Частотні електромагнітні зондування
Польові вимірювання методом частотних зондувань являють собою вивчення залежность амплітуд і фаз електромагнітного поля електричного або магнітного диполя від частоти. Діапазон частот, в якому виконуються ці дослідження, визначається головним чином необхідною глибиною дослідження. При глибинних структурних дослідженнях, пов'язаних з пошуками нафтогазоносних структур, частоти змінюють від 10-2 до 102 Гц. Якщо зондування виконують для вивчення верхньої частини розрізу в межах перших сотень метрів, що представляє особливий інтерес при вивченні рудних родовищ і в інженерній геології, діапазон частот істотно здвигають у бік високих частот (101-104 Гц.)
Комплект апаратури для глибинних ЧЗ складається з генераторної групи і вимірювальної установки. Обидва вузли змонтовано на окремих автомашинах підвищеної прохідності.
Джерелом струму в генераторній групі служать два машинні генератори ПН-145 потужністю по 16,5 кВт кожен. При паралельному з'єднанні обидва генератори віддають в живлячу лінію струм 74А при напрузі 450 В. Опір живлячої лінії при цьому не повинен перевищувати 6 Ом.
Постійна напруга, що розвивається генераторами, комутується в імпульсно-періодичну за допомогою потужного тиратронного перемикача. Кожен подальший імпульс має полярність, зворотну по відношенню до попереднього. Таким чином, амплітуда імпульсно-періодичного струму, що посилається в землю, подвоюється в порівнянні з амплітудою струму, що знімається з генераторів.
Мал. 1. Взаємне розташування живлячого диполя і точок вимірювання при дипольно-екваторіальному частотному зондуванні.
Тіратронний ключ управляється задаючим генератором, що працює на 24 фіксованих частотах в діапазоні частот від 0,04 до 250 Гц.
В якості датчика магнітного поля в точці вимірювання використовується квадратна рамка із сторонами 100-200 м, що складається з 15-20 витків і розкладена на землі. Для вимірювання електричної складової поля застосовується приймальна лінія завдовжки 500-1000 м, заземлена на кінцях електродами, що не поляризуються.
Для посилення сигналу, що поступає з датчика, в комплекті вимірювальної установки передбачений підсилювач, забезпечений LС- і RС-фільтрами. Фільтри призначені для відбору у вимірювальний ланцюг першої гармоніки імпульсно-періодичного поля, що створюється живлячим диполем, а також для захисту вимірювального пристрою від різного роду перешкод (поля промислових електроустановок, грозові перешкоди і ін.). Посилена і відфільтрована напруга реєструється шлейфовими або катодним осцилографом. Спеціальний градуйований пристрій подає у вимірювальну лінію градуйовані сигнали відомої амплітуди. Для вимірювання фази електричного або магнітного поля з генераторної групи на вимірювальний пристрій передається по радіоканалу опорна фаза.
Глибинні ЗЧ зазвичай виконують в полі електричного диполя з дипольно-екваторіальними установками (точка вимірювання розташована в екваторіальній площині диполя), хоча не виключена можливість вимірювань з дипольно-осьовими установками.
Профілі, уздовж яких ведуть зондування, розташовують вхрест простягання структур, що вивчаються. Взаємне розташування живлячого диполя АВ і точок вимірювання q уздовж профілю при роботі екваторіальною установкою показане на мал. 1. При одному положенні живлячого диполя поле може вимірюватися в декількох точках. При цьому для екваторіальної установки кут 
, складений радіусом-вектором, проведеним від центру живлячого диполя в точку вимірювання, повинен бути не менше 70°. В цьому випадку установка практично може вважатися екваторіальною.
Вимірюють або компоненту електричного поля Ех, паралельну осі живлячого диполя, або вертикальну компоненту магнітного поля Вz. Вимірювати Ех технічно легше, ніж Вz, особливо на нижніх частотах робочого діапазону. Тому за відсутності в розрізі погано провідних порід, що залягають вище за опорний горизонт (екрануючі пласти), що вивчається, обмежуються вимірюваннями Ех. За наявності в розрізі погано провідних екранів бажано вимірювати Вz, оскільки погано провідний пласт не перешкоджає проникненню магнітного поля на глибину. Іноді вимірюють обидві компоненти поля. На кожній частоті на осцилограмі записують вимірюване поле (э. д. з. у датчику) і градуйовану напругу в мілівольтах. Це дає можливість оцінити вимірюване поле також в мілівольтах.
За результатами вимірювань визначають позірний опір
,
а також
;
тут 
– э. д. з. у датчику електричного і магнітного полів в мкВ; I – сила струму в живлячому диполі в А; 
роб – фаза э. д. з. у датчику; оп – фаза опорного сигналу; К – коефіцієнт установки, що розраховується по формулах
, (1)
, (2)
де n – число витків в петлі; а – площу петлі в м2; r – відстань між центрами диполів в м; rАВ і rMN – розміри диполів в м.
За даними польових спостережень будують графіки позірного опору. При побудові цих графіків по осі ординат відкладають 
або фазу ω, по осі абсцис – логарифм 
.
Графіки позірного опору є основним матеріалом, по якому виконують інтерпретацію результатів польових спостережень.
Для виконання неглибинних ЧЗ в діапазоні частот 101-104 Гц «серійно випускається спеціальна електророзвідувальна станція НЧЗ-64. Відмінною особливістю цієї станції є те, що в ній застосований генератор частоти, що коливається, що забезпечує живлення джерела поля струмом, частота якого плавно змінюється в заданому діапазоні. Це дає можливість безпосередньо визначати частотні характеристики досліджуваних компонент електромагнітного поля.
Інтерпретацію результатів частотних зондувань здійснюють шляхом аналізу графіків зондувань. Можлива, як і при зондуваннях на постійному струмі, якісна і кількісна інтерпретація. Прийоми кількісної інтерпретації засновані на застосуванні палеток теоретичних кривих ЧЗ. В зв'язку з цим слід розглянути деякі питання з теорії ЧЗ.
Головною задачею в теорії частотного зондування є розрахунок поля електричного або магнітного диполя, розташованого на поверхні горизонтально-шаруватого розрізу.
Схематично залежність компонент поля, вимірюваних при ЧЗ, від параметрів середовища і частоти поля можна представити в наступному вигляді:
ЕХ=ЕХ0F1( k1, k2, k3, …, kn; h1, h2, h3, … hn-1; 
; r), (3)
Вz = Вz0F2(k1, k2, k3, …, kn; h1, h2, h3, … hn-1; ; r);
тут Ех — компонентa електричного поля, паралельна осі диполя; Вz – вертикальна компонента магнітного поля; ki і hi – хвильові числа і потужності горизонтів, що складають розріз; – частота поля; r – відстань між диполем і точкою вимірювання; Eλ0 і Bz0 – електричне і магнітне поля електричного диполя, розташованого на поверхні однорідного напівпростору. В квазіпровіднику
, 
. (4)
З двох останніх виразів виходить, що питомий опір однорідного напівпростору може бути визначений по відомих струму в живлячому диполі і напрузі на вимірювальному диполі МN – ∆UMN (при вимірюванні Ех) або у вимірювальній рамці ∆UBz (при вимірюванні Вz):
чи 
. (5)
Вирази для коефіцієнтів КEx і КBz приведені вище. У разі неоднорідного середовища, зокрема горизонтально-шаруватого, розрахунки по формулах (5) дають значення деяких фіктивних параметрів, що мають сенс позірних опорів і позначаються ρω
Теоретичні криві ρω розраховуються відповідно до виразів (3) і (5) з використанням ЕОМ.
Теоретична амплітудна крива частотного зондування є графіком залежності | ρω | /ρ1 від λ1/h1, тобто від відношення довжини хвилі в першому шарі до його потужності. Приклади таких кривих приведені на мал. 2, а і б.
При довільних значеннях розносів частот і параметрів розрізу залежність 
від 
є складною і аналіз її вельми важкий.
Характер залежності ρω від частоти поля істотно спрощується, якщо розноси установки для ЧЗ набагато перевищують глибину до опорного горизонту (дальня зона частотного зондування). В цьому випадку на кривій частотного зондування можна виділити дві частини. Перша з них відповідає такому діапазону частот, при якому довжина хвилі набагато менше розносу. Криві ЧЗ для цього випадку називаються хвильовими. Характер хвильових кривих ЧЗ багато в чому схожий з характером кривих МТЗ, що пояснюється тим, що в обох типах зондування спостережуване поле близьке до плоскої електромагнітної хвилі, що розповсюджується усередині розрізу у вертикальному напрямі.
Мал.2 Амплітудні криві частотного зондування над двуслойным розрізом з непровідною підставою.
а – для Ех при r/h1 = 5,6; б – для Вz при r/h1 = 8.
Ліва асимптота амплітудних хвильових кривих ЧЗ співпадає з питомим опором верхнього горизонту, тобто при 
. Це пов'язано з тим, що глибина проникнення поля в області достатніх високих частот не перевищує потужність верхнього горизонту.
Якщо питомий опір опорного горизонту набагато більший, ніж середній питомий подовжній опір надопорной товщі, тобто 
, рівняння правої асимптоти кривих ЧЗ набуває наступний вигляд:
.
Сама асимптота в цьому випадку є прямою, нахиленою до осі абсцис під кутом 63° 25'.
При ρоп 
0 рівняння правої асимптоти
.
У цих виразах Н – глибина до опорного горизонту; S – сумарна повздовжня провідність надопорной товщі; λ1– довжина хвилі у верхньому горизонті; Т – період.
Якщо довжина хвилі значно перевищує глибину до опорного горизонту (але залишається набагато менше радіусу), то криві ЧЗ у відповідному діапазоні частот носять назву кривих S, оскільки в цьому випадку поле в точці спостереження визначається повздовжньою провідністю надопорной товщі, форма кривої S залежить від типу установки, що застосовується при зондуванні.
Прийоми інтерпретації кривих ЧЗ розроблені головним чином стосовно розрізів з практично непровідними опорними горизонтами і в припущенні, що вимірювання поля виконане в дальній зоні. Практично це означає, що рознос установки для ЧЗ повинен не менше чим в 5-7 разів перевищувати глибину до опорного горизонту.
На етапі якісної інтерпретації будують карти типів кривих ЧЗ, а також графіки максимальних або мінімальних (залежно від типу кривих) значень ρω.
Сумарну повздовжню провідність надопорной товщі визначають по правій прямолінійній асимптоті кривої ЧЗ. Якщо цю асимптоту продовжити до перетину з одиничною віссю бланка, то абсциса точки перетину буде пов'язана з S таким чином:
.