ТЕХНОЛОГИЯ ПАССИВНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ЛОКАЦИИ НЕДР

(ПМРЛН)  

 

Оглавление

Основные принципы

Предмет исследований

Информация, получаемая в результате исследований

База данных резонансных частот и определение содержания

Оборудование ПРМЛН

Режимы исследований:
площадные картирования и глубинные зондирования

 

 

 

Инженерно-геологические исследования,
Крым, 2006 г.

 

Исследование залежей меди,
Полярный Урал, 2010 г.

 

 

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

 

Пассивная магнитно-резонансная локация недр (ПМРЛН) – это инновационная технология неинвазивных подземных исследований, разработанная в Украине. Технология основана на открытии нейротехнического метода бесконтактного изучения естественных электромагнитных полей Земли и выделении полезного сигнала из электромагнитного шума, используя явление стохастического резонанса.

 

Основопологающими принципами, на которых базируется технология ПМРЛН, являются:

1.      Любые подземные неоднородности образуют электромагнитные аномалии с присущими им уникальными частотами электромагнитного излучения.

2.      Эти частоты можно выделить и измерить, используя явление стохастического резонанса.

 

Измерительная система ПМРЛН представляет собой биотехнический комплекс, включающий электронное оборудование и оператора этого комплекса, который подключен к оборудованию посредством специальных датчиков. Принцип работы всей измерительной системы ПМРЛН заключается в достижении состояния стохастического резонанса.

 

Современной наукой множественными экспериментами продемонстрировано и доказано, что в биологических и небиологических системах использование шума определенной интенсивности может приводить к существенному повышению чувствительности системы, улучшая, таким образом, вероятность обнаружения полезного подпорогового сигнала. Это и есть стохастический резонанс. В виду существующих дискуссий и, как следствие, некоторых вариаций в интерпретации данного явления в современной науке, а также его широкого мультидисциплинарного значения стоит отметить, что суть явления стохастического резонанса заключается в возможности детекции/обработки слабого подпорогового сигнала с помощью наложения/использования шума определенной оптимальной интенсивности, при чем важную роль играет именно возможность вариации интенсивности шума.

 

В представляемой системе ПМРЛН такое состояние достигается наложением опорного сигнала частоты исследуемого вещества, генерируемого прибором, на принимаемое направленной антенной естественное электромагнитное излучение Земли (общий шум Земли), при плавном увеличении интенсивности шума, сложенного с опорным сигналом, до достижения порога чувствительности нервно-мышечных тканей оператора или, другими словами, достижения состояния стохастического резонанса. Таким образом, магнитно-резонансные сигналы, связанные с подземными аномалиями и поступающие в виде общего шума Земли на антенну и далее на оператора, сравниваются с опорной магнитно-резонансной частотой исследуемого вещества, которая генерируется и поддерживается прибором. Далее посредством регулирования интенсивности шума полезный сигнал, попадая в резонанс с опорной частотой, выделяется из общего шума и регистрируется по пороговому эффекту, который выражается в адаптивной реакции нервно-мышечных тканей оператора. При этом система измерений, которая построена на возможности управления сенсорным порогом чувствительности нервно-мышечных тканей оператора, позволяет плавно изменять величину стимульного воздействия и измерять его оптимальную величину в реальных физических единицах. Полученная величина сигнала на резонансной частоте (другими словами, величина стимульного воздействия) оценивается и пересчитывается в реальные единицы концентрации вещества математическим путем на основании экспериментально полученных зависимостей между интенсивностью сигнала на заданной частоте и содержанием самого вещества.

 

Определение глубины залегания изучаемых объектов осуществляется по резонансным длинам волн радиочастотного диапазона по специальной методике. В расчетах учитываются резонансные свойства применяемых антенн и особенности распространения в толще горных пород циркулярно поляризованных электромагнитных волн, составляющих электромагнитные шумы Земли.

