Аппаратура «Земля-2»

1. Назначение, техническая характеристика и принцип работы аппаратуры. Аппаратура «Земля-2» предназначена для работы по методу индукции.
Передатчик и приемник аппаратуры работают на одной из следующих частот: 18,75; 37,5 и 75 гц. Измерения могут выполняться в радиусе до 150 м от передатчика.
Электрическая схема передатчика питается от трех батарей типа 102-АМЦГ-1,2 или 100-АМЦГ-0,7 (анодные цепи) и двух элементов 1,5-ТМЦ-29,5 (накал). Комплект батарей обеспечивает нормальную работу передатчика в течение 40—50 ч. Для питания анодных цепей приемника требуется одна батарея типа 102-АМЦГ-1,2 или 100-АМЦГ-0,7, для накалов ламп — два элемента 1,5-ТМЦ-29,5. Один комплект питания приемника обеспечивает работу в течение 100 ч.
Передатчик и приемник аппаратуры снабжены специальными антеннами (передающей и приемной), которые устанавливаются на треногах.

Общий вес передающего устройства (генератора и антенны с треногой) составляет около 17,5 кг, приемного устройства — около 14 кг.
Принцип работы аппаратуры заключается в следующем. Антенна 1 передающего устройства (рис. 61, а) создает в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле, под действием которого в проводящей среде (верхнем слое земли) индуцируется вторичное электромагнитное поле. Величина вторичного поля будет тем больше, чем больше проводимость среды. Электромагнитное поле в каждой точке среды характеризуется напряженностью электрической и магнитной составляющих поля.
Измерение напряженности магнитной составляющей индуцированного поля выполняется при помощи приемного устройства (рис. 61, б). Приемное устройство измеряет результирующий вектор напряженности магнитного поля, который складывается из векторов напряженности двух полей: первичного поля передающей рамки, интенсивность которого зависит в основном от расстояния между передатчиком и приемником, и вторичного (индуцированного поля, вызванного проводящей средой верхнего слоя горных пород, величина которого зависит от проводимости среды.

2. Устройство аппаратуры. Аппаратура «Земля-2» состоит из передающего и приемного устройств (рис. 61, 62).
Передающее устройство состоит из передающей антенны 1 (см. рис. 61, а) на треноге 12 и передатчика (лампового генератора) ЛГ. Рамка передающей антенны 1 представляет собой гетинаксовый диск диаметром 850 мм, в канавке которого в один слой намотаны 49 витков провода. От 23-го, 35-го и 49-го витков сделаны отводы, которые подсоединены к гнездам 14 на диске с маркировкой 75; 37,5; 18,75». Подключение концов двухжильного провода 13 к тем или иным гнездам зависит от рабочей частоты аппаратуры. Для лучшей видимости рамка антенны окрашена в красный цвет.
Антенна крепится гайкой 3 на штанге 2 поворотного устройства, благодаря которому может поворачиваться вокруг вертикальной оси на 360° и закрепляться винтом 6 в любой вертикальной плоскости. При помощи круга 4 с делениями и указателем 5 можно определить угол между направлением профиля и плоскостью витков рамки. При помощи уровня 9 рамка устанавливается в строго вертикальном положении. В нижней части поворотного устройства имеется шарнир 7, которым рамка антенны может быть наклонена от вертикального положения на 15—20°. Шарнир крепится гайкой 8. Поворотное устройство крепится на головке 10 треноги 12 винтом 11. Двухжильным проводом 13 антенна подключается к клеммам 15 передатчика.
Передатчиком аппаратуры «Земля-2» является ламповый генератор, на выходе которого вырабатываются электромагнитные колебания частотой 75; 37,5 или 18,75 гц.
Панель управления генератором размещена в специальном металлическом корпусе (см. рис. 62, а). На лицевой стороне панели расположены вольтметр 1 и миллиамперметр 3, переключатели 2 и 4, ручки реостатов 5 и 6, гнезда 7. Гнезда 7 служат для подключения к передатчику передающей антенны.
Переключатель 4 в положениях «+2,2» и «Анод» позволяет при помощи вольтметра 1 контролировать напряжение накалов и анодов ламп. Напряжение накала регулируется реостатом 5 и устанавливается равным 2,2 в. Напряжение анодов должно быть равно 200 в. Переключателем 2 устанавливается нужная частота генератора. При помощи реостата 6 и прибора 3 регулируется и контролируется сила тока в рамке антенны, которая устанавливается равной 150—180 ма.
