Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика исследования подповерхностных неоднородностей на основе малоглубинного индукционного частотного зондирования

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Методика исследования подповерхностных неоднородностей на основе малоглубинного индукционного частотного зондирования"

МАНШТЕЙН ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ МАЛОГЛУБИННОГО ИНДУКЦИОННОГО ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ИЮН 2010

НОВОСИБИРСК 2010

004603650

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель:

доктор технических наук, академик РАН Эпов Михаил Иванович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Балашов Борис Петрович

кандидат технических наук Антонов Евгений Юрьевич

Ведущая организация:

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва

Защита состоится 24 июня 2010 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН, в конференц-зале.

Адрес: пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090

факс: (383) 333-25-13

e-mail: nevedrovann@ipgg.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН

Автореферат разослан 21 мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. геол.-минерал. наук, доцент

H.H. Неведрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования диссертационной работы является метод электромагнитного индукционного частотного зондирования (43) и его применение для создания методики обнаружения, идентификации, оценки параметров и положения подповерхностных (до 10 м) геоэлектрических неоднородностей на основе данных, полученных аппаратурой электромагнитного сканирования ЭМС.

Актуальность работы. Применяющиеся в настоящее время подходы к изучению структуры среды и объектов, залегающих на глубине первых 10 метров, включают ограниченное число методик, основанных на нескольких геофизических методах. Каждый из них, наряду с преимуществами, обладает некоторыми недостатками: большие временные затраты, необходимость заземления электродов (методы постоянного тока), недостаточная информативность данных, низкая помехоустойчивость (одночастотное картирование, магниторазведка), узкая область применения (трассоискатели), высокая цена аппаратуры (георадар).

Деятельность человека, связанная со строительством и эксплуатацией подземных сооружений, изменением условий распространения грунтовых вод и их минерализации, поиском археологических объектов и т.п., порождает большое число задач, решение которых необходимо строить на бесконтактном неразрушающем дистанционном методе исследования, создающем легко и однозначно интерпретируемые пользователем изображения подземных объектов. Недостаточная обеспеченность аппаратными, программными и методическими средствами ограничивает применение метода 43 в малоглубинных изысканиях. Актуальной, является разработка способа применения 43 для исследования первых метров подповерхностного пространства.

Цель исследования - повысить эффективность малоглубинной электроразведки методом электромагнитного частотного индукционного зондирования аппаратурой ЭМС для получения достоверных данных о структуре подповерхностного пространства на основе большого набора высокоточных измерений.

Научная задача - разработать методику обнаружения и оценки подповерхностных аномалий удельной электропроводности по дискретному спектру электромагнитных сигналов, измеренных аппаратурой ЭМС.

Фактический материал, методы исследований и аппаратура. Теоретической основой работы являются уравнения Максвелла в квазистационарном приближении, методы решения прямых и обратных задач при индуктивном монохроматическом возбуждении электромагнитного поля и их асимптотические низкочастотные описания; в качестве фактического материала использованы данные полевых измерений ЭМС, магнитометрии, ВЭЗ, георадарометрии. Основной метод исследований - полевой и натурный эксперимент. Применяемая аппаратура - ЭМС (электромагнитный сканер). Разработанная методика сопоставлялась с известными отечественными и зарубежными геофизическими методиками. Результативность проверена прямыми раскопками, отбором проб, бурением.

Для совместной интерпретации использованы:

• значения градиента вертикальной составляющей магнитного поля, измеренные квантовым магнитометр-градиентометром G-858 (США, Geometries) - около десяти объектов;

• удельное электрическое сопротивление, измеренное методами сопротивлений аппаратурой М-416 и ЦИКЛ ВЭЗ-ВП (многократно);

• георадарограммы, записанные георадаром (США, GSSI) - один объект, ОКО-2 (Россия, Логис-Геотех) - 2 объекта;

• литологические и гидрогеологические данные бурения (3 скважины);

• данные раскопок (не менее десяти объектов).

Защищаемые научные результаты:

1. Разработана методика обнаружения и оценки подповерхностных аномалий удельной электропроводности на глубину до 10 м но трансформациям сигналов, полученных с помощью аппаратуры электромагнитного сканирования.

2. Установлена и практически верифицирована достаточность использования пространственного распределения кажущихся значений электропроводности для решения широкого круга научных и

2

практических задач в различных областях знания (археологии, инженерной геологии, гидрологии, экологии и вулканологии).

Научная новизна и личный вклад

1. Выявлена однозначная связь между визуализированным распределением трансформаций сигнала электромагнитного частотного зондирования и реальными структурами подповерхностного пространства: зонами повышенной обводненности, минерализации грунтовых вод, подземными коммуникациями, археологическими объектами.

2. По результатам количественного анализа полевых данных, полученных при непосредственном участии автора, сделана оценка достоверности обнаружения геоэлектрических аномалий, приуроченных к определенным типам подповерхностных объектов.

3. Частотные зондирования выполнены для трех типов объектов, различающихся по контрасту электропроводности с вмещающей средой: высоко контрастных (металлические трубы), средней контрастности (обводненные грунты) и низкой (грунтовые археологические памятники); а также в различных геоэлектрических условиях: при низких (сельская местность) и очень высоких (территории работающих электростанций) уровнях электромагнитных помех. Исследования проведены на нескольких десятках объектов, характеризующихся различной формой и размерами. В результате получены оценки достоверности выявления аномальных объектов, проведена их типизация, установлены особенности методических приемов их выделения.

4. Впервые в мире с использованием разработанной методики детально изучена конфигурация гидрохимической зональности подповерхностных вулканогенных структур: фумарол, грязевых котлов, подземных потоков гидротермальных вод вулканов Южной Камчатки.

Практическое значение результатов работы состоит в следующем: разработанная методика является информативным и экономически обоснованным инструментом для проведения исследовательских и практических работ, связанных с изучением первых 10 метров подповерхностного пространства. Важной

особенностью методики является возможность ее быстрой адаптации к решению различных геофизических задач. Сравнительный анализ данной методики с существующими аналогами, основанными на применении индукционных методов, выявил ряд существенных преимуществ:

• возможность получения информации в виде геоэлектрических карт и разрезов кажущегося УЭС в реальном масштабе времени;

• возможность эффективного применения в условиях высокого уровня электромагнитных помех;

• применимость для инвентаризации и диагностики действующих промышленных подземных сооружений, работы в лесистой местности, в условиях городской застройки;

• исследование геологических объектов низкого сопротивления (около 1 Ом-м и ниже);

Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях: EAGE 64-th Conference & Exhibition - Florence, Italy, 2730 May 2002; EAGE-EGU-AUG Joint Assembly - Nice, France, April 2003; 9-th meeting of Environmental and Engineering Geophysics - Prague, Czech Republic, September 2003, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 19-24 April 2009; на конференциях в Чите (2004) и Новосибирске (2002-2004), Международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев, 2009).

Исследования поддержаны грантами РФФИ 00-06-80241-а, 02-0574597-3, 03-06-80415-а, 06-06-80295-а, 09-05-01138-а, 09-06-00204-а и программой научно-технического сотрудничества Россия-Индия.

Всего по теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 8 статей, в том числе в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией - 3 («Геофизика» - 1, «Геофизический вестник» - 1, Доклады Академии наук - 1), и 5 -материалы российских и международных конференций, симпозиумов, семинаров.

Научные результаты диссертации используются в исследованиях Института проблем освоения Севера СО РАН (г. Тюмень), Института археологии и этнографии СО РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Института Антарктики (Италия); в работе управления жилищного хозяйства (Дзержинский район,

г. Новосибирск), ОАО «Самаратрансгаз», ОАО «Транснефть», ОАО «Восточно-Сибирская нефтяная компания» ООО «Главгросстрой» (г. Новосибирск). В 2009 году проведено опробование методики для решения специальных задач СибРК ВВ МВД России во взаимодействии с офицерами кафедры Обеспечения служебно-боевой деятельности внутренних войск Новосибирского военного института внутренних войск МВД России им. генерала Яковлева.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы (117 наименований). Работа изложена на 111 страницах, включая 63 рисунка и 2 таблицы.

