geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2022-2-44geophystech-243Research ArticleСтатьиПредварительные результаты мониторинга состояния глинистых грунтов при помощи установки импульсного электромагнитного зондированияPreliminary results of clay soils state monitoring using transient electromagnetic sounding apparatusБухтияровД. А.BukhtiyarovD. A.

Кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Основные научные интересы: автоматизация проектирования антенно-фидерных устройств, разработка аппаратных средств для импульсных электромагнитных зондирований.

dmitry.bukhtiyarov@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0001-6275-3612ГлинскихВ. Н.GlinskikhV. N.

Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики, директор ИНГГ СО РАН. Основные научные интересы: численные методы решений прямых и обратных задач электродинамики.

GlinskikhVN@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН<br> 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS<br> Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090Russian Federation202229122022024464Copyright &#x00A9; Бухтияров Д.А., Глинских В.Н., 20222022Бухтияров Д.А., Глинских В.Н.Bukhtiyarov D.A., Glinskikh V.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/243

В работе рассмотрены предпосылки создания установки электромагнитного зондирования грунта с приемной и передающей антеннами, разнесенными на расстояние до 100 метров. Температурные и частотные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости многослойного глинистого грунта исследованы в совокупности с результатами численного моделирования сверхширокополосных логопериодических антенн, погруженных в грунт на глубину 1.5 м. Обоснован выбор высоковольтного генератора и приемника импульсов, приведена структурная схема макетного образца установки. По результатам измерений осциллограмм и спектров сигналов с разносом антенн на 30 м с привязкой к температуре грунта даны оценки возможных пределов изменения электрофизических параметров глинистого грунта на геофизическом полигоне. Сделаны выводы о способах совершенствования установки для создания новой технологии импульсного электромагнитного мониторинга криолитозоны.

The background for creating an electromagnetic soil sounding apparatus with receiving and transmitting antennas separated by a distance of up to 100 meters is considered in this paper. The temperature and frequency dependences of the complex dielectric permittivity of multilayer clay soil are studied in conjunction with the results of numerical simulation of ultra-wideband log-periodic antennas immersed in the soil to a depth of 1.5 m. The choice of a high-voltage generator and pulse receiver is studied, and a structure of apparatus prototype is given. Based on the results of oscillograms’ and signal spectra measurements with 30 m antennas separation, and with reference to the soil temperature, estimates of the possible limits of change in the electrophysical parameters of the clay soil at a geophysical site are provided. Conclusions are drawn about ways to improve the apparatus in order to create a new technology for transient electromagnetic monitoring of permafrost.

Сверхширокополосные логопериодические антеннывысоковольтные импульсные генераторыкомплексная диэлектрическая проницаемостькриолитозонамониторинг многолетнемерзлых породUltra-wideband log-periodic antennashigh-voltage pulse generatorscomplex permittivitycryolithozonepermafrost monitoringИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-17-00181 «Импульсное электромагнитное зондирование многолетнемерзлых пород: теоретическое и экспериментальное развитие высокоразрешающего геофизического метода, научное обоснование и создание инновационной технологии мониторинга криолитозоны», https://rscf.ru/project/22-17-00181/.ReferencesБаскаков А.И., Одсурэн Б., Комаров А.А., Тувдендоорж Г. Энергетические характеристики георадара на беспилотном носителе для поиска водоносного слоя в засушливых районах // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. – 2021. – № 7, doi: 10.30898/1684-1719.2021.7.10.Baskakov A.I., Odsuren B., Komarov A.A., Tuvdendoorzh G. Energy characteristics of a ground penetrating radar on an unmanned carrier for searching for an aquifer in arid regions // Journal of Radioelectronics [electronic journal]. – 2021. – Vol. 7, doi: 10.30898/1684-1719.2021.7.10.Беличенко В.П., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Сверхширокополосные импульсные радиосистемы. – Новосибирск: Наука, 2015. – 483 с.Belichenko V.P., Buyanov Yu.I., Koshelev V.I. Ultrawideband pulsed radio systems. – Nauka, Novosibirsk, 2015. – 483 p.Бухцоож О. Комплексирование радиолокационной системы подповерхностного зондирования для повышения информативности и улучшения результатов измерения путем модификации приемного тракта георадара // Журнал радиоэлектроники. – 2010. – № 5. – 15 с., http://jre.cplire.ru/jre/may10/4/text.pdf.Bukhtsoozh O. Integration of a subsurface sounding radar system to increase the information content and improve the measurement results by modifying the GPR receiving path // Journal of Radioelectronics. – 2010. – Vol. 5. – 15 p., http://jre.cplire.ru/jre/may10/4/text.pdf.Газизов Т.Т. Синтез оптимальных проводных антенн. – Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2013. – 120 с.Curtis J.O., Weiss C.A., Everett J.B. Effect of soil composition on dielectric properties. – US Army Corps Eng. Waterw. Exp. Station, Vicksburg, MS, 1995 – Tech. Rep. EL-95-34.Гринев А.Ю. Вопросы подповерхностной радиолокации. – М.: Радиотехника. – 2005. – 416 с.Dudnik A.V. Methods for optimizing the energy potential of radio engineering devices for subsurface sounding. PhD Thesis. – Moscow, 2010. – 131 p.Дудник А.В. Методы оптимизации энергетического потенциала радиотехнических приборов подповерхностного зондирования: дисс. ... канд. техн. наук: 05.12.04. – Москва, 2010. – 131 с.Epov M.I., Mironov V.L., Muzalevsky K.V. Ultra-wideband electromagnetic sounding of an oil and gas reservoir. – Publishing House of the SO RAN, Novosibirsk, 2011. – 114 p.Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С. Теория и методы георадиолокации: учебное пособие. – М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета, 2008. – 196 с.Gazizov T.T. Synthesis of optimal wired antennas. – Tomsk, 2013. – 120 p.Курушин А.А. Школа проектирования СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE. – М.: One Book, 2014. – 434 с.Grinev A.Yu. Issues of subsurface radar. – Radiotekhnika, Moscow, 2005. – 416 p.Петров Б.М., Костромитин Г.И., Горемыкин Е.В. Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005. – 239 с.Izyumov S.V., Druchinin S.V., Voznesensky A.S. Theory and methods of ground penetrating radar: Textbook. – Publishing house "Mining book", Moscow, 2008. – 196 p.Пластиков А.Н. Автоматизация процесса проектирования антенн и устройств СВЧ в современных программных комплексах электродинамического моделирования. Часть 2. Особенности моделирования ЛПВА в среде CST Microwave Studio // Современная электроника. – 2012. – № 4. – С. 52–56.Jol H.M. Ground penetrating radar: Theory and applications. – Elsevier, Amsterdam, 2009. – 543 p.Стоянович Г.М., Пупатенко В.В., Сухобок Ю.А. Поиск погребенных льдов методом георадиолокации при реконструкции железных дорог // Второй Международный симпозиум земляного полотна в холодных регионах (Новосибирск, 24–26 сентября 2015 года): Материалы симпозиума. – Новосибирск, 2015. – С. 78–84.Kurushin A.A. The art of microwave design at CST STUDIO SUITE. – One Book, Moscow, 2014. – 434 p.Эпов М.И., Миронов В.Л., Музалевский К.В. Сверхширокополосное электромагнитное зондирование нефтегазового коллектора. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. – 114 с.Petrov B.M., Kostromitin G.I., Goremykin E.V. Log-periodic vibrator antennas: Textbook for universities. – Hotline-Telecom, Moscow, 2005. – 239 p.Curtis J.O., Weiss C.A., Everett J.B. Effect of soil composition on dielectric properties. – US Army Corps Eng. Waterw. Exp. Station, Vicksburg, MS, 1995 – Tech. Rep. EL-95-34.Plasticov A.N. Automation of the process of designing antennas and microwave devices in modern software systems for electrodynamic simulation. Part 2. Features of LPVA modeling in CST Microwave Studio // Modern Electronics. – 2012. – Vol. 4. – P. 52–56.Jol H.M. Ground penetrating radar: theory and applications. – Amsterdam: Elsevier, 2009. – 543 p.Saarenketo T. Electrical Properties of Road Materials and Subgrade Soils and the Use of Ground Penetrating Radar in Traffic Infrastructure Surveys. PhD Thesis, Faculty of Science, Department of Geosciences, University of Oulu. – Acta Universitatis Ouluensis, 2006. – 121p.Saarenketo T. Electrical Properties of Road Materials and Subgrade Soils and the Use of Ground Penetrating Radar in Traffic Infrastructure Surveys. PhD Thesis. – Acta Universitatis Ouluensis, 2006. – 121 p.Stoyanovich G.M., Pupatenko V.V., Sukhobok Yu.A. Search for buried ice by georadar during the reconstruction of railways // Second International Symposium of Roadbed in Cold Regions (Novosibirsk, September 24–26, 2015): Symposium Procceding. – Novosibirsk, 2015. – P. 78–84.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.