 

Исследования ПМРЛН, выполняемые разными операторами, демонстрируют стабильную воспроизводимость результатов. Поскольку различными исследованиями доказано, что биологические организмы могут чувствовать изменения в электромагнитных полях, обученный оператор с помощью приборного обеспечения способен селективно вылавливать из общего шума Земли нужные сигналы, связанные с исследуемыми подземными аномалиями, и регистрировать их наличие и силу с помощью прибора.

 

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Предметом исследований с применением технологии ПМРЛН являются любые подземные неоднородности, вещественные и структурные, с присущими им уникальными резонансными частотами электромагнитного излучения. Технология применима для поисков и исследования различных видов полезных ископаемых (газ, нефть, золото, руды различных металлов), водоносных горизонтов, тектонических разломов, оползней, карста, участков химического загрязнения подземной среды и т.д.

 

 

ИНФОРМАЦИЯ, ПОЛУЧАЕМАЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Технология ПМРЛН позволяет получить следующую информацию о геологических объектах:

    наличие

    состав

    границы распространения в плане

    глубина залегания и мощность

    структура и элементы залегания

    содержание и его пространственные изменения

 

 

 

Исследования месторождений магнетита,
Австралия, 2010 г.

 

БАЗА ДАННЫХ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВЕЩЕСТВА В ПОРОДЕ

 

Один из основных принципов, применяемых в технологии, заключается в том, что любые подземные неоднородности образуют аномалии поля с присущими им уникальными резонансными частотами электромагнитного излучения. При исследовании конкретного вещества измерительная система настраивается на его резонансную частоту, генерируемую и поддерживаемую прибором, которая служит во время измерений в качестве опорной. Далее принимаемый общий электромагнитный шум Земли, излучаемый подземными аномалиями, сравнивается с опорным сигналом и с помощью вариации интенсивности шума происходит выделение из шума полезного сигнала, а также регистрация силы сигнала на резонансной частоте. В настоящее время база данных ПМРЛН насчитывает более 80 резонансных частот наиболее распространенных химических элементов и соединений.

 

Для определения количественного содержания исследуемого вещества в породе в естественном залегании проводятся тарировочные испытания на искусственных моделях (образцы с разными содержаниями вещества) или природных объектах с известным содержанием и плотностью тестируемого вещества. С помощью таких испытаний определяется экспериментальная зависимость интенсивности сигнала на частоте исследуемого вещества от его содержания. Это позволяет проводить подземные исследования содержаний в горных породах многих видов минералов, химических элементов и соединений, а их результаты представлять в реальных концентрациях исследуемого вещества. Для 65 веществ из 80, представленных в базе данных резонансных частот ПМРЛН, тарировочные испытания выполнены и получены экспериментальные зависимости интенсивности сигнала на заданной частоте от содержания исследуемого вещества.

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБОРУДОВАНИЕ ПМРЛН

 

Оборудование ПМРЛН состоит из портативного электронного прибора весом около 8 кг, который снабжен опорными генераторами электромагнитных волн, процессором, собственной памятью, встроенной GPS-антенной, устройством для подключения к стандартному порту компьютера и автономным питанием на 7-8 часов непрерывной работы. Также измерительный комплекс включает направленную малую электрическую антенну для приема сигналов циркулярной поляризации (электромагнитного шума Земли), нейродатчики для соединения оператора с прибором, ноутбук для передачи полевых данных с прибора, а также другие сервисные и измерительные приборы.

 

Электронный блок измерительного комплекса достаточно компактный и удобный для работы с ним при необходимости в пешеходном варианте. С помощью электронной аппаратуры измерительного комплекса осуществляется управление процессом дистанционных измерений и регистрация сигнала на частоте резонанса.