Приемное устройство аппаратуры «Земля-2» состоит из приемной антенны, приемника и треноги. Приемная антенна (см. рис. 61, б) представляет собой гетинаксовое кольцо (рамку) 1 диаметром 300 мм, внутри которого в специальном желобе уложены 115 витков изолированного провода диаметром 0,41 мм. Рамка I укреплена на штанге 4 поворотного устройства, которое во время полевых измерений крепится к стенке приемника кронштейном 8. Поворотное устройство имеет горизонтальный лимб 5 с делениями от нуля до 360° и указатель 6, которые служат для определения направления составляющих вектора магнитного поля.
Штанга 4 крепится в нужном положении винтом 7. На горизонтальном лимбе 5 имеется уровень 9, при помощи которого плоскость витков рамки устанавливается в горизонтальное положение. Лимб 3 на горизонтальной оси 2 рамки антенны имеет деления от нуля до 90° и служит для определения угла наклона плоскости витков рамки. Лимбы 3 и 5 позволяют определять углы с точностью 0,5°.
Поворотное устройство в нижней части заканчивается шарниром, позволяющим устанавливать штангу 4 в вертикальное положение. Антенна и приемник соединяются между собой при помощи двухжильного провода 10 к двух пар гнезд 11 и 12. Приемник устанавливается на треноге 13 и крепится на ней специальным винтом.
В качестве приемника в аппаратуре «Земля-2» применяется ламповый микровольтметр (ЛMB), позволяющий измерять интенсивность сигналов, наведенных в рамке 1 антенны, частотой 75; 37,5 и 18,75 гц.
Панель управления приемником помещена в металлический корпус, в нижней части которого имеется гайка для крепления корпуса к треноге. На лицевой стороне панели управления (см. рис. 62, б) расположены стрелочный прибор 1, переключатели 6—8, рукоятки реостатов 2—5 и гнездо 9 для подключения двухжильного провода от антенны при помощи штекера.
Стрелочный прибор 1 служит для измерения выходного напряжения усаленного сигнала, а также для контроля за напряжением накалов и анодоламп. Переключение прибора 1 на различные виды измерений производится переключателем 6. В положении «+12» переключателя 6 контролируется напряжение накала ламп. При этом реостатом 2 стрелка прибора устанавливается против риски «1,2» на шкале. В положении «+60» переключателя 6 проверяется напряжение анодного питания. При этом стрелка прибора должна установиться против риски «60». В положении «Шумы» переключателя 6 измеряется ток шумового генератора.
Шумовой генератор в схеме приемника служит для поддержания в процессе измерений постоянной чувствительности приемника. При соответствующих положениях переключателя 7 шумовой генератор дает колебания с частотой 75; 37,5 и 18,75 гц. Для поддержания постоянной чувствительности приемника усиление устанавливается по амплитуде сигналов шумового генератора при заданной силе тока питания накала Iш. С этой целью при положении «Шумы» переключателя 6 переключатель 8 переводится в положение «Калибр» и реостатом 4 стрелка прибора 1 устанавливается против указателя «Iш» на шкале. После этого при определенном положении переключателя 7 (в зависимости от того, на какой частоте ведутся измерения) переключатель 6 переводится в положение «10», и реостатом 3 стрелка прибора устанавливается против риски «Uш». В положении «Рамка» переключателя 8 и в положениях «10» и «100» переключателя 6 выполняются измерения приемного сигнала. Измеренные величины отсчитываются в условных единицах. В положениях «10» и «100» переключателя 6 пределы измерений по шкале прибора 1 составляют соответственно 10 и 100 условных единиц. В положении «Выкл.» переключателя 8 приемник выключается.
Реостат «Подстройка» служит для подстройки приемника на соответствующие рабочие частоты, что бывает необходимым при смене ламп в приемнике или передатчике.
Подстройка частоты считается выполненной, когда в положении «10» переключателя 6 при помощи реостата 5 получено максимальное показание стрелочного прибора 1.
3. Измерение компонент напряженности магнитного поля с аппаратурой «Земля-2». Во время измерений передатчик и приемник располагают на некотором расстоянии один от другого, которое называется разносом установки. Плоскость витков генераторной рамки визируют на центр приемной рамки, а горизонтальную ось вращения приемной рамки визируют на центр генераторной рамки. Погрешность взаимного визирования рамок не должна превышать 3° для открытой местности и 5—7° для закрытой.
Передающую и приемную антенны подключают соответственно к передатчику и приемнику, после чего проверяют и устанавливают, как было описано выше, необходимые режимы накалов и анодов ламп приборов.
На приемнике и передатчике устанавливают необходимую рабочую частоту. Проверяют и при необходимости настраивают чувствительность приемника.
