Способ импульсной аэроэлектроразведки и устройство для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к области аэрогеофизических методов исследований и может быть использовано при поиске с помощью летательных аппаратов полезных ископаемых, обнаружения в земле различных металлических объектов, изучения геологического строения участков земли, проведения мониторинга сейсмоопасных районов и решения других прикладных задач. Изобретение включает два способа импульсной аэроэлектроразведки с тремя устройствами для их осуществления. Первое устройство импульсной аэроэлектроразведки состоит из дирижабля, трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке дирижабля. Другое устройство состоит из дирижабля, надувной гондолы, трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке гондолы. Гондола соединена с дирижаблем с помощью строп и кабеля-троса. В обоих устройствах генерирование импульсного электромагнитного поля производится с помощью одного из трех ортогональных приемно-генераторных контуров, а измерение вторичного электромагнитного поля осуществляют всеми тремя контурами. Третье устройство импульсной аэроэлектроразведки содержит дирижабль с генераторным контуром, закрепленным на оболочке дирижабля, и наземные средства измерения. В этом устройстве импульсное электромагнитное поле генерируют контуром, а вторичное электромагнитное поле измеряют упомянутыми средствами. Технический результат: повышение разрешающей способности и глубины исследований. 5 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области аэрогеофизических методов исследований и может быть использовано для поиска с помощью летательных аппаратов полезных ископаемых, обнаружения в земле различных металлических объектов, изучения геологического строения участков земли, проведения мониторинга сейсмоопасных районов и решения других прикладных задач.

Известен способ импульсной аэроэлектроразведки, основанный на генерировании импульсного электромагнитного поля в земле и измерении вторичного электромагнитного поля при полете над исследуемой территорией с помощью летательных аппаратов (Авторское свидетельство СССР №959007, G 01 V 3/16, 1982 г. - ближайший аналог первого способа разведки).

Известно устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат с генераторным и измерительным контурами (Авторское свидетельство СССР №283432, G 01 V 3/165, 1970 г. - ближайший аналог первого варианта устройства по первому способу разведки).

Известно устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат, буксирующий расположенный под ним электромагнитный блок с генераторным и измерительным контурами (Патент РФ №2201603, G 01 V 3/17, 2003 г. - ближайший аналог второго варианта устройства по первому способу разведки)

Известен способ импульсной аэроэлектроразведки, основанный на генерировании импульсного электромагнитного поля и измерении вторичного электромагнитного поля (Заявка РСТ WO 92/19989, G 01 V 3/16, 3/165, 3/17 - ближайший аналог второго способа разведки).

Известно устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат, средства возбуждения и измерения электромагнитного поля (Патент США №5610523, G 01 V 3/16, 1997 г. - ближайший аналог устройства по второму способу разведки).

Основными недостатками ближайших аналогов обоих способов и устройств для реализации этих способов являются:

- высокая стоимость разведки, обусловленная использованием в них дорогих по стоимости и эксплуатационным расходам летательных аппаратов тяжелее воздуха - самолетов и особенно вертолетов;

- высокий уровень электромагнитных помех, вызываемых летательным аппаратом, и необходимость использования технически сложных средств для компенсации этих помех, влияющих на работу приемно-генераторной аппаратуры;

- ограниченность глубины исследований при быстром пролете самолета или вертолета над исследуемой территорией, невозможность электромагнитного зондирования недр земли и поисков месторождений углеводородов и других полезных ископаемых на глубинах, доступных для наземной импульсной электроразведки и горнодобывающей промышленности;

- возбуждение электромагнитного поля с помощью только горизонтальной петли на летательном аппарате или горизонтальной петли или горизонтальной проводной линии на земле, отсутствие вертикальных возбуждающих контуров, эффективных для выделения локальных объектов, обусловленных электрическими неоднородностями в земле;

- большие материальные и трудовые затраты (особенно в трудно доступных районах), связанные с подготовительными работами для проведения разведки с использованием наземных средств.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение точности, разрешающей способности и глубины аэроэлектроразведки, снижение ее стоимости.

Этот результат достигается тем, что в первом способе импульсной аэроэлектроразведки, основанном на генерировании импульсного электромагнитного поля в земле и измерении вторичного электромагнитного поля при полете над исследуемой территорией с помощью летательных аппаратов, генерирование импульсного электромагнитного поля осуществляют с помощью одного из трех ортогональных приемно-генераторных контуров, а измерение вторичного электромагнитного поля - с помощью всех трех указанных контуров на летательном аппарате легче воздуха в режиме непрерывного управляемого полета по заданному маршруту и/или свободного полета (дрейфа) на отдельных участках движения и/или в режиме зависания над точками исследуемой территории.

Технический результат первого устройства импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки, содержащего летательный аппарат с генераторным и измерительным контурами, достигается тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, генераторный и измерительный контуры выполнены в виде трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке дирижабля параллельно контурам его трех главных сечений.

Технический результат второго устройства импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки, содержащего летательный аппарат, буксирующий размещенный под ним электромагнитный блок с генераторным и измерительными контурами, достигается тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, электромагнитный блок представляет собой надувную гондолу тяжелее воздуха, наполненную воздушно-гелиевой смесью, генераторный и измерительный контуры выполнены в виде трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке гондолы параллельно контурам ее трех главных сечений.

Технический результат второго способа импульсной аэроэлектроразведки, основанного на генерировании импульсного электромагнитного поля и измерении вторичного электромагнитного поля, достигается тем, что генерирование импульсного электромагнитного поля в нем осуществляют в воздухе с помощью летательного аппарата легче воздуха при полете его над исследуемой территорией, а измерение вторичного электромагнитного поля производят на земле.

Технический результат устройства импульсной аэроэлектроразведки для реализации второго способа разведки, содержащего летательный аппарат, средства возбуждения и измерения электромагнитного поля, достигается тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, на оболочке которого закреплен генераторный контур для возбуждения импульсного электромагнитного поля, а средствами измерения вторичного электромагнитного поля являются наземные средства. Эти средства для измерения вторичного магнитного поля выполнены в виде петли или индукционной рамки или системы из трех ортогональных индукционных рамок, а наземные средства для измерения вторичного электрического поля выполнены в виде проводной линии с двумя электродами или системы из двух ортогональных проводных линий с электродами.

Сущность изобретения представлена на чертежах и в нижеприведенном описании. При этом на Фиг.1 показано первое и на Фиг.2 второе устройство импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки, а на Фиг.3 устройство импульсной аэроэлектроразведки для реализации второго способа разведки. На всех фигурах сплошными кривыми линиями, направленными вниз, обозначено первичное электромагнитное поле, пунктирными линиями со стрелками, направленными вверх, обозначено вторичное электромагнитное поле. Горизонтальные сплошные линии обозначают границу земля - воздух, а замкнутые заштрихованные области - залежи полезных ископаемых.

Первое устройство импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки (Фиг.1) состоит из дирижабля 1, трех ортогональных приемно-генераторных контуров 2, 3 и 4, закрепленных на оболочке дирижабля параллельно контурам трех его главных сечений. Контур 2 расположен в горизонтальной плоскости, контур 3 в продольной вертикальной плоскости и контур 4 в поперечной вертикальной плоскости.

Второе устройство импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки (Фиг.2) состоит из дирижабля 5, расположенного под дирижаблем и буксируемого им электромагнитного блока 6 с генераторным и измерительным контурами. Блок 6 представляет собой надувную гондолу тяжелее воздуха, наполненную воздушно-гелиевой смесью для создания аэростатической силы, уравновешивающей для разгрузки дирижабля часть массы гондолы. Генераторный и измерительные контуры выполнены в виде трех ортогональных приемно-генераторных контуров 7, 8, 9, которые закреплены на оболочке гондолы 6 параллельно контурам трех ее главных сечений. Гондола 6 снабжена стабилизаторами и подвешена к дирижаблю с помощью строп 10, 11 и кабеля-троса 12. Перенесение в этом варианте приемно-генераторных контуров на гондолу исключает влияние помех дирижабля на измерение вторичного электромагнитного поля.

