Перехідні процеси в землі та їх використання для геоелектричних досліджень

Поля переходных процессов или становления поля. При импульсном или ступенчатом изменении тока в питающей линии (АВ) или незаземленном контуре (петля, рамка) в момент включения или выключения тока в проводящей геологической среде индуцируются вихревые вторичные электромагнитные поля. Из теории спектров и импульсной техники известно, что при резком изменении тока в среде возникает сигнал, который можно разложить в набор гармонических колебаний широкого спектра частот. Чем острее импульс или крутизна спада сигнала, тем более высокочастотные колебания содержатся в нем. С увеличением частоты растет скин-эффект (а значит, уменьшается глубина проникновения поля) и увеличиваются вторичные вихревые индукционные поля. Поэтому в зависимости от формы питающего импульса и сопротивления среды сигналы в ней по-разному искажаются. Изучая с помощью приемной линии (М N) или незаземленного контура (петли, рамки) разности потенциалов и на разных временах ( ) после окончания питающего сигнала, можно получить форму искаженного средой сигнала, т.е. изучить переходные процессы или становление (установление) поля в среде.

Вывод аналитических формул для связи разностей потенциалов ( ) от силы тока в питающей цепи ( ), сопротивления однородного полупространства ( ), расстояния ( ) между центрами питающего и приемного устройств и их размеров сложен. Лишь для дальней ( ) или ближней ( ) зон от источника, где - проектируемые глубины разведки, формулы для расчета имеют несложный вид:

или

где и - коэффициенты установок, разные для дальней и ближней зон от источника, зависящие от типа питающей и приемной линий, их размеров и разноса ( ). Для неоднородной среды сопротивления, рассчитанные по этим формулам, называются кажущимися ( ).

Неусталеним називають поле перехідних процесів , що виникають в Землі при сходинчастій зміні сили живильного струму. Внаслідок процесів індукції в моменти комутації живильного струму утворюється вихрове змінне по інтенсивності та частотному спектру магнітне поле. На ранніх стадіях процесу в спектрі переважають високочастотні гармоніки , які в основному концентруються у верхній частині розрізу і несуть інформацію про його провідність. З часом у процес вступають більш низькочастотні гармоніки, які характеризують середовище на більших глибинах, а високочастотні гармоніки внаслідок поглинання затухають.

На пізній стадії процесу локальні вихрові струми практично затухають, а безперервна взаємодія між магнітними полями струмів, що протікають у різних горизонтах, призводить до вирівнювання поля і його ізотропного розподілу в об’ємі середовища. Пізня стадія становлення буде характеризувати провідність середовища до певної глибини. Основним параметром, що визначає неусталений процес, є час становлення, який залежить від провідності середовища. Отже, швидкість становлення поля може слугувати величиною, яка характеризує електричні властивості розрізу. Підчас вимірів неусталеного процесу реєструються горизонтальні електричні Ex(t) або вертикальні магнітні Bz(t) складові поля ∂B/∂t в залежності від часу t.