Краткая теория, аппаратура

Краткая теория, аппаратура

И результаты применения метода

Для решения задач поисков воды

 

Введение

 

В последнее время при производстве геофизических исследований все чаще возникают ситуации, когда стандартные, традиционно использующиеся методы не позволяют эффективно решить поставленные перед ними задачи. Это связано со многими причинами, как техногенного (высокий уровень вибрационных и электромагнитных помех), так и геологического характера. В связи с этим возрастает актуальность применения нестандартных методов и методик, позволяющих если не решить, то увеличить эффективность решения большинства прикладных геофизических задач.

 

Метод РАП базируется на явлениях и эффектах, ранее на практике не применявшихся.

По совокупности таких параметров, как производительность, информативность, разрешающая способность и себестоимость, метод РАП не имеет аналогов среди традиционных методов поисковой и разведочной геофизики. РАП позволяет высокоэффективно решать проблемы:

 

- поисковой и разведочной геологии

- гидрогеологии

- инженерной геологии и экологии

- гляциологии

- горнодобывающей промышленности

 

Метод РАП обладает следующими достоинствами:

 

• портативная аппаратура (масса до 6 кг в модификации аппаратуры «РАП», до 3-х кг – в модификации аппаратуры «РАП-Плюс».)

 

• высокая производительность (цикл измерений на точке не превышает 30 – 60 секунд, в зависимости от требуемой глубинности исследований)

 

• обеспечивает изучение геологического разреза до глубины 300 метров (в модификации аппаратуры «РАП») и до 2000 м (в модификации аппаратуры «РАП-Плюс») с разрешением не хуже 2.5% от глубины исследования.

 

Программное обеспечение позволяет оперативно осуществлять:

- контроль качества полевой информации;

- экспресс-обработку данных;

- визуализацию результатов исследований на мониторе компьютера в виде цветотеневых геомеханических разрезов, отражающих характер механической и структурной неоднородности изучаемой геологической среды

- графический вывод результатов наблюдений.

Используемая аппаратура

 

Вышеизложенные физические принципы РАП определяют параметры применяемой аппаратуры, функциональное назначение которой заключается в приеме и записи акустического сигнала с сохранением всех его спектральных особенностей и последующим спектральным анализом записанного сигнала.

Применяемый в РАП датчик акустических колебаний (акустоэлектрический преобразователь) разработан и сконструирован таким образом, что амплитудно-частотные и спектральные характеристики электрического сигнала, снимаемого с него, полностью идентичны акустическому сигналу в точке контакта датчика акустических колебаний с исследуемым объектом.

 

В настоящее время для работы применяется два типа аппаратуры.

 

Аппаратура модификации «РАП» состоит из датчика акустических колебаний особой конструкции, аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера типа "Notebook".

Аналого-цифровой преобразователь,  разработанный для проведения работ методом РАП, выполнен на основе 16-битного АЦП ADSP2181 фирмы Analog Device и характеризуется высокой чувствительностью, имеет динамический и частотный диапазоны, позволяющие преобразовать в цифровой вид всю информацию, содержащуюся в принимаемом сигнале. АЦП имеет 4 величины дискретизации сигнала ( от 1000 до 48 000 Гц, что позволяет работать до глубин от 13 см до 300 метров без потери качества принимаемого сигнала.

ПК "Notebook" в аппаратурно-программном комплексе «РАП» используется для реализации следующих функций:

- управления параметрами регистрации сигнала (частотой дискретизации, коэффициентом усиления и др.) в интерактивном режиме

- записи принимаемого акустического сигнала

- оперативной обработки и визуализации результатов измерений на каждом пункте

- для окончательной обработки и визуализации профильных данных.

 

Комплект аппаратуры модификации «РАП-Плюс» состоит из датчика акустических колебаний особой конструкции и процессорно-регистрируещего блока, состоящего, в свою очередь, из  аналого-цифрового преобразователя, микрокомпьютера и энергонезависимого запоминающего устройства на основе памяти флэш-типа, позволяющей хранить от 512 до 2048 единиц информации ( точек наблюдений).

Аналого-цифровой преобразователь, разработанный для проведения работ методом РАП, выполнен на основе 16-битного АЦП фирмы Analog Device и характеризуется высокой чувствительностью, имеет динамический и частотный диапазоны, позволяющие преобразовать в цифровой вид всю информацию, содержащуюся в принимаемом сигнале. АЦП имеет 6 величин дискретизации сигнала ( от 490 до 28 000 Гц, что позволяет работать до глубин от 13 см до 2000 метров без потери качества принимаемого сигнала.

Аппаратура для выполнения работ методом РАП модификации «РАП-Плюс» не требует персонального компьютера для сбора информации и позволяет работать до 3-х суток без подзаряда батарей при температуре окружающей среды от – 35 до + 40 градусов Цельсия. Жидкокристаллический дисплей на передней панели и встроенная клавиатура позволяют контролировать и изменять параметры съемки и визуально оценивать качество принимаемой информации. Кроме этого, путем изменения схематики прибора и конструкции датчика – увеличена помехозащищенность комплекса, что позволяет работать в самых неблагоприятных условиях, там, где в большинстве случаев другие геофизические методы работать не могут. В аппаратуре «РАП-Плюс» предусмотрена возможность работы в режиме «реального времени», что позволяет непосредственно в процесе наблюдений выполнять оценку спектральных характеристик принимаемого сигнала и оперативно вносить изменения в параметры наблюдений. Небольшой вес и удобство в обслуживании предусматривают возможность работы одним оператором.

