Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование возможности использования блуждающих токов железной дороги для получения количественных геоэлектрических характеристик

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование возможности использования блуждающих токов железной дороги для получения количественных геоэлектрических характеристик"

То ^

, о РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

1 ь ии« и

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 530.837

Вишнев Владимир Сергеевич

Исследование возможности использования блугодаших токов ¡¡селезной дороги для получения количественных геоэлектрических характеристик

04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1996

Работа выполнена в Институте геофизики Уральского Отделения Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

доктор геолого - минералогических наук А.Г.Дьяконова.

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук А.Н.Мезенцев, кандидат технических наук Д.Н.Волынский.

Ведущее предприятие: Уралгеолком.

Зашита диссертации состоится §..ап£еля_1§96_гА в Ю_часов на заседании специализированного совета ДООЗ. 3!. 01 в Институте геофизики Уральского отделения РАН по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Акунсена, 100.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геофизики УрО РАН.

Автореферат разослан ____________ 1996 г.

Ученый секретарт спецсовета

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена созданию методических приемоз и математических алгоритмов, позволяющих использовать тяговую сеть ЭВД, в частности на Урале, в качестве электроразведочного источника с определяемыми в процессе исследований параметрами.

Акт^альность_темыА На территории России находится значительное . количество магистральных и промышленных электрических железнодорожных веток СЭЙЩЗ). Они создают для электроразведки интенсивнейшие импульсные помехч, в связи с чем постановка многих ее разновидностей на участках, попадаюц&.с в полосы шириной 8-30 км, сильно затруднена и не может осуществляться без применения сверхмощных электроразведочнчх источников или длительного накопления полезных сигналов. Между тем, специально создаваемые и техногенное эль.стромагнитнье поля содержат идентичную геологическую информацию. Но известные способы ее извлечения из помех от ЭВД, т. е. различные модификации метода блуждающих токов, недостаточно эффективны. Они в лучших случаях могут давать только качественные представления о геоэлектрическом ~>азрезе, т. к. техногенное по^э неоднородно в пространстве и нестабильно во времеии, а приемы учета этих особенностей пока несовершенны.

Ц§ль_работы - создание методики, позволяющей ыделять из помех от ЗВД однотипные по структуре ис-эчника сигналы и преобразовывать их в значения кажущегося сопротивления, распределения которого легко интерпретировать количественно.

Задачи_иссгэд9валиял Перед ав^эром стояли следующие задачи:

1.Выявление ситуаций, при которых структура токовых приращений на каком-"ибо отрезке тяговой сети ЭЖДЗ время от времени повторяете? Сили почти повторяется}.

2.Выбор оптимальных моделей источника нового метода электроразведки, условно обозначенного ?ббревиат/рой МЭ1ВД.

3.Обоснование сводимости некоторых реальных импульсов поля к импульсам с одинаковьп.л пространственными распределениям-.

4.Поиск отличительных признаков колебаний, содержащих полезный сигнал МЭ1ВД.

3.Вывод формул, расчет и анализ нормального поля . женых то-

1

конесущих элементов ЭДЦВ.

6.Разработка алгоритма пересчета полезного сигнала МЭГВД в знгчения кажущегося удельного электрического сопротивления Земли

СРК,ТС3'

7.Отыскание способов у эта неравномерноетей заземления, искривлений и разветвлений рельсового пути.

8.Создание рациональных систем наблюдения блуждающих токов тяговой сети ЭЭД.

9.Получение математических выражений для расчета теоретич--ских .фивых параметра рк тс в случаях, максимально приближенных к реальным, составлен«- и анализ их двух - и трехслойных палеток.

10.Полевое опробование разрабатываемых методических приемов.

^учная_новизна.

1.Выявлен достаточно простой и мобильный способ выделения однотипных по структуре источника сигналов из промышленных помех, возбуждаемых электрической железной дорогой при обычном графике движения поездов.

2.Применены боле^ подходящие С чем в стандартном варианте метода блуждающих токов) нормируют.множители данных регистрации импульсного поля ЭЖД, а именно- обратные значения амплитуд его магнитной напряженности, и для идентичных по структуре -'сточника сигналов получаемых с использованием этих множителей, выведены формулы расчета кажущегося удельного электрического сопротивления Земли.

3.Найдены математические выражения, презедейы необходимые вычисления и выполнен анализ нормального поля основных токонесущих элементов тяговой сети железной дороги. Установлено, что вблизи рельсового пути есть участки местности, где импу..ьсы вертикальной составляющей вектора магнитной напряженности САБ2) изучаемого носителя, информации наводятся, преимущественно, только токами рельсов и бяижайшей секции контактного провода, или же токами одной секции контактного провода, я значения ДН2, регистрируемы^ на таких участках, можно применять для уточнения структуры источника полезного сигнала разрабатываемой метод"ки электроразведки.

