Phương pháp cảm ứng điện trong nghiên cứu một số đối tượng địa điện trên mô hình vật lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUỒNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ĐỂ TÀI PHƯƠNG PHÁP CẢM ÚNG ĐIỆN TRONG NGHIÊN c ứ u MỘT SỔ ĐỐI TƯỢNG ĐỊA ĐIỆN TRÊN MƠ HÌNH VẬT LÍ ELECTROINDUCTIVE METHOD IN RESEACHING ON SOME OBJECTS OF ELECTROGEOPHYSICS IN PHYSICAL MODEL MÃ SỐ : QT 05-09 C hủ trì đề tài: Ts NGUYẺN ĐỨC TÂN Khoa Vật lý, Trường Đ ại học khoa học Tự nlìiên, ĐH QG Hà nội A BÁO CÁO TÓM TẮT Đ ề tài PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG ĐIỆN TRONG NGHIÊN c ứ u MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG ĐỊA ĐIỆN TRÊN MƠ HÌNH VẬT LÍ M ã số: QT 05-09 C hủ trì đề tài: Nguyễn Đức Tân K hoa V ật lý, Đ ại học khoa học Tự nhiên, ĐH QG Hà nội Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu ứng đụng công nghệ : đùng khung dây không tiếp đất dùng thiết bị CCR vào nghiên cứu mơ hình vật lý phương pháp cảm ứng tần số thấp Nội dung nghiên cứu : Trong khuôn khổ phương oháp cảm ứng tần số thấp, nghiên cứu sau thực : Nghiên cứu sở lí thuyết phương pháp - Nghiên cứu thực nghiêm dùng khung dây không tiếp đất đo đạc mơ hình vật lý đối tượng dị vật cầu dẫn dị vật trụ dẫn - Nghiên cứu thực nghiêm ứng dụng công nghệ CCR , kiểm định hiệu ứng số mô hình đối tượng địa điện : vật dẫn kim loại phi kim loại, vật không dẫn môi trường địa điện - Xây dựng nội dung cho thực tập phương pháp cảm ứng tần số thấp dùng cho sinh viên chuyên ngành Kết đạt được: - Đã đánh giá lực thiết bị đo nêu trongviệc khảo sát dị vật địa điện khác độ dẫn, độ sâu - Đánh giá hiệu ứng dụng cùa phương pháp đo - Đặt sở xây dựng mơ hình thực tập phương pháp cảm ứng tần số thấp - Nội dung thông báo Bài báo khoa học Tài liệu hướng dẩn thực tập cho sinh viên chuyên ngành Vật lý địa cầu Tình hình kinh phí đề tài: a Tổng kinh phí cấp 10 000 000 đ (mười triệu đồng ViộtNam) b Các khỏan chi: Thanh tốn dịch vụ cịng cộng(điện nước) 400 000 đ Quản lí phí 400 O ) đ ÍX Hợp đồng nhân cơng với bên ngồi 200 000 đ Th mướn dịch vụ kĩ thuật 800 000 đ Thông tin liên lạc chi khác: 200 000 đ Tổng cộng XÁC NHẬN CỦA BCN KHOA ( Ki ghi rõ họ tên) 10 000 000 đ (mười triệu đồng) CHỦ TRÌ ĐỀ XÁC NHẬN CỦA TRUỒNG rtO H l t l R JQ N Cf C7 fr r ẩ?Uầ i £jỉij.ni.'/ tài BRIEF REPORT Project name: ELECTROINDUCTIVE METHOD IN RESEACHING ON SOME OBJECTS OF ELECTROGEOPHYSICS IN PHYSICAL MODEL Code: QT 05-09 Main responsible person: Dr Nguyen Due Tan The purpose of the project: The airmed purpose of the project is: Researching the application of technological methods using non-grounded rectangular loops and CCR method in studing physical model by using low frequency electroinductive method The subject of the project: With the range of low frequency electroinductive method, these main masters have been studied as follows: - Studing the theoretical bases of low frequency electroinductive method - Researching experiments using non-grounded rectangular loops measuring on the physical model of sphery anomalous objects and cylindrical anomalous objects - Researching experiments using technological CCR to observer effects of some physical model of geoelectrical objects as metallic bodies, non-metallic bodies, non conductive bodies in the geoelectrical envừonment - Constructing the fundaments of the