 

 

 

 

 

 

 

  Пример картирования:

увеличить рисунок

 

 

 

Примеры глубинного зондирования:

 

увеличить рисунок

РЕЖИМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ:

ПЛОЩАДНЫЕ КАРТИРОВАНИЯ

И ГЛУБИННЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ

 

Технология ПМРЛН применяется в двух режимах исследований: в режиме площадного картирования – для изучения подземных объектов в плане, и в режиме глубинного зондирования – для изучения подземных объектов в вертикальном измерении.  

 

Картирование представляет собой процесс оконтуривания границ распространения исследуемого вещества и выполняется пересечением изучаемых объектов по отдельным профилям или маршрутам. Расстояние между профилями исследований определяется в зависимости от требуемой детальности исследований и доступности местности. Частота замеров на профиле теоретически не имеет ограничений и зависит только от скорости перемещения. При движении по профилю одним прибором записывается один параметр. Как правило, это содержание исследуемого вещества. В режиме картирования возможно также прослеживание тектонических разломов, карстовых полостей, контактов горных пород и др.

 

Производительность работ при картировании зависит от детальности исследований и применяемого транспорта. В пешеходном варианте за один рабочий день возможно выполнение измерений одного параметра по сети профилей общей протяженностью 6-8 км. С автомобиля такие измерения возможно выполнить по сети профилей общей протяженность до 100-150 км.

 

По результатам картирования составляются карты площадного распространения залежей полезных ископаемых, ореолов химического загрязнения подземных вод и грунтов в виде проекций на поверхность или карт-срезов на заданной глубине. Одна из таких карт распространения рудных залежей хромита на заданной глубине, составленная по результатам картирования ПМРЛН, представлена в качестве примера слева.

 

Глубинное зондирование по технологии ПМРЛН, подобно стандартному каротажу, позволяет изучать геологический разрез в вертикальном и наклонном измерении, но при этом не требует бурения скважин. Зондирования в зависимости от решаемых задач выполняются по определенной заданной сетке или в произвольно выбранных точках. Шаг регистрации сигнала может варьироваться от 10 см до 1 м в зависимости от детальности исследований от поверхности земли до глубины 5000 м.

 

Разрешающая способность и минимальный шаг измерений при зондировании зависит от резонансной длины волны вещественных объектов, которые исследуются, а также от резонансных свойств антенны. При каждом шаге измерения содержание вещества измеряется в столбике породы диаметром 10 см и высотой от 1-2 см до нескольких дециметров  в зависимости от резонансной частоты самого вещества. Все замеры при зондировании являются дискретными, но при измерениях, выполненных с определенной кратностью резонансной длине волны, обеспечивается непрерывная характеристика геологического разреза в точке зондирования по изучаемому параметру.

 

Каждая отдельная точка обычно исследуется по нескольким параметрам. Для полной характеристики геологического разреза обязательными параметрами для измерений являются плотность горных пород в их естественном залегании, содержание двух-трех породообразующих минералов и в некоторых случаях влажность пород – для расслоения разреза, определения обводненности горных пород и определения возможного положения интересующих веществ. На всю глубину исследований или в заданном интервале глубин дополнительно производятся измерения содержания веществ, которые являются объектом поиска: различные виды минерального сырья – в геологоразведочных проектах, химические соединения техногенного происхождения – в экологических проектах.

 

Производительность работ при зондировании зависит от шага измерений и количества измеряемых параметров. При измерении одного параметра с шагом 10 см за рабочий день один оператор может выполнить до 1000 пог.м. зондирований. При измерении одного параметра с шагом 1 м за рабочий день один оператор может выполнить до 10 000 пог. м зондирований. Учитывая то, что в одной точке обычно проводятся измерения 4-5 параметров, то за один день с шагом 10 см можно выполнить комплексное зондирование до глубины 250 м, а с шагом 1 м до глубины 2500 м.

 

По результатам зондирования могут составляться отдельные литологические колонки, геологические разрезы, структурные карты, карты глубин залегания подземных вод и другие геологические модели.

  

 На первую страницу