По выполнении указанных операций приемную рамку 1 (см. рис. 61, б) вращают вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока стрелка прибора не установится на минимальный отсчет. После этого по вертикальному лимбу 3 берут отсчет. Значение измеренного угла записывают со знаком плюс, если нормаль к плоскости рамки отклоняется влево от линии отвеса, и со знаком минус, если она отклоняется вправо. При этом оператор должен видеть приемную и генераторную рамки.
Затем приемную рамку ставят в горизойтальное положение (нулевой отсчет по лимбу 3), переключатель 6 приемника (рис. 62, б) ставят в положение «10» или «100» и по шкале прибора 1 берут отсчет. Таким образом измеряют вертикальную составляющую напряженности магнитного поля Hz.
Для определения компоненты Hy приемную рамку устанавливают вертикально и аналогичным образом берут отсчет. При этом горизонтальная ось вращения должна быть направлена на рамку передатчика. Далее приемную рамку поворачивают вокруг вертикальной оси на 90° и измеряют компоненту Hx. При измерениях величины Hz точность установки рамки в горизонтальном положении должна быть не менее ±(2—3°). Во время измерений горизонтальных составляющих поля точность ориентировки ±1°.
4. Краткие сведения по методике полевых работ и обработке материалов. а) Выбор разноса установки и рабочей частоты. Перед началом полевых работ на участке выбирают оптимальные значения разноса установки и рабочей частоты.
Выбор оптимального разноса зависит от глубины залегания, размеров и проводимости объектов съемки, проводимости рыхлых отложений, характера рельефа дневной поверхности и других факторов. С увеличением разноса глубинность съемки возрастает, так как первичное поле с расстоянием убывает быстрее вторичного, однако аномалии от небольших по размерам искомых геологических объектов также относительно уменьшаются. На сильно пересеченной или залесенной местности увеличение разноса затрудняет взаимное визирование рамок, кроме того, неровности рельефа будут являться помехой при выявлении аномалий от интересуемых объектов. В случае наличия на участке рыхлых отложений повышенной мощности уменьшение разноса ведет к резкому уменьшению глубинности съемки. Обычно разносы выбирают в пределах 40—100 м; они не должны значительно превышать половину предполагаемой длины искомых объектов.
Рабочая частота зависит от геологических условий участка. С увеличением частоты более четко выделяются объекты, не обладающие сплошной гальванической проводимостью, например прожилково-вкрапленные руды, однако уменьшается глубинность съемки вследствие возрастания поглощения энергии в горных породах. По этой причине при наличии рыхлых отложений низкого сопротивления выбирают меньшую частоту. Если высокоомные коренные породы выходят на поверхность, частота повышается. От выбора частоты и разноса установки зависит вид поляризации поля. При наличии эллиптической поляризации между вторичным и первичным полем возникает сдвиг фаз, который приводит к ухудшению остроты минимума приема, т. е. увеличивает погрешность измерения углов а. Поэтому разносы и рабочую частоту выбирают таким образом, чтобы сдвиг фаз был минимальный, т. е. стремятся к линейной поляризации поля.
Оптимальные величины разноса установки и рабочей частоты выбирают опытным путем (на новом участке) или обосновывают в техническом проекте партии, если работы на участке уже проводились.
б) Методика полевых работ и обработка материалов. Площадную съемку по методу индукции выполняют по профилям, ориентированным вкрест простирания искомых объектов с точками наблюдений через 5—50 м. Расстояние между профилями может достигать 100 м; его выбирают таким образом, чтобы искомый объект был зафиксирован минимум на одном—двух профилях. Шаг наблюдений должен обеспечивать надежное выделение аномалий от объектов с минимально интересующей мощностью.
Если искомые объекты не выдержаны по простиранию и последнее на участке плохо известно, то площадную съемку производят по окружностям.
Для удобства изложения обозначим стоянки передатчика через mi, а стоянки приемника через ni.
Съемка по окружностям заключается в том, что передатчик устанавливают последовательно на стоянки mi, которые совпадают с пикетами на профилях, а приемник при каждой стоянке mi передатчика помещают в точки ni, расположенные равномерно по окружности, радиус которой равен разносу установки. Минимальное число стоянок ni составляет 12, максимальное — зависит от ширины ожидаемых осей аномалий. При каждой стоянке передатчика, пользуясь приемником, измеряют в точках ni величины α и Hz, причем на каждой стоянке ni производят взаимное визирование рамок. Точки ni по ходу съемки закрепляют пикетами.
