Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли
The study of deep structure of the Earth is of great interest for both applied (e. g., mineral exploration) and scientific research. The most common method of the electromagnetic (EM) exploration is magnetotelluric sounding (MTS). This method is a passive method of research, which uses a wide range...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геофизический журнал |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2014
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101170 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли / А.Н. Пристай, В.А. Проненко, В.Е. Корепанов, Б.Т. Ладанивский // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 6. — С. 173-182. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860063132498526208 |
|---|---|
| author | Пристай, А.Н. Проненко, В.А. Корепанов, В.Е. Ладанивский, Б.Т. |
| author_facet | Пристай, А.Н. Проненко, В.А. Корепанов, В.Е. Ладанивский, Б.Т. |
| citation_txt | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли / А.Н. Пристай, В.А. Проненко, В.Е. Корепанов, Б.Т. Ладанивский // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 6. — С. 173-182. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геофизический журнал |
| description | The study of deep structure of the Earth is of great interest for both applied (e. g., mineral exploration) and scientific research. The most common method of the electromagnetic (EM) exploration is magnetotelluric sounding (MTS). This method is a passive method of research, which uses a wide range of natural geomagnetic variations as a powerful source of EM induction in the Earth. We believe that the increase of the accuracy of the electric field measurement can significantly improve the quality of magnetotelluric data. The results of the development of new version of the instrument for the measurements of electric field at MTS, with increased relative to the known instruments parameters level are described in the paper and the results of experimental tests of these electrometer as part of the long-period magnetotelluric station LEMI-420 are given.
Вивчення глибинної будови Землі становить великий інтерес як для прикладних завдань (приміром, пошук корисних копалин), так і для фундаментальних наукових досліджень. Одним з найпоширеніших електромагнітних методів розвідки є магнітотелуричне зондування (МТЗ) - пасивний метод дослідження, який використовує широкий спектр природних геомагнітних варіацій як потужне джерело електромагнітної індукції в Землі. Поліпшення якості МТЗ потребує постійного збільшення роздільної здатності і точності вимірювальної апаратури, зокрема електричних каналів. Наведено результати розробки нової схеми електрометра з підвищеним щодо відомих конструкцій рівнем параметрів, а також результати її натурних випробувань у складі довгоперіодної магнітотелуричної станції LEMI-420.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:05:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОМ ...
Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014 173
Введение. Геофизическая разведка на се-
годня — основной метод пополнения знаний
о потенциальных залежах полезных ископае-
мых. Из всего разнообразия методов геофи-
зической разведки электромагнитные методы
наряду с сейсмическими наиболее результа-
тивны. К самым распространенным электро-
магнитным методам разведки можно отнести
магнитотеллурическое зондирование (МТЗ),
предложенное в 1950-х годах А. Тихоновым и
Л. Каньяром. Этот метод использует естествен-
ные геомагнитные вариации как мощный ис-
точник элеткромагнитной индукции в Земле.
Методика МТЗ заключается в измерении ва-
риаций естественных электрических и магнит-
ных полей в ортогональных направлениях на
земной поверхности. На основе соотношений
между их спектрами рассчитываются переда-
точные функции среды, интерпретация кото-
рых дает возможность определять структуру
распределения электропроводимости в Земле
и строить модели геоэлектрического разреза
для глубин от нескольких десятков метров до
нескольких сотен километров.
Как и каждый метод, МТЗ имеет ограни-
чения. В частности, анализ 3D моделей, по-
строенных на основании данных МТЗ, по-
казывает, что распределение электрической
проводимости в глубинных или приповерх-
ностных структурах, содержащих проводя-
щие включения, позволяет выделить разломы
УДК 550.83.045
Роль электрических измерений при глубинном
магнитотеллурическом зондировании Земли
© А. Н. Пристай1, В. А. Проненко1, В. Е. Корепанов1, Б. Т. Ладанивский2, 2014
1Львовский центр Института космических исследований НАН-ГКА Украины, Львов, Украина
2Карпатское отделение Института геофизики НАН Украины, Львов, Украина
Поступила 27 января 2014 г.
