173118. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fúrólyukakat körülvevő talajrétegek vizsgálatára
3 173118 4 mező térereje az adónál és 5 a behatolási mélység amit az alábbiak szerint definiálhatunk: •v; 6 = V á® (2) ahol to a rezgés korfrekvenciája, ß a réteg mágneses permeabilitása, amit általában állandónak vehetünk és ő a réteg villamos vezetőképessége. Hasonló egyenlet állítható fel a villamos mező leírására. Az (1) egyenlet azt jelzi, hogy az elektromágneses mező csillapítást és fáziseltolást szenved, amint a z távolság növekszik, azaz, amint az elektromágneses energia a rétegen áthalad. A fázistolás mértékét a-j-|kifejezés, míg a 2 0 csillapítás mértékét a - — kifejezés adja meg. Az — (l+j) összetett kifejezés a komplex terjedési ^1 1 állandó, az — kifejezés csillapítási állandó, az — j kifejezés pedig a fázis állandó. Az említett szabadalmi leírásban a csillapítási és a fázis állandó azonos értékű és következésképpen a behatolási mélységet akár a csillapítás, akár a fázis méréséből meg lehet határozni. A csillapítás mérés szükségessé teszi az elektromágneses energia amplitúdójának mérését az egymástól L távolságra elhelyezett vevőállomásokon. A két vevőállomáson mért amplitúdókat Ai és A2-vei jelölve, a 5 behatolási máységet az alábbi egyenlet szerint lehet kiszámítani: = _JL A , e 6 Másképpen, a két vevőállomás közötti (J> fáziskülönbség használható fel a behatolási mélység kiszámítására az alábbi egyenlet szerint: 0 =1-Ismerve ő értékét, a réteg 5 vezetőképessége a (2) egyenletből határozható meg. Az említett megoldás az elektromágneses energia csillapítási és fázis állandói közötti lényegi megegyezésen alapul. Ez addig igaz, amíg fennáll az alábbi összefüggés: 5 ^, cue ahol e az anyag dielektromos állandója, amin áthalad C a hullám. A — kifejezés a veszteségi tényező, ez a cue veszteséget okozó vezetési áram nagyságának és az eltolási áram nagyságának viszonya. (Megjegyezzük, hogy a veszteségi tényező, ami a viszonylagos vezetési veszteségek mértéke, hozzájárul a korábban ismertetett komplex dielektromos állandó e” képzetes részéhez.) Így, ha ő értéke jelentős, a működési frekvencia pedig viszonylag kicsiny, az elektromágneses hullám terjedési állandója kevéssé függ az anyagok valódi dielektromos állandójától. Ezt a (2) egyenlet mutatja, ahol a behatolási mélység független a dielektromos állandótól, és a terjedési állandónak az említett szabadalmi leírásban megadott — (1+j) értéke. ő Egy másik közleményben (Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved., Geol. Razved. No. 4, 123-133, 1970.) D.Sz.Gajev olyan megoldást javasol, amelynél a dielektromos állandó méréshez az alkalmazott elektromágneses rezgés frekvenciáját — a korábbi néhány tíz kHz helyett — néhány tíz MHz tartományban választják meg, és mérik a rezgés fázistolását. Ennek következté10 15 20 ben a dielektromos állandó meghatározási pontossága italában nő, mivel a talajrétegekben a vezetési áram általában elhanyagolható értékű lesz az eltolási áramhoz képest. A közleményben azt a kitanítást is közük, hogy a gyakorlatban a frekvenciát 60-80 MHz fölé nem lehet növelni a nagyobb frekvenciákon jelentkező nagy csillapítás és egyéb tényezők miatt. Ennél a megoldásnál is jelentkezik az a hátrány hogy a nagy vezetőképességgel rendelkező talajrétegek esetén a dielektromos állandó nem határozható meg kellő pontossággal. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy a talajrétegek elektromágneses vizsgálatánál alkalmazott frekvencia — ellentétben az említett korábbi felfogással - jelentősen megnövelhető, és így a dielektromos il an dó meghatározásának pontossága még tovább növelhető. A frekvenciának a mikrohullámú rezgések tartományába való megnövelése új berendezés kialakítását is szükségessé tette. A találmányunk tehát egyrészt eljárás fúrólyukat körülvevő talajrétegek dielektromos állandójának meghatározására amelynek során a talajrétegekbe elektromágneses energiát bocsátva azokban a fúrólyuk tengelyének irányába terjedő elektromágneses rezgést 25 alakítunk ki, és mérjük a talajrétegekben az elektromágneses rezgés terjedési sebességét, amely eljárást az jellemzi, hogy az elektromágneses energia bebocsátását 300 MHz-30 GHz frekvenciájú mikrohullámú rezgéssel végezzük. A mikrohullám rezgés frekvenciá- 30 ját célszerűn 1,0-1,2 GHz tartományban választjuk meg. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosításánál a mikrohullámú rezgés terjedési sebességének mérését a mikrohullámú rezgés első és második vételi 35 helyen történő vételével és az első és második vételi helyen vett jelek közötti fáziskülönbség mérésével végezzük. Célszerűen az első és második vételi helyen vett jelek közötti relatív csillapítást is mérjük, és a fáziskülönbség mérés a csillapítás mérés eredményé- 40 bői meghatározzuk az első és második vételi hely közötti környező talajrétegekhez tartozó veszteségkorrigált dielektromos állandót. Előnyösen a veszteség-korrigált dielektromos állandót az alábbi összefüggés alapján határozzuk meg: _2 2 45 e =^—2— JUCU ahol e a veszteség-korrigált dielektromos állandó, cu a mikrohullámú rezgés körfrekvenciája, u pedig a környező talajrétegek mágneses permeabilitására vonat- 50 kozó állandó. A találmány szerinti eljárással a környező talajrétegek porozitását is meghatározhatjuk. Előnyösen a dielektromos állandó mérésével egy összetett talajréteg porozitásúnak meghatározását a 55 P = összefüggés szerint végezzük, ahol P a porozitás, ec az összetett talajrétegek dielektromos állandója, em az összetett talajréteg szilárdt alkotójának dielektromos 60 állandója, ff pedig az összetett talajréteg pórusaiban lévő folyadék dielektromos álandója. A találmány másrészt berendezés fúrólyukat körülvevő talajrétegek vizsgálatára a fúrólyukba lebocsátott szondával, amely szondának elektromágneses 65 rezgést előállító szerve, az eletromágneses rezgést a környező talajrétegekbe bocsátó legalább egy adóantennája és a környező talajrétegekből az elektror^c -i^m \Pf-för 2
