Результаты исследований по разработке аппаратурно-программного обеспечения для наземно-подземного электромагнитного зондирования

Автор: Колесников В.П., Карпов С.Б., Ласкина Т.А.

Журнал: Вестник Пермского университета. Геология @geology-vestnik-psu

Рубрика: Геофизика

Статья в выпуске: 2 т.21, 2022 года.

Бесплатный доступ

В данной работе рассмотрены результаты исследований по формированию аппаратурно-программного комплекса для развиваемого метода наземно-подземного электромагнитного зондирования с обеспечением необходимой достоверности и экономической эффективности результатов наблюдений в условиях специфических особенностей практического его применения. Для этого на основе экспериментальных исследований и численного анализа наблюденного поля разработан ряд аппаратурных и программных модулей, обеспечивающих взаимосогласованность и синхронизацию во времени функционирования наземного и шахтного аппаратурных блоков с визуальным контролем формы и значений регистрируемого сигнала для используемого набора рабочих частот при заданном режиме полевой съемки и глубине залегания обследуемой толщи пород. Результаты опытных работ, выполненных данным комплексом, показали технологичность и перспективность практического его применения для контроля физического состояния водозащитной толщи пород в условиях соляного месторождения.

Еще

Электромагнитное поле, наземно-подземное зондирование, рабочие частоты, аппаратурно-программный комплекс

Короткий адрес: https://sciup.org/147246234

IDR: 147246234   |   DOI: 10.17072/psu.geol.21.2.124

Текст научной статьи Результаты исследований по разработке аппаратурно-программного обеспечения для наземно-подземного электромагнитного зондирования

Одной из актуальных задач при отработке соляных месторождений является осуществление надежного контроля физического состояния водозащитной толщи пород (ВЗТ). Основная причина этого заключается в высокой растворимости соляных пород, при которой любое проникновение слабоминерализованных вод в шахты, вызванное природными и антропогенными факторами, приводит к образованию подземных карстовых полостей, сопровождаемых просадками и провалами земной поверхности (Anderson, Brown, 1992; Andreichuk et al., 2000; Contruc-ci et al., 2010; Eso et al., 2006; Land, Veni, 2012).

Одной из важных физических величин, весьма чувствительных к пористости, влаго-содержанию, степени минерализации водных растворов, наличию газоообразований и др., сопровождающих процессы соляного кар-стообразования (Кудряшов, 2001; Boys, 1993), является электрическое сопротивление соляных пород, обладающих возможностью значительного его изменения (в десятки и сотни раз) (Петрофизика, 1992). Однако эффективность использования электрометрии для контроля физического состояния водозащитной толщи пород во многом зависит от информационных возможностей используемых методов электрометрии, их аппаратурных средств, степени влияния и способов снижения различного рода геологических и техногенных помех. Поэтому формирование рационального, достаточно информативного метода требует разработки специальных модификаций методов электрометрии, наиболее учитывающих специфику исследуемого объекта (Колесников, Ласкина, 2020a).

Одним из перспективных в этом направлении является метод наземно-подземного

зондирования (НПЗ), обладающий потенциальными возможностями существенного повышения контрастности отображения аномальных зон, расположенных в области надштрековой водозащитной толщи пород в силу значительного приближения точек измерений поля к исследуемому объекту (Колесников, Ласкина, 2018; Колесников, 2019; Колесников, Ласкина, 2020b). НПЗ представляет собой электромагнитное зондирование геологической среды при расположении источника электромагнитного поля на земной поверхности и регистрации сигнала в пределах шахтных выработок (или наоборот – в модификации подземно-наземного зондирования (ПНЗ)).

Практическая реализация данного нетрадиционного метода требует проведения специального комплексного анализа, включающего разработку физико-математического и программного обеспечения для интерпретации результатов наблюдений, создание специального аппаратурно-программного обеспечения и рациональной технологии выполнения полевых измерений.

В результате ранее выполненных исследований (Колесников, Ласкина, 2020b; Kolesnikov, Laskina, 2021) разработан приближенный способ истолкования результатов наблюдений методом НПЗ, обеспечивающий возможность получения экспресс-информации о наличии зон повышенной нарушенности водозащитных свойств пород надштрековой части разреза, показавший результативность и перспективность его развития.

В данной публикации приведены основные результаты исследований по формированию и реализации необходимого для НПЗ аппаратурно-программного комплекса, наиболее учитывающего специфику и особенности практического применения данного метода в условиях наземно-шахтных измерений с обеспечением необходимой информативности, оперативности и контроля достоверности результатов полевых наблюдений.

Аппаратурно-программное обеспечение

В процессе опытно-методических работ, проводимых с 2018 года, апробирован доста- точно широкий набор различных вариантов технологии с использованием специально создаваемых аппаратурных модулей, методик, интерпретационных средств с проведением экспериментальных заверочных наблюдений на ряде промышленных участков (Колесников, Ласкина, 2018; Колесников, Ласкина, 2020b; Kolesnikov, Laskina, 2021). Рассмотрим некоторые из них.

Одной из трудностей реализации полевых наблюдений являлась сложность контроля синхронизации генератора и измерителя ввиду расположения одного из них на поверхности, а другого – в шахте. С целью осуществления контроля процесса полевой съемки в режиме реального времени запущен программный модуль Test_FFT, позволяющий контролировать форму регистрируемого сигнала и в оперативном режиме выполнять спектральный анализ регистрируемых данных (рис. 1). Визуализация формы сигнала позволила контролировать соотношение между компонентами магнитного поля и правильность подключения каналов АЦП, а также регулировать величину усиления. Результаты спектрального анализа позволили контролировать корректность работы измерительного модуля, стабильность работы генератора и его синхронизацию с измерителем.

В целях формирования оптимального набора рабочих частот в условиях промышленных помех проведены экспериментальные работы по оценке влияния на результаты наблюдений методом НПЗ электромагнитного поля, создаваемого различными видами шахтного электрифицированного оборудования: комбайном, конвейером (рис. 2), системой обеспечения безопасности. В результате выявлен ряд частот и области их интенсивного проявления в наблюденном поле, включающих 50 Гц с наличием и особенностями проявления четных и нечетных ее гармоник, f = 90, 110 Гц и др., с областью заметного их проявления до 100–120 м от анализируемого источника. Исходя из этих выявленных особенностей, для снижения влияния промышленных помех выполнена редакция задаваемого аппаратурного набора рабочих частот, наиболее отличающихся от промышленных помех, а также создан ряд дополнительных приемов: разработка аппа- ратурно-программных средств фильтрации заданного набора частот, повышение мощности генератора для увеличения соотношения «сигнал/помеха», либо исключение выявленной частотной области повышенного влияния помех при интерпретации наблюдений. При формировании оптимального набо- ра рабочих частот помимо снижения уровня промышленных помех учитывались данные о глубине залегания шахтных выработок, априорная информация и выбранная система наблюдений с использованием численного моделирования (Heagy et al., 2017; Werthmül-ler, 2017).

Рис. 1. Модуль контроля процесса полевой съемки с визуализацией формы и спектра сигнала (а) и контролем проявления набора рабочих частот в спектре регистрируемого сигнала (б)

Рис. 2. Примеры спектров зарегистрированного электромагнитного поля при выключенном (а) и включенном (б) конвейере

В целях развития метода НПЗ апробирована его модификация в виде подземноназемного зондирования (ПНЗ), обладающего по своей природе рядом дополнительных информационных возможностей: 1) выполнение площадных наземных наблюдений с любой детальностью (в отличие от НПЗ) при фиксированном положении подземного источника; 2) обследование определенной области, выходящей за пределы площади расположения шахтных выработок в целях прогнозной оценки физического состояния примыкающих к ним пород.

Одна из трудностей процесса съемки методом ПНЗ связана с реализацией заземления электродов линии АВ в шахтных условиях в связи с высоким электрическим сопротивлением соляных пород. Для решения данной проблемы, помимо применения принципа группирования электродов, апробирована возможность использовании индуктивного источника поля в виде замкнутой петли. Поскольку поле индуктивного источника (вертикального диполя) убывает с глу- биной значительно быстрее (примерно на порядок) по сравнению с гальваническим (линейным) источником (Электроразведка, 1989), это требует повышения мощности генератора, а в данном случае и адаптации к разрабатываемому для линейного источника аппаратурно-программному комплексу АНПЗ-1. Для реализации этого использована блочная конструкция генератора поля, включающая три блока: задающий генератор, усилитель мощности (УМ) и излучатель. Особенностью УМ является полная гальваническая изоляция от задающего генератора, что значительно повышает помехозащищенность и надежность работы. При этом могут быть использованы различные режимы генерации поля, в том числе автоматическая последовательность сигналов с разной частотой электромагнитного поля. Напряжение питания разработанного модуля составляет 24–48 В, настройка под выбранное напряжении происходит автоматически. Выходное напряжение имеет форму меандра с амплитудой, равной напряжению питания. Макси- мальныйвыходнойтоксоставляет20А. Диапазонрабочихчастот0–10кГц.Вмодуле предусмотреноизмерение напряжения пита-нияитоканагрузки.

Помиморассмотренныхвышеспособов дляповышенияэффективностиполевых наблюденийреализованавозможностьодно-временнойсъемкис двумяаппаратурно-измерительнымикомплексамипри одном фиксированномположенииисточникаполя. Выполненныеэкспериментальныеработы приэтомпоказалинеобходимостьдополни-тельнойкалибровкииспользуемыхизмери-тельныхмодулейдляобеспеченияидентич-ностиполучаемыхрезультатов,чтопотребо-валотестированиянаосновепроведенияла-бораторныхисследованийсиспользованием изготовленногосоленоида.Наосновесопо-ставленияданных,полученныхразнымииз-мерительнымимодулями,былискорректи-рованыкоэффициентыпередачипреобразо-вателеймагнитнойиндукции.

Использованиедвухидентифицирован-ныхизмерительныхкомплексовобеспечива-етвозможностьповышенияпроизводитель-ностиработ(втомчислепозволяетсокра-титьколичествоспусковвшахтудляобсле-дованияучастка),атакжедостоверностире-зультатов засчетдублированнойсъемкина контрольныхучастках.

Витогепроведенияпредварительныхэкс-периментальныхисследованийразработани реализованаппаратурно-программныйком-плексАНПЗ-1(рис.3),включающийгенера-тор,измерительсмодифицированнымтрех-компонентныммагнитнымдатчиком,блок питанияиспециальносозданноепрограмм-ноеобеспечение для автоматизациииопти-мизациипроцессагенерированияиреги-страцииэлектромагнитногополясзаданным наборомчастотирасширеннымифункцио-нальнымииинформационнымивозможно-стями, обеспечивающими:а)выборнеобхо-димогорежимагенерацииэлектромагнитно-гополя:соднойрабочейчастотойиеегар-мониками;единовременнойгенерациинабо-раизтрехрабочихчастот;последовательной генерациизаданногонаборарабочихчастот; б)заданиенеобходимогонаборарабочихча-стот(до10частот), отличающихся отпро-мышленныхволн-помех,иформируемогона основепредварительногоанализапарамет-рическихзондированийдляобследования заданнойтолщипород;в) увеличениевели-чинышагадискретизацииизмеряемогополя (до10–50кГц)иинтервалавремениреги-страциисигналакаждойизчастотнаодном пикете(до25–60с)вцеляхповышенияин-формативностирезультатовизмерений.

Выполненаоптимизация технологии площадныхнаблюденийнаосновеиспользо-ванияразработанногоаппаратурно-программногокомплексаАНПЗ-1ичислен-ногомоделирования (Heagyetal.,2017; Werthmüller,2017),обеспечивающих:а)ав-томатизациюизмерительногопроцессасис-пользованиемсинхронизациифункциониро-ваниягенераторного иизмерительногомо-дулейвсоответствиисзаданнымрежимоми измерительнымипараметрами;б)численное обоснованиеразмеровинформативнойобла-сти,составляющейпорядка1кмх1.6кмпри используемойпитающейлинииАВ=1000м ивеличинегенерируемоготокаI=1.5А.

Генератор электромагнитногополя АНПЗ-1(табл.1,рис.4)характеризуется максимальнойсилойтока2Апридиапазоне основныхчастотгенерируемогосигнала от 0.15до5125Гц.Принеобходимостиувели-чениясилытока(вдва-трираза)могутбыть использованыгенераторыповышенной мощности,разработанныевдополнениек аппаратурно-программномукомплексу АНПЗ-1.Реализованавозможностьприме-нениясигналасоднойосновнойчастотойи еегармониками,атакжеширокополосного полигармоническогосигналастремя основ-нымичастотамииихгармониками,чтозна-чительноповышаетэффективностьполевых работ.

Такжепредусмотренавозможностьфор-мирования полянаоснове автоматически задаваемойпоследовательностисигналовс одной основнойчастотой.Генераторможет бытьиспользовандляработысзаземленной питающейлиниейкакнаповерхности,таки вусловияхшахтныхвыработок.

ДляработыгенератораАНПЗ-1использу-етсяисточникпитания ввидеаккумулятора RT-L150PRO-24(сноминальнымнапряже-нием24Виемкостью75А□ ч).

Генератор АНПЗ-1

ГЕНЕРАТОР

АВ

Измеритель АНПЗ-1

Питающая линия

Трехкомпонентный преобразователь ■ индукции переменного магнитного поля

НВО1О7.1О/3

ДАТЧИК

Аналого-цифровой преобразователь L-Card Е440

Компьютер с программами настройки и обработки

АЦЛ

Модуль

Описание

LCard_MAG_F10

Настройка генератора АНПЗ-1, чтение данных магнитной антенны через L-Card Е440

LCardMod

Модуль связи С L-Card Е440

TestFFT

Спектральный анализ регистрируемых данных для оперативного контроля работы генератора и синхронизации с ним

FieldDetect

Обработка сигналов магнитной антенны и подготовка файлов для программы Зонд

ИНТЕР-1

Оценка аномальности

Зонд-2

Обработка, интерпретация и визуализация результатов электроразведочных наблюдений

Рис. 3. Блок-схема аппаратурно-программного комплекса АНПЗ-1

Он обеспечивает возможность генерации поля в режиме автоматической последовательности сигналов в течение 7–8 часов. Предусмотрена возможность автономной работы генератора в заданный период времени с автоматическим отключением после завершения генерации запрограммированной последовательности сигналов.

Измеритель АНПЗ-1 (рис. 5) включает трехкомпонентный преобразователь индукции переменного магнитного поля НВ0107.10/3 (табл. 2), выполненный с необходимыми параметрами применительно к методу НПЗ (в контакте с ООО «Магнитные приборы», г. Санкт-Петербург),

Рис. 4. Генератор АНПЗ-1

Таблица 1. Технические характеристики генератора АНПЗ-1

1 Максимальноевыходноенапряжение(мощностьдо300Вт) 300В 2 Значениевыходноготока 50;100;200;500;1000; 1500;2000мА 3 Формавыходногонапряжения–«меандр»(прямоугольныеразно-полярныеимпульсыбезпаузы,форма0),либопрямоугольныераз-нополярныеимпульсыразнойдлительностивпериодеосновной частотыбезпостояннойсоставляющей,(форма1-3) 0.15;0.30;0.61;1.22; 2.44;4.88;9.76;19.5; 39.0;78.0;156.0;312.5; 625;780;1250;1565; 2500;3125;5125Гц 4 Погрешностьстабилизацииприактивнойнагрузке,неболее 1% 5 Напряжениепитания(встроенныйлитий-ионныйаккумулятор) 15.2В (допустимыйдиапазон напряженийот16.8до 12В) 6 Емкостьвстроенногоаккумулятора 2.6А□ час 7 Радиоканалдлядистанционногоуправления 868МГц 8 Bluetooth4длядистанционногоуправления 9 Степеньзащитыотвоздействияокружающейсреды IP65 10 Диапазонрабочихтемператур от–30до+50°С 11 Габариты,неболее: 160х80х55мм 12 Масса,неболее: 0.95кг 13 Генераторвыполненвударопрочномкорпусеизполикарбоната аналого-цифровойпреобразовательL-Card E440,блокпитания,ноутбукспрограммным обеспечениемдлясинхронизациис генера-торомирегистрациимагнитногополя.(Этот достаточнокомпактныйпо объемуизмери-тельныйкомплексповесусоставляетнебо-лее3кг.)Прииспользованииразработанного измерительногокомплексаобеспечивается достаточновысокаячастотадискретизации регистрируемогосигнала(до50кГц),необ-ходимаядлярасширениядиапазонаисполь- зуемыхчастотиповышениядетальностиис-следованияизмеряемогополя.

Разработанное программное обеспечение комплексаАНПЗ-1позволяетвыполнять настройкугенератораиизмерителя:выби-ратьрежимгенерацииполя,задаватьколи-чество изначенияиспользуемыхчастот, времягенерациикаждойизних,длитель-ностьпаузыдляпереходамеждупикетами,а такжеосуществлятьихсинхронизациюпо времени.

Таблица 2. Характеристики трехкомпонентного преобразователя НВ0107.10/3

Наименование характеристики

Ед. измерения

Значение

Рабочийдиапазониндукцииперемен-ногомагнитногополя

нТл

120

Рабочийдиапазончастоты

Гц

3-10000

Коэффициентпередачи

мВ/нТл

53

Напряжениепитания

В

±10

Токпотреблениясборки

мА

18

Габаритыдатчикапреобразователя

мм

250х250х330

Массадатчикапреобразователя

кг

1,5

Рис. 5. Аппаратура и оборудование для регистрации магнитного поля (а) и процесс полевой съемки методом ПНЗ (б)

Общая схема съемки методом наземноподземного зондирования с использованием разработанного аппаратурного и программного обеспечения включает:

  • 1)    настройку аппаратурного комплекса (до спуска в шахту);

  • 2)    установку источника электромагнитного поля на земной поверхности;

  • 3)    спуск в шахту и проведение профильных либо площадных наблюдений вдоль заданных штреков в пределах шахтного поля.

Настройка аппаратурного комплекса, выполняемая в подготовительный перед съемкой период, содержит следующие операции:

  • а)    выбор режима генерации электромагнитного поля (с одной рабочей частотой и ее гармониками; единовременной генерации набора из трех рабочих частот; последовательной генерации заданного набора рабочих частот);

  • б)    задание необходимых значений частот из общего их набора, заложенного в аппаратурный комплекс, на основе предварительного анализа параметрических зондирований для обследуемого участка;

  • в)    задание величины шага дискретизации измеряемого поля (от 10 до 50 кГц) и интервала времени регистрации сигнала каждой из частот на одном пикете (от 20 до 60 с);

  • г)    выполнение синхронизации по времени измерительного и генерируемого аппаратурных модулей;

  • д)    задание интервала времени для перемещения оператора между соседними пикетами (в аппаратуре предусмотрено автоматическое отключение генератора во время перехода на очередной пикет для обеспечения экономичности использования источника питания (в два-три раза по сравнению с вариантом непрерывной генерации поля в течении полевой съемки).

Реализация генераторной установки на земной поверхности включает:

  • а)    подготовку питающей линии АВ;

  • б)    подключение генератора к питающей линии и задание необходимой величины тока путем формирования оптимальных значений переходного сопротивления заземлений питающей линии R;

  • в)    запуск генератора в заданное, синхронизированное с измерителем, время начала наземно-подземных наблюдений (процесс генерации может выполняться в автоматическом режиме без участия оператора в течение 7–8 часов).

Шахтная съемка выполняется с регистрацией трех компонент магнитного поля (Вх, Вy, Вz). Она начинается автоматически в заданное при начальной настройке аппаратурного комплекса время с последующей визуализацией и контролем процесса измерений, а также оповещением о времени перехода на следующий пикет, с перемещением измерительного комплекса. При этом Х-компонента магнитного датчика ориентируется вдоль направления питающей линии.

Аналогичный процесс осуществляется и для варианта подземно-наземного зондирования (ПНЗ), выполняемого при расположении источника в пределах шахтных выработок с проведением площадной съемки на земной поверхности.

При исследовании с фиксированным положением источника поля и использованием набора из шести частот генерируемого электромагнитного поля с длительностью генерации каждой из них 25 с и расстоянием между пикетами съемки 50 м время, необходимое для регистрации данных на одном пикете и для перехода на следующий, в целом составляет 5 минут. Таким образом, производительность работ составляет 12 точек в час при выполнении измерений одной бригадой из двух человек и может быть увеличена при одновременной съемке двумя бригадами по два человека до 24 точек в час.