После выполнения съемки по окружностям во всех точках планшета приступают к выделению осей аномалии в следующем порядке. Если на данной стоянке mi передатчика углы α во всех точках ni получились близкими к нулевым (в пределах ±3°), это означает, что поле здесь нормальное. Если же на какой-либо стоянке mi передатчика при движении почасовой стрелке наблюдается смена положительных углов α на отрицательные, то промежутки между точками ni с подобной сменой знаков рассматриваются как участки зафиксированных местоположений осей аномалий, связанных с геологическими объектами; обратное чередование углов (переход от отрицательных углов к положительным) расценивается как топографическое влияние. На рис. 63 показаны результаты съемки по окружностям на одной из точек с зафиксированными местоположениями электрической оси Э. О аномалии. Последняя отмечается на планшете особыми пикетами.

Далее приступают к прослеживанию оси аномалии. С этой целью передатчик ставят на аномальную точку, вокруг него перемещают приемник по часовой стрелке с прежним разносом по окружности и фиксируют новое положение оси аномалии, измеряя величины α и Hz. После этого передатчик ставят в новую точку и производят аналогичные измерения. Этот процесс продолжают до тех пор, пока аномалия не будет прослежена полностью. Если аномалия имеет выдержанное простирание, ее можно прослеживать путем наблюдений не по всей окружности, а по секторам или по коротким прямолинейным профилям.
Если искомые геологические объекты на участке имеют выдержанное простирание, то выполняют съемку по профилям. В этом случае точки mi располагают последовательно на всех точках профилей, а стоянки ni (на каждой стоянке передатчика) — на трех точках соседнего профиля: сначала на одноименном пикете профиля, затем на точках, отстоящих на половину расстояния между пикетами, по обеим сторонам от пикета по профилю. Дальнейшее выявление и прослеживание электроосей проводят так же, как при съемке по окружностям.
Заключительным этапом съемки является детализация осей электрических аномалий, выявленных и прослеженных при съемках по окружностям или по параллельным профилям.
Основным видом детализации является съемка кривых профилирования по профилям, заданным перпендикулярно к оси, на расстоянии 50—200 м один от другого. Длину профиля берут примерно 100—140 м (по 50—70 м в каждую сторону от оси) и разбивают через 2,5 м (до 10 м от оси), 5 м (до 25 м от оси) и 10 м (до конца профиля). Передатчик ставят приблизительно на расстояние разноса от профиля, а приемник перемещают по разбитым точкам и в каждой из них на всех частотах измеряют величины Hx, Hy, Hz и угол α. При этом положения и величины экстремумов уточняют на промежуточных точках.
Другим видом детальной съемки является проверка связи передатчика с подземным объектом, вызвавшим данную аномалию. С этой целью приемник устанавливают в точке расположения одного из экстремумов кривой обращения углов или кривой Hz, а передатчик последовательно перемещают по точкам соседнего профиля в ту же сторону от электросети, в которую отнесен приемник, и через 2,5—5 м измеряют величины углов α. Затем приемник переносят на второй экстремум и производят аналогичные измерения. Указанной съемкой непосредственно в поле удается разделить выявленные аномалии на глубинные, имеющие практический интерес, и поверхностные, вызванные неоднородностями в наносах. Глубинные аномалии характеризуются плавными кривыми убывания углов а. Поверхностные аномалии имеют вид кривых с резко выраженным спадом: перемещение генератора всего па несколько метров в сторону вызывает значительное уменьшение углов наклона суммарного вектора напряженности.
Резкого возрастания углов а можно достичь путем дезориентирования рамок. Для этого приемную рамку после взаимного визирования поворачивают вокруг вертикальной оси на некоторый угол β и по минимуму приема находят угол α. Однако с увеличением угла β ухудшается острота минимума. Практически угол β выбирают в пределах 70—85°.
Результаты съемки с аппаратурой «Земля-2» представляют в виде карт графиков по профилям и карт профилей с нанесенными на них электроосями. На карты наносят горизонтали рельефа, геологическую ситуацию, речную сеть и искусственные проводники (трубопроводы, силовые линии, рельсы и т. п.). В процессе интерпретации производят отбраковку аномалий, связанных с влиянием рельефа и поверхностных неоднородностей, разделяют аномалии на рудные и нерудные (с увеличением частоты интенсивность нерудной аномалии возрастает), глубинные и поверхностные (при высоких частотах влияние глубинных объектов ослабляется в большей степени, чем влияние поверхностных неоднородностей). По результатам измерений горизонтальных и вертикальных компонент определяют по специальным формулам глубину залегания проводящих объектов.