4.По-учены новые сведения о геоэлектрическок строении Урала по ряду дозольно протяженных профилей, гаспсложенных в индустриальных районах.

^енчость

Новый геофш ческий мето~ обладает следуышми полезными свой-

ствами: сравнительно экономичен, мобилен, экологически чист и позволяет изучать геоэлектрическое строение довольно значительных глубин на площадях, практически недоступной другим методам.

Полученные с помощью МЭПЖЦ сведения использованы ювместно с данными МТЗ при построении карты электропроводности земной коры Ургь.а, являющееся фрагментом одноименной карты территории Российской Федерации и государств ближнего зарубежья.

Результаты проведенных исследований применяются Инстит; гом геофизики УрО РАН при созданий комплексной геолого- геофизи"еской модели строения недр региона.

Апробащ!я_2аботы. .

Основные положения диссертации догладывались на Ученом Совете Института геофизики "рО РАН, на научно-техническом семинаре - совещании "Индукционная электроразведка - 84й в г. Славском С1984), на научной конференции "Теория и практика магнитотеллурического зондирования" в г.Москве С1994) и на второй научно - практической конференции "Инженерная геофизика в Уральском регионе" в г.Екатеринбурге С1995). Результаты картирования и геометрического зондирования, полученные, с помощью МЭ1ВД, рассматривались совместно с магнитотеллурическими данными при гренке электропроводности верхней оболочки Земли "а Урале и доводились до сведения нг^чной общественности на "Втором Уральском металлогеническом совещании" л г. Екатеринбурге' (1991)-, на Всесоюзном совеадии "Разломообразо-вание в литосфере: тектонические аспекты" в г.Иркутске С1991), на научном совещании "Структура тектоносферы, Глубинные источники минерального сырья и тепломассоперс.юс" в г. Санкт - Петербурге С1991), на международной конференции "Структура й геодинамика зе мной коры и верхней мантии" в г.Москве С1991) .

Публикации л личный вклад автора.

Диссертант является автором и соавтором 'более сорока научных работ, из .¡их непосредс венно по теме диссертации опубликовано 3.

Е;е излагаемые в работе новые идеи, основные теоретические результаты и ранее не употреблявшиеся методические приемы выдвинуты, получены и обоснованы автором самостоятельно.

Полевые экспедиционные исследования, камер.-льные работы и математические расчеты выполнены силами Института геофизики ир0 РАН при активном участии и по инициативе автора.

Стщктура. и_объем_£абдты^

Дисспрт&тя состоит из введения, четырех глав заключения и

содержит 101 страницу машинописного текста, в том числе 30 рисунков, 4 таблицы и список литературы с 41 наименованием.

Чо введении обоснована актуальность теш, тривидены задачи » обозначена научная новизна исследования.

Глава I посвящена опис?чию особенностей прохождения, методики регистрации, приемов обработки и интерпретации помех от ЗВД, обсуждению опыта решения различных геологических за^ач с помощью съемки техногенного поля, сбору необходимых сведений о функционировании и параметрах основных устройств дороги, а также выбору исход, ой модели источника полезного сигнала разрабатываемой модификации злектроразве, си.

В главе 2 дается вывод формул нормального поля главных токонесущих элементов системы энергоснабжения электровозов, критерий качества различных видов перспективных импульсов, оценка пригож ности этих импульсов для использования в электроразведке, способ извлечения однотипных по структуре источника сигналов из помех от ЭВД и алгоритм их пересчета в значения кажущегося удельного электрического сопротивления Земли.

В третьей главе приводятся _ езультаты практического опробования метода Э1ВД.

В главе четвертой рассмотрены теоретические вопросы, позволяющие применять новую разновидность электроразведки в случаях, когда рельсовый путь нельзя считать прямолинейным, равномерно заземленным и неветвяшимся.

В заключении подводятся итоги и формул! дуются защищаемые поло-нения выполненной работы.

Содержание работы.

Глава 1.КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СВОЙСТВАХ, ОСОБЕННОСТЯХ РЕГИСТРАЦИИ ПРИЕМАХ ОБРАБОТКИ. .МЕХАНИЗМЕ И ИСТОЧНИКЕ ВОЗБУГДЕНИЯ НАИБОЛЕЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХ ОТ ЭВД.

1..1 .Некоторые характеристики изучаемого носителя информации.

