186678. lajstromszámú szabadalom • Eljárás talaj szerkezeti- és állapotjellemzőinek meghatározására a talajban jelenlévő mesterséges elektromágneses erőtér elemzése alapján
1 186 678 2 terek hasznosítását a talaj szerkezeti és állapot jellemzőinek meghatározására korszerű eszközök célszerű alkalmazásával megoldjuk általános rendeltetéssel is, de különösen a földtani kutatás ipari alkalmazásainál, technogén kőzetmechanikai változások kimutatására főleg bányavidékeken és kőzetomlás veszélyének előrejelzésére. A találmány alapja az a felismerés, hogy a keresett jellemzők meghatározhatók egyszerű és jól kezelhető eszközkészlet alkalmazásával, ha érzékeljük és adathordozón rögzítjük a nagyintenzitású villamos berendezések (hálózatok, erőműtelepek, nagyfogyasztók) létesítményeiben kialakított földelések útján (a hálózat kiegyenlítetlenségéből folyóan) a talajba jutó elektromágneses energia impulzusokat, előállítjuk és adathordozón rögzítjük az energia impulzusok térkomponenseit, illetve egyes egyéb jellemzőit reprezentáló villamos jeleket, kiválogatjuk a keresett kiinduló jellemzőket értékelhető minőségben reprezentáló impulzusokat és az értékelhető impulzusokhoz tartozó regisztrált jelekből származtatjuk le — ismert vagy erre a célra felállított összefüggések alkalmazásával — a keresett jellemzőket reprezentáló villamos jeleket. A találmány szerint a technika állásából ismert, pl. analóg magnetotellurikus műszerekkel megmérjük a kitüntetett talaj szakaszban jelenlévő erőtér villamos és mágneses komponenseit, a regisztrátumből kiválogatjuk a közelítőleg négyszög alakú impulzusokat, vagyis azokat, amelyek impulzusjellemzői (fel-, illetve lefutási meredekség, impulzusszélesség, periódus) nem tér el meghatározott küszöbaránynál nagyobb mértékben (pl. 10%-ot meghaladó mértékben) az egyező töltésintegrálú ideális négyszögimpulzustól, az így kiválogatott impulzusokat periódusidő és érzékelési irány térszögértéke szerint osztályozzuk és regisztráljuk, a térszögérték(ek) alapján