двухмерной матрицы изолиний распределения радиоволновых электромагнитных характеристик, либо матрицы амплитудных и фазовых характеристик поля или их отношений, визуализирующих распределение радиоволновых электромагнитных характеристик. Дискретность матрицы зависит от требуемой детальности получения информации и определяется методическими параметрами измерений (дискретность шага по профилю, дискретность частоты). Координаты точек матрицы определяются по горизонтали положением середины установки а по вертикали - глубиной h. При этом исследуемое пространство геологического разреза предполагается совпадающим с областью существенной для распространения и отражения радиоволн, в частности радиусом rф1,2...n первой зоны Френеля.The results of measurements along the profile are presented in the form of a two-dimensional matrix of isolines of the distribution of radio wave electromagnetic characteristics, or a matrix of amplitude and phase field characteristics or their relations, visualizing the distribution of radio wave electromagnetic characteristics. The discreteness of the matrix depends on the required detail of obtaining information and is determined by the methodological parameters of measurements (step resolution along the profile, frequency resolution). The coordinates of the matrix points are determined horizontally by the position of the midpoint and vertically - depth h. In this case, the investigated space of the geological section is assumed to coincide with the region essential for the propagation and reflection of radio waves, in particular, with a radius rф1,2 ... n of the first Fresnel zone.
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, реализующего способ. In FIG. 2 shows a structural diagram of a device that implements the method.
 Устройство содержит передатчик и приемник. Передатчик включает в себя последовательно соединенные высокостабильный задающий генератор 1, перестраиваемый по частоте, усилитель 2 мощности, согласующее устройство 3, антенный переключатель 4, антенное устройство, состоящее из двух взаимно перпендикулярных электрических горизонтальных антенн 5, 6. The device comprises a transmitter and a receiver. The transmitter includes a highly
 Приемник включает в себя антенное устройство, состоящее из двух горизонтальных взаимно перпендикулярных электрических антенн 7, 8 и одной вертикальной электрической антенны 9, антенный переключатель 10, первый и второй усилительно-преобразовательные каналы 11 и 12, смесители 13 и 15 с усилителями 16 и 18 промежуточной частоты фазового канала, общий гетеродин 14, сумматор-детектор 17 фазового канала, детекторы 19 и 21 первого и второго амплитудных каналов, узкополосный усилитель 20 низкой частоты фазового канала, фазометрическое устройство 22 и устройство 23 считывания и предварительной обработки информации. The receiver includes an antenna device consisting of two horizontal mutually perpendicular
 Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 передатчика вырабатывает синусоидальное высокостабильное напряжение высокой частоты, напряжение усиливается усилителем 2 мощности, создается режим оптимального согласования с антенной согласующим устройством 3 и далее подается через антенный переключатель 4 на одну из антенн 5 или 6, где энергия высокочастотного напряжения преобразуется в энергию свободных электромагнитных колебаний продольных либо поперечных волн в зависимости от подключаемой антенны. The device operates as follows. The
 Приемник работает в режиме "Измерение амплитуды" и "Измерение фазы". В режиме "Измерение амплитуды" комбинация сигналов, наведенных одновременно в антеннах 7 и 8, 7 и 9, 8 и 9 через антенный переключатель 10 подаются на входы усилительно-преобразовательных каналов 11 и 12 соответственно, где после двукратного преобразования с помощью общего гетеродина 14 усиливаются и поступают на входы детекторов 19 и 21 и далее на вход устройства 23, где производится регистрация сигналов одновременно по двум каналам в виде значений комбинаций составляющих Eox, Eoy, и Eoz, либо в виде отношений напряженности поля.The receiver operates in Amplitude Measurement and Phase Measurement modes. In the "Amplitude Measurement" mode, a combination of signals induced simultaneously in
 В режиме "Измерение фазы" сигналы промежуточной частоты с выходов усилительно-преобразовательных каналов 11 и 12 подаются на входы смесителей 13 и 15 фазового канала, на вторые входы смесителей 13 и 15 с выхода общего гетеродина 14 подаются два гетеродинных напряжения, отличающихся на частоту F. В результате преобразования на выходах смесителей 13 и 15 будут действовать два напряжения, отличающиеся частотой F. С выходов смесителей 13 и 15 сигналы усиливаются усилителями 16 и 18 промежуточной частоты и подаются на вход сумматора-детектора 17. После совместного детектирования суммы этих двух сигналов, на выходе детектора выделяется напряжение, изменяющееся с частотой F и с фазой, не зависящей от частоты и фаз гетеродинных напряжений и равную разности фаз φ1= (φx-φy); φ2= (φx-φz); φ3= (φy-φz) сигналов, принятых на антенны.In the "Phase Measurement" mode, the intermediate frequency signals from the outputs of the amplifier-
 Полученное напряжение после усиления узкополосным усилителем 20 подается на вход фазометрического устройства 22, где оно сравнивается по фазе с фазой опорного напряжения той же частоты F, поступающим от гетеродина 14 и определяется величина относительной разности фаз. The resulting voltage after amplification by a narrow-band amplifier 20 is supplied to the input of the phase-measuring device 22, where it is compared in phase with the phase of the reference voltage of the same frequency F coming from the
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title | 
|---|---|---|---|
| RU98112309/28ARU2152060C1 (en) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Method for radio ranging and device which implements said method | 