Специальные измерения, выполненные вблизи рельсовых I утей автором и другими исследователями Сс по эщью фоторегистрырующей ап паратуры), показывают, что самыми заметными среди электрор^зведо-чных поъ*)К от ЭВД являются апериодические импульсы, выступаюда на сильно изрег чном фоне в чиде студней различной полярности

4

Они инициируются изменяющими режим энергопотребления электровозами, в силу чего имеют существенно различные пространственные распределения. Направления электрической напряженности СЮ помех на одних точках профиля наблюдения совпадают, на других- гарьируют в широких пределах. Кривые поиведенных Ск значениям базисного пункта) амплитуд |Е| над хорошими проводниками имеют пониженные, над плохими- повышенные уровни. Если злектроразведочные работы ведутся на удалениях от ЭВД до 500-1000 метров и на высокоомном разрезе С например, в условиях открытого Урала), то саше мощные импульсы исследуемого носителя геологической информации составляют 0,3 - 3, иногда -4-3 В/км, на первых 10 (нередко - 15) км они резко затухают, оставаясь все же (по сравнению с теллурическим полем) интенсивными, ча 13 - 30 км - еще доминируют, а далее, как замечено И.В.Ковалевской. Н.В.Минериной и др. (1961)» начинают превалировать земные естественные токи, но и на их фоне рассматриваемые колебания чг-.го прослеживаются вплоть до 60 км, представляя собой пикообразньтэ всплески с амплитудами порядка 6 мВ/км.

Ьад погребенными частями Уральской палеозойской геосинклинали Ст. е. на кизкоомных разрезах) те же значения интенсивности импульсов наблюдаются на расстояниях аримерно в 1,5-3,5 раза меньших, чем на открыто»* Урале, а их резкое затухание происходит на первых 4,и - 7,5 км. Вид отдельных реализаций данного типа злект ромагнитных возмущений усложняется наличием большего количества знакопеременных ступеней, но это не мешает распознаванию природы последних.

Таким обра-зом, наиболее интенсивк з . колебания поля блуждающих токов ЭДД возбуждаются в моменты изменения режима питания электровозов и обладают специфической формой осциллографической записи, относитель: о большой дальностью приема, изменчивой и неоднородной структурой пространственного распределения, а также некоторой зави имостью от ф'-чических свойств геологической'среды.

1 2А._Сбзо2_ПЕеашествуюищ;_и^ электтомагкитнш_прощуленнот_по

На возможность использования гксв, иничиируемых в Земле индустриальными установками, для разведочных целей одними из первы. обратили внимание: в нашей сгране-А.С.Поляков С1947), за ру'ежом-С.РогсЬепбог1ех' С1931). Пионерские исследования по выявлению приемов определения с помощью данных съемки помех особенностей гео-эле "трического разреза выполнили: Г.И.Хсванова (1555), Л.М.У.сффв,

В.А.Комаров, М.В.Семенов (1957), Р.М.Каменецкая, Ю.В.Якубовский С1957), и др. На базе перечисленных С а также прочих, по сути похожих, ко большей частью неопубликованных), рас от оыл создан метод блуждающих токов С МБТ), главная задача которого - поиски и картирование злектропровс .ных рудных тел и зон на флангах разрабатываемых месторождений.

С самого момента зарождения (ЛЕТ начали ставить и на земной поверхности и под землей. Для развития его шахтного варианта многое сделал В.Б.Гамоян. Им в содружестве с коллегами предложена наиб -лее слизкая к реальности модель источника помех, прототипом которой является штолы... с электрифицированной откаточной линие" С1972), решены (с учетом данной модели и мешающлх факторов) некоторые прямые задачи метода С1989) и т.п. •

Довольно значительный вклад в становление наземного варианта МВТ внесли: Ю.В.Ясубовс: 1й, И.А.Доброхотова (1972), Г.И.Березин, М.В.Семенов (1373), В.А.Комаров, С.П.Сергеев, А.Н.Шувал - Сергеев (1977), М.В.Семенов (1978), Б.Л.Бобровников (1988), J.Jermlr С969) и др. Они установили, что в благоприятных условиях по данным съемки техногенного поля vlxho изучать изменение в пространстве относительной электропроводности, относительной поляризуемости, относительной магнитной восприимчивости.

1,3 Шсбхомшй^ни^м^анн^

ЦкШ_2Д&Е৹1е^_Исхддная_моаель_источн

щейся_на_использовании_поля_токо^

ЭВД Св общем случае) состоит из участков переменного, постоянного к смешанного тока. На каждом из них электровоза питаются от тяговых подстанций с помощью секционированного контактного провода и электрически неразрывного рельсового пути. Поскольку рельсы через шпалы и балласт заземлены, то в передаче электричества участвует и земля.