Представлено членом редколлегии Т. К. Бурахович
Вивчення глибинної будови Землі становить великий інтерес як для прикладних завдань
(приміром, пошук корисних копалин), так і для фундаментальних наукових досліджень. Од-
ним з найпоширеніших електромагнітних методів розвідки є магнітотелуричне зондування
(МТЗ) — пасивний метод дослідження, який використовує широкий спектр природних гео-
магнітних варіацій як потужне джерело електромагнітної індукції в Землі. Поліпшення якості
МТЗ потребує постійного збільшення роздільної здатності і точності вимірювальної апарату-
ри, зокрема електричних каналів. Наведено результати розробки нової схеми електрометра
з підвищеним щодо відомих конструкцій рівнем параметрів, а також результати її натурних
випробувань у складі довгоперіодної магнітотелуричної станції LEMI-420.
Ключові слова: магнітотелуричне зондування, електрометр.
на основании магнитотеллурических данных
только при их большой протяженности. Кроме
того, интерпретацию данных МТЗ усложняют
приповерхностные 3D неоднородности. Зоны
разломов с высокой электрической проводимо-
стью вызывают вертикальное перераспределе-
ние теллурических токов, что, в свою очередь,
приводит к возрастанию отклика магнитотел-
лурического поля от проводящих зон в земной
коре и затрудняет интерпретацию. Представ-
ляется, что повышение точности измерения
электрического поля, особенно при глубинных
зондированиях, может существенно повысить
качество данных МТЗ.
Известно, что именно измерение напряжен-
ности электрического поля при проведении
МТЗ является наиболее сложной задачей. В
то время как на современном этапе развития
магнитометрии уже удается практически ис-
ключить влияние точности магнитных измере-
ний на результаты МТЗ, электрические изме-
рения, в особенности при глубинных исследо-
ваниях, когда требуется проводить измерения
в течение длительного времени, представляют
серьезную методологическую и аппаратурную
проблему. Прежде всего, это связано с доволь-
но небольшими значениями измеряемых ва-
риаций электрического поля по сравнению с
так называемой контактной разностью потен-
циалов, возникающих на поверхности разде-
ла собственно контактного электрода, с помо-
А. Н. ПРИСТАЙ, В. А. ПРОНЕНКО, В. Е. КОРЕПАНОВ, Б. Т. ЛАДАНИВСКИЙ
174 Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014
щью которого производятся такие измерения,
и окружающей среды. На рис. 1 приведена
оценка уровня природных вариаций электри-
ческого и магнитного полей, взятая из работы
[Serson, 1973], с которым ниже сравниваются
известные величины контактной разности по-
тенциалов.
Один из подходов к снижению влияния кон-
тактной разности потенциалов, т. е. увеличе-
нию соотношения сигнал/шум при электриче-
ских измерениях, заключается в увеличении
расстояния между измерительными электро-
дами (длины электрических линий). Такое
решение дало положительный результат при
проведении глубинных МТЗ, что позволило по-
лучить оценку электропроводимости вплоть до
мантии Земли [Egbert, Booker, 1992; Semenov et
al., 2008]. Однако оно не всегда применимо, в
особенности при работах в населенных райо-
нах, где не удается разложить длинные линии
на необходимое длительное время. Другой под-
ход — улучшение измерительных электродов
и качества электрических каналов магнитотел-
лурических станций — уменьшение уровня их
собственных шумов, увеличение чувствитель-
ности, повышение временной стабильности.
Именно этому подходу и посвящена представ-
ленная статья.
Анализ, проектирование и реализация
электрического измерительного канала. В
связи со сложными электрохимическими ре-
акциями, происходящими на поверхности раз-
дела электрод—грунт, величина контактного
потенциала и особенно его нестабильность
Рис. 1. Оценка уровня природных вариаций электрического и магнитного полей [Serson, 1973].
РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОМ ...
Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014 175
существенно зависят от физико-химических
процессов в среде и влияют на качество маг-
нитотеллурических данных. В геофизике при-
меняются так называемые неполяризующиеся
электроды — предполагается, что они химиче-
ски не взаимодействуют с окружающей средой
и обеспечивают малый дрейф при длительных
измерениях электрического поля. На самом же
деле эффект поляризации — наличие контакт-
ной разности потенциалов между электродом
и средой — есть всегда. Анализу электрохими-
ческого взаимодействия электрода с окружа-
ющей средой посвящено большое количество
специальной литературы (например: [Коре-
панов и Свенсон, 2007; Фрумкин и др., 1952;
Conway, 1965; Yu, Ji, 1993]), и нами этот вопрос
не рассматривается.