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title | 
|---|---|---|---|
| RU98112309/28ARU2152060C1 (en) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Method for radio ranging and device which implements said method | 
| Publication Number | Publication Date | 
|---|---|
| RU98112309A RU98112309A (en) | 2000-03-10 | 
| RU2152060C1true RU2152060C1 (en) | 2000-06-27 | 
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date | 
|---|---|---|---|
| RU98112309/28ARU2152060C1 (en) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Method for radio ranging and device which implements said method | 
| Country | Link | 
|---|---|
| RU (1) | RU2152060C1 (en) | 
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title | 
|---|---|---|---|---|
| RU2277251C2 (en)* | 2000-09-29 | 2006-05-27 | ЭлектроМагнетикГеоСервисез АС | Method for determining type of underground reservoirs and method for finding hydrocarbon-containing underground reservoirs | 
| RU2436130C2 (en)* | 2009-11-06 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Георазведочная Компания" (ООО "Георазведочная Компания") | Method and system for radar probing earth interior | 
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title | 
|---|---|---|---|---|
| EP0349110A2 (en)* | 1988-05-27 | 1990-01-03 | British Gas plc | Ground probing radar method and apparatus | 
| DE4133863A1 (en)* | 1991-10-12 | 1993-04-15 | Falko Dr Kuhnke | RF subterranean electrical resistance measuring appts. - has electrical and magnetic field sensors, superheterodyne signal processing and evaluation of amplitude and phases by sample=and=hold system | 
| RU2112997C1 (en)* | 1997-11-10 | 1998-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Транспортно-экспедиционная компания "Тула-Экспресс" | Method for ground radio prospecting | 
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title | 
|---|---|---|---|---|
| EP0349110A2 (en)* | 1988-05-27 | 1990-01-03 | British Gas plc | Ground probing radar method and apparatus | 
| DE4133863A1 (en)* | 1991-10-12 | 1993-04-15 | Falko Dr Kuhnke | RF subterranean electrical resistance measuring appts. - has electrical and magnetic field sensors, superheterodyne signal processing and evaluation of amplitude and phases by sample=and=hold system | 
| RU2112997C1 (en)* | 1997-11-10 | 1998-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Транспортно-экспедиционная компания "Тула-Экспресс" | Method for ground radio prospecting | 
| Title | 
|---|
| Геологическое изучение и использование недр. Научно-технический информационный сборник АОЗТ "Госинформмарк". - М.: 1996, вып. 5, с. 40-48.* | 
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title | 
|---|---|---|---|---|
| RU2277251C2 (en)* | 2000-09-29 | 2006-05-27 | ЭлектроМагнетикГеоСервисез АС | Method for determining type of underground reservoirs and method for finding hydrocarbon-containing underground reservoirs | 
| RU2436130C2 (en)* | 2009-11-06 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Георазведочная Компания" (ООО "Георазведочная Компания") | Method and system for radar probing earth interior | 
| Publication | Publication Date | Title | 
|---|---|---|
| Spies et al. | Electromagnetic sounding | |
| US4258321A (en) | Radio geophysical surveying method and apparatus | |
| US5038107A (en) | Method and apparatus for making induction measurements through casing | |
| AU4863200A (en) | System and method for evaluating the resistivity of earth formation surrounding a borehole | |
| Hu et al. | Theoretical simulation of electroacoustic borehole logging in a fluid-saturated porous formation | |
| Wu et al. | Experimental study on the radiation characteristics of downhole acoustic phased combined arc array transmitter | |
| CN114527512A (en) | Multi-frequency electromagnetic detection horizontal gradient acquisition system for frequency domain unmanned aerial vehicle | |
| RU2152060C1 (en) | Method for radio ranging and device which implements said method | |
| SU1004940A1 (en) | Device for logging-type electromagnetic probing | |
| Simakov et al. | Mobile and controlled source modifications of the radiomagnetotelluric method and prospects of their applications in the near-surface geophysics. IAGA WG 1.2 on Electromagnetic Induction in the Earth | |
| RU2093863C1 (en) | Method of electromagnetic probing of earth's crust with use of normed sources of field | |
| Saraev et al. | Foot, mobile and controlled source modifications of the radiomagnetotelluric method | |
| Che et al. | Experimental study of the azimuthal performance of 3D acoustic transmitter stations | |
| WEI et al. | Physics of Directional Electromagnetic Propagation Measurements‐While‐Drilling and Its Application to Forecasting Formation Boundaries | |
| US20060254358A1 (en) | Apparatus and a method for determining the spatial distribution of physical parameters in an object | |
| RU2148842C1 (en) | Method for radar probing and differential radar which implements said method | |
| Johnson et al. | Continuous wave phase detection for probing nonlinear elastic wave interactions in rocks | |
| RU2112997C1 (en) | Method for ground radio prospecting | |
| Korpisalo | Geotomographic studies for ore explorations with the EMRE system | |
| US20220146704A1 (en) | Estimating electrical permittivity | |
| RU2212693C1 (en) | Method determining coordinates of epicenter of anticipated earthquake | |
| US3549987A (en) | Laser epr system | |
| Peden et al. | A scale-model study of down-hole VHF dipole arrays with application to subsurface exploration | |
| RU2444767C1 (en) | Method to determine routes for installation of underwater pipelines and device for its realisation | |
| RU2072537C1 (en) | Remote frequency sounding method | 
| Date | Code | Title | Description | 
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees | Effective date:20040625 |