Общеприняты две схемы питания электровозов - односторонняя и двусторонняя. При односторонней схеме каждая секция контгктного провода подсоединена лишь к одной из подстанций, при двусторонней - к двум соседним, работаэтшдм параллельно. Келр->нсдорош:ле neps-гоны имеют участки (развилки, остш. вочкыэ пункты и т. п.), где изменение реяяма питания поездов практически киизбошо.

Отмьлим, что:

1 .Промышлек' ie помехи от.электрической железной дороги, в том

е

числе и мсшные ступенеобраразные импульсы, создаются большим количеством разнонаправленных токов, однако вклады, инициируемые электровозами при изменении нагрузки на конкретном участке пути, назовем их квазидетерминированными слагаемыми, а импутьсы, куда они входят - перспективными, принадлежат источнику, структура ко-торс го в соответствующие моменты с той или иной степенью точности идентична.

2.Если следить за временем, направлением и особенностями прохождения поездов (остановка, ускорение и др.Э, по одному из мест, где смена режима энергопотребления локомотивов обязательна, то перспективные импульс-- молшо разделить на группы с положительными и отрицательными квазидетерминированными слагаемыми, причем прочие вклады (помехи) г каждой группе будут того и другого знака.

3.В точках местности, расположенных около выбранного отрезка вынужденного изменения нагрузки электровозоз, квазидетерминиро-ванные слагаемые долпы быть намного мощнее остальных и последними допустимо пренебречь.

следовательно:

Г.Надо ожидать, что статистическая обработка нормированных амплитуд перспективных импульсов моэк"т привестг к выделению сигналов, морфология пространственного распределения которых практически одинакова.

2.В качестве модели источника электрическсразведки полем железной дороги СЭЩф предпочтительно взять отдельную ветку с одним неподвижным, но многократно изменяющим режим энергопотребления электровозом, а з качестве полез' эго сигнала - отношение амплитуд импульсов, инициируемых этим локомотивом в рядовом и близко расположенном к соответствующей секции контактного провода базисном пунктах нас"-падения.

Предлагаемая модель предельно проста и, очевидно, сравнительно легко подд'этся математическому описанию.

Глава 2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО

Формулы нор.-ального поля МЭ1ВД были получены путем суперпозиции известных решений для полей токов элементарных источников (то"9чнсе заземление, конечный прямолинейный, бесконечно малый

7

линейный проводник с током), при условиях, что рельсовый путь не-ветвящийся, равномерно заземленный, бесконечно длинный и некскри-вгэнный. схема питания соответствующей секции .сснтактного провода либо односторонняя либо двусторонняя, электровоз неподвижный, одни элементарные источни' и приподняты, другие - лежат на границе однородного или горизонтально - однородного, слоистого полупространства, режим возбуждения полезного сигнала установившийся.

Математические выражения, описывающие утечки и токи железнодорожного пути, были найдены в процессе проработки вывода фор; ул потьлциала и тока рельсов, позаимствованного из учебника К^Г.Мар-квардта: "Энергоснабжение электрических железных дорог" (1963).

Анализ полученных формул и выполненных по ним расчетов показывает: 1. Электрические СДЕХ, ДЕу) и горизонтальные магнитные СДН^., ДНу) составляющие полезного сигнала разрабатываемого метода существуют, в основной, за счет утечек пути, а вертикальная (ДЯ2) -за счет токов рельсов и контактного провода, 2.Информация о параметрах геоэлектрического разреза имеется только в Е- компонентах, ? Н - компоненты, как и следовало ожидать, характеризуют лишь их источник, 3.Кривые профильных распределений ДЕ^Су/О, ДН^Су/Ь) при хЛ,=сопз1 С1=х,у, ¿=у,х, х - перпендикулярна, у - параллельна дороге, Ь-расстояние между соседними подстанциями), хотя и попарно похожи, но затухание электрических составляющих довольно сильно отличается от затухания магнитных, 4.Вклады приращений токов секции контактного провода в Д!^, ДНу с ростом х быстро уменьшаются и, начиная, например, с х=1СШ СЬ.- исота подвеса контактного провода, колеблющаяся около шести м.).пренебрежимо малы. 5.Рядом с путями имеются такие участки местности, где суммарная ДН2 вызываеся лишь токами контактного провода, .е. не зависит от особенностей заземления пути.

Таким образом, выявилась возможность: одни сочетания составлл- • юшдх техногенного поля ЭЗД использовать для уточнения структуры источника исследуемых .импульсов, другие - для их разсраковки, третьи - для нахождения количественных геоэлектрических характеристик .

2Х2 . Выделение ^вдс^пднщ промыншенных помех от ЭЖД.

В разделе 2.2 дана оценка пригодности различных гипсв перспективных ..ипульсов для электроразведки, предложен критерий их качества и перечне эны методические приемы, позволявшие голучать из

промышленных помех полезные сигналы МЭЩЦ.

Чтобы осуществить обсуждаемую процедуру на практике, необходимо проделать следующс ):1 .Ироаневизировать документацию на ближайший к участку геофизических работ отрезок рельсового пути и выбрать место, где электровозы вынуждены изменять нагрузку. 2.Развернуть около него базисный пункт, оборудованный средствами измерения электрических и магнитных составляющих поля, а также средствами слежения за временем, направлением и особенностями движения поездов по выбранному участку пути. При этом в качестве регистрирующей аппаратуры можно использовать магнитотеллурическую лабораторию МТЛ-71, ссущестг тая слежение за поездами визуально с помощью ее хронометры и полевого журнала. 3. Разбить сеть наблюдений. 4.Провести синхронно с измерениями в базисном (сВ пункте съежу поля ЭЗД в каждом рядовом СрЗ - вторым комплектом той же аппаратуры. 3.(.¡коррелировать данные регистрации й и р пунктов. 6. Найти импульсы, возникшие во время прохождения поездов по выбранному месту дороги, и снять их амплитуды. 7.Рассчитать отношения АЕ^ /АЕу^ -■ или АН^АНу^ = т^ и т. п. 8. Построить гистограммы

и т) . 3.Выделить интервалы наиболее часто встречающихся зна-¿у лу #

чен-й АЕ^АЕу^, АН^АНу^. 10.Отбраковать импульсы, соответствующе числам ц и г]™,, не входящим в экстремумы упомянутых гисто-^У ^У

грамм. 11 .Построить линейные зависимости АЕ^(АЕ^), АЕ^(АН^), АЕ^кН, тангенсы углов наклона которых и будут искомы, л величинами .

Полезные сигналы ЫЭПЖЦ, как вытекает из вышеизложенного, полу-чаютс.. нормированными и могут быть двух типов: АЕ^АЕ,^, а также АЕ^АН^, АЕ^р/АНур. Все они подходят для использования. Однако, если учесть, что магнитное поле источника постоянного тока в случае однородного и горизонтально-слоистого полупространства не загубит от электропроводности среды, то не трудно догадаться о существовании возможности трансформации отношений АЕ^АН^ и АЕ^ /АН^ в значе ля кажущегося сопротивления Земли (рк ^. С этой точки зрения они предпочтительнее, чем АЕ^АЕ^.

2.Вывод формул для расчета параметра рк тс и результаты ма-£§матического_мдделщ)от

Допустим, что ЭЛЩВ лежит на поверхности однородного или горизонтально - слоистого полупространства. Тогда мох:эм записать:

"V Ро^р • -- ^¡а -

Pp^tp= рклсtI/xLp , ^Jd '

где p и рк тс- соответственно, удельное и кажущееся электрические сопротивления среды, Д^р. ~ приращения электрической и магнитной напряженности поля в рядовом Ср) и долговременном (.d) пунктах в случае однородного Со) и горизонтально - однородного, слоистого Сел) разреза, ае{р, коэффициенты, учитывающие взаимное положение источника и измерительной установки.

Но = Дйу^, следовательно:

Рк.ТС Д£°р д; ДйСЛ д£?р дуСЛ

откуда, опустив индекс сл, получим:

где p0Mjd / = aetp^7jd С i^J или t=/P - величины, играющие роль коэффициентов электроразведочной установки.

Численные значения б^ можно кайти с помощью соответствующих выражений для нормального поля однородного полупространства, если положить р0 » 1, I = 1.

По выведенным формулам были рассчитаны двуслойные и трехслойные теоретические кривые Рк,ia=6x>/Exf/AHya и рЦ.тс= 6u^Eyp^Mxd (х-перпендикулярна, у - параллельна прямолинейной 8ЖДЮ. Их поведение С в целок) соответствует исходной модели, но надо отметить, что графики ^ нагляднее, чем рафики тс, к что выделяются профили (y/L= const) благоприятные и неблагоприятные для зондирования слоистого геоэлектрического разреза. К благоприятчым относятся те из них, которые соответствуют областям экстремумов LE^y/L), к неблагоприятным - те, которые соответствуют промежуткам между экстремумами tE^(yyL), т. к. графики ДЕl(y/L), Mlj(y/L) имеют точки перехода через нуль и выделение полезных сигналов в пунктах измерения, лежащих вб. изи этих точек, становится затруднительны•• из - за их относительной малости. Кривые тсСхуЬ) лучше, по - видимому, подходят для изучения геологической среды по вертикали, а Рк''тсf^r/LJ - по латерали.

