183990. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés mesterséges áramterű geoelektromos mérések jel/zaj viszonyának javítására
1 183 990 2 A találmány tárgya: eljárás és berendezés mesterséges áramterű geoelektromos mérések jel/zaj viszony javítására altalajban mérőáram által létrehozott hasznos primer vagy szekunder jelekre rárakódó mesterséges és elsősorban természetes eredetű igen különböző frekvenciájú tellurikus zavarjeleknek a mért jelekből való kiküszöbölésére, miáltal a jel/zaj viszony és a műszerek behatolási mélysége jelentősen növelhető, vagy a tápáramforrások teljesítménye jelentősen csökkenthető, ezzel együtt a geofizikai paraméterek pontosságának, a paraméterfüggvények felbontóképességének javulásával, új módszerek bevezetése is lehetővé válik. A geoelektromos kutatásoknál a talajban létrehozott egyen- vagy váltóáramú tér hatására keletkező primer és szekunder terek mérésére különféle hasznosjel érzékelőket használnak. A mérőáram, valamint a primer és szekunder jelekből olyan geofizikai paramétereket határoznak meg, mint pl. a látszólagos fajlagos ellenállás, a látszólagos gerjeszthetőség, az impedancia vagy fázis abszolút értéke. A geofizikai paraméterekből a gerjesztő és/vagy a mérő rendszerek távolságának, vagy a mérőáram frekvenciájának változtatásával paraméterfüggvényeket szerkesztenek, amelyekből ismert kiértékelési és értelmezési módszerekkel meghatározzák a kutatott képződmények mélységét, vastagságát, dőlését, érctartalmát stb. A különböző mérési és kiértékelési eljárások részletesen megismerhetők, V. A. Komarov: Elektrorazvedka metodom vüzvanoj polarizacii, Leningrád-Nyedra által 1980-ban kiadott összefoglaló munkájából, ahol a technika legújabb állására vonatkozó irodalom is megtalálható. A mesterséges áramterek mérésére szolgáló geoelektromos mérőműszereknek számos hátrányuk van. Mivel a hasznos jelek amplitúdója elsősorban a gerjesztő áram nagyságától függ, nagyteljesítményű benzinmotorral meghajtott generátorokat alkalmaznak, amelyeknek kimenő feszültsége részben a motor fordulatszámától, részben az árambevezető elektróda átmeneti ellenállásának időfüggvényben történő változásától is függ, ez már önmagában is nagy mértékben megváltoztatja a hasznos jelek pillanatnyi amplitúdójának értékét. Az áramerősség időbeni változását az SzVP-74 típusú műszerben például úgy csökkentik, hogy a generátor gerjesztőtekercsének az áramát a kimenő árammal fordított arányban folyamatosan változtatják. (Lásd. V. A. Komarov idézett könyvének 199-211. old.). Ez a megoldás a gerjesztő áramnak 2—3 %-os stabilizálását teszi lehetővé, olyan esetekben, amikor az áramerősség változási frekvenciája nem túl magas. Más esetekben, amikor a gerjesztett polarizációból eredő túlfeszültségek az altalaj ohmikus ellenállásától és a tápáram nagyságától függő egyenáramú jelre rárakódva jelennek meg a mérőelektródákon, a kőzetek ohmikus ellenállásától és az áramerősségtől függő változó nagyságú referenciajelet az összegzett jelből folyamatosan kikompenzálják, így csak a gerjesztett polarizációra jellemző maradék feszültséget mérik. (BDR Deutshes Patentamt Auslegeschrift DT 19 50 956 B2). Ez a megoldás igen jó a geijesztő áramerősség ingadozásából eredő pontatlanság csökkentésére, és lenetővé teszi a primer és szekunder feszültségek elkülönítését is. Az ipari hálózat 50 Hz frekvenciájú zajkomponensének csökkentésére alkalmazott igen eredményes eljárások közül a legismertebbek az integrálási módszerek, amikor is dt=20 