Автор благодарен руководителю рабочей группы к.т.н. А.К. Манштейну и к.т.н. Е.В.Балкову за многолетнее сотрудничество,

д.и.н., академику РАН В.И. Молодину и к.и.н. М.А. Чемякиной за постановку археологических задач; д.г.-м.н. С.Б. Бортниковой за организацию исследования вулканогенных структур. Автор особенно признателен директору компании Geostudi Astier s.r.l. доктору философии Gianfranco Morelli, профессору Mario Marchisio из университета г. Пиза и профессорам Giovanni Santarato и Abu Zeid кафедры геофизики Университета г. Феррара, а также доктору философии Edigio Armadillo за обеспечение полевых работ в Италии. Данная работа не смогла бы быть выполнена без содействия научного руководителя, д.т.н., академика РАН М.И.Эпова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении определены объект, актуальность, цель, научная задача, фактический материал исследования, описана аппаратура, сформулированы основные полученные результаты, научная новизна работы, личный вклад автора, теоретическая и практическая значимость полученных результатов.

ГЛАВА 1 . ИЗУЧЕННОСТЬ ЗАДАЧИ. АППАРАТУРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЭМС

В первой главе описан круг задач, для которых применяется разработанная методика, дан краткий исторический обзор. Далее в главе приводится типизация подповерхностных геоэлектрических аномалий, приуроченных к различным объектам, проанализированы различные подходы к их изучению. В обзоре аппаратуры для малоглубинных исследований рассматривается наиболее распространенная в последние годы в мире аппаратура индукционных электромагнитных методов для малоглубинных исследований. В таблицу 1 сведены данные о тех характеристиках аппаратуры, которые имеют влияние на методику работ с ней.

Показано, что все существующие методики малоглубинных исследований, основанные на индукционных электромагнитных методах практически неприменимы для построения геоэлектрических разрезов и трехмерных построений в силу особенностей существующей аппаратуры.

Таблица 1

Характеристика / Наименование ЕМ31-МК2 СМ-031 см- 032 СМ-138 ЕМ34-3 ЕМ38 СЕМ-300 СЕМ-2 ЕМР-400

Расстояние между приемным и передающим диполем (м) 3.66 3.74 2.00 1.00 10, 20, 40 1.0 1.3 1.67 1.2

Рабочая частота, кГц 9.8 9.8 12 14.4 6.4, 1.6, 0.4 14.6 до 16, диапазон 0,33-20 кГц до 10, диапазон 0,3-48 кГц до 3, диапазон 1-16 кГц

Максимальная эффективная глубина (м) 6 6 3 1,5 50 Не указана

Емкость записывающего устройства, записей 16500 2 МБ 2 МБ 2 МБ 16500 16500 112000 180000

Диапазоны измерений, мС/м 10, 100, 1000 0,1-1000 0,11000 0,11000 10, 100, 1000 100,1000 0.1 - 1000

Разрешающая способность, % от полной шкалы ±0.1 0.01 0.01 0.01 ±2 +0.1

Точность измерений + 5% при 20мС/м ± 5% при 20мС/м ± 5% при ЗОмС/м

Уровень шума* 0.1 мС/м, 0.03 рр1 0.2 мС/м и более** 0.5 мС/м, 0.02 рр1

Размеры, см 400x20 х18 405х20х 18 205x20 х18 111x20 х18 19.5x13.5x26 диаметр катушки 63 103x12x2.5 190x20x15 146х24х 12.4

Масса, кг 11 10 8 6 20.5 2.5 6.4 4 4.5

♦Уровень шума указан в тех единицах, в которых данные записываются в регистратор.

* * Уровень шума может значительно превышать указанный «в районах сильного воздействия проводов электропередач».

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА ЭМС. СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ МАЛОГЛУБИННЫХ ЗАДАЧ

Во второй главе дано описание аппаратно-программного комплекса электромагнитного индукционного частотного зондирования «Электромагнитный сканер ЭМС», разработанного в ИНГГ СО РАН.

Аппаратура ЭМС представляет из себя трехкатушечный зонд с копланарно расположенными в горизонтальной плоскости генераторной и двумя приемными катушками (рис. 1). Геометрические параметры ЭМС таковы: радиус генераторной катушки 11г= 0.165 м; радиусы

(сгз^™^ ——£ — •

г, = 1.6 т ^ Г2 = 2 5т у

Рис. 1. Внешний вид и функциональная схема аппаратуры ЭМС

приемных катушек = Лт = 0.025 м. Количество витков в генераторной катушке пг= 40, в ближней приёмной катушке пш = 10.8; в дальней пП2 = 50. Расстояния между центрами генераторной и приёмных катушек Г] = 1.5 м и г2 = 2.5 м.

Аппаратура обладает следующими особенностями: приемные катушки включены встречно-параллельно, их моменты разнонаправлены, таким образом, на вход усилителя поступает разностный сигнал; в генераторе применены переключаемые резонансные контуры, позволяющие работать на 14 фиксированных частотах в диапазоне 2.5 - 250 кГц; благодаря оригинальной конструкции приемников прямое поле компенсировано в 1000 раз. Благодаря этим особенностям и другим инженерным решениям, аппаратура ЭМС обладает широким диапазоном измеряемого сигнала, который можно трансформировать в величины кажущейся электропроводности (3-1000 мСм/м) с разрешающей способностью от 1 % для 1000 мСм/м до 10% для 3 мСм/м.

Выражение для регистрируемой в ЭМС разностной э.д.с. записывается следующим образом:

9-/Ат, -4 А- 2г,2 + ¡к 3г 3

9 - ¡кг - - 4 к 2 г 2 + /Аг 3 г 3

к = ^¡¡(о/ла ; М ^ ,М 2~ моменты генераторной и приемной катушек; и г2-расстояния до приемных катушек.

Сигнал, измеряемый в трёхкатушечном зонде, зависит нелинейно от электропроводности среды. Для количественной обработки необходимо трансформировать сигнал в кажущуюся электропроводность. Традиционно это осуществляется по формулам для однородного проводящего полупространства, на основе решения трансцендентного уравнения.

Шаг дискретизации частот выбран таким образом, чтобы глубина зондирования изменялась равномерно с частотой. Конструкция приемника такова, что резонансная частота приемников значительно больше максимальной рабочей частоты аппаратуры.

Уровень собственных шумов прибора, приведенных к выходу приемника, равен 50 нВ. При измерении уровня сигнала более 1 мкВ значение относительной погрешности не превышает 5%.

Аппаратура предназначена для изучения среды с удельным электрическим сопротивлением от 1 до 300 Омм.

В трехмерном пространстве изучаемая на одном пикете область имеет форму эллипса с одним фиксированным (2.5 м) и одним переменным (0.5 -7 м) диаметрами в зависимости от рабочей частоты. Таким образом, можно утверждать, что данная аппаратура предназначена для трехмерного описания распределения геоэлектрических параметров среды на глубину до 7 метров и обладает разрешающей способностью в отношении объектов размером 0.5x0.5x2.5 м. В то же время, высококонтрастные объекты, такие как ферромагнетики, могут быть и меньших размеров.

Далее в главе 2 описывается методика применения аппаратуры ЭМС д ля изучения подповерхностных геоэлектрических аномалий различных типов.

Поскольку получаемая при решении малоглубинных задач информация, как правило, в количественных геоэлектрических

параметрах среды, пользователю не нужна, так как для него важно лишь описание пространственного распределения искомых объектов, то можно говорить о том, что качественное представление подповерхностных геоэлектрических аномалий является достаточным для решения задач малоглубинных исследований. При этом для получения ценной для пользователя информации, достаточно построить качественную визуализацию сигнала 43, прямо зависящего от электропроводности среды и других методов исследований в случае комплексных работ.

Принцип эквивалентности при решении обратной задачи 43 не позволяет достаточно точно оценить вертикальные размеры аномалий, поэтому применять 43 нужно в комплексе с методом сопротивлений, либо иным способом получить привязку по вертикали. Такая привязка может быть получена по данным ВЭЗ, георадарометрии, бурения, раскопок.

Также чрезвычайно важным является наличие как можно более полной априорной информации об объекте: исполнительные карты, планы коммуникаций при работе с инженерными сетями; аэрофотосъемка, данные магниторазведки при работе с археологическими памятниками; данные геохимии и бурения при экологических работах и т.п.