В настоящее время разработана и готовиться к изготовлению новая, современная модификация аппаратуры РАП, обладающая лучшими техническими и эксплуатационными характеристиками.

    

Методика проведения работ

В зависимости от поставленных задач измерения выбирается шаг наблюдений по профилям таким образом, чтобы на искомый объект приходилось не менее 3-х точек РАП-наблюдений. В зависимости от условий наблюдений выбирается тип датчика, плоскостной – для ровных и твердых поверхностей, конусообразный – для грунта.Перед началом полевых работ, в зависимости он необходимой глубины исследований и требуемого разрешения по глубине, выбираются параметры записи акустического сигнала – частота дискретизации сигнала и дина записи сигнала. Разрешающую способность метода при работе с различными параметрами записи сигнала можно оценить по рисунку ниже:

 

 

Как видно по рисунку – разрешающая способность метода при частоте дискретизации 491 Гц на глубине до 2000 метров составляет не более 24-х метров, что вполне достаточно для решения поставленных. Верхняя граница наблюдений при таких параметрах съемки составляет около 10.1 м.

 

Как видно по рисунку – разрешающая способность метода при частоте дискретизации 1028 Гц на глубине до 1000 метров составляет не более 13-ти метров, что вполне достаточно для решения поставленных. Верхняя граница наблюдений при таких параметрах съемки составляет около 4.85 м.

Прокладка профилей наблюдений, снятие координат и высот точек геофизических наблюдений выполняется при помощи GPS-навигатора типа Garmin GPSMap 60 CSx. При обработке полученных данных в результаты наблюдений при необходимости вводится поправка за высоту точек наблюдений.

 

Луганская область

Работы по поискам участков, наиболее благоприятных для водоснабжения, проводились в 2008 году в Луганской области, Украина. Луганская область относится к Донецкому каменноугольному бассейну, который возник на южном крае Русской платформы. Осадочная толща, состоящая из отложений девона, карбона, перми, триаса, юры, мела, третичных и четвертичных, имеет мощность от 5 до 18 километров. Основными водоносными горизонтами являются известняки и песчаники. В отдельных районах бассейна меловые отложения и обводнённые третичные пески также являются крупными водоносными горизонтами. Наиболее высокой водоотдачей обладают известняки благодаря своей трещиноватости и мелкой закарстованности. Работы проводились по сети наблюдений 50 х 20 метров, что позволило не только получить геомеханические разрезы по профилям наблюдений, но и выполнить 3D построение геомеханического строения участка.

 

Так выглядит один из типичных геомеханических разрезов по участку проведенных работ. Как видно по разрезу, в пределах профиля выделяется как минимум две зоны трещиноватости в осадочных породах. Это зона на глубине 18 – 20 метров от поверхности наблюдений и от 80-ти метров и глубже. Первая из них малообводнена, что отмечается в спектре сигналов отсутствием высокоинтенсивных, насыщенных участков, зато более глубинная зона сильно обводнена.

Построение 3D геомеханического разреза позволяет более подробно увидеть строение участка, выполнить сечения в любых местах участка и выделить места, наиболее благоприятные для заложения водозаборных скважин :

 

Также в качестве источника водоснабжения можно использовать сильно обводненные зоны тектонических нарушений. Как они выглядят на геомеханических РАП-разрезах, можно увидеть на рисунке ниже:

 

Заключение

 

 Выше приведена лишь небольшая часть примеров применения метода РАП для решения задач поисков воды.  

Простота и эффективность метода РАП обуславливают широкую сферу его применения. Применение метода РАП для решения различных реальных задач геологии, инженерных изысканий и т.д. пока не позволило выявить задачи, при решении которых метод не смог дать никаких полезных результатов. 

В настояще время метод успешно применяется на территории США (компания Environmental Investigation Corp.), Монголии и России (ЗАО КЦ «РОСГЕОФИЗИКА», КГЭ «Астра», ООО «ТехноТерра», ЗАО «Инфотехкомплекс-строй» (Казань), «БрянскСтройИзыскания», КамчатТИСИЗ), странах СНГ - НИИ Строительных конструкций (Киев), ООО «Феникс-Гео», Институт Геофизики Симферопольского филиала АН Украины и др.).

Более подробную информацию о возможностях и результатах применения метода можно получить на страничке www.alterra.geoacoustic.com, или по телефонам:

Директор ООО «Аль Терра»       Бединов Владимир Васильевич   +7 (903) 108 5580

 

Зам. директора ООО «Аль Терра» Зуйков Игорь Владимирович      +7 (906) 505 72 66

                  

География применения метода РАП расширяется с каждым годом, что можно увидеть на иллюстрации ниже:

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткая теория, аппаратура

12345Следующая ⇒

Поделиться: