Геофизикада VLF ыкмасынын теориялык негиздери жана колдонулушу
Pendahuluan
ӨТЖ (ӨТЖ) ыкмасы – бул жер астындагы электрдик касиеттердеги өзгөрүүлөрдү аныктоо үчүн өтө төмөнкү жыштыктагы радио толкундарын (болжол менен 15–30 кГц) колдонгон электромагниттик геофизикалык ыкма. Жерге электроддор аркылуу ток киргизүүнү талап кылган каршылык көрсөтүүчү геоэлектрдик ыкмадан айырмаланып, ӨТЖ ыкмасы жалпысынан пассивдүү, анткени ал оңой жеткиликтүү ӨТЖ радио өткөргүчтөрүнөн (адатта аскердик байланыш же навигация үчүн) толкун булактарын колдонот. Бул мүнөзү менен ӨТЖ ар кандай геологиялык буталарды, айрыкча жарака зоналары, сууга толгон жаракалар, сульфиддик минералдашуу жана жер астындагы суулардын жолдору сыяктуу өткөргүч түзүлүштөрдү алгачкы изилдөө үчүн практикалык, тез жана салыштырмалуу арзан ыкма болуп саналат.
Бул макалада VLF ыкмасынын теориялык негиздери, өлчөө принциптери, чечмелөө ыкмалары жана чалгындоо жана айлана-чөйрөнүн геофизикасы жаатындагы жалпы колдонмолор талкууланат.
-
VLF методунун теориялык негиздери
1. Электромагниттик толкундар жана индукция түшүнүгү
VLF сигналдары - бул атмосфера аркылуу тараган жана Жердин бети менен өз ара аракеттенген электрдик (E) жана магниттик (H) талаа компоненттеринен турган электромагниттик толкундар. Бул толкундар Жерге тийгенде, энергиянын бир бөлүгү жер үстүндөгү толкундар катары тарайт, ал эми бир бөлүгү жер астына кирет. Эгерде объекттин же зонанын электр өткөрүмдүүлүгү айланадагы тектерге караганда жогору болсо (мисалы, нымдуу чопо, суулуу жарака зоналары, сульфиддик тамырлар), баштапкы электромагниттик талаа өткөргүч дененин ичинде куюндуу токторду пайда кылат.
Бул куюн токтору экинчилик талааларды пайда кылат, алар андан кийин аспап тарабынан кармалат. Башкача айтканда, VLF аномалиялары өткөргүчтөн келген биринчилик талаа менен жер астындагы түзүлүштө индукцияланган экинчилик талаанын ортосундагы жооптун айырмасынан улам пайда болот.
2. Негизги талаа булагы: VLF өткөргүч
VLF ыкмасы белгилүү бир жыштыкта туруктуу сигналды берүүчү жогорку кубаттуулуктагы VLF өткөргүчтөрүн колдонот. Көптөгөн аймактарда бир эле учурда бир нече VLF станциялары кабыл алынышы мүмкүн, бирок операторлор, адатта, төмөнкү өткөргүчтөрдү тандашат:
– сигнал изилдөө жүргүзүлгөн жерде эң күчтүү жана туруктуу болот,
– өткөргүчтүн багыты бутага туура келет (мисалы, изделип жаткан мүчүлүштүктүн багытына перпендикуляр),
– жыштык жана жайылуу шарттары жетиштүү.
Бул ыкма тышкы булак колдонулгандыктан, талаада генераторду же циклдик өткөргүчтү талап кылбайт, бул изилдөөнү абдан натыйжалуу кылат.
3. Маанилүү параметрлер: өткөрүмдүүлүк жана кирүү тереңдиги
VLF реакциясына чөйрөнүн электр өткөрүмдүүлүгү (σ) күчтүү таасир этет. Толкун канчалык алыстыкка "кире" аларын баалоо үчүн көп колдонулган түшүнүк - бул талаанын амплитудасы анын беттик маанисинин болжол менен 1/e чейин төмөндөгөн тереңдиги болгон тери тереңдиги (δ). Жөнөкөй сөз менен айтканда:
– Каршылык жогору болгондо (өткөргүчтүк төмөн болгондо) кирүү жогорулайт.
– Өткөргүчтүк жогору болгондо, сиңүү азаят, анткени талаа тез өчөт.
VLF жыштыктарында (~кГц) бул ыкма жалпысынан тайыз жана орточо тереңдиктерге (геологиялык шарттарга жараша ондогон метр, балким андан да көп) сезгич келет. Ошондуктан, VLF жарака зоналары жана жаракалар сыяктуу тайыз структураларды картага түшүрүү үчүн абдан ылайыктуу.