Как известно, критерием применимости того или иного метода для изучения объекта является не только информативность полученных результатов, но и скорость, а значит и стоимость получения данных. Поэтому оптимальный выбор достаточной системы наблюдений, привязки точек наблюдений, режима работы аппаратуры и типа визуализации данных являются необходимыми компонентами полевых работ.

Для изучения объекта аппаратурой ЭМС применяется три вида системы наблюдений: линейные профили, площадная съемка по равномерной сетке наблюдений и площадная съемка по неравномерной сетке. В идеальном случае наиболее информативной и простой является равномерная площадная сетка наблюдений (1 м х 1м), позволяющая получить плотный «куб данных».

Привязка точек наблюдений производится по пластиковым мерным лентам, с помощью которых организуется движение прибора «змейкой» с сохранением ориентации прибора в случае площадной съемки или по профилям. Для работы с мерными лентами оператору ЭМС требуется 12 помощника.

Используемый с 2006 года в аппаратуре ЭМС беспроводной пульт управления позволяет также использовать привязку данных по GPS навигатору. При работе на открытой местности в хороших погодных

условиях такая привязка дает хорошую точность в локальной системе координат, достаточную даже для археологических изысканий, где размеры объектов в плане составляют 2-3 м. Работа с GPS существенно сокращает время полевых работ и делает возможным работу с аппаратурой в одиночку, что также существенно снижает стоимость полевых работ.

Разработанная методика в виде блок-схемы представлена на рис. 2. Поскольку предусмотрена возможность визуализации результатов первичной обработки в масштабе реального времени, и полная обработка с построением 3D визуализации в полевых условиях занимает несколько минут, методика обладает высокой адаптивностью: по итогам интерпретации можно в поле перестроить план эксперимента, изменив набор рабочих частот, высоту положения прибора, тип привязки и плотность сети наблюдений.

Рис. 2. Блок-схема разработанной методики

Для анализа влияния высоты прибора над дневной поверхностью при работе с сильно контрастными объектами были получены модельные данные отклика ЭМС от магнитного диполя. В математической модели мишень зафиксирована на позиции (0,1) прямоугольных координат. Зонд ЭМС перемещается на четырех высотах от 0 до 1.5 м по координатной сетке в диапазоне -1 м < х < 1 м, -

3 м < у 3 м для центра генераторной катушки.

Из анализа полученных данных следует, что на глубине, не превышающей разнос между приемными антеннами (менее 1 м) объект имеет три образа, примерно совпадающих с позициями катушек. По мере увеличения глубины образы несколько деформируются и вырождаются в два, и далее - в один яркий образ, приуроченный к расстоянию 0.7 м от генератора.

Проведенное автором физическое моделирование с передвижением металлической пластины вдоль положенного на бок зонда подтверждают модельные данные.

Таким образом, при работе, связанной с обнаружением и идентификацией проводящих (металлических) объектов, залегающих на глубине до 1 м, целесообразно приподнимать зонд ЭМС над поверхностью на высоту до 1 м. Металлические объекты, не смотря на такую высоту прибора над поверхностью, индуцируют достаточно сильный аномальный сигнал для его их обнаружения, а описанного выше феномена «размножения» отклика удастся избежать.

Для количественной оценки надежности обнаружения аномалии использован параметр у = фЦц/2) > гДе

I

ф(0 =

1

—х 12

ск

Интеграл вероятности; ц - энергетическое отношение аномалия/помеха.

Приведены результаты расчетов вероятностей обнаружения различных аномалий электропроводности.

В результате анализа вероятностей введена типизация выраженности аномалий по принципу надежности обнаружения (см. таблицу 2).

Таблица 2

Объект Макс, надежность обнаружения, % Выраженность Контрастность. Отношение каж. УЭС вмещающей среды и аномалии

Металлический трубопровод 93 Сильная 500

Зольный прослой на дамбе золоогвала 75 Средняя 30

Гидротермальные источники донного поля вулкана Мутновский 68 Средняя 10

Песчаник насыщенный минерализованной водой 85 Сильная 7

Грунтовые археологические памятники 66 Слабая 4

Исходя из параметров аномалий, выделяемых на картах и разрезах и анализа результатов проведенных расчетов, можно сделать вывод о том, что достоверность обнаружения аномалии зависит от:

• Размера, формы и состава объекта.

• Количества точек зондирования.

• Частоты зондирования.

• Чувствительности аппаратуры (энергетическое соотношение).

• Наличия во вмещающей среде объектов, сходных с искомым по геоэлектрическим характеристикам, и расстояния между ними.

ГЛАВА 3. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АППАРАТУРОЙ ЭМС

В главе рассмотрены примеры практического применения 43 для решения различных научных и практических задач, связанных с выделением и изучением геоэлектрических аномалий трех типов: слабой, средней и сильной выраженности.

Приводятся следующие особенности методических приемов для изучения аномалий различных типов:

Слабовыраженные геоэлектрические аномалии (на примере археологических задач).

о для однозначного выделения этих аномалий на фоне нормального сигнала требуется больше точек измерений в пределах аномалии, что в свою очередь требует более плотной сетки измерений (до 0.5 х 0.5 м);

о для идентификации слабовыраженных аномалий требуется априорная информация. Нужно как можно точнее представлять себе форму объекта изучения, его размеры и географическую привязку. На рис. За представлена карта распределения кажущейся электропроводности на частоте 64 кГц и разрез по линии АВ одной из построек грунтового археологического памятника Чича-1 (Новосибирская область). Результат археологических раскопок (рис. 36) подтвердил спрогнозированные по данным ЭМС контуры объекта, видимые на карте и разрезе в виде аномалии повышенной электропроводности.

Рис. 36. Раскоп 15, Чича-1

Геоэлектрические аномалии средней выраженности

(гидрогеологические и экологические задачи)

о Применимы как локальная привязка, так и GPS; о Сеть измерений может быть разреженной (до 2><5 м). На рис. 4 изображена трехмерная визуализация распределения кажущегося удельного электрического сопротивления по данным ЭМС под котлами и грязевыми вулканами гидротермальной площадки в кальдере вулкана Узон (Камчатка), описывающая гидрогеологическую зональность каналов гидротермальной разгрузки.

Сильно выраженные геоэлектрические аномалии (инженерные коммуникации)

о Необходимо использовать нерегулярную сеть наблюдений

(стесненные условия), о Достаточно качественных построений, о Достаточно 1-2 частот.

Карта распределения кажущейся электропроводности, наложенная на топоплан коммуникаций (рис. 5). Обнаружен отсутствующий на плане водовод (выделен красной линией).

Рис. 4. Гидротермальная площадка влк. Узон. Значения шкалы в Ом-м

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сделан вывод о том, что разработанная методика имеет ряд преимуществ по сравнению с известными:

1. Избирательность (благодаря большому количеству рабочих частот и помехоустойчивости)

2. Высокая скорость полевых работ (2.5 - 30 км/ч по профилю с шагом наблюдений 2 м).

3. Быстрая адаптация планирования (визуализация результатов первичной обработки в масштабе реального времени).

4. Возможность построения не только карт, но и вертикальных разрезов, а также трехмерных построений аномалий электропроводности.

5. Низкая стоимость полевых работ по сравнению с другими методиками.

Область применения методики может быть расширена. Перспективные направления - продолжение работ в области изучения загрязнения грунтовых вод; изучение геохимических процессов в фунте над подземными газовыми хранилищами; изучение скальных оснований под россыпными золотоносными месторождениями; применение частотного зондирования для оценки бонитета почв сельскохозяйственного назначения. По всем этим направлениям уже проводится работа, выполнены первые эксперименты.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Манштейн Ю.А. Изучение обводненности грунта методом частотного электромагнитного индукционного зондирования с применением аппаратно-программного комплекса ЭМС 2 [Текст] / Ю.А. Манштейн, Е.В.Балков. // Геофизический Вестник. - 2002. - №1. - С. 24-28.

2. Manstein Yu. Electromagnetic induction frequency sounding as a part of geophysical complex work on Cicah-1 settlement, Western Siberia. [Текст] / Yu.Manstein, A.Manstein // EAGE 64-th Conference & Exhibition, Florence, Italy 27-30 May 2002. Extended abstracts. - 2002. - ISBN 90-73781-21-3 -P. 273-276.