Обработка наблюденных данных

Данные, полученные в процессе полевых измерений, представляют собой временные ряды для трех каналов в отсчетах АЦП на каждой точке наблюдения. Записи разделены на субпакеты в зависимости от частот генерации поля в соответствии с проводимым экспериментом. Также файлы содержат информацию о параметрах съемки (номер профиля и пикета, дата и время выполнения измерений, частота дискретизации сигнала, количество частот, коэффициент АЦП).

Алгоритмы обработки данных адаптированы к формату полевых записей, получаемых при использовании автоматической последовательности сигналов с разными частотами, и реализованы в программе FieldDetect. Это позволяет исключить необходимость конвертации данных и значительно повысить степень автоматизации процесса обработки.

Также усовершенствован способ выделения полезного сигнала с использованием синхронного детектирования и автоматического выбора интервала с минимальным уровнем помех для определения амплитуды полезного сигнала. Программа позволяет вычислять и отображать спектры сигналов компонент для каждого субпакета, а также проводить синхронное детектирование на рабочей частоте субпакета и дальнейшую фильтрацию с помощью фильтра низких частот высокого порядка. Детектированный сигнал для каждой частоты эксперимента разбивается на сегменты, в каждом из них оценивается отношение «сигнал/шум» и выбирается сегмент с лучшими параметрами.

Результатом обработки являются амплитуды измеряемых компонент магнитного поля B x , B y , B z и полного вектора магнитной индукции В для набора используемых частот на каждой точке наблюдения, которые далее используются для расчета интерпретационных параметров.

Пример полевых работ

Процесс разработки и совершенствования рассмотренных выше результатов исследований сопровождался применением различных способов их тестирования, включая использования двух взаимно идентифицированных аппаратурно-измерительных комплексов с проведением экспериментальных исследований на контрольном участке, а также использования гальванического и индуктивного источников поля и сопоставление полученных данных с результатами численного моделирования.

Разработанный аппаратурно-программный комплекс и технология его применения для метода НПЗ были апробированы на ряде участков в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей. Фрагменты экспресс-интерпретации по одному из них представлены на рис. 6–8. В этом случае съемка была выполнена при расположении заземленной питающей линии АВ длиной 1 км в шахтной выработке на глубине 375 м. Сила тока в питающей линии составляла 1.5 А.

Рис. 6. Схема участка работ методом ПНЗ

0,00005      0,00013      0,00033      0,00081      0,00200      0,0050 0,0078 0,0122 0,0193 0,0303 0,048

Рис. 7. Визуализация пространственного изменения компонент магнитного поля, полученных в результате полевых измерений и первичной обработки наблюденных данных

Рис. 8. Оценка параметра аномальности с использованием программного комплекса ИНТЕР1-ЗОНД

Поле генерировалось в режиме автоматической последовательности сигналов с различной частотой (39, 78, 312, 625, 1565 и 3125 Гц). Время генерации поля на одной частоте – 25 с; общее время генерации поля на шести частотах – 155 с; пауза для перехода на следующий пикет – 145 с. Регистрация проводилась на земной поверхности по сети профилей (рис. 6). Общее время регистрации поля на одном пикете с переходом на следующий пикет – пять минут.

Компонента Н х ориентирована вдоль профиля наблюдений (параллельно питающей линии). Отработано пять профилей субширотного направления по 16 пикетов. Общее число пикетов составило 80 на площади 400х750 м. Расстояние между профилями – 100 м, между пикетами – 50 м. Полевые наблюдения были выполнены одной бригадой в условиях залесенной местности. Общее время съемки составило семь часов.

В процессе обработки наблюденных данных выполнена оценка амплитуды трех ортогональных компонент магнитного поля B x , B y , B z (рис. 7). Результатом экспресс-интерпретации полученных материалов является оценка параметра аномальности (рис. 8) (Kolesnikov, Laskina, 2021). Визуализация выполнена в системе Зонд (Колесников, 2016).

В целом, полученные данные свидетельствуют о понижении сопротивления присо-ляной части пород в северо-восточной части участка, что согласуется с априорной информацией и результатами исследований другими геофизическими методами.

