Разработка новых электромагнитных технологий и средств для изучения геоэлектрического строения недр Земли

Объектами исследований по данной теме являются верхняя часть Земной коры и геофизические методы (технологии), применяемые для ее изучения. Цель исследований – разработка новых методов, аппаратуры и технологий ее при-менения для изучения геоэлектрического строения верхней части земной коры и поисков месторождений полезных ископаемых с применением электромагнитны методов. Методы и подходы, используемые в ходе выполнения НИР: Теоретические исследования, программирование, математическое и физическое мо-делирование и анализ данных, проектирование, конструирование, лабораторные испыта-ния, полевые и экспериментальные геофизические исследования. Основные научные результаты, полученные за отчетный период 1. Сконструирован и разработан малогабаритный макет аппаратуры для низкочастотных методов воздушной и наземной электроразведки с измерением пространственного эллипса поляризации низкочастотного гармонического магнитного поля, являющегося инвариантом пространственных составляющих магнитного поля. Устройство относятся к области геофизических исследований и предназначено для использования при изучении геоэлектрического строения верхней части Земной коры и поисках месторождений полезных ископаемых индуктивными методами электроразведки. 2. Проведено математическое моделирование низкочастотного электромагнитного поля индуктивного источника, применительно к низкочастотным индуктивным методам электроразведки. Исследованы пространственные зависимости электрического и магнит-ного полей в зависимости от удельного электрического сопротивления среды и частоты. Исследовано соотношение токов проводимости и индукции, возникающие в проводящей среде в зависимости от рабочей частоты тока в источнике. 3. Проведена обработка данных геомагнитных вариаций диапазона короткопериодических колебаний ряда субширотных профилей Южного Урала с целью изучения отражения в естественном электромагнитном поле Земли наиболее значимых структурных элементов Уральской палеозойской геосинклинали. Получены профильные распределения нормированных амплитуд, измеряемых составляющих поля, полярные диаграммы главного и дополнительного импеданса, графики суммарной продольной проводимости и другие параметры, отражающие электрические свойства геологической среды. Наиболее заметные изменения данных обработки вариаций происходят вблизи границ геологических структур первого и других порядков малости. Линейно вытянутые геоэлектрические неоднородности земной коры Уральской геосинклинали достаточно уверенно выделяются по данным обработки профильных распределений естественного электромагнитного поля. 4. Разработана технология высококачественной локации муфтовых соединений обсадных колонн, основанная на применении дополнительного искусственного намагничивания интервалов обсадных колонн до состояния магнитного насыщения с целью полного исключения влияния помех, позволяющая получать высококачественную запись диаграммы регистрации муфтовых соединений обсадных колонн при проведении комплекса геофизических исследований (ГИС) нефтяных и нефтегазовых скважин в любых условиях эксплуатации. 5. Обоснована возможность использования магнитных составляющих техногенного электромагнитного поля тяговой сети электрической железной дороги при геологическом картировании. Предлагается выделять из совокупности данных регистрации этого поля однотипные по структуре источника полезные сигналы и представлять их в виде профильных распределений амплитудных отношений магнитных составляющих рядовых и базисного пунктов наблюдений, умноженных на соответствующие коэффициенты измерительных установок. Перспективность методики подтверждается практическим примером. 6. Разработан модернизированный способ измерений амплитудных параметров потенциалов вызванной поляризации с использованием источника сигналов прямоугольной формы (меандра). Основными измеряемыми величинами являются пиковое и эффективное (среднеквадратическое) значения напряжения отклика, на основании которых определяется интегральный параметр ВП – заряжаемость. Проведено теоретическое обоснование технологии измерений и физическое моделирование формы сигналов. Проведены полевые исследования на контрольном профиле с тремя различными комплексами пород. Все структурные элементы геологического разреза, включая рудоносный массив, уверенно выделились с помощью предложенного способа измерения ВП. Новая технология ориентирована преимущественно на поиск колчеданных руд, но может применяться и при геологическом картировании. 7. Выполнены научно-исследовательские геофизические работы на территории золотоносного медно-магнетитового Шиловского месторождения на предмет изучения флангов и обнаружения структурно-карстовых ловушек металла. Комплекс геофизических работ включал в себя магниторазведку, электротомографию, аудиомагнитотеллурические и микросейсмические зондирования. Полученные результаты свидетельствуют о наличии вблизи месторождения контактово-карстовых депрессий глубокого заложения, перекрытых перемещенной корой выветривания, с возможными перспективами нахождения золотоносного оруденения Воронцовского типа. 8. Проведен весенне-летний геоэлектрический мониторинг с изучением изменений удельного сопротивления насыпного материала грунтовой плотины Глубочинского пруда сезона 2024 года. Выделены зоны наибольшего изменения проводящих свойств грунта в зависимости от сезона измерений. Определены области низких электрических сопротивлений, которые приурочены к повышенной фильтрации воды из водоёма. Определено, что наибольшим изменениям подвергаются грунты западной и восточной части гидротехнического сооружения. Результаты исследований показывают целесообразность применения весенне-осенних циклов наблюдений изменения электрического сопротивления грунтов при диагностике гидротехнических сооружений. 9. Проведены экспериментальные исследования по регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ) в ультранизкочастотном диапазоне 0,01–200 Гц с применением трехкомпонентного магнитомодуляционного преобразователя магнитной индукции при воздействии внешней нагрузки на образцы горных пород. На примере одноосного нагружения образца базальта в гидравлическом прессе показано, что амплитуда импульсов ЭМИ на два порядка превышает фоновые значения техногенного магнитного шума в измеряемых компонентах магнитной индукции при лабораторных экспериментах. Установлены отличия в информативных сигналах ЭМИ, проявляющихся в импульсах магнитной индукции при быстром и медленном нагружении испытуемых образцов. Выявлены характерные особенности зарегистрированных импульсов и их спектральных характеристик, ассоциируемые с определенными стадиями возникновения дефектов в процессе изменения напряженно-деформированного состояния образца при увеличении нагрузки до критической, вызывающей его разрушение.