3. Эпов М.И. В поисках мерзлоты (результаты геофизических исследований курганных могильников на плато Укок) [Текст] / М.И. Эпов, А.К. Манштейн, В.И. Молодин, Ю.А. Манштейн и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. - Новосибирск: Изд-во Ин-та археологии и этнографии СО РАН. - 2003. - Том IX. - С. 528-534. - ISBN 5-7803-0115-8.

4. Manstein Yu. Electromagnetic multifrequency sounding device EMS, prototype 2. Comparison with commercial tools. [Текст] / Yu. Manstein, A.Manstein, G. Morelli, N. Abu Zeid, G. Santarato // Geophysical Research Abstracts journal, European Geophysical Society, 2003. - Vol. 5. - ISSN 1029-7006. - P.00208.

5. Manstein Yu. Multi-frequency electromagnetic sounding tool EMS. -Archaeological discoveries. Case stories. [Текст] / Yu. Manstein, A.Manstein, N. Abu Zeid, E. Balkov, M. Chemyakina, G. Morelli, G. Santarato // Geophysical Research Abstracts journal, European Geophysical Society 2003. - Vol. 5 -ISSN 1029-7006-p. 03500.

6. Manstein Yu. Electromagnetic multifrequency sounding device. [Текст] / Yu. Manstein, A. Manstein, E. Balkov. // Proceedings of 9-th meeting of Environmental and Engineering Geophysics, 2003. - p. 059-062 - ISBN 80-239-1332-8.

7. Manstein Yu. Electromagnetic multifrequency sounding device. [Текст] / Yu. Manstein, A. Manstein, E. Balkov. // Proceedings of 9-th meeting of Environmental and Engineering Geophysics, 2003. - p. 059-062 - ISBN 80-239-1332-8.

8. Эпов М.И. Геофизические исследования археологических памятников в северо-западной Монголии в 2005 г. [Текст] / М.И. Эпов, Молодин В.И., А.К. Манштейн, Ю.А. Манштейн и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. -Новосибирск: Изд-во Ин-та археологии и этнографии СО РАН. - 2005. -ТомXI.-С. 503-506.

9. Балков Е.В. Опыт применения электромагнитного частотного зондирования для решения археолого-геофизических задач [Текст] / Е.В. Балков, А.К. Манштейн, М.А. Чемякина, Ю.А. Манштейн и др. // Геофизика. -2006.-№ 1.-С. 43-50.-ISSN 1681-4568.

10. Манштейн Ю.А. Исследование подповерхностного пространства методом электромагнитного частотного зондирования: методика и оборудование [Текст] / Ю.А. Манштейн, Е.В. Балков, А.К. Манштейн // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 5. Недропользование. Новые направления технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых: сб. материалов, междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2006», 24-28 апреля 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 194-197.

11. Манштейн Ю.А. Особенности строения проводящих каналов термальных источников вулкана Мутновский (Южная Камчатка) [Текст] / Ю.А. Манштейн, С.Б. Бортникова, А. К. Манштейн и др. // Доклады Академии Наук. - 2008. - Т. 423. - № 3. - С. 383-388.

12. Manstein Yu.A. Thermal springs hydrogeochemistry and structure at Northmutnovskoe fumarole field (South Kamchatka, Russia). [Текст] / Bortnikova S.B., Bortnikova S.P., Manstein Yu.A., Kiryuhin A.V., Vernikovskaya I.V., Palchik N.A. // PROCEEDINGS, Thirty-Fourth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University - Stanford, California, - February 9-11, 2009. - SGP-TR-187 (9 pages).

13. Манштейн Ю.А. Металлоносность термальных растворов активных вулканов как отражение их генезиса (Южная Камчатка, Парамушир, Россия). [Текст] / Бортникова С.Б., Бессонова Е.П., Гавриленко Г.М., Бортникова С.П., Манштейн Ю.А., Манштейн А.К., Кирюхин А.В., Кузьмина А. А., Котенко Т. А. // Вулканизм и геодинамика: Мат-лы IV Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии 22-27 сентября 2009 г. - 2009. - Т. 2. - С. 704-708.

_Технический редактор Е.В.Бекренёва_

Подписано в печать 30.04.2010 Формат 60x84/16. Бумага офсет № 1. Гарнитура Тайме _Печ. л. 0,9. Тираж 120. Зак. № 42_

ИНГГ СО РАН, ОИТ, пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Манштейн, Юрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ЗАДАЧИ. АППАРАТУРА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЭМС.

1.1 Особенности малоглубинной электроразведки.

1.2. Типизация подповерхностных геоэлектрических аномалий.

1.3. Обзор индукционной аппаратуры для малоглубинных исследований.

ГЛАВА 2.АППАРАТУРА ЭМС. ПРИЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ МАЛОГЛУБИННЫХ ЗАДАЧ.

2.1. Основы теории ЭМС.

2.1.1. Формулировка прямой задачи ЭМС для однородного полупространства.

2.1.2. Низкочастотное асимптотическое разложение. От реальных катушек к диполям. Введение ак.

2.1.3. Преимущества 3-катушечного зонда. Глубинность исследований.

2.2. Методика изучения подповерхностных геоэлектрических аномалий.

2.3. Надежность обнаружения аномалии.

ГЛАВА 3. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АППАРАТУРОЙ ЭМС.

3.1. Слабовыраженные геоэлектрические аномалии — археологические задачи.

3.2. Средневыраженные геоэлектрические аномалии: экологические и гидрогеологические задачи.

3.3. Сильно выраженные аномалии: инженерные коммуникации.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика исследования подповерхностных неоднородностей на основе малоглубинного индукционного частотного зондирования"

Объектом исследования является метод электромагнитного индукционного частотного зондирования (43) и его применение для создания методики обнаружения, идентификации и оценки параметров и положения подповерхностных (до 10 м) геоэлектрических неоднородностей на основе данных, полученных аппаратурой электромагнитного сканирования ЭМС.

Актуальность темы.

В мировой практике известно множество способов изучения верхней части подповерхностного пространства, основанных на методах сопротивлений, электрических и электромагнитных зондирований, магниторазведки, георадарометрии. Также известны попытки выполнения малоглубинного частотного зондирования (43) [116]. Применяющиеся в настоящее время подходы к изучению структуры грунта и объектов, залегающих на глубине первых 10 метров, включают ограниченное число методик, основанных на нескольких геофизических методах. Каждый из них, наряду с преимуществами, обладает некоторыми недостатками: большие временные затраты, необходимость гальванического контакта с грунтом (методы постоянного тока), недостаточная информативность данных, низкая помехоустойчивость (частотное картирование, магниторазведка), узкая область применимости (трассоискатели), высокая цена аппаратуры (георадар). Кроме того, они не позволяют получить быстрое двумерное представление подповерхностных объектов в виде геоэлектрического разреза, а обеспечивающие такую визуализацию методы постоянного тока требуют больших временных затрат и гальванического контакта со средой.

Взаимодействие человека с первыми метрами глубины грунта, связанное со строительством и эксплуатацией подземных сооружений, изменением условий распространения грунтовых вод и их минерализации, поиском археологических объектов и т.п., порождает большое число задач, решение которых необходимо строить на бесконтактном неразрушающем дистанционном методе исследования, создающем легко и однозначно интерпретируемые пользователем изображения подземных объектов. Недостаточная обеспеченность аппаратными, программными и методическими средствами ограничивает применение метода 43 в инженерно-геологических изысканиях для строительства [69]. Актуальной, таким образом, представляется разработка способа применения 43 для исследования первых метров подповерхностного пространства.

Аппаратурно-программный комплекс ЭМС обладает уникальными характеристиками: компенсация прямого поля в 1000 раз, увеличенный, по сравнению с известными аналогами, частотный диапазон, мощное генераторное устройство, высокий уровень полезного сигнала (1-350 мкВ). Благодаря использованию ряда оригинальных технических решений, аппаратура ЭМС имеет геометрическую фокусировку, широкий диапазон измерений удельной электропроводности (3-1000 мСм/м), глубинность до 10 м и разрешающую способность от 1% (для 1000 мСм/м) до 10% (для 3 мСм/м).

