Обзор современного аппаратурного и программного обеспечения малоглубинных электромагнитных зондирований в частотной области
https://doi.org/10.18303/2619-1563-2021-1-52
Аннотация
Для исследования первых десяти метров грунта наиболее широко применяются приборы, работающие в частотной области. Компактность, скорость работы, простота эксплуатации такой аппаратуры, а также качество получаемой информации обусловливают ее применимость для решения широкого круга вопросов: от поиска локальных объектов, до выделения структурных особенностей верхней части разреза. В статье представлен обзор актуальных аппаратурных и программных разработок для малоглубинных электромагнитных зондирований в частотной области. Приведено описание всех разновидностей бесконтактной аппаратуры основных мировых производителей. Выделены особенности как самих аппаратных средств, так и подходов к их реализации. Рассмотрены методы первичной обработки и инверсии данных. Сделаны выводы о необходимости поиска новых путей устранения недостатков аппаратуры.
Об авторах
Е. В. Балков
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Россия
Россия
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН. Основные научные интересы: разработка программных и аппаратных средств для малоглубинных электроразведочных методов, комплексные инженерно- и археолого-геофизические изыскания.
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3
Д. И. Фадеев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Россия
Россия
Научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН. Основные научные интересы: разработка малоглубинной электроразведочной аппаратуры, комплексные инженерно- и археолого-геофизические изыскания.
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3
Список литературы
1. Байдиков С.В., Иванов Н.С., Ратушняк А.Н., Уткин В.И., Человечков А.И. Способ геоэлектроразведки: пат. 2250479 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 25.10.2002, опубл. 20.04.2005. – 2005. – Бюл. № 11. – 11 с.
2. Байдиков С.В., Человечков А.И. Аппаратура для индукционных зондирований МЧЗ-8 // Уральский геофизический вестник. – 2011. – № 1 (18). – С. 4–8.
3. Балков Е.В. Малоглубинное частотное зондирование в реальном времени: аппаратура и программное обеспечение [Электронный ресурс] // IV Всероссийская школа-семинар по электромагнитным зондированиям Земли (Москва, 1–4 сентября 2009 г.): Тез. докл. – М., 2009. – 2 с.
4. Балков Е.В. Множественные образы в сигнале от локальных объектов при электромагнитном профилировании компактным зондом с разнесенными катушками [Электронный ресурс] // Всероссийская школа-семинар имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли (СПб., 16–21 мая 2011 г.): расш. тез. докл. – Санкт-Петербург, 2011. – 4 с.
5. Балков Е.В., Адайкин А.А. Управление аппаратурой частотного электромагнитного зондирования с помощью карманного компьютера // Геоинформатика. – 2008. – № 4. – С. 33–38.
6. Балков Е.В., Стойкин Т.А. Малоглубинное частотное зондирование при поиске локальных проводящих мишеней // VII Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2011» (Новосибирск, 19–29 апреля 2011 г.): Сб. материалов. – Новосибирск, 2011. – Т. 2, № 1. – C. 179–185.
7. Балков Е.В., Манштейн Ю.А., Панин Г.Л., Белобородов В.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ EMS Control. Свидет. о регистр. прогр. № 2015616582; RU; № 2014663924, заявл. 29.12.2014, опубл. 15.06.2015.
8. Иванов Н.С., Человечков А.И. Способ геоэлектроразведки: пат. 2172499 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 13.06.2000, опубл. 20.08.2001.
9. Манштейн А.К., Эпов М.И., Воевода В.В., Сухорукова К.В. Способ индукционного частотного зондирования: пат. 2152058 Российская федерация, МПК G01V 3/10; заявитель и патентообладатель ИНГГ СО РАН; заявл. 24.06.1998, опубл. 27.06.2000. – 2000. – Бюл. № 18. – 4 с.
10. Манштейн А.К., Панин Г.Л., Тикунов С.Ю. Аппаратура частотного электромагнитного зондирования “ЭМС” // Геология и геофизика. – 2008. – Т. 49, № 6. – C. 571–579.
11. Манштейн А.К., Эпов М.И., Балков Е.В., Сухорукова К.В. Способ калибровки устройства для наземного электромагнитного индукционного частотного зондирования: пат. 2461850 Российская Федерация, МПК G01V 13/00 (2006.01), заявитель и патентообладатель ИНГГ СО РАН, № 2010126402/28; заявл. 28.06.2010; опубл. 20.09.2012. – 2012. – Бюл. № 26. – 5 с.
12. Секачев М.Ю., Балашов Б.П., Саченко Г.В., Вечканов О.П., Захаркин А.К., Тарло Н.Н., Могилатов В.С., Злобинский А.В. Аппаратурный электроразведочный комплекс “Цикл-7” // Приборы и системы разведочной геофизики. – 2006. – № 1. – С. 44–46.
13. Тригубович Г.М., Персова М.Г., Балыбердин А.Л. Телеметрическое электроразведочное оборудование серии «Импульс» для 3D-электроразведки на плотных пространственно-временных сетях наблюдений // Приборы и системы разведочной геофизики. – 2006. – Т. 2, № 16. – С. 22–25.
14. Тригубович Г.М., Персова М.Г., Соловейчик Ю.Г. 3D-электроразведка становлением поля. – Новосибирск: Наука, 2009. – 222 с.
15. Человечков А.И., Чистосердов Б.М. Способ индукционного вертикального зондирования: пат. 2156987 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 13.10.1998, опубл. 27.09.2000.
16. Человечков А.И., Коноплин А.Д., Иванов Н.С., Астафьев П.Ф., Вишнев В.С., Дьяконова А.Г. Измерительное устройство для геоэлектроразведки: пат. 2207596 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 20.07.2001, опубл. 27.06.2003.
17. Человечков А.И., Байдиков С.В., Ратушняк А.Н., Чистосердов Б.М. Способ геоэлектроразведки: пат. 2302018 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 21.06.2005, опубл. 27.06.2007. – 2007. – Бюл. № 18. – 15 с.
18. Человечков А.И., Ратушняк А.Н., Байдиков С.В., Астафьев П.Ф. Способ геоэлектроразведки: пат. 2410730 Российская федерация, МПК G01V 3/16; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 16.09.2008, опубл. 27.01.2011. – 2011. – Бюл. № 3. – 11 с.
19. Человечков А.И., Байдиков С.В., Давыдов В.А., Журавлева Р.Б. Способ геоэлектроразведки: пат. 2460097 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 12.05.2010, опубл. 27.08.2012. – 2012. – Бюл. № 24. – 8 с.
20. Чистосердов Б.М., Человечков А.И., Байдиков С.В. Способ индукционного вертикального зондирования: пат. 2230341 Российская федерация, МПК G01V 3/08; Заявитель и патентообладатель ИГФ УрО РАН; заявл. 10.12.2002, опубл. 10.06.2004. – 2004а.
21. Чистосердов Б.М., Человечков А.И., Байдиков С.В. Способ индукционного вертикального зондирования // Уральский геофизический вестник. – 2004б. – № 1 (6). – С. 112–114.
22. Эпов И.Н., Ельцов И.Н., Антонов А.А., Власов Е.В., Балков Е.В., Фаге А.Н. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ EMS v.2.0. // Св-во о регистр. прогр. № 2018614716; RU; № 2018610657, заявл. 25.01.2018, опубл. 17.04.2018.
23. Andrade F.C.M., Fischer T. Generalised relative and cumulative response functions for electromagnetic induction conductivity meters operating at low induction numbers // Geophysical Prospecting. – 2018. – Vol. 66 (3). – P. 595–602, doi: 10.1111/1365-2478.12553.
24. Auken E., Christiansen A.V., Jacobsen B.H., Foged N., Sørensen K.I. Piecewise 1D laterally constrained inversion of resistivity data // Geophysical Prospecting. – 2005. – Vol. 53 (4). – P. 497–506, doi: 10.1111/j.1365-2478.2005.00486.x.
25. Callegary J.B., Ferré T.P.A., Groom R.W. Vertical spatial sensitivity and exploration depth of low-induction-number electromagnetic-induction Instruments // Vadose Zone Journal. – 2007. – Vol. 6 (1). – P. 158–167, doi: 10.2136/vzj2006.0120.
26. Christiansen A.V., Auken E., Foged N., Sørensen K.I. Mutually and laterally constrained inversion of CVES and TEM data: a case study // Near Surface Geophysics. – 2007. – Vol. 5 (2). – P. 115–123, doi: 10.3997/1873-0604.2006023.
27. Huang H. Depth of investigation for small broadband electromagnetic sensors // Geophysics. – 2005. – Vol. 70 (6). – P. G135–G142, doi: 10.1190/1.2122412.
28. Huang H., Fraser D.C. The differential parameter method for multifrequency airborne resistivity mapping // Geophysics. – 1996. – Vol. 61 (1). – P. 100–109, doi: 10.1190/1.1574674.
29. Huang H., Fraser D.C. Magnetic permeability and electrical resistivity mapping with a multifrequency airborne EM system // Exploration Geophysics. – 1998. – Vol. 29 (1–2). – P. 249–253, doi: 10.1071/EG998249.
30. Huang H., Fraser D.C. Airborne resistivity data leveling // Geophysics. – 1999. – Vol. 64 (2). – P. 378–385, doi: 10.1190/1.1444542.
31. Huang H., Fraser D.C. Airborne resistivity and susceptibility mapping in magnetically polarizable areas // Geophysics. – 2000. – Vol. 65 (2). – P. 502–511, doi: 10.1190/1.1444744.
32. Huang H., Fraser D.C. Mapping of the resistivity, susceptibility, and permittivity of the earth using a helicopter-borne electromagnetic system // Geophysics. – 2001. – Vol. 66 (1). – P. 148–157, doi: 10.1190/1.1444889.
33. Huang H., Fraser D.C. The use of quad-quad resistivity in helicopter electromagnetic mapping // Geophysics. – 2002. – Vol. 67 (2). – P. 459–467, doi: 10.1190/1.1468605.
34. Huang H., Fraser D.C. Inversion of helicopter electromagnetic data to a magnetic conductive layered earth // Geophysics. – 2003. – Vol. 68 (4). – P. 1211–1223, doi: 10.1190/1.1598113.
35. Huang H., Won I.J. Real-time resistivity sounding using a handheld broadband electromagnetic sensor // Geophysics. – 2003. – Vol. 68 (4). – P. 1224 –1231, doi: 10.1190/1.1598114.
36. Huang H., Deszcz-Pan M., Smith B. Limitations of small EM sensors in resistive terrain // Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems Proceedings. – 2008. – P. 163–180, doi: 10.4133/1.2963255.
37. Kaufman A.A., Keller G.V. Methods in geochemistry and geophysics. Frequency and transient soundings. – Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo, Elsevier, 1983. – 685 p.
38. Keller G.V., Frischknecht F.C. Electrical Methods in Geophysical Prospecting. – Oxford, Permagon Press, 1966.
39. Manstein Yu., Manstein A., Morelli G., Abu Zeid N., Santarato G. Electromagnetic multifrequency sounding device EMS, prototype 2. Comparison with commercial tools // Geophysical Research Abstracts Journal, European Geophysical Society. – 2003. – Vol. 5. – P. 00208.
40. McNeill J.D. Electrical conductivity of soil and rocks // Tech. Note TN-5. Geonics Ltd., Mississauga. – Ontario, Geonics Limited. – 1980a. – 22 p.
41. McNeill J.D. Electromagnetic terrain conductivity measurement at low induction numbers // Tech. Note TN-6. Geonics Ltd., Mississauga. – Ontario, Geonics Limited. – 1980b. – P. 015–021.
42. McNeill J.D. Use of EM31 inphase information // Tech. Note TN-11. Geonics Ltd., Mississauga. – Ontario, 1983. – 3 p.
43. McNeill J.D. Why doesn't Geonics Limited build a multi-frequency EM31 or EM38? // Tech. Note TN-30. Geonics Ltd., Mississauga. – Ontario, 1996. – 6 p.
44. Ortuani B., Chiaradia E.A., Priori S., L’abate G., Canone D., Mele M., Comunian A., Giaudici M., Facchi A. Comparing EM38 and Profiler-EMP400 for the delineation of homogeneous management zones within agricultural fields // Proc. First Conference on Proximal Sensing Supporting precision agriculture (September 6–10, 2015). – Turin, 2015. – P. 1–5, doi: 10.3997/2214-4609.201413828.
45. Santos F.A.M., Triantafilis J., Taylor R.S., Holladay S., Bruzgulis K.E. Inversion of conductivity profiles from EM using full solution and a 1-D laterally constrained algorithm // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. – Vol. 15 (3). – P. 163–174, doi: 10.2113/JEEG15.3.163. S.
46. Taylor R.S, Holladay J.S. Detailed Low-Induction-Number EM Sounding to 9-m Depth // Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems. – 2011. – P. 218–224, doi: 10.4133/1.3614303.
47. Taylor R.S. Mapping sites of environmental contamination with a dual-geometry electromagnetic (EM) system // SEG Technical Program Expanded Abstracts. – 2000. – P. 1374–1376, doi: 10.1190/1.1815655.
48. Triantafilis J., Santos A.M. Digital soil mapping with depth using EM38 and EM31 signal data and a 1-D laterally constrained inversion model // Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems Proceedings. – 2011. – P. 225, doi: 10.4133/1.3614304.
49. Wisén R., Auken E., Dahlin T. Combination of 1D laterally constrained inversion and 2D smooth inversion of resistivity data with a priori data from boreholes // Near Surface Geophysics. – 2005. – Vol. 3 (2). – P. 71–79, doi: 10.3997/1873-0604.2005002.
50. Won I.J., Keiswetter D.A., Fields G.R., Sutton L.C. GEM-2: A new multifrequency electromagnetic sensor // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. – 1996. – Vol. 2 (1). – P. 129–138, doi: 10.4133/JEEG1.2.129.
51. Won I.J., Keiswetter D.A., Hanson D.R., Novikova E., Hall T.M. GEM-3: A monostatic broadband electromagnetic induction sensor // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. – 1997. – Vol. 2. – P. 53–64, doi: 10.4133/JEEG2.1.53.
Рецензия
Для цитирования:
Балков Е.В., Фадеев Д.И. Обзор современного аппаратурного и программного обеспечения малоглубинных электромагнитных зондирований в частотной области. Геофизические технологии. 2021;(1):52-72. https://doi.org/10.18303/2619-1563-2021-1-52
For citation:
Balkov E.V., Fadeev D.I. Overview of modern hardware and software for near surface electromagnetic sounding in the frequency domain. Russian Journal of Geophysical Technologies. 2021;(1):52-72. (In Russ.) https://doi.org/10.18303/2619-1563-2021-1-52
Просмотров:
540
Послать статью по эл. почте 