4. Талаа компоненттери жана поляризация
VLF практикасында негизги өлчөө - бул өткөргүч түзүлүштүн таасири астында магнит талаасынын (же талаанын жантайышынын) өзгөрүшү. Баштапкы талаа узун өткөргүчкө (мисалы, жарака зонасына) тийгенде, төмөнкү өзгөрүүлөрдү пайда кылган компоненттер менен экинчи талаа пайда болот:
– эңкейүү бурчу (жердин эңкейүү бурчу),
– сигналдын фаза ичиндеги (реалдуу) жана квадратуралык (элестүү) компоненттери.
Фаза ичиндеги компонент салыштырмалуу "жакшы" жана түз өткөргүчтүн реакциясына тиешелүү, ал эми квадратура көбүнчө фазалык эффекттерге жана өткөргүчтүн/чопо касиеттерине, ошондой эле геометрия жана тереңдик шарттарына байланыштуу.
-
Талаа өлчөө принциптери
1. Сурамжылоо жол-жоболору
VLF изилдөөлөрү өлчөө жолу (профили) боюнча белгилүү бир чекит аралыктарында (мисалы, 5–20 м) басуу менен жүргүзүлөт. Оператор аспапты тандалган өткөргүчкө багыттап, андан кийин ар бир станцияда VLF параметрлерин жазып алат. Адатта, адистер эки өлчөмдүү аномалия картасын түзүү үчүн бир нече параллель өтүүлөрдү жасашат.
VLFтеги геометриянын ачкычы: эң ачык аномалиялар бутага тийген траектория жана багыт негизги талаанын багыты менен жакшы кесилишкенде пайда болот. Өткөргүчкө дээрлик параллель багытталган узун өткөргүч бутага тийген жооптор көп учурда алсызыраак реакцияларды жаратат.
2. Негизги маалыматтар: фаза ичиндеги жана квадратура
Заманбап VLF аспаптары, адатта, эки негизги каналды чыгарат:
– Фаза ичинде (% же градус): негизги талаа менен фазада жооп берүү.
– Квадратура (% же градус): 90° фаза айырмасынын реакциясы.
Бул эки каналдын мааниси чоң, анткени:
– Фаза ичиндеги ток көбүнчө салыштырмалуу жакшы жана тайыз өткөргүчтөрдө байкалат.
– Квадратура алсызыраак өткөргүчтөрдө, тереңирээк өткөргүчтөрдө же дисперсия/фазалык кечигүү эффекттерин пайда кылган чөйрөлөрдө көбөйөт.
3. Маалыматтарды иштетүү: Fraser жана Karous-Hjelt чыпкалары
Чийки VLF маалыматтарын окуу көп учурда кыйын, анткени алар кичинекей, ызы-чуу менен шартталган өзгөрүүлөргө дуушар болушат. Эки популярдуу иштетүү ыкмасы:
– Фрейзер чыпкасы
Градиент өзгөрүүлөрүн белгилөө менен фаза ичиндеги маалыматтарды чечмеленүүчү формага айландыруу. Натыйжада көбүнчө өткөргүчтүн абалына туура келген чокулары бар ийри сызык пайда болот.
– Карус-Хжелт чыпкасы
Өткөргүчтөрдүн салыштырмалуу жайгашкан жерин жана тереңдигин визуалдаштыруу үчүн токтун тыгыздыгынын псевдо-кесимин түзөт. Заманбап ERT же EM сыяктуу "чыныгы" инверсия болбосо да, бул чыпка тез чечмелөөнү жеңилдетет, айрыкча сызыктуу структуралар үчүн.
-
VLF аномалияларын чечмелөө
1. Өткөргүч аномалияларынын жалпы мүнөздөмөсү
Сызыктуу өткөргүчтөр, мисалы, жарака зоналары, көбүнчө төмөнкү үлгүлөрдү пайда кылат:
– белгинин фаза ичинде өзгөрүшү (нөлдүк кесилиш),
– эңкейишке жана тереңдикке жараша симметриялуу же асимметриялык чокулар/чуңкурлар,
– аномалиянын чыныгы өткөргүчтөнбү же жөн гана үстүртөн топографиялык/гетерогендүүлүк эффектисиненби экенин аныктоого жардам берген квадратуралык жооп.
Күчтүү аномалиялар көбүнчө төмөнкүлөрдү көрсөтөт:
– жогорку өткөрүмдүүлүк (мисалы, сульфиддик минералдашуу же нымдуу чопо),
– тайыз өткөргүч,
– өткөргүчтүн өткөргүч багытына карата "идеалдуу" багыты.
2. Так эместиктер жана чектөөлөр
VLF ыкмасынын түшүнүлүшү керек болгон чектөөлөрү бар:
– Өткөргүчкө көз карандылык: маалыматтардын сапаты сигналдын күчүнө жана таралуу интерференциясына көз каранды.
– Маданий ызы-чууга сезгич: электр линиялары, зым тосмолор, түтүктөр, рельстер жана башка инфраструктура жалган аномалияларды жаратышы мүмкүн.
– Өзгөчө эмес чечмелөө: аномалиялар тереңдиктин, жантайыңкылыктын жана өткөрүмдүүлүктүн ар кандай айкалыштарынан келип чыгышы мүмкүн.
– Чектелген тереңдик: жалпысынан тайыз-орточо буталарга натыйжалуу; тереңирээк буталарга башка ЭМ же геоэлектрдик ыкмалар талап кылынат.
Ошондуктан, VLF баштапкы таануу же картага түшүрүү ыкмасы катары идеалдуу болуп саналат, ал андан кийин 2D каршылык/ERT, IP, магниттик же бургулоо сыяктуу башка ыкмалар менен тастыкталат.
-
Геофизикада VLF ыкмасын колдонуу
1. Жаракалардын жана жарака зоналарынын картасын түзүү
VLFтин эң кеңири колдонулушу - суу, чопо же өзгөрүүдөн улам өткөргүч болгон структуралык зоналарды аныктоо. Мисалы, геотермалдык чалгындоодо жаракалар жана жаракалар суюктук жолдору катары кызмат кылат; VLF бул жолдорду жер бетинде тез картага түшүрүүгө жардам берет.
2. Жер астындагы сууларды изилдөө
Гидрогеофизикада VLF төмөнкүлөрдү табуу үчүн колдонулат:
– катуу тектердеги жаракалар (катуу тектердин суу катмары),
– сууну кармап турган литологиялык байланыштар,
– сууга көбүрөөк каныккан жана электр өткөргүчтүгү жогору болгон аба ырайына туруктуу зона.
Бул ыкма көбүнчө, айрыкча метаморфизмдик же магмалык тектер аймактарында, келечектеги кудуктарды бургулоочу жерлерди аныктоо үчүн колдонулат.
3. Пайдалуу кендерди чалгындоо
VLF массивдүү сульфиддер, графит же айрым альтерация зоналары сыяктуу өткөргүч минералдашууларды аныктай алат. VLF запастарды баалоо үчүн негизги ыкма болбосо да, төмөнкүлөр үчүн натыйжалуу:
– өткөргүч веналарды издөө,
– минералдашуу процессин көзөмөлдөгөн структуралык тенденцияларды картага түшүрүү,
– келечектеги максаттарды аныктоо үчүн ири аймактарды тез изилдөө.
4. Айлана-чөйрөнү коргоо жана инженердик геофизика
Айлана-чөйрөнү изилдөөдө VLF төмөнкүлөрдү аныктоого жардам берет:
– дамбалардагы/жээктердеги агып чыгуу жолу,
– жер көчкүгө жакын сууга каныккан топурак зоналары,
– эгерде өткөрүмдүүлүк карама-каршы болсо, түтүндүн булганышынын белгиси.
VLF ошондой эле геотехникалык изилдөөлөрдүн алгачкы этаптарында жер бетине жакын өткөргүчтүк гетерогендүүлүктөрдү тез картага түшүрүүчү каражат катары колдонулушу мүмкүн.
-
Корутунду
VLF ыкмасы – өткөргүч жер астындагы түзүлүштөрдү аныктоо үчүн өтө төмөнкү жыштыктагы өткөргүчтөрдү колдонгон пассивдүү электромагниттик ыкма. Анын теориялык негизи электромагниттик индукцияга негизделген: баштапкы талаа өткөргүчтө токту пайда кылат, ал фазанын жана квадратуранын өзгөрүшү катары өлчөнөт. Тез талаа изилдөөлөрү, арзан баасы жана жаракалар жана жаракалар сыяктуу сызыктуу түзүлүштөрдү аныктоо мүмкүнчүлүгү менен VLF жер астындагы сууларды изилдөө, геологиялык түзүлүштөрдү картага түшүрүү, минералдык ресурстарды издөө жана айлана-чөйрөнү коргоо колдонмолору үчүн абдан пайдалуу. Бирок, анын чечмелениши түшүнүксүз жана маданий ызы-чууга сезгич, андыктан VLF жыйынтыктарын ырастоо үчүн башка геофизикалык ыкмалар менен айкалыштыруу керек.
Кааласаңыз, мен VLF сурамжылоосунун пландаштыруудан аномалия картасына чейинки агымынын үлгү бөлүмүн кошо алам же стандарттуу цитаталар менен толук илимий макала түзүмүн түзө алам.