Работа первого и второго устройств импульсной аэроэлектроразведки для реализации первого способа разведки осуществляется следующим образом. При полете дирижабля 1 или дирижабля 5 с буксируемой гондолой 6 над заданным районом исследуемой территории генерируют импульсное электромагнитное поле с помощью одного из трех ортогональных приемно-генераторных контуров 2, 3, 4, смонтированных на оболочке дирижабля 1 (Фиг.1), или с помощью одного из трех таких же контуров 7, 8, 9, закрепленных на оболочке гондолы 6 (Фиг.2). Измерение вторичного электромагнитного поля производят с помощью трех контуров 2, 3, 4. дирижабля 1 или контуров 7, 8, 9 гондолы 6. Генерирование импульсного электромагнитного поля и измерение вторичного электромагнитного поля осуществляют в режиме непрерывного управляемого полета дирижабля по заданному маршруту и/или в режиме свободного полета (дрейфа) на отдельных участках движения и/или в режиме зависания над точками исследуемой территории. Режим свободного полета (дрейфа) для первого варианта устройства достигается выключением двигателя дирижабля, а во втором варианте устройства его работой лишь по поддержанию этого режима. Режим свободного полета для первого варианта позволяет полностью исключить влияние работающего двигателя на процесс измерения вторичного электромагнитного поля. Режим полета с малой скоростью и зависания над заданными точками исследуемой территории в обоих вариантах может быть использован для детального изучения верхней части геологического разреза и зондирования до глубин, доступных лишь для наземной импульсной электроразведки. Детальность изучения верхней части геологического строения исследуемой территории также позволяет значительно повысить точность интерпретации данных глубинного зондирования. Режим зависания обеспечивается при работающем двигателе дирижабля.

Устройство импульсной аэроэлектроразведки для реализации второго способа разведки (Фиг.3) состоит из дирижабля 13, генераторного контура 14 для возбуждения импульсного электромагнитного поля, закрепленного на оболочке дирижабля, и наземных средств 15 для измерения вторичного электромагнитного поля. Последние построены на измерении составляющих электромагнитного поля - магнитного и электрического полей. Наземные средства для измерения вторичного магнитного поля выполнены в виде петли, или индукционной рамки, или системы из трех ортогональных индукционных рамок, а наземные средства для измерения вторичного электрического поля выполнены в виде проводной линии с двумя электродами или системы из двух ортогональных проводных линий с электродами.

Работа устройства импульсной аэроэлектроразведки для реализации второго способа разведки происходит следующим образом. Перед проведением аэроэлектроразведки заданную территорию разбивают на планшеты определенных размеров, например, 5000×5000 м, облет которых дирижаблем осуществляют последовательно. Затем на местности в центре начального для облета планшета размещают наземные средства измерения. После облета этого планшета наземные средства измерения переносят в центр нового планшета и также облетают его. Далее процесс переноса наземных средств измерения и облета последующих планшетов продолжают до тех пор, пока не будут обследованы все планшеты исследуемой территории. При полете дирижабля 13 над планшетами с помощью контура 14 генерируют импульсное электромагнитное поле, а вторичное электромагнитное поле измеряют с помощью наземных средств 15. При этом результаты измерений относят к точкам маршрута дирижабля, в окрестностях которых произведены циклы возбуждения. Вторичное магнитное поле измеряют петлей, или индукционной рамкой, или системой из трех ортогональных индукционных рамок, а вторичное электрическое поле измеряют проводной линией с двумя электродами или системой из двух ортогональных проводных линий с электродами. При генерировании импульсного электромагнитного поля рабочие циклы желательно распределять как можно более равномерно по планшету, например, по сети 100×100 м с отклонениями не более ±30 м.

Поскольку указанные петли, индукционные рамки, проводные линии или системы из ортогональных рамок и линий размещены на земле, то измерение вторичного электромагнитного поля происходит без помех и искажений, вносимых дирижаблем.