new content of training matter for geophysical students in our labor on these technologies about low frequency electroinductive method The obtained results: Results obtained in the project can be summarized as follows: - To know about the able of the above equipments observing geo­ electrical anomalous objects as differentiation on conductivity or deep - To know about effects of applications of the methods - The new content of training matter for geophysical students in our labor will be ready - Two scientific article will be published M ỤC LỤC Trang I Cơ sở lí thuyết phương pháp Truông sơ cấp lưõng cực từ thẳng đứng: Trường sơ cấp lưỡng cực điện Trường sơ cấp dây cáp dài Dây cáp dài vô hạn Dây cáp dài hữu hạn 10 10 11 Trường sơ cấp khung dây khơng tiếp đất Trường hợp khung dây trịn bán kính R Truờng hợp khung dây vng 11 11 13 Trường dị thường vật dẫn có dạng hình trụ trịn 14 Trường dị thường vật dẫn có dạng hình cầu 18 Tính chất dị thường phương pháp điện từ dừng tần số thấp 21 II Các nghiên cửu mơ hình vật lý 23 Lựa chọn tham số mơ hình vật lý 23 Các kết nghiên cứu bàng thiết bị khung dây không tiếp đất 24 2.1 K h u n g dây: 24 2.2 Dị vật: 25 2.3 M y thu m y p h t: 25 C c kết qu đ o 26 a Ket quà đo mặt cắt điện b Kết đánh giá phụ thuộc tần số dòng phát c Một sổ kết đo cầu vật kim loại Các kết nghiên cửu thiết bị CCR 26 29 31 31 Kết luận 33 Lời cảm ơn 34 Tài liệu tham khảo 35 Phụ lục 36 - báo đăng Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2006 - báo đăng Tuyển tập H ội nghị Vô tuyến điện tử Việt nam lần thứ 10 (R E V ’06) - Tài liệu hướng dẫn thực tập, Thực hành phư cm g ph áp cảm ứng tần so thấp I C sở lí thuyết phương pháp Các phương pháp cảm ứng tần số thấp dùng trường điều hịa tỏ ưu việt tìm kiêm thăm dị dị vật địa điện có khác biệt khơng nhiều độ dẫn mơi trường có chăn điện (với điện trờ suất cao thấp) Mặc dù phương pháp chưa ý khai thác ứng dụng khó khăn kĩ thuật ngồi thực địa triên khai cơng nghệ đo.Tuy nhiên số năm gần có sơ ứng dụng có hiệu phương pháp sử dụng nguồn nhân tạo biến đổi tần số thâp với thiết bị đo [ ] Có thể áp dụng cách sau để phát trường điện từ biến đổi vào môi trường đất đá: Phương pháp khung dây không tiếp đất Phương pháp mặt cắt lưỡng cực từ Phương pháp dây cáp dài vô hạn Phương pháp lưỡng cực điện Trong phương pháp khung dây không tiếp đất, khung dây phát thường có dạng trịn hay vng (với kích thước cỡ vài trăm mét đên vài km) Trường sơ câp biên đổi nghiên cứu khỏang vùng bên khung dây (có thể xem đồng nhất) Điều làm giảm nhẹ nhiều khối lượng tính tóan có liên quan giái tóan khảo sát dị vật địa điện dạng trường thứ câp nhận thường thể gần với dạng trường dị thường Trong phương pháp mặt cắt lưỡng cực từ, người ta đùng khụng dây trịn hay vng có kích thước cờ vài tràm mét làm khung dây phát (gọi lưỡng cực phát) Việc đo thực lưỡng cực thu có kích thước lưỡng cực phát Vị trí tương đối eiừa lưỡng cực thu lưỡng cực phát giữ neun khơng đổi suốt q trình đo Trong phương pháp dây cáp dài vô hạn, để tạo nguồn trường sơ cấp người ta dùng dây cáp dài trải dọc mặt đất (nối đất đầu dây cáp) có dịng điện biến đổi chạy qua Các tuyến đo thành phần trường điện từ dây cáp tạo thường trải song song vng góc với phương dây cáp Vùng đo thường lấy khịang tun với kích thước cỡ chừng 1/3 độ dài tuyến, c ầ n lựa chọn độ dài dây cáp thích