Обычно неполяризующиеся электроды
строятся на основе металла, погруженного в
его соль, которая и контактирует с грунтом.
Неполяризующиеся электроды производятся
на основе различных металлов и их солей; сре-
ди них наиболее распространены электроды
следующих изготовителей: GMC (Ag-AgCl),
Phoenix Geophysics (Pb-PbCl), GISCO (Cu-
CuSo4) и BGP (Pb-PbCl). Был проведен экспе-
римент по определению контактной разности
потенциалов при погружении электродов в
проводящую среду, имитирующую влажный
грунт (табл. 1). Как видно из данных табл. 1,
особой разницы между электродами различ-
ных изготовителей нет. Однако эти данные
не так существенны, поскольку для МТЗ соб-
ственно контактная разность потенциалов зна-
чения не имеет, лишь бы она была в пределах
динамического диапазона измерителя. Глав-
ный параметр — изменение разности потен-
циалов во времени и с температурой. Именно
эта величина определяет качество электродов,
и от нее зависит точность измерений и каче-
ство интерпретации.
К сожалению, рассматриваемая величина
никогда не приводится в технической доку-
ментации на имеющиеся на рынке электро-
ды; опубликованные данные найдены только
в работе [Petiau, 2000]. Для описанных в ней
электродов на базе свинца и его соли (Pb-PbCl)
временной дрейф составил ~1 мВ/мес. Это вы-
зывает необходимость раскладывать электри-
ческие линии длиной до 1000 м для получения
того же порядка амплитуды дневных вариаций
(см. рис. 1), что, как уже упоминалось, трудно
реализуемо на практике.
Кроме того, в последнее время норматив-
ные акты в странах Европы требуют исклю-
чения свинца и его сплавов из употребления,
что заставило возобновить изучение дру-
гих возможных материалов и конструкций
электродов. На основании проведенных ис-
следований в качестве отправной точки был
принят электрод на основе меди и сульфата
меди (Cu-CuSO4). Изучены его недостатки и
разработана новая улучшенная конструкция
неполяризующегося электрода типа LEMI-701
на основе комбинации Cu-CuSO4 [Корепанов,
Свенсон, 2007]. Геофизические электроды
LEMI-701 кроме экологической безопасности
(соли меди применяют как удобрения) также
обладают существенными преимуществами
по сравнению со свинцовыми электродами.
Например, измеренный шум случайно вы-
бранных пар электродов LEMI-701 составляет
~20 нВ на 1 Гц против 0,4 мкВ для Pb-PbCl [Pe-
tiau, 2000]. После тарирования и проведения
специально разработанной процедуры отбора,
включенных в процесс изготовления, для подо-
бранных пар электродов экспериментально из-
меренный средний дрейф составил 50—60 мкВ
за 4 мес (рис. 2) против 1 мВ/мес для Pb-PbCl
[Petiau, 2000].
В повышении качества измерения напря-
женности электрического поля важную роль
играют и параметры используемой аппарату-
ры, основное назначение которой — с высо-
кой точностью измерять разность потенциалов
между двумя электродами и при этом вносить
как можно меньшее влияние в электрохимиче-
ское равновесие на границе раздела электрод—
среда. При создании такой аппаратуры следует
учитывать специальные требования, поскольку
в полевых условиях она должна измерять сиг-
налы с периодами от долей секунды до пример-
но 100,000 с с минимальной ошибкой при доста-
точно больших перепадах температуры. Самое
опасное — появление токов во входных цепях,
протекающих через систему электродов и на-
рушающих упомянутое электрохимическое
равновесие. Необходимость одновременного
Т а б л и ц а 1. Параметры электродов, погру-
женных в проводящую среду, имитирующую
влажный грунт
Тип электрода Разность
потенциалов, мВ
Сопротивление,
кОм
GMC 0,86 30,0
Phoenix 1,72 1,9
GISCO 0,88 1,3
BGP 3,30 1,04
А. Н. ПРИСТАЙ, В. А. ПРОНЕНКО, В. Е. КОРЕПАНОВ, Б. Т. ЛАДАНИВСКИЙ
176 Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014
выполнения требований минимизации этих то-
ков и пропускания сигналов практически по-
стоянного тока значительно усложняет задачу
построения таких измерителей. Прежде всего,
нельзя использовать фильтр верхних частот на
входе, что позволило бы исключить протекание
токов через электроды. Приходится применять
сложную технологию гальванического разде-
ления входных цепей в условиях выполнения
требования высокого входного сопротивления.
Необходим высокий уровень чувствительно-
сти электрометра, который можно вычислить
на основании модели входных сигналов (см.
рис. 1).
Обычно длина измерительной линии выби-
рается в пределах от 100 до 200 м, что дает ми-
нимальный уровень входного сигнала ~10 мкВ.
Отсюда для обеспечения достаточной точности
измерений порог чувствительности электроме-
тра не должен превышать 0,1 мкВ. При этом со-
противление грунта может достигать значений
до нескольких сотен килоом (для мерзлых грун-
тов). Максимальный уровень входного сигна-
ла, в зависимости от сопротивления грунта и
качества электродов, может достигать сотен
милливольт; примем с запасом максимальное
значение, равное 1 В. Важным требованием яв-
ляется как можно более низкое потребление
энергии.
Известны различные схемы построения та-
кого измерителя-электрометра, более или ме-
нее успешно выполняющего перечисленные
требования. Исходя из них на первом этапе
была разработана функциональная схема элек-
трометра (рис. 3), обеспечивающая следующие
параметры:
входное сопротивление >10 МОм;
диапазон измерения ±1 В;
порог чувствительности 0,1 мкВ;
потребление <200 мВт.
Этот электрометр был включен в состав
магнитотеллурической станции (МТС) типа
LEMI-418. Такая конструкция прибора удовлет-
воряла практически всем предъявляемым тре-
бованиям, за исключением довольно высоко-
го потребления энергии и высокой стоимости
комплектации.
При проектировании МТС следующего по-
коления для снижения потребляемой мощно-
сти гальваническое разделение было перене-
сено в цифровую часть, на входе электрометра
использованы инструментальные усилители и
в каждый канал введен свой аналого-цифровой
преобразователь (АЦП). Структурная схема та-
Рис. 2. Долговременный дрейф разности потенциалов подобранных пар электродов.
РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОМ ...
Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014 177
кого электрометра показана на рис. 4. Им уком-
плектована МТС типа LEMI-417 — на сегодня
самый распространенный прибор данного
типа. Преимущество такого варианта построе-
ния электрометра заключается в том, что коли-
чество блоков гальванического разделения не
зависит от количества измерительных каналов.
На последнем этапе усовершенствования
электрометра были использованы усилители
с низковольтным однополярным питанием,
что позволило в 2 раза уменьшить количество
применяемых дискретных элементов — ре-
зисторов и конденсаторов. Преимущество
схемы — пониженный угол подъема спектра
шумов в сторону низких частотах, характер-
ный для низковольтных усилителей. Появле-
ние 32-битных дельта-сигма АЦП фирмы Texas
Instruments дало возможность улучшить харак-
теристики электрометра. Дополнительное пре-
имущество этих АЦП —наличие встроенного
фильтра нижних частот, что дало возможность
упростить структурную схему электрометра с
одновременным повышением уровня его па-
раметров.
На рис. 5 показана структурная схема элек-
трометра, созданного для МТС следующего по-
коления LEMI-420. Такой электрометр имеет
расширенный диапазон измерения входно-
го сигнала до ±2500 мВ, при этом пороговая
чувствительность снижена до 0,08 мкВ, а по-
Рис. 3. Функциональная схема одного канала электрометра МТС LEMI-418: Ui — входное напряжение; ГЗ — схема защиты
от грозовых разрядов и подачи большого напряжения на вход; ВУ — входной усилитель; ПУ — промежуточный усилитель
с управляемым коэффициентом усиления; ФНЧ — фильтр нижних частот; АЦП — аналого-цифровой преобразователь;
ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь для компенсации начального смещения; ИОН — источник опорного на-
пряжения; ГР — гальваническое разделение; МК — микроконтроллер для управления АЦП и ЦАП; БП — блок питания.
Рис. 4. Функциональная схема одного канала электрометра МТС LEMI-417: ИУ — инструментальный усилитель с про-
граммируемым коэффициентом усиления. Остальные условные обозначения см. на рис. 3.
Рис. 5. Структурная схема одного канала электрометра МТС LEMI-420: ОУ — операционный усилитель. Остальные
условные обозначения см. на рис. 3.
А. Н. ПРИСТАЙ, В. А. ПРОНЕНКО, В. Е. КОРЕПАНОВ, Б. Т. ЛАДАНИВСКИЙ
178 Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014
требление мощности уменьшилось до уровня
<110 мВт. Кроме того, появилась возможность
управлять амплитудно-частотной характе-
ристикой электрометра по желанию пользо-
вателя или делать выбор из предварительно
запрограммированных ее видов, что создало
дополнительные преимущества новой МТС
типа LEMI-420.
В табл. 2 приведены сравнительные значе-
ния МТС основных производителей на миро-
вом рынке. Можно отметить преимущества но-
вой станции практически по всем параметрам
(низкий порог чувствительности по магнитно-
му полю МТС типа MTU объясняется тем, что
на входе использованы индукционные зонды,
а не магнитометр постоянного тока).
Результаты полевых испытаний. Для под-
тверждения преимуществ МТС LEMI-420
были проведены ее сравнительные натурные
испытания со станцией LEMI-417 на полигоне
в районе с. Кобаки, Ивано-Франковская обл.
На этом полигоне в 1997—2000 г. Западно-
Украинская геологоразведочная экспедиция
(ЗУГРЭ) выполнила полевые работы с первым
вариантом низкочастотной МТС типа LEMI-
404, имеются экспериментальные данные по
профилю РП4А [Ладанiвський та ін., 2005]. Для
обработки временных рядов данных, получен-
ных новыми станциями LEMI-417 и LEMI-420,
а также МТС LEMI-404, использовался новый
робастный алгоритм LEMIMT, среди ключевых
особенностей которого упомянем следующие.
Расчет передаточных функций проводится в
спектральной области. Алгоритм базируется
на спектральном методе Велча [Марпл, 1990].
Временные ряды данных опционально могут
подвергаться обработке отбеливающими филь-
трами первых разностей или авторегрессион-
ными низкого порядка. Для статистической
оценки передаточных функций могут быть
использованы как стандартный классиче-
ский алгоритм наименьших квадратов, так и
робастный, не чувствительный к умеренному
количеству «плохих данных» [Хьюбер, 1984].
Может быть задействован алгоритм сорти-
ровки спектров по критерию когерентности.
Для того чтобы получить результат на более
длинных периодах, при наличии достаточно-
Т а б л и ц а 2. Сравнительная таблица характеристик магнитотеллурических станций веду-
щих производителей
Параметр
Станция
LEMI-420 LEMI-417 NIMS ADU-07e MTU серии
Количество каналов 7 7 5 10 5
Тип измерителя
магнитного поля ФЗД ФЗД ФЗД ФЗД ИЗ
Полоса частот, Гц DC—0,5 DC—0,3 3·10–5—0,5 2·10–5—1000 2·10–4—1000
Шум магнитометра на
частоте 1 Гц, пкТл/Гц1/2 7 10 10 10 0,1
Диапазон измерения
электрометра, мВ ±2500 ±600 ±250, ±25 130* ±600
Разрядность АЦП, бит 32 24 24 24 24
Шум электрометра на
частоте 1 Гц <80 нВ скз <1 мкВ скз <0,11 мкВ скз Нет данных <1 мкВ скз
Частота отсчетов, Гц 1 1 8 4096 2400 или 3072
Объем памяти, Гб 32 2 4 32 512**
Напряжение питания, В 5—28
6
312++ +12 +12 +12
Потребление мощности,
Вт <1 <1,2 <1,3 3—10 (НЧ) 9
Масса, кг:
датчик с кабелем
блок электроники
1,8
2,0
1,8
2,0
Нет данных
» » 6,2
7,1
8,2×3
4
* В децибелах.
** В мегабайтах.
РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОМ ...
Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014 179
го количества данных выполняется каскадная
децимация временных рядов, что приводит к
снижению частоты дискретизации данных.
Полученные спектры шумов различных
модификаций станций показаны на рис. 6. В
эксперименте по измерению шумов все МТС
работали с закороченным входом, при построе-
нии спектров их выходные сигналы были раз-
делены на длину линии, которая использова-
лась для записи кривых 1 и 2.
Далее в этом районе было проведено МТЗ.
На рис. 7 показано размещение МТС LEMI-420
Рис. 6. Спектр природных сигналов, записанных электрическими каналами X (1) и Y (2) МТС LEMI-420, и спектр шумов
МТС LEMI-417 (3), LEMI-417М (4) и LEMI-420 (5) с закороченными электрическими каналами.
Рис. 7. Размещение точки установки МТС LEMI-420 (жирная стрелка) по отношению к точкам профиля РП4А.
А. Н. ПРИСТАЙ, В. А. ПРОНЕНКО, В. Е. КОРЕПАНОВ, Б. Т. ЛАДАНИВСКИЙ
180 Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014
по отношению к точкам профиля РП4А. Стрел-
ками на рис. 7 показаны величины и направле-
Рис. 8. Кривые кажущегося сопротивления (а) и фаз импеданса (б), полученные в окрестностях одной и той же точки
(см. рис. 7) различными приборами.
ния индукционных векторов в точках наблю-
дений на периоде 600 с. Значения, полученные
РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОМ ...
Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014 181
новой станцией (жирная стрелка), хорошо со-
гласуются со значениями, полученными ранее
в близлежащих точках.
На рис. 8 на одном графике приведены
кривые кажущегося сопротивления и фазы
импеданса, рассчитанные на основе данных
станций LEMI-420, LEMI-417 и LEMI-404. Вид-
но, что эти значения практически совпадают,
хотя наблюдения проводились в разное время
и не совсем в той же самой точке. Некоторое
уменьшение значений ρyx (незалитые треуголь-
ники) во всем диапазоне периодов, полученное
МТС LEMI-417, скорее всего можно объяснить
неточным измерением длины электрических
линий в направлении запад—восток во вре-
мя проведения натурных испытаний — ввиду
сложности рельефа в этом направлении крат-
чайшее расстояние между двумя точками уста-
новки электродов и расстояние, измеренное
по поверхности, могут различаться. Дополни-
тельно можно объяснить некоторое смещение
кривых локальными 3D неоднородностями
(гальванический шифт-эффект), поскольку на-
блюдения новыми станциями проведены хоть
и достаточно близко, но все же в другой точке,
где локальные условия могут быть другие.
Выводы. Развитие электромагнитных ме-
тодов исследования Земли требует постоян-
ного повышения разрешающей способности
Корепанов В. E., Свенсон A. Н. Высокоточные непо-
ляризующиеся электроды для наземной геофи-
зической разведки. Киев: Наук. думка, 2007. 96 с.
Ладанiвський Б. Т., Лящук Д. Н., Сапужак Я. С., Че-
бан В. Д. Геоелектрична модель зони зчлену-
вання Передкарпатського прогину та Схiдно-
європейської платформи вздовж профiля РП-
4а Косiв — Мельниця-Подiльська. Доп. НАН
України. 2005. № 5. С. 99—104.
Марпл С. Л. мл. Цифровой спектральный анализ и
его приложения. Москва: Мир, 1990. 584 с.
Хьюбер П. Робастность в статистике. Москва: Мир,
1984. 304 с.
Фрумкин А. Н., Багоцкий В. С., Иофа З. А., Каба-
нов В. Н. Кинетика электродных процессов. Мо-
сква: Изд-во Моск. ун-та, 1952. 319 с.
Conway B. E., 1965. Theory and Principles of electrode
processes. New York: The Ronald Press, 303 p.
и точности измерительной аппаратуры для
улучшения качества интерпретации полевых
материалов. В работе показано, что основ-
ным сдерживающим фактором улучшения
качества МТЗ является низкая точность изме-
рения электрических каналов. Предложена
новая конструкция неполяризующихся элек-
тродов, уровень шумов которых значительно
ниже, чем у имеющихся аналогов свинца и
его солей. С использованием современной
элементной базы разработана новая схема
электрометра с повышенным по отношению
к известным конструкциям уровнем параме-
тров. Новый вариант электрометра включен в
состав длиннопериодной МТС LEMI-420. Для
подтверждения преимуществ этой станции по
результатам натурных испытаний выполнено
сравнение амплитудных и фазовых кривых
МТЗ, рассчитанных по данным, которые заре-
гистрированы станциями LEMI-417 и LEMI-420
в 2013 г., а также станцией LEMI-404 в 1997 г. в
окрестностях одной и той же точки. Сравнение
подтвердило низкий уровень шумов нового ва-
рианта МТС и показало хорошее совпадение
соответствующих кривых МТЗ, полученных
всеми тремя приборами.
Благодарности. Авторы признательны
В. И. Трегубенко за содействие в проведении
полевых испытаний и обсуждение результатов.
Список литературы
Egbert G. D., Booker J. R., 1992. Very long period
magnetotellurics at Tucson Observatory: Implica-
tions for mantle conductivity. J. Geophys. Res. 97,
15099—15112.Petiau G., 2000. Second generation
of lead-lead chloride electrodes for geophysical ap-
plications. Pure Appl. Geophys., 157 (3), 351—382.
Petiau G., 2000. Second generation of lead-lead chloride
electrodes for geophysical applications. Pure Appl.
Geophys., 157 (3), 351—382.
Semenov V., Pek J., Ádám A., Jóźwiak W., La-
danivskyy B., Logvinov I. M., Pushkarev P., Vozar J.,
and Experimental Team of CEMES Project, 2008.
Electrical Structure of the Upper Mantle Beneath
Central Europe: Results of the CEMES Project. Acta
Geophysica 56, 957—981. doi: 10.2478/s11600-008-
0058-2.
Serson P. H., 1973. Instrumentation for induction studies
on land. Phys. Earth Planet. Int. 7, 313—322.
Yu T. R., Ji G. L., 1993. Electrochemical methods in soil
and water research. Oxford: Pergamon Press, 462 p.
А. Н. ПРИСТАЙ, В. А. ПРОНЕНКО, В. Е. КОРЕПАНОВ, Б. Т. ЛАДАНИВСКИЙ
182 Геофизический журнал № 6, Т. 36, 2014
Analysis and realization of electric measuring
channel during magneto-telluric studies
© A. N. Prystay, V. A. Pronenko, V. E. Korepanov, B. T. Ladanivskiy, 2014
The study of deep structure of the Earth is of great interest for both applied (e. g., mineral ex-
ploration) and scientific research. The most common method of the electromagnetic (EM) explora-
tion is magnetotelluric sounding (MTS). This method is a passive method of research, which uses
a wide range of natural geomagnetic variations as a powerful source of EM induction in the Earth.
We believe that the increase of the accuracy of the electric field measurement can significantly
improve the quality of magnetotelluric data. The results of the development of new version of the
instrument for the measurements of electric field at MTS, with increased relative to the known in-
struments parameters level are described in the paper and the results of experimental tests of these
electrometer as part of the long-period magnetotelluric station LEMI-420 are given.
Key words: magnetotelluric sounding, electrometers.
Korepanov V. E., Svenson A. N., 2007. High precision
non-polarized electrodes for field geophysical pros-
pecting. Kiev: Naukova Dumka, 96 p. (in Russian).
Ladanivskyy B. T., Lyashchuk D. N., Sapuzhak Ya. S.,
Cheban V. D., 2005. Geoelectrical model of the ar-
ticulation zone between the Carpathian foredeep
and Eastern European platform along the profile of
RP-4a Kosiv — Melnytsia-Podilska. Dopovidi NAN
Ukraine (5), 99—104 (in Ukrainian).
Marple Jr. S. L., 1990. Digital spectral analysis and its
applications. Moscow: Mir, 584 p. (in Russian).
Hewber P., 1984. Robustness in statistics. Moscow: Mir,
304 p. (in Russian).
Frumkin A. N., Bagotskyy V. S., Yofa Z. A., Kabanov V. N.,
1952. Kinetics of electrode processes. Moscow: Publ.
House of Moscow University, 319 p. (in Russian).
References
Conway B. E., 1965. Theory and Principles of electrode
processes. New York: The Ronald Press, 303 p.
Egbert G. D., Booker J. R., 1992. Very long period mag-
netotellurics at Tucson Observatory: Implications
for mantle conductivity. J. Geophys. Res. 97, 15099—
15112.
Petiau G., 2000. Second generation of lead-lead chloride
electrodes for geophysical applications. Pure Appl.
Geophys., 157 (3), 351—382.
Semenov V., Pek J., Ádám A., Jóźwiak W., Ladanivskyy B.,
Logvinov I. M., Pushkarev P., Vozar J., and Experimen-
tal Team of CEMES Project, 2008. Electrical Struc-
ture of the Upper Mantle Beneath Central Europe:
Results of the CEMES Project. Acta Geophysica 56,
957—981. doi: 10.2478/s11600-008-0058-2.