ms, vagy egy ennek egész számú többszörösének megfelelő idővel a hasznos jel integrálközépértékét képezik, mivel ezekre az integrálási időkre az ipari zajok integrálközépértéke minimumot ad. (BDRDeutshes Patenamt Auslegeschrift DT 23 35 850 B2). Az integrálási módszernek az a hátránya, hogy csak olyan mérőáram frekvenciák esetében alkalmazható, amelyeknek frekvenciája lényegesen kisbb 50 Hz-nél. A gyakran előforduló és jelentős nagyságú zajok közül megemlítjük még az analóg erősítők és érzékelők nullpont eltolódásából és időbeni változásából, driftjéből adódó zajokat, amelyek a mérési periódusidőhöz viszonyítva kvázilineáris zajoknak tekinthetők. Kiküszöbölésük periodikusan változó előjelű, három vagy háromnál több áramimpulzus hasznos jele súlyozott átlagának meghatározásával történhet, ahol a súlyfüggvényeket úgy választják meg, hogy a lineáris komponensek súlyozott átlaga az adott mérési periódusszámra minimumot adjon. A mesterséges áramterű módszerek esetén a legbonyolultabb zajforrás a természetes elektromágneses térből táplálkozó ún. tellurikus áramoktól származik. A tellurikus áramok frekvenciája és amplitúdója igen széles frekvencia és dinamika tartományban szabálytalanul ingadozik. Két mérőelektródán (MN) tellurikus tér pillanatnyi értéke az MN távolsággal és az altalaj összegzett vezetőképességével arányos. A tellurikus áramok frekvenciatartománya hat nagyságrendet fed le, az amplitúdó spektrum időnként kéthárom nagyságrendet is változik, általában oly módon, hogy a legalacsonyabb frekvenciáknak van a legnagyobb amplitúdója. A magas frekvenciás komponensek amplitúdója analóg szűrőkkel csökkenthető, a nagyon alacsony frekvenciájú zavar komponenseket mint kvázilineáris zajokat a súlyozott átlagképzéssel szintén csökkenteni lehet, de minden esetben vannak a mérési periódusidőhöz közeli vagy azonos periódusidejű olyan tellurikus komponensek is, amelyek zavaró hatását sem analóg, sem digitális szűréssel nem lehet csökkenteni, mivel az ismert megoldások a hasznos jelet is nem kívánt mértékben torzítják. A természetes és mesterséges eredetű zajokra vonatkozó ismert zajcsökkentő eljárások eredményeit úgy foglalhatjuk össze, hogy a mérési periódusidőhöz viszonyított kis (50 Hz) és nagy periódusú (drift) zajok amplitúdója nagymértékben csökkenthető, a mérésekkel megegyező, vagy az azokhoz közeli periódusidejű tellurikus zajok csökkentésére nincs ismert és hatékony eljárás. Mesterséges áramterű geoelektromos módszereknél, a kutatási-behatolási mélység növelésével a hasznos primer és szekunder jelek amplitúdója négyzetes, a mérési időtartomány szélesítésével exponenciális arányban csökken, nüg a tellurikus és az ipari zajok amplitúdója közel állandó. A jel/zaj viszony rohamos csökkenése egyrészt korlátozza a műszerek behatolási mélységét, csökken a geofizikai paraméterek meghatározásának pontossága és a módszerek felbontóképessége. A geofizikai kutatásoknak a mérési, feldolgozási, kiértékelési és értelmezési szakaszokból álló folyamata térben és időben elkülönül egymástól. Az elsődleges információ meghatározása terepen történik, a paraméter függvényeket a terepi mérőcsoportok bázisán számolják ki és szerkesztik meg, végül a kiértékelés és az értelmezés rendszerint számítógépes feldolgozási eljárások alkalmazásával a kutatási központokban nagy számítógépeken történik. Mivel a mérések technikai paramétereit, mint pl. a szelvények és mérések térítési irányát, az elektróda 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
