Структура гармонического электромагнитного поля

Общие сведения

Под индуктивными методами электроразведки понимаются методы, в которых используются переменные электромагнитные поля, индуцирующие в Земле вторичное электромагнитное поле, различные составляющие которого измеряются.

В качестве источников первичного поля могут применяться

электрические или магнитные диполи, незаземленные петли, заземленные кабели.

1. Электрический диполь - это заземленный на концах

провод, питаемый переменным током. При этом осуществляется гальваническая связь с Землей.

2. Магнитный диполь – это либо катушка, либо петля,

питаемые переменным током и расположенные на поверхности или либо вблизи поверхности Земли. Таким осуществляется индуктивная связь с Землей.

Для электрических и магнитных диполей характерно то, что измерения поля проводятся на достаточно большом расстоянии от источника поля по сравнению с размерами самого источника.

Виды индуктивных методов электроразведки различаются характером возбуждаемых переменных полей и измеряемыми составляющими.

В число индуктивных методов электроразведки не включаются модификации электропрофилирования с низкочастотной аппаратурой, метод заряженного тела на низкой частоте, методы, в основе которых лежит использование неустановившихся полей (методы ВП и становления поля).

Основные виды индуктивных методов рудной электроразведки:

1. Метод незаземленной петли (НП).

2. Методы длинного кабеля (ДК) и бесконечно длинного кабеля (БДК).

3. Методы дипольного индуктивного профилирования (ДИП) и дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП).

4. Аэроэлектроразведочные методы.

5. Метод переходных процессов с совмещенными источником и приемником поля (МППО).

6. Методы радиокип.

В методе МППО исследуются неустановившиеся поля в Земле, т.е. переходные процессы. Однако в нем, в отличие от метода вызванной поляризации, изучаются индукционные эффекты этих полей.

Индуктивные методы электроразведки в зависимости от ϰиспользуемых частот электромагнитных полей подразделяются на следующие виды:

1. Низкочастотные индуктивные методы электроразведки – используются низкочастотные переменные электромагнитные поля (10 – 10000 гц) (НП, ДК, ДИП, ДЭМП)

2. Методы индукции – используются переменные электромагнитные поля средних частот (10 – 75 кГц) (аэрометоды).

3. Метод радиокип – используются высокочастотные электромагнитные поля (0.1 – 20 Мгц).

В индуктивных методах электроразведки исследуется характер поведения искусственно создаваемого электромагнитного поля. Для полного задания магнитного поля требуется знать шесть независимых функций поля. К ним относятся:

- декартовые координаты компонент поля Н_х, Н_у, Н_z и их фазы φ_х, φ_у, φ_z, отсчитываемые от некоторого опорного сигнала, чаще всего связанного с фазой тока в питающей цепи;

- полуоси эллипса поляризации магнитного поля «а» и «b» вместе с фазой одной из них и значения трех геометрических углов, описывающих положение эллипса поляризации в пространстве.

Как правило, при полевых измерениях ограничиваются измерениями лишь каких-либо 2, в крайнем случае - 3 элементов поля. Различают методы абсолютных и относительных измерений элементов поля.

При абсолютных измерениях регистрируются одноименные компоненты напряженности магнитного поля или элементы эллипса поляризации в различных точках пространства.

При относительных измерениях регистрируются отношения одноименных компонент напряженности магнитного поля в разных точках пространства, либо разноименных компонент магнитного поля в одной и той же точке.

Измеряемые в переменном электромагнитном поле величины имеют комплексный характер.

Объектом абсолютных измерений могут быть амплитуда и фаза напряженности поля | |, φ или ее действительная и мнимая части, т.е. . (1)

Измеренные действительная и мнимая части напряженности магнитного поля изображаются на комплексной плоскости в декартовых координатах:

 

 

При измерении амплитуды и фазы напряженности магнитного поля, т.е. , (2)

их изображают в полярных координатах:

Результат относительных измерений напряженности магнитного поля в двух точках представляют в виде:

. (3)

 

Структура гармонического электромагнитного поля.

Вектор электромагнитного поля () представляет собой геометрическую сумму двух линейных гармонических колебаний с одинаковой угловой частотой (w) и разностью фаз π/2, амплитуды и направления которых определяются векторами и :

= ·cos ωt + ·cos (ωt + π/2). (4)

Два линейных гармонических колебаний разных направлений, амплитуд и фаз при одинаковой частоте при сложении дают плоское электромагнитное колебание. Таким образом, в общем случае гармоническое электромагнитное поле оказывается эллиптически поляризованным. Каждый электромагнитный вектор за один период описывает в пространстве плоский эллипс, лежащий в плоскости векторов и .

Гармоническое электромагнитное поле связано с наличием в

нем индуктивных и емкостных эффектов. Эти эффекты и обуславливают комплексный характер величин компонент поля.

Индуктивные и емкостные эффекты порождают в определенных условиях эллиптическую поляризацию электромагнитного поля, а, следовательно, и сдвиги фаз между различными компонентами поля.

Индуктивные и емкостные эффекты, будучи проявлениями вихревой природы электромагнитного поля, обуславливают многообразие методов электрической разведки.

Преимущества индуктивных методов электроразведки перед методами на постоянном токе заключаются в возможности получения большей информации об искомых объектах и вмещающих породах. Кроме удельного сопротивления горных пород получают информацию об их электрической и магнитной проницаемости ε и μ.

В методах, использующих переменные электромагнитные поля, глубина исследования уменьшается с увеличением частоты поля.