В обоих способах и устройствах предполагается использование дирижабля. Последний относится к наиболее перспективным летательным аппаратам, предназначенным для решения задач импульсной аэроэлектроразведки. Это объясняется тем, что дирижабль по сравнению с другими летательными аппаратами обладает рядом существенных преимуществ и качеств. Он, как и другие летательные аппараты, может совершать управляемый полет в атмосфере по заданному маршруту. Однако такой полет совершается им с использованием аэростатической силы. В связи с чем дирижаблю для полетов нужна силовая установка с существенно меньшей мощностью и с меньшим расходом топлива. А поэтому он при одинаковых условиях может совершать полеты на значительно большие расстояния. Дирижабль является тихоходным аппаратом. За счет малой скорости, возможности свободного полета (дрейфа) и зависания над точками исследуемой территории с помощью дирижабля можно получать существенно больший объем информации об исследуемой территории, увеличить разрешающую способность импульсной аэроэлектроразведки и осуществить глубокое зондирование недр, что невозможно произвести с помощью других летательных аппаратов. Кроме того, дирижабль не требует для себя, как самолет, оборудованных аэродромов, привязанных к конкретной местности. География применения дирижабля, особенно в трудно доступных районах, практически не ограничена. Дирижабль является более простым и более дешевым летательным аппаратом. Он имеет и существенно меньшие эксплуатационные расходы. Его оболочка и другие элементы изготавливаются из неметаллических материалов. Поэтому основная часть конструкции дирижабля не оказывает негативного влияния на измерение вторичного электромагнитного поля, что способствует получению более качественной без помех и искажений информации.

Таким образом, способы и устройства импульсной аэроэлектроразведки на основе дирижаблей позволяют существенно увеличить объем получаемой информации, ее разрешающую способность и глубину исследований, снизить стоимость съемки, упростить конструкцию устройств разведки. В связи с чем такие способы и устройства импульсной аэроэлектроразведки могут найти широкое применение для поиска месторождений полезных ископаемых, для непрерывного площадного электромагнитного мониторинга сейсмоопасных районов и решения других прикладных задач.

1. Способ импульсной аэроэлектроразведки, основанный на генерировании импульсного электромагнитного поля в земле и измерении вторичного электромагнитного поля при полете над исследуемой территорией с помощью летательных аппаратов, отличающийся тем, что генерирование импульсного электромагнитного поля осуществляют с помощью одного из трех ортогональных приемно-генераторных контуров, а измерение вторичного электромагнитного поля - с помощью всех трех указанных контуров на летательном аппарате легче воздуха в режиме непрерывного управляемого полета по заданному маршруту и/или в режиме свободного полета (дрейфа) на отдельных участках движения и/или в режиме зависания над точками исследуемой территории.

2. Устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат с генераторным и измерительным контурами, отличающееся тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, генераторный и измерительный контуры выполнены в виде трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке дирижабля параллельно контурам его трех главных сечений.

3. Устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат, буксирующий расположенный под ним электромагнитный блок с генераторным и измерительным контурами, отличающееся тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, электромагнитный блок представляет собой надувную гондолу тяжелее воздуха, наполненную воздушно-гелиевой смесью, а генераторный и измерительные контуры выполнены в виде трех ортогональных приемно-генераторных контуров, закрепленных на оболочке гондолы параллельно контурам ее трех главных сечений.

4. Способ импульсной аэроэлектроразведки, основанный на генерировании импульсного электромагнитного поля и измерении вторичного электромагнитного поля, отличающийся тем, что генерирование импульсного электромагнитного поля осуществляют в воздухе с помощью летательного аппарата легче воздуха при его полете над исследуемой территорией, а измерение вторичного электромагнитного поля производят на земле.

5. Устройство импульсной аэроэлектроразведки, содержащее летательный аппарат, средства возбуждения и измерения электромагнитного поля, отличающееся тем, что летательным аппаратом в нем является дирижабль, на оболочке которого закреплен генераторный контур для возбуждения импульсного электромагнитного поля, а средствами измерения вторичного электромагнитного поля являются наземные средства.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что наземные средства для измерения вторичного магнитного поля выполнены в виде петли или индукционной рамки или системы из трех ортогональных индукционных рамок, а наземные средства для измерения вторичного электрического поля выполнены в виде проводной линии с двумя электродами или системы из двух ортогональных проводных линий с электродами.