Цель исследования - повысить эффективность малоглубинной электроразведки методом электромагнитного частотного индукционного зондирования аппаратурой ЭМС для получения достоверных данных о структуре подповерхностного пространства на основе большого набора высокоточных измерений.

Научная задача - разработать методику обнаружения и оценки подповерхностных аномалий удельной электропроводности по дискретному спектру электромагнитных сигналов, измеренных аппаратурой ЭМС.

Фактический материал, методы исследования и аппаратура.

Теоретической основой решения поставленной задачи являются уравнения Максвелла в квазистационарном приближении, решения прямых и обратных задач при индуктивном монохроматическом возбуждении электромагнитного поля и их асимптотические низкочастотные приближения [73].

Основным методом исследования являются полевые электромагнитные частотные индукционные зондирования (43). Применяемая аппаратура -ЭМС (электромагнитный сканер). Разработанная методика сопоставлялась с известными отечественными и зарубежными геофизическими методиками. Ее результативность проверена прямыми раскопками, отбором проб, бурением.

В качестве опорных данных использованы:

- значения градиента вертикальной составляющей магнитного поля, полученные квантовым магнитометр-градиентометром G-858 (США, Geometries) — около десяти объектов;

- удельное электрическое сопротивление, измеренное методами сопротивлений аппаратурой М-416 и ЦИКЛ ВЭЗ-ВП (многократно);

- георадарограммы, записанные георадаром (США, GSSI) — один объект, ОКО-2 (Россия, Логис-Геотех) — 2 объекта;

- литологические и гидрогеологические данные бурения (3 скважины);

- результаты геохимических анализов проб грунта и грунтовых вод (более десяти);

- данные раскопок (не менее десяти объектов).

Частотные зондирования выполнялись сначала на сильноконтрастных объектах (металлические трубы), затем на менее контрастных (изучение обводненности грунта) и слабоконтрастных (грунтовые археологические памятники); в различных геоэлектрических ситуациях, в условиях низких (сельская местность) и очень высоких (территории работающих электростанций) электромагнитных помех.

Проведен анализ эффективности различных подходов к решению прямой задачи частотного зондирования.

Выполнены комплексные исследования, включающие в себя работы двумя и более указанными геофизическими методами на одних и тех же объектах.

Полевые работы проводились в период с 2001 по 2008 г. на территории Новосибирской области и Алтайского края, Самарской области (2001), Италии (2002), Кемеровской области, Красноярского края и Монголии (20052007), Камчатской области (2008).

Полученные результаты используются в исследованиях Института проблем освоения Севера СО РАН (г. Тюмень), Института археологии и этнографии СО РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Института Антарктики (Италия); в работе управления жилищного хозяйства (Дзержинский район, г. Новосибирск), ОАО «Самаратрансгаз», ОАО «Транснефть», ОАО «Восточно-Сибирская нефтяная компания» ООО «Главгросстрой» (г. Новосибирск). В 2009 году проведено опробование методики для решения специальных задач СибРК ВВ МВД России во взаимодействии с офицерами кафедры Обеспечения служебно-боевой деятельности внутренних войск Новосибирского военного института внутренних войск МВД России им. генерала Яковлева.

Защищаемые научные результаты:

1. Разработана методика обнаружения и оценки подповерхностных аномалий удельной электропроводности на глубину до 10 м по трансформациям сигналов, полученных с помощью аппаратуры электромагнитного сканирования.

2. Установлена и практически верифицирована достаточность использования пространственного распределения кажущихся значений электропроводности для решения широкого круга научных и практических задач в различных областях знания (археологии, инженерной геологии, гидрологии, экологии и вулканологии).

Новизна работы и личный вклад.

1. Выявлена однозначная связь между визуализированным распределением трансформаций сигнала электромагнитного частотного зондирования и реальными структурами подповерхностного пространства: зонами повышенной обводненности, минерализации грунтовых вод, подземными коммуникациями, археологическими объектами.

2. По результатам количественного анализа полевых данных, полученных при непосредственном участии автора, сделана оценка достоверности обнаружения геоэлектрических аномалий, приуроченных к определенным типам подповерхностных объектов.

3. Частотные зондирования выполнены для трех типов объектов, различающихся по контрасту электропроводности с вмещающей средой: высоко контрастных (металлические трубы), средней контрастности (обводненные грунты) и низкой (грунтовые археологические памятники); а также в различных геоэлектрических условиях: при низких (сельская местность) и очень высоких (территории работающих электростанций) уровнях электромагнитных помех. Исследования проведены на нескольких десятках объектов, характеризующихся различной формой и размерами. В результате получены оценки достоверности выявления аномальных объектов, проведена их типизация, установлены особенности методических приемов их выделения.

4. Впервые в мире с использованием разработанной методики детально изучена конфигурация гидрохимической зональности подповерхностных вулканогенных структур: фумарол, грязевых котлов, подземных потоков гидротермальных вод вулканов Южной Камчатки.

5. По инициативе автора и компании Geostudi Astier s.r.l. (Италия) проведены сравнительные полевые испытания методами 43 (ЭМС), георадарометрии (GSSI, США), двумерной томографии на постоянном токе (IRIS SYSCAL, Франция) и частотного профилирования (ЕМ-31 Geonics, США), магниторазведки (квантовый магнитометр-градиентометр

G-858 Geometries, США) и многочастотного электромагнитного профилирования (GEM-300 GSSI, США) на тестовых участках. Целевыми объектами служили археологические памятники эпохи Древнего Рима и Средних веков, металлические трубопроводы, подземные городские сооружения, погребенные остатки зданий. Выявлено преимущество ЭМС в помехоустойчивости, чувствительности, точности перед существующими решениями.

Практическое значение результатов работы состоит в следующем: разработанная методика является информативным и экономически обоснованным инструментом для проведения исследовательских и практических работ, связанных с изучением первых 10 метров подповерхностного пространства. Важной особенностью методики является возможность ее быстрой адаптации к решению различных геофизических задач. Сравнительный анализ данной методики с существующими аналогами, основанными на применении индукционных методов, выявил ряд существенных преимуществ:

- при качественной интерпретации методика позволяет определить пространственную структуру подповерхностных объектов в режиме реального времени;

- полученные данные с практической точностью согласуются с априорными данными, а также с данными, полученными другими геофизическими методами (магниторазведкой, методами постоянного тока, георадарометрией) и прямыми наблюдениями по результатам раскопок и бурения;

- методика обеспечивает быстрое построение разрезов и карт распределения кажущейся электропроводности;

- она является информативной даже в городских и индустриальных условиях, при чрезвычайно высоком уровне электромагнитных помех, большом числе сильно проводящих объектов и конструкций на поверхности, применима для инвентаризации и диагностики действующих промышленных подземных сооружений, работы в лесистой местности, в условиях городской застройки;

- может быть использована для изучения геологических объектов низкого сопротивления (около 1 Омм и ниже);

- обеспечивает экономически выгодное и быстрое получение достоверных данных о подповерхностных геоэлектрических неоднородностях.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы известны научной общественности. Были сделаны доклады на EAGE 64-th Conference & Exhibition - Florence, Italy, 27-30 May 2002; EAGE-EGU-AUG Joint Assembly - Nice, France, April 2003; 9-th meeting of Environmental and Engineering Geophysics — Prague, Czech Republic, September 2003, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 19-24 April 2009, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 02-07 May 2010; на конференциях в Чите (2004) и Новосибирске (2002-2004). По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, - 3 («Геофизика» — 1, «Геофизический вестник» — 1, Доклады Академии наук — 1).

Исследования по теме диссертации поддержаны грантами РФФИ 00-06-80241-а, 02-05-74597-3, 03-06-80415-а, 06-06-80295-а, 09-05-01138-а, 09-06-00204-а и программой научно-технического сотрудничества Россия-Индия.

Успешному проведению исследования способствовали профессиональная помощь и моральная поддержка научного руководителя, академика РАН М.И. Эпова и руководителя рабочей группы кандидата технических наук А.К. Манштейна, а также постановка археологических задач заместителем директора Института археологии и этнографии СО РАН академиком В.И. Молодиным. Исследования вулканогенных структур проведены под руководством в.н.с. ИНГГ СО РАН д.г.-м.н. С.Б. Бортниковой. Данная работа не была бы выполнена без содействия н.с.

Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, к.т.н. Е.В. Балкова и с.н.с. Института археологии и этнографии СО РАН, к.и.н. М.А. Чемякиной. Автор особенно признателен директору компании Geostudi Astier s.r.l. доктору философии Gianfranco Morelli, профессору Mario Marchisio из университета г. Пиза и профессорам Giovanni Santarato и Abu Zeid кафедры геофизики Университета г. Феррара, а также доктору философии Edigio Armadillo за обеспечение полевых работ в Италии.

Диссертационная работа насчитывает 111 страниц, содержит 5 таблиц и 51 рисунок, библиография 117 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Манштейн, Юрий Александрович

-55-Выводы

В таблице 4 представлены надежности обнаружения аномалий от исследуемых объектов и тип их образования:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Опыт применения частотного зондирования аппаратно-программным комплексом ЭМС показывает, что методический подход к изучению подповерхностного пространства на глубину первых метров на основе качественных построений сигнала является информативным и экономически выгодным. Сравнительный анализ данной методики с существующими западными технологиями, основанными на применении индукционных методов электроразведки, выявил ряд существенных преимуществ, таких как помехоустойчивость, высокая разрешающая способность и чувствительность. Уникальными свойствами методики являются:

• избирательность (благодаря большому количеству рабочих частот и помехоустойчивости);

• высокая скорость полевых работ (2.5 — 30 км/ч по профилю с шагом наблюдений 2 м);

• быстрая адаптация планирования (визуализация результатов первичной обработки в масштабе реального времени);

• возможность построения не только карт, но и вертикальных разрезов и трехмерных построений аномалий электропроводности;

• эффективность в условиях высокого уровня электромагнитных помех;

• работоспособность в условиях экстремально низких сопротивлений горных пород;

• низкая стоимость полевых работ по сравнению с другими методиками.

Недостатки метода частотного индукционного зондирования, а именно наличие эквивалентных решений, невозможность количественной интерпретации глубины и значений кажущейся электропроводности нивелируются с помощью применения вертикальных электрических зондирований в комплексе с частотным зондированием, использования методов прямого наблюдения и априорной информации. Небольшая стоимость аппаратно-программного комплекса ЭМС и высокая скорость выполнения полевых работ делают применение методики экономически выгодным.

Методика продолжает совершенствоваться. Обоснована возможность и проведены первые эксперименты по разделению металлических объектов на черные и цветные металлы по данным ЭМС.

Область применения методики также может быть расширена. Перспективные направления — продолжение работ в области изучения загрязнения грунтовых вод; изучение геохимических процессов в грунте над подземными газовыми хранилищами; изучение скальных оснований под россыпными золотоносными месторождениями; применение частотного зондирования для оценки бонитета почв сельскохозяйственного назначения. По всем этим направлениям уже ведется работа, проведены первые эксперименты.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Манштейн, Юрий Александрович, Новосибирск

1. Аксельрод С. М. О градуировке аппаратуры индукционного каротажа / С. М. Аксельрод // Известия высших учебных заведений: Нефть и газ. 1960. № 5. - С. 19-25.

2. Аксельрод С. М. Высокоточные методы исследования скважин / С. М. Аксельрод. М.: Госгеолтехиздат, 1965.

3. АльпинЛ. М. Теория поля / Л. М. Альпин. М.: Недра, 1966. -384 с.

4. Альпин Л. М. Даев Д. С., Каринский А. Д. Теория полей, применяемых в разведочной геофизике / М.: Недра, 1985. — 407 с.

5. Антонов Ю. Н., Жмаев С. С. Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ) / Ю. Н. Антонов, С. С. Жмаев //Новосибирск, 1979. 104 с.

6. Антонов Ю. Н., Кауфман А. А. Диэлектрический индуктивный каротаж / Ю. Н. Антонов, А. А. Кауфман // Новосибирск: Наука, 1971.

7. Антонов Ю. Н., Морозова Г. М. Электромагнитные зондирования при глубинных исследованиях земных недр и каротаже нефтяных скважин / Ю. Н. Антонов, Г. М. Морозова // Геология и геофизика. 1982. - № 12. -С. 108-117.

8. Антонов Ю. Н. Высокоточный индукционый каротаж / Ю. Н. Антонов, Б. И. Приворотский // Новосибирск: Наука, 1975. 260 с.

9. Антонов, Ю. Н., Табаровский, JI. А., Панин И. М. Метод частотно-геометрической фокусировки в диэлектрическом индукционном каротаже: Метод, рекомендации / Ю. Н. Антонов, JI. А. Табаровский, И. М. Панич // Новосибирск, 1979. 48 с.

10. Балков, Е. В. Трехкатушечный индукционный зонд в частотном зондировании / Е. В. Балков, А. К. Манштейн // Геофизический вестник. 2001. -№ 12.-С. 17-20.

11. Балков, Е. В. Трехкатушечный индукционный зонд в частотном зондировании / Е. В. Балков, А. К. Манштейн ■// Международная конференция молодых ученых, специалистов и студентов: Геофизика — 2001. Тезисы докладов. Новосибирск, 2001. — С. 23—25.

12. Балков, Е. В. Сравнение характеристик двухкатушечной и трехкатушечной реализации индукционных зондов для малоглубинного частотного зондирования / Е. В. Балков, А. К. Манштейн // Геофизический вестник. 2006. -№ 1. С. 12-17.

13. Балков Е. В. Опыт применения электромагнитного частотного зондирования для решения археолого-геофизических задач / Е. В. Балков, А. К. Манштейн, М. А. Чемякина и др. // Геофизика. 2006. - №1. -С. 43-50.

14. Балков, Е. В. Оценка глубинности наземного электромагнитного индукционного частотного зондирования / Е. В. Балков, М. И. Эпов, А. К. Манштейн // Геофизика. 2006. - № 3. - С. 41-44.

15. Бердичевский, М. Н. Геоэлектрические исследования в России / М. Н. Бердичевский // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 1994. - № 6. -С. 4-22.

16. Бердичевский, М. Н. Электромагнитное поле в тонкослоистых средах / М. Н. Бердичевский, JI. JL Ваньян // Тр. Ин-та геологии и геофизики СО АН СССР. Вопросы разведочной геофизики. 1961. - Т. 11. - С. 63-72.

17. Бородовский, А. П. Археологические исследования умревинского острога / А. П. Бородовский // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. Материалы годовой сессии ИАиЭ СО РАН 2002 года. 2002. - С. 258-265.

18. Бортникова, С. Б. Гидрогеохимический состав источников поля Донного Мутновского вулкана (Южная Камчатка) и проблемы их связи с надкритическими магматическими флюидами / С. Б. Бортникова,

19. B.Н.Шарапов, Е.П.Бессонова // ДАН. 2007. - Т. 413. - №4.1. C. 530-534.

20. Ваньян, JI. JI. К теории дипольных электромагнитных зондирований / JL JI. Ваньян // Прикладная геофизика. — 1957. — Вып. 16. -С. 145-160.

21. Ваньян, JI. JI. Основы электромагнитных зондирований / Л. Л. Ваньян. М.: Недра, 1965.- 109 с.

22. Ваньян, Л. Л. Электромагнитные зондирования / Л. Л. Ваньян. М.: Научный мир, 1997. 219 с.

23. Ваньян, Л. Л. Глубинность донных частотных зондирований на примере двухслойной модели дна / Л. Л. Ваньян, 3. Ю. Джатиева // Физика Земли. 1995.-№ 11.-С. 82-83.

24. Вахромеев, Г. С. Основы методологии комплексирования геофизических исследований при поисках рудных месторождений / Г. С. Вахромеев // М.: Недра, 1978. 153 с.

25. Вешев, А. В. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе / А. В. Вешев. Л.: Недра, 1980. 392 с.

26. Гавриленко, Г.М. Гидрохимические предвестники извержения вулкана Мутновский (Камчатка) в марте 2000 г. // Г. М. Гавриленко, П. Г. Гавриленко // Вестник МГУ. Сер. Геология. 2004. - № 4. - С. 25-34.

27. Гасаненко, JI. Б. Поле вертикального гармонического диполя над поверхностью многослойной структуры / JI. Б. Гасаненко // Вопросы геофизики (Труды ЛГУ). 1959. -Вып. 11. С. 164-173.