Выводы

Основные результаты выполненных исследований по разработке аппаратурнопрограммного комплекса АНПЗ-1 для развиваемого метода наземно-подземного зондирования сводятся к следующему:

  • 1.    Разработаны способы и программы, обеспечивающие синхронизацию и оперативный контроль функционирования наземного и подземного аппаратурных модулей с контролем процесса полевой съемки в режиме реального времени с визуализацией результатов спектрального

  • 2.    Для повышения информативности полевых наблюдений выполнены экспериментальные работы по оценке влияния на результаты измерений промышленных электромагнитных полей, создаваемых наземными и различного рода шахтными источниками, в виде комбайна, конвейера, системы обеспечения безопасности и др., что позволило выявить области наиболее интенсивного проявления волн-помех и оптимизировать формирование рабочих частот генерируемого электромагнитного поля. Вместе с тем усовершенствован способ выделения полезного сигнала с использованием синхронного детектирования и автоматического выбора интервала с минимальным уровнем помех для определения амплитуды полезного сигнала.

  • 3.    В целях развития метода наземноподземного зондирования реализована его модификация в виде подземно-наземного зондирования, обладающего рядом дополнительных информационных возможностей: а) выполнение площадных наземных наблюдений с любой детальностью (в отличие от НПЗ) при фиксированном положении подземного источника; б) обследование определенной области, выходящей за пределы площади расположения шахтных выработок в целях прогнозной оценки физического состояния примыкающих к ним пород.

  • 4.    Ввиду затруднительного гальванического способа заземления электродов в условиях соляных пород, обладающих весьма высоким электрическим сопротивлением, для обеспечения необходимой технологичности создан и апробирован вариант аппаратурного комплекса с использованием индуктивного источника электромагнитного поля, показавший положительные результаты его применения.

  • 5.    Для повышения оперативности работ и осуществления дополнительного контроля полевых наблюдений реализован вариант одновременной съемки с двумя аппаратурноизмерительными комплексами при фиксированном положении источника поля с их взаимной идентификацией на основе

  • 6.    Реализован программный модуль для обработки наблюденных данных с последующей передачей результатов в интерпретационный комплекс ИНТЕР1-ЗОНД, повышая технологичность и значительно ускоряя аппаратурноизмерительный и интерпретационный процесс с визуализацией разрезов, карт и объемных отображений анализируемых величин.

анализа регистрируемого поля в каждой точке наблюдений.

использования экспериментальных полевых наблюдений и лабораторного тестирования для определения коэффициентов передачи преобразователей магнитной индукции.

В итоге проведенных исследований создан рабочий вариант аппаратурнопрограммного комплекса АНПЗ-1 для практического применения развиваемого метода наземно-подземного зондирования. Результаты экспериментальных работ с использованием данного комплекса, выполненных на ряде участков ВКМС для контроля физического состояния ВЗТ, показали результативность и перспективность практического его применения в условиях соляного месторождения с возможностью проведения полевых наблюдений в сложных геоморфологических, физико-геологических и техногенных условиях обследуемой территории.

Авторы данной публикации выражают искреннюю благодарность сотрудникам ООО «НПП Интромаг», а также к.ф.-м.н. Михайловскому А.Г. за проявленный интерес к нашей работе, поддержку, полезные консультации и помощь в практической реализации разрабатываемого аппаратурнопрограммного комплекса.

Список литературы Результаты исследований по разработке аппаратурно-программного обеспечения для наземно-подземного электромагнитного зондирования

  • Колесников В.П. Электрометрия. Теоретические основы методов электрометрии: учеб. пособие. Пермь: Перм. гос. нац. исслед. ун-т. 2019. 263 с.
  • Колесников В.П., Ласкина Т.А. Разработка и реализация метода низкочастотного наземно-подземного зондирования // Вестник Пермского университета. Геология. 2018. Т. 17, № 3. С. 284-291. DOI: 10.17072/psu.geol.17.3.284 EDN: YMHSVN
  • Колесников В.П., Ласкина Т.А. Комплексный электроразведочный мониторинг процессов соляного карстообразования // Геофизика. 2020a. № 5. C. 39-49. EDN: ROYYVP
  • Колесников В.П., Ласкина Т.А. Наземно-подземное электромагнитное зондирование в условиях соляных месторождений // Инженерная и рудная геофизика 2020. 2020b. 21 с. DOI: 10.3997/2214-4609.202051035 EDN: WGTTBO
  • Колесников В.П. Интерпретация электрических зондирований с использованием системы программ ЗОНД. Пермь: Изд-во ПГНИУ. 2016. 212 с.
Статья научная