ю

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРОБОВАНИЕ МЕТОДА Э1ВД.

Глава 3. состоит из трех разделов. Первый раздел посвящен описанию опытных работ пг методу РТЗД, выполненных на месте заложения Уральской сверхглубокой скважины СГС- 4, второй - результатам использования блуждающих токов ЭЭД в случае мощного осадочного чехла Сна участке, находящемся примерно в 30 км на запад от г.Тюмени) и третий- результатам применения опробованной методики Э1ВД на Трг'щком профиле ГСЗ.

Помехи от ЗВД наблюдались одновременно двумя, тремя комплектами МТЛ-71, с помощью одного из них- в точке, расположенной около отрезка пути, где эл~ктровозы вынуждены изменять режим своего питания (базисный пункт), с помощью остальных - на профилях, проложенных (приблизительно) поперек железной дороги (рядовые пункты) . Особенности движения поездов по выбранному отрезку пути фик- ' сировались визуально и заносились в полевой журнал в виде записей: "14 час. 32 мин.- Э с Ю, ускоряется" или "19 ч. 41 м.- Э с С. замедляется" н т.п. Синхронизация работ1' на рядовых и базисном пунктах осуществлялась с помощью сигналов точного времени радиовещательной станции "Маяк" и контактных хронометров МТЛ-71. При-вяси.а точек наблюдения была картографической.

Обработка экспериментальных данных заключалась-в следующем. Сравнивали осцкллографические запмои базисного и соответствующего рядового пунктов. По меткам времени выделяли участки зали~и, совпадающие с прохождением поездов по выбранному отрезку вынужденного изменения нагрузки электровозов. Снимали амплитуды А£(р, ДЯ^, Д£((3, Ап'^д. вычисляли их отношения и анализировали. Эти отношения (за счет того, что в пределах данной секции контактного провода могут нгходигься и изменять энергопотребление другие, незафиксированные наблюдением на базисном пункте электровозы) имеют раз-бр чсы, но распределения ДЕ^ДЯ^, ДЯ^ДЕ^ вдоль профиля наблюдения в общих чертах сходны между собой, а отношения АЕ^АЕ^, ЬН^лНу^ нер дко повторяются. Причем можно предложить, что часто встречающиеся отношения ДЕ^'ЬЕу^, ЬН^ЬНу^ являю.оя такик , к которым стремятся средние значения этих величин.

На основании выявленных закономерностей был выполнен отбор исходных импульсов и построены графики значений v(R)=FI?* ДЕ^/М^, а(П)^Егр^Ега. рк>тс. 0*АЬ-гр,ДЯгд. 1 тс=бху^ДЕхр/ДНус1, р«>тс

=б ^.ДЕур/^, (р^тс) •=б'улДЕ;ф/ДНул. Ср» (ТС) '=б^*ДЕур/Д}1/р.

где R - расстояние точки наблюдения от преимущественного направления 'ЭВД, г - индекс проекции вектора Е или Н на горизонтальную плоскость.

Сопоставление'профильного хода v, ц, рк тс =6*Д£Гр/ДЯгд с аналогичным ходом кривой продольной проводимости S, полученной на участке СГС - 4 по материалам ВЭЗ, показало:

1.Все четыре распределения довольно хорошо согласуются между собой, т. е., как по пафикам v, u. рк т , так ч по кривой S можно выделить блоки геологических образований с относительно повышенной и отгэсительно пониженной электрической проводимостью.

2. Несмотря на сильную изрезанноегь, распределение рк тс испытывает с уд?лением от рельсов все возрастающее одностороннее отклонение от оси абсцисс, что обусловлено, по - видимому, наличием под проводяглми осадками весьма неоднородного, но в целом высо-коомного фундамента коренных пород.

3. Общее поведение рк тс не противоречит геоэлектрическому разрезу.

Таким обрanом, выводы о возможности выделения из помех от ЗЛЩ однотипных по структуре источника сигналов, а также соображения о преимуществах нормирования Д£j к ДHj подтвердились.

Эксперимент, описанный во втором разделе главы 3, выполнялся с целью проверки возможности использования помех от ЗД для изучения распределения электропроводности горных пород в Земле по вертикали. После его завершения было выявлено:

1. В точках, находящихся примерно на равных расстояниях по обе стороны ог рельсов, значения соответствующих рк тс по порядку величин совпадают, что обусловлено присутствием мощного и сравнительно однородного, низкоомного осадочного чехла и слабо проводящего, фундамента коренных пород погребенной части Уральских структур- - „

2. Графики р^ тс(х) и р£ тсСх), где х - удаление точег наблюдения от рельсов', Р^тс=бху*АЕхр/ЛНуй, р> iTC=6yx*AEyp/AHxd. имеют существенные различия. Если р* тс построенные на билогарифмиче-ском бланке, с увеличением х довольно быстро растут, приближаясь в средней части к асимптоте S, то тс колеблется около линии, почти Параллельной оси абцисс. Т.е. и экспериментальные кривые

лучше отражают изменение электропроводности Зек -и по вертикали, а тс - по горизонтали.

Количественная интерпретация профильных раелгаеделеяий р£ тс

12

была проведена методом подбора в рамках одномерной модели. Их поведение отвечает двуслойной среде с параметрами: р1 = 1 + 3 Ом*м, h1 = 0,5 + 1 км, f>2= 1 3 тыс. Омам, h>,= °о, которые вполне вероятны, что подтверждается данными интерпретации кривых МТЗ, полученных на участке работ ранее, т.к. средние значения продольной проводимости осадочн' го чехла S1, как по МТЗ, так и по МЭ1ВД практически одинаковы и составляют 300 - 500 См.

Следовательно, метод Э1ВД можно уже при современном состоянии развития успешно использовать для изучения разреза по вертикали.

Участок работ третьего эксперимента находился в районе пересе чения железнодорожной четки Челябинск - Карталы. с магистральным газопроводом и р. Верхний Тогузак. Рельсовый путь там извилистый. Мощность проводящих рыхлых отложений незначительная и весьма невыдержанная. Высокоомные породы имеют неровный рельеф и изредка выходят на дневную поверхность. Т.е. условия для применения МЭ1ВД были явно неблагоприятными. Это привело к появлению на нек> торых точках у значений тс, рЦ тс отрицательного знака, что связано, вероятно, г. обтеканием неровностей коренных пород и концентрацией блуждающих токов в области пересечения пути с газопроводом. К сожалению, не было возможности выполнить наблюдения' по пространственно развитой сети полевых пунктов и избавиться от подмеченных искажений. В связи с чем данные ЛЭПВД оказались годны только для качественной интерпретации.

Таким образом, результаты полевых экспериментов показывают,что техногенное поле 8ВД вполне пригодно для получения количественных геоэ..^ктрических характеристик, но опробованный вариант метода ЭГВД нуждается в усовериепствовании.

Глава 4. НЕКОТОРЫЕ РАЗРАБОТКИ, ПСВШАОВДЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Э1ВД.

м¥лам_пвямолинейной.

Для расчьга нормального поля CHj, Е°) криволинейной ЭВДВ по формулам прямолинейной необходимо: 1.Представить рельсовый путь и соответствующую секцию контактного провода совокупностью п - пар прямых отрезков Dpj = D0j= D^, максимально близко повторяющих все важнейшие изгибы дороги. 2.3'чать п - систем прямолинейных кг ординат, причем так, чтобы оси у., легли на i - тые отрезки рельсо-еого пути, а оси х^ - отстояли от начала Dpj на величины, равные сумме длин всех промер лзчных Dj, вплоть до пи пошей элек" "своз

13

подстанции. 3.Найти с помощью топохарты или топопланшета координаты Хр^, Ур^, х^, уй1 рядовых и базисного пунктов наблюдения и координаты 1н1, 1к1 - начала и конца а также углы между преимущественным направлением ЭВД и осями у^. 4.Записать соответствующие выражения в виде суммы интегралов с нижними пределами и верхними- 5.Произвести численное интегрирование и геометрическое суммирование их слагаемых, в частности, используя углы Полученные зна ения к Н^, будут, очепдно, свободны от ошибок, возникающих, за счет пренебрежения кривизной ЭВД.

ностей зазем/гения рельсовых путей.

В разделе 2.1 установлено, что вертикальная магнитная составляющая (ДН2) поля ЭВД в ближних к дороге точках наблюдения не зависит от пар .метров георазреза и создается (практически) только токами контактного провода и рельсов. Следовательно, отклонение ее фактического распределения (в упомянутых точках) от расчетного может быть вызвано лишь разветвлениями и неравномер"остями заземления пути. Используя этот результат и соответствующие формулы для вычисления ДН2, была получена система п. линейных уравнений с "п неизвестными, искомыми величинами которой являются доли токов в различных отрезках пути и соответствующей секции контактного провода, а козфициентами при неизвестных - некоторые выражения, содержащие данные измерения ДНа и координаты точек наблюдения.

Применение обсуждаемой системы уравнений позволяет проводить учет влияния на результаты МЭЕВД разветвлений, неравномерностей заземления и искривлений рельсов. При этом кажущееся сопротивление изучаемого массива горных пород вычисляется по формуле:

1ШАНа<1

г, _ А ___¡2___

Рк.тс MN т ля

где - длина приемной линии MN, AÜM, ди^ - временные приращения потенциала поля - помех, соответственно, в точке М и N, рядового пункта, бщ - величина, играющая роль коэффициента электроразведочной установки, d - си! "50л базисного пункта.

ЛТгчем^ _гщиво5Яще_^выАелет1ю_полезних_сига

В опробов&нноы варианте ЭПЖД базисный пункт (ЕГО и точ1са сбора сведений СТС) о времени, направлении и характере движения поездов по выбранному отрезку вынужденного изменения нагрузю электрово-

зов совмещены. В принципе ничего не мешает их разнести. Поэтому, зная из раздела 2.1, что около железной дороги есть участки местности, где вертикаль: ая составляющая ЛН2 перспективного иклульса наводится преимущественно только токами ближайшей секции контактного провода, можно реализовать систему наблюдений, в которой БП находится на одном из таких участков, а ТС- на прежнем месте. Это позволит С в благоприятных случаях), используя известные выражения для пля линейного тока и данные измерения ДН„, определять приращения тягового тока Д1т, ответственные за возбуждение перспективных импульсов АЕ^р. AHjn« что Дает возможность получать полезные сигналы типа ДЕ1г)/Д1т, ÄILp/AI.j и оперировать ими так, как в обы- ^ чной кондуктивной злектрораз'ведке оперируют сигналами Д11/Д1 или о

ДЕ/Д1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В процессе выполненных исследований установлено: I. В качестве, исходной модели источника метода ЭГВД целесообразно считать электрическую железнодорожную ветку, на которой имеется только один не перемещающийся электровоз. Фактическое наличие других электровозов исключается путем статистической обработки полевых материалов. 2.Амплитуды полезных сигналов МЭПЭД могут быть'пересчитаны в значения тс, р|| тс. Профильные распределениях р^ тс лучше подходят для изучения изменений электропроводности Уемли по вертикали, а р|| тс - по латерали. Оба распределения поддаются количественной интерпретации.

Исходя из изложенного, на защиту выносятся следующие положения :

1.Из промышленных помех* возбуждаемых в разное временя токами ■ тяговой сети электрической железной дороги, можно выделять практически одинаковые по структуре источника сигналы.

2 Электромагнитные импульсы, возникающие в моменты изменения режимов энергопотребления электровозов при обычном гр-^ике движения .сездов, поддаются преобразованию в значения кажущегося сопротивления, профильные и площадные распределения которого в).олне пригодны для количественной интерпретации.

3.Существуют такие систем., наблюдения помех от ЭВД, примен .ме которых позволяет определять доли утечек различных отрезков пути и приращения г: "'ового тока, ответственные за возбуждение однотипных по структуре источника сигналов.

1 5

4.Геологическая информация, извлекаемая из данных съемки импульсного поля электрической железной дороги, сравнима по содержанию и качеству с информацией методов сопротивления, выполняемых с активными источниками.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1 .Вишнев B.C. О возмопости использования блуждающих токов тяговой сети железной дороги для определения количественных геоэлектрических характеристик.- Материалы 2-ой нау чо - практической конференции "Инженерная геофизика в Уральском регионе." Екатеринбург: УрО РАН, 1995, с. 48-50.

2. Вишнев B.C. Поле токов тяговой сети железной дороги и возможности его использования б электроразведке. - Материалы научной конференции "Теория и практика магнитотеллурического зондирование." Москва, 1994, с. 70 - 71.

3.Вишнев B.C. Об использовании поля тяговой сети электрической железной дороги для электрозондирования. - В сб.: Электрометрические исследования на Урале. Свердловск, 1989, с. 2-27 Рук. деп. В ВИНИТИ й 43£Э - в 89.

4.Вишнев B.C., Дьяконова А.Г., Журавлева Р.Б. Способ геоэлектроразведки. А.с. СССР .lí> I582I60, 1987.

5.Вишнев B.C., Дьяконова А.Г., Хачай О.А. Опыт электрозокдиро-вания верхней.части земной коры Урала полем тяговой сети электрифицированной железной дороги,- Геология и геофизика, N т2, т.36, 1995, С.122-127.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность всем сотрудникам Института геофизики УрО РАН, способствовавшим выполнению этой работы.

ПОДПИСАНО К ПЕЧАТИ 8.02.06г. ФОРМАТ 60x84 1/1(3 ОБЪЕМ 1.0П.Л. ТИРАЖ lOO ЗАКАЗ 99

11ЧХ N> АООТ ' ПОЛИГРАФИСТ '

ПКАТЕРИНПУГГ. ТУ РГНМ ЕВ А, 20