28. Гасаненко, Л. Б. Электромагнитное поле низкочастотного диполя в горизонтально-слоистой среде / Л. Б. Гасаненко, Е. А. Маркина // Уч. зап. ЛГУ. Сер. физ. и геол. наук. 1967. - Вып. 17. - Т. 333. С. 201-226.

29. Гельфанд, И. С. Электромагнитное поле горизонтальной рамки в слоистой среде / И. С. Гельфанд // Труды Свердловского горного института. Сб. статей по геофизическим методам разведки. 1955. — С. 3—17.

30. Даев, Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин / Д. С. Даев // М.: Недра, 1974. 192 с.

31. Дмитриев, В. И. Расчет электромагнитного поля в методе частотного зондирования / В. И. Дмитриев // Вычислительные методы и программирование. 1965. - Вып. III. - С. 386-397.

32. Дмитриев, В. И. Общий метод расчета электомагнитного поля в слоистой среде / В. И. Дмитриев // Вычислительные методы и программирование. 1968. - № 10. - С. 55-56.

33. Жданов, М. С. Электроразведка / М. С. Жданов // М.: Недра, 1986. -316с.

34. Журбин, И. В. Геофизика в археологии: методы, технологии и результаты применения / И. В. Журбин // НИСО УрО РАН, 2004. 152 с.

35. Заборовский, А. И. Переменные электромагнитные поля в электроразведке / А. И. Заборовский // М.: Изд-во МГУ, 1960. 185 с.

36. Заборовский, А. И. Электроразведка / А. И. Заборовский // М.: Гостоптехиздат, 1963. — 423 с.

37. Зеленский, М. Е. Извержение вулкана Мутновский (Камчатка) в марте 2000 г. / М. Е. Зеленский, А. А. Овсянников, Г. М. Гавриленко, С. JI. Сенюков // Вулканология и сейсмология. 2002. — № 6. - С. 25-28.

38. Иванов, А. П. Методика частотных электромагнитных зондирований / А.П.Иванов, О. А. Скугаревская // М.: Наука, 1978. -138 с.

39. Кауфман, А. А. Теория индукционного каротажа / А. А. Кауфман // Новосибирск: Наука, 1965. 128 с.

40. Кауфман, А. А. Введение в теорию геофизических методов. Часть 2. Электромагнитные поля / А. А. Кауфман // М.: Недра, 2000. -483 с.

41. Ковбасов, К. В. Математическое моделирование электрического поля в неоднородной среде на неструктурированной сетке (задача археологии) / К. В. Ковбасов // Сборник научных трудов НГТУ. 2006. -Т. 1(43).-С. 19-25.

42. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников / Г. Корн, Т. Корн // М.: Наука, 1968. 720 с.

43. Краев, А. П. Основы геоэлектрики / А. П. Краев // Л.: Недра, 1965. 472 с.

44. Кузнецов, А. Н. Дипольные частотные зондирования двухслойной среды / А. Н. Кузнецов, Г. М. Морозова, JI. А. Табаровский // Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1980. 122 с.

45. Ландау, JI. Д., Лифшиц, Е. М. Электродинамика сплошных сред. (Т. VIII) / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, М.: Физматлит, 2001. 616 с.

46. Манштейн, А. К. Малоглубинная геофизика / А. К. Манштейн // Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2002. — 135 с.

47. Манштейн, А. К. Электромагнитное многочастотное зондирование аппаратурой ЭМС / А. К. Манштейн, Ю. А. Манштейн, Е. В. Балков // Материалы 9-ой Конференции «Окружающая среда и инженерная геофизика». Прага: 2003. 4 с.

48. Манштейн, Ю. А. Изучение обводненности грунта методом частотного электромагнитного индукционного зондирования с применением аппаратно-программного комплекса ЭМС-2 / Ю. А. Манштейн, Е. В. Балков // Геофизический вестник. — 2002. — № 1. — С. 24—28.

49. Матвеев, Б. К. Интерпретация электромагнитных зондирований / Б. К. Матвеев // М.: Недра, 1974. 232 с.

50. Могилатов, В. С. Импульсная электроразведка / В. С. Могилатов // Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2002. 208 с.

51. Могилатов, В. С. Томографический подход к интерпретации данных геоэлектромагнитных зондирований / В. С. Могилатов, М. И. Эпов // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 1999. - № 11. - С. 62-66.

52. Молодин В. И. Археологические памятники плоскогорья У кок (Горный Алтай) (Мат-лы по археологии Сибири; Вып. 3) / В. И. Молодин, Н. В. Полосьмак, А. В. Новиков и др. // Новосибирск: Институт археологии и этнографии СО РАН, 2004. 256с.

53. Молодин В. И. Геофизические и археологические исследования могильника Сопка-2 в 2000-2001 гг. / В. И. Молодин, М. А. Чемякина, Е. В. Балков и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. 2001. С. 399-407.

54. Молодин, В. И. Геофизические исследования городища Чича-1 в 2001 году / В. И. Молодин, М. А. Чемякина, Е. В. Балков и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. 2001. С. 391-398.

55. Молодин, В. И. Новый памятник эпохи бронзы в барабинской лесостепи (могильник Тартас-1) / В. И. Молодин, А. К. Манштейн, Е. В. Балков и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. 2003. С. 441-446.

56. Молодин, В. И. Феномен алтайских мумий / В. И. Молодин, Н. В. Полосьмак, Т. А. Чикиева и др. // Новосибирск: Институт археологии и этнографии СО РАН, 2000.

57. Морозова, Г. М. Нестационарное электромагнитное поле магнитного диполя в однородном полупространстве / Г. М. Морозова,

58. A. А. Кауфман // Геология и геофизика. 1967. - № 8. - С. 66-74.

59. Нейман, JI. Р. Теоретические основы электротехники. Ч. III / JI. Р. Нейман, П. J1. Калантаров // M.-JL: Государственное энергетическое издательство, 1959. — 232 с.

60. Пат. РФ № 2152058 CI, G 01 V 3/10, от 24.06.98 Способ индукционного частотного зондирования / А. К. Манштейн, М. И. Эпов,

61. B. В. Воевода, К. В. Сухорукова (РФ). Российское агентство по патентам и товарным знакам. Опубл. 2000 г. Бюл. № 18.

62. Полосьмак, Н. В. Всадники У кока / Н. В. Полосьмак // Новосибирск: ИНФОЛИО-пресс, 2001. 336 с.

63. Поляк, Б. Г. Геотермические особенности области современного вулканизма (на примере Камчатки) / Б. Г. Поляк, М.: Наука, 1966. 180 с.

64. Радлов, В. В. Сибирские древности: из путевых записок по Сибири / В. В. Радлов // Записки Русского археологического общества. Новая Серия. 1895. - Вып. 3/4. - Т. 7. - С. 1-3.

65. Рокитянский, И. И. Индукционные зондирования Земли / И. И. Рокитянский // Киев: Наук, думка, 1981. 296 с.

66. Светов, Б. С. Теория, методика и интерпретация материалов низкочастотной индуктивной электроразведки / Б. С. Светов // М.: Недра, 1973.- 153 с.

67. Светов, Б. С. Электродинамические основы квазистационарной геоэлектрики / Б. С. Светов // М.: ИЗМИР АН, 1984. 183 с.

68. Свод правил (СП) 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований.

69. Селянгин, О. Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз / О. Б. Селянгин // Вулканология и сейсмология. 1993. — № 1. -С. 17-35.

70. Скугаревская, О. А. Особенности электромагнитного поля над геоэлектрическим разрезом, содержащим непроводящий слой / О. А. Скугаревская, Э. А. Федорова, В. И. Дмитриев, К. П. Королева // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1971. - № 11. - С. 61-73.

71. Табаровский, Л. А. Применение метода интегральных уравнений в задачах электрики / Л. А. Табаровский // Новосибирск: Наука, 1975. -144 с.

72. Табаровский, Л. А. Оценка разрешающей способности электромагнитных методов и подавление помех в системах многократного наблюдения / Л. А. Табаровский, М. И. Эпов, О. Г. Сосунов // Новосибирск: ИГиГ СО АН, 1985. 48 с.

73. Тишкин, А. А. Социальная структура и система мировоззрений населения Алтая скифской эпохи / А. А. Тишкин, П. К. Дашковский // Барнаул: Алтайский университет, 2003. 430 с.