Serson P. H., 1973. Instrumentation for induction studies
on land. Phys. Earth Planet. Int. 7, 313—322.
Yu T. R., Ji G. L., 1993. Electrochemical methods in soil
and water research. Oxford: Pergamon Press, 462 p.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101170 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3100 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:05:43Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Пристай, А.Н. Проненко, В.А. Корепанов, В.Е. Ладанивский, Б.Т. 2016-05-31T18:20:49Z 2016-05-31T18:20:49Z 2014 Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли / А.Н. Пристай, В.А. Проненко, В.Е. Корепанов, Б.Т. Ладанивский // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 6. — С. 173-182. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101170 550.83.045 The study of deep structure of the Earth is of great interest for both applied (e. g., mineral exploration) and scientific research. The most common method of the electromagnetic (EM) exploration is magnetotelluric sounding (MTS). This method is a passive method of research, which uses a wide range of natural geomagnetic variations as a powerful source of EM induction in the Earth. We believe that the increase of the accuracy of the electric field measurement can significantly improve the quality of magnetotelluric data. The results of the development of new version of the instrument for the measurements of electric field at MTS, with increased relative to the known instruments parameters level are described in the paper and the results of experimental tests of these electrometer as part of the long-period magnetotelluric station LEMI-420 are given. Вивчення глибинної будови Землі становить великий інтерес як для прикладних завдань (приміром, пошук корисних копалин), так і для фундаментальних наукових досліджень. Одним з найпоширеніших електромагнітних методів розвідки є магнітотелуричне зондування (МТЗ) - пасивний метод дослідження, який використовує широкий спектр природних геомагнітних варіацій як потужне джерело електромагнітної індукції в Землі. Поліпшення якості МТЗ потребує постійного збільшення роздільної здатності і точності вимірювальної апаратури, зокрема електричних каналів. Наведено результати розробки нової схеми електрометра з підвищеним щодо відомих конструкцій рівнем параметрів, а також результати її натурних випробувань у складі довгоперіодної магнітотелуричної станції LEMI-420. ru Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли Роль електричних вимірювань при глибинному магнітотелуричному зондуванні Землі Role of electrical measurements at deep magnetotelluric sounding of the Earth Article published earlier |
| spellingShingle | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли Пристай, А.Н. Проненко, В.А. Корепанов, В.Е. Ладанивский, Б.Т. |
| title | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли |
| title_alt | Роль електричних вимірювань при глибинному магнітотелуричному зондуванні Землі Role of electrical measurements at deep magnetotelluric sounding of the Earth |
| title_full | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли |
| title_fullStr | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли |
| title_full_unstemmed | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли |
| title_short | Роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании Земли |
| title_sort | роль электрических измерений при глубинном магнитотеллурическом зондировании земли |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101170 |
| work_keys_str_mv | AT pristaian rolʹélektričeskihizmereniipriglubinnommagnitotelluričeskomzondirovaniizemli AT pronenkova rolʹélektričeskihizmereniipriglubinnommagnitotelluričeskomzondirovaniizemli AT korepanovve rolʹélektričeskihizmereniipriglubinnommagnitotelluričeskomzondirovaniizemli AT ladanivskiibt rolʹélektričeskihizmereniipriglubinnommagnitotelluričeskomzondirovaniizemli AT pristaian rolʹelektričnihvimírûvanʹpriglibinnomumagnítoteluričnomuzonduvannízemlí AT pronenkova rolʹelektričnihvimírûvanʹpriglibinnomumagnítoteluričnomuzonduvannízemlí AT korepanovve rolʹelektričnihvimírûvanʹpriglibinnomumagnítoteluričnomuzonduvannízemlí AT ladanivskiibt rolʹelektričnihvimírûvanʹpriglibinnomumagnítoteluričnomuzonduvannízemlí AT pristaian roleofelectricalmeasurementsatdeepmagnetotelluricsoundingoftheearth AT pronenkova roleofelectricalmeasurementsatdeepmagnetotelluricsoundingoftheearth AT korepanovve roleofelectricalmeasurementsatdeepmagnetotelluricsoundingoftheearth AT ladanivskiibt roleofelectricalmeasurementsatdeepmagnetotelluricsoundingoftheearth |