hợp để cho kết đo trường thể rõ rệt dị vật địa điện Tuy nhiên phương pháp trường dây cáp dài tạo thường khôns đồng nên việc giải tóan có liên quan thườna phức tạp Trường sơ cấp lưỡng cực từ thẳng đứng: Một khung dây trịn có dịng điện chạy qua xem lưỡng cực từ nohiên cửu ảnh hường trường sinh điểm cách xa tâm khoàna đáne kê so với độ dài bán kính khung Khung dây tươna ứng với mơmen lưỡng cực từ có giá trị M = IS với I cường độ dòng điện chảy khung, s diện tích cùa khung dây Ta xét môi trường nửa không gian đồng tương ứng với số sóng k có lưỡng cực từ thẳng đứng với mô men từ M Chọn hệ tọa độ tọa độ trục có hướng z hướng theo trục lưỡng cực từ, trục xy trùng với mặt phẳng chứa vòng dây lưỡng cực (h ìn h l) Dưới biểu thức tính thành phần truờng điện tị lưỡng cực gây điêm P(x,y,z) mặt nửa không gian đông nhât: E„ = _ [3 - A 4n r1 k r M + 3i f o - iV ) ] (1 ) [ - e f* '(9 + iífr+ tV -/tV 3)] H? = - n r' k r H M ị * k ,r , Anr Hìnhỉ Các thành phần trư n g củ a lư ỡ n g c ự c từ Đưa vào đại lượng gọi số điện số từ có kí hiệu định nghĩa sau: e\ = E „ / E ,° ; h] = H , / H r ; h \ = H z/ H (2a) đó: T _ iMcoụ M H r» = - 4tư > H7o= - M Anr3 (2b) thành phần trưịng lưỡng cực từ trons mơi trưịrng khơng khí Khi (1) biểu diễn qua số điện số từ dạng tổng quát sau: T _ Mico/U T -> Hr = H7= 4^?- M h! (2c) 7zr3 Khi khỏang cách nghiên cứu nhỏ p = I kr I « Thực khai triển chuỗi taylo cho giữ lại số hạne bậc thấp (e = ± kr + ) biểu thức (2a) ta nhận dạng sau: ■Í2 -Zệ 15 (3a) 15 2V2 p h i = 1+—— p - / (— 15 2V2 15 p3) (3b) _4 h i = -— < — - (C + in—) - / (c + b ^ ) • 12 [L12 J4 c hàng số ơle có giá trị c = 0,577216 16 (3c) Khi khỏang cách nghiên cứu lớn p — I kr I » eZi =/'—2 p (4a); t Từ (2a) ta có được: (1+0 (4 b ); hi = i-Lị (4c) Từ biểu thức bàn (3a, 3b, 3c (4a, 4b, 4c) dễ dàng tìm biểu thức biên độ pha thành phần trường điện từ đo lưỡng cực từ thẳng đứng gây Đô thị biêu diên công thức thể hình đây: e,h Hình 2b Biếu diễn thành phần ph a cùa trường lường cực từ Hình 2a Biếu diễn thành phần biên độ cùa tnrờng ỉưỡng cực từ thẳng đứng Các biểu thức (4a, 4b, 4c) cho thấy vùng xa trường điện từ tỉ lệ nghịch với tần số C Hz « Hr đến khỏans xa Hz có cỡ bàng Khi chì cịn thành phần H r đáng kể Dạng sóng gần dạng sóng phẳng Như vùng xa kích thích điện từ cùa lưỡng cực tị thẳng đứng lan truyền có dạng sóng phẳng với tổng trở Z r = — =— s ố sóng k = yịicủ/uơ H vùng gần p « Từ hình 2a ta thấy thành phần thực E(P H z mặt nửa không gian đồng có dạng giống thành phần E,p° H z° đồ thị hí e] tiệm cận tiến tới vùng gần Các thành phần pha E v H z có khác với thành phần pha cúa trường điện từ môi trường đồng Điều đáng ý có ảnh hưởng cùa nửa không gian dẫn xuất thành phần H r lệch pha với H z độ lệch pha tăng ti lệ với tần số Như thành phần H = yịH2 + H) r trườns tổng cộng phân cực elíp mặt phẳng chứa trục trường vùng gần Z r = I E (/H z I = - ìỉùỊÀr z Gía trị tổng trở Trường sơ cấp lưỡng cực điện Trường lưỡng cực điện trường sinh tập hợp hai nguồn điểm cùa trường liên hệ với dòng nguyên to Các nguồn điểm bàng trị sô khác dấu Xét lưỡng cực điện môi trườna đồng với hệ tọa độ trục có phương X hướng theo trục lưỡng cực (hình 3) TJ _ ttcp - -* COS (p p r Hr= ĩ l ^ [ I lKl - ik r ự K l -I,K )] H z = f ^ - * ( + « r-tV )] k ‘ r' — * ■ Eq, = - p ~-— sin (p\l - e ikr ( ikr - 1)] 2rrỵr5 Er — —cos