74. Хачай, О. А. О проблемах малоглубинной геоэлектрики и некоторых результатах их решения / О. А. Хачай, Е. Н. Новгородова, В. В. Бодин // Физика Земли. 1999. - № 5. - С. 47-53.

75. Шахсуваров, Д. Н. Методика интерпретации результатов наблюдений электромагнитного поля при дипольном зондировании / Д. Н. Шахсуваров // Изв. АН СССР. Сер. Геофиз. 1959. - № 5. - С. 497504.

76. Электрическое зондирование геологической среды. 4.1, 4.2 / Под ред. В. К. Хмелевского, М: МГУ, 1988.

77. Электроразведка. Справочник геофизика в двух книгах. / Под ред. В. К. Хмелевского, В. М. Бондаренко. Книга первая. М.: Недра, 1989. -438 с.

78. Эненштейн, Б. С. Об эквивалентности геоэлектрических разрезов в методе частотного зондирования / Б. С. Эненштейн // Докл. АН СССР. -1973. Т. 209. - № 9. - С. 597-601.

79. Эпов, М. И. Геофизические исследования археологических памятников в северо-западной Монголии в 2005 г. / М. И. Эпов, В. И. Молодин, Е. В. Балков и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. 2005. С. 503-508.

80. Эпов, М. И. Геофизические исследования городища Чича-1 в 2000 г. / М. И. Эпов, А. К. Манштейн, Е. В. Балков и др. // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. 2000. С. 447-456.

81. Эпов, М. И. Прямые и обратные задачи индуктивной геоэлектрики в одномерных средах / М. И. Эпов, И. Н. Ельцов // Новосибирск: Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН, 1992.31 с.

82. Aspinall, A. The Electrical Pseudo-section, / A. Aspinall, J. G. Crummett // Archaeological Prospection. 1997. - Vol. 4(1). - P. 37-47.

83. Aspinall, A. Induced polarization as a technique for archaeological surveying / Aspinall, A., Lynam, J. // Prospezioni Archeologiche. 1968. -Vol. 3.-P. 91-93.

84. Atkinson, R. J. C. Methodes electriques de prospection archeologie / R. J. C. Atkinson // in Laming, A., Ed., La Decovert de Passe : Picard. — 1952. -P. 59-70.

85. Aiuppa, A. Trace elements in the thermal groundwaters of Vulcano Island (Sicily) / Auippa A., Dongara G., Capasso G., Allard P. // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2001. V. 98. P. 189-207.

86. Balkov, E. V. Electromagnetic induction frequency sounding: estimation of penetration depth / E. V. Balkov, M. I. Epov, A. K. Manstein, Y. A. Manstein // Extended abstracts book of Near Surface 2006 conference. -EAGE, 2006.-pp. 110.

87. Barker, R. D. Depth of exploration of collinear symmetrical four-electrode arrays / R. D. Barker // Geophysics. 1989. - Vol. 54. - P. 10311037.

88. Becker, H. Magnetometry of a scythian settlement in Siberia near Cicah in the Baraba steppe / H. Becker, J. W. E. Fassbinder // Archaeological prospection. 1999. - P. 168-172.

89. Clark, A. Seeing beneath the soil. Prospecting methods in Archaeology / Anthony Clark London: Routlege, 1996. - 192 p.

90. Balkov, E. V. Elements of calibration and data interpretation of EMI sounding device EMS / E. V. Balkov, M. I. Epov, A. K. Manstein,

91. Y. A. Manstein // Extended abstracts book of Near Surface 2004 conference. — EAGE, 2004. 4 pp.

92. Giammanco S. Major and trace elements geochemistry in the ground waters of a volcanic area: Mount Etna (Sicily, Italy) / Giammanco S., Ottavian M., Valenza M. et al. // War.Res. 1998. - V. 32. - № 1. - P. 19-30.

93. Huang, H. Depth of investigation for small broadband electromagnetic sensors / H. Huang // Geophysics. 2005. - Vol. 70. - No. 6. - P. G135-G142.

94. Huang, H. The differential parameter method for multifrequency airborne resistivity mapping / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics. 1996. -Vol. 61,No. l.-P. 100-109.

95. Huang, H. Magnetic permeability and electrical resistivity mapping with a multifrequency airborne em system / H. Huang, D. C. Fraser // Exploration Geophysics. 1998. - Vol. 29. - P. 249-253.

96. Huang, H. Airborne resistivity data leveling / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics. 1999. - Vol. 64. - No. 2. - P. 378-385.

97. Huang, H. Mapping of the resistivity, susceptibility, and permittivity of the earth using a helicopter-borne electromagnetic system / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics. 2001. - Vol. 66. - No. 1. - P. 146-157.

98. Huang, H. Dielectric permittivity and resistivity mapping using high frequency helicopter-borne em data / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics. -2002. Vol. 67. - No. 3. - P. 727-738.

99. Huang, H. Real-time resistivity sounding using a handheld broadband electromagnetic sensor / H. Huang, I. J. Won // Geophysics. 2003. - Vol. 68. - No. 4. - P. 1224-1231.

100. Kozhevnikov, N. O. An accidental geophysical discovery of an iron age archaeological site on the western shore of lake Baikal / N. O. Kozhevnikov,

101. А. V. Kharinsky, О. К. Kozhevnikov I I Journal of Applied Geophysics. 2001. -Vol. 47.-No. 2.-P. 107-122.

102. Lapenna, V. Magnetic, gpr and geoelectrical measurements for studying the archaeological site of 'masseria nigro' (viggiano, southern italy) / V. Lapenna, E. Rizzo, D. Chianese // Near Surface Geophysics. — 2005. -Vol.3.-No. l.-P. 13-19.

103. Larson, D. O. Application of advanced geophysical methods and engineering principles in an emerging scientific archaeology / D. O. Larson, C. P. Lipo, E. L. Ambos // First Break. -2003. Vol. 21. - P. 51-62.

104. Macnae, J. C. Conductivity-depth imaging of airborne electromagnetic step-response data / J. C. Macnae, R. Smith, B. D. Polzer et al. // Geophysics. 1991. - P. 102-114.

105. Manstein, Y. Multi-frequency electromagnetic sounding tool ems. prototype 3. Comparison with commercial devices / Y. Manstein, A. Manstein, G. Santarato et al. // Abstracts book, EGU Conference. 2003.

106. McNeill, J. D. Electromagnetic terrain conductivity measurement at low induction numbers / J. D. McNeill // Geonics Limited Technical Note TN 6, October, 1980.

107. McNeill, J. D. Why doesn't Geonics Limited build a multi-frequency em31 or em38? / J. D. McNeill // Geonics Limited Technical Note TN 30, November, 1996.

108. Meju, M. Environmental geophysics. Conceptual models, challenges, and the way forward / M. Meju // The Leading Edge. 2002. - Vol. 21. - No. 5. - P. 460^164.

109. Paul,P. A. Approximate depth of penetration in em dipole prospecting / P. A. Paul, A. Roy // PAGEOPH. 1970. - Vol. 81. - P. 26-36.

110. Roy, A. Depth of investigation in direct current methods / A. Roy, A. Apparao // Geophysical Prospecting. 1971. - Vol. 36. - P. 943-959.

111. Schlumberger, C. Depth of exploration attainable by potential methods of electrical exploration / C. Schlumberger, M. Schlumberger // Geophysical Prospecting. 1932. - Vol. 97. - P. 127-133.

112. Schmidt, A. Geophysical data in archaeology: a guide to good practice / A. Schmidt // Oxford: Oxbow. 2002. 81 p.

113. Spies, B. R. Depth of exploration in electromagnetic sounding methods / B. R. Spies // Geophysics. 1989. - Vol. 54. - P. 872-888.

114. Won, I. J. A new multifrequency electromagnetic sensor / I. J. Won, D. A. Keiswetter, G. R. A. Fields, L. C. Sutton // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 1996. - Vol. 1. - No. 2. - P. 129-138.

115. Won, I. J. A programmable broadband helicopter-towed electromagnetic sensor gem-2a / I. J. Won, A. Oren, F. Funak // Geophysics. -2003.-Vol. 68.-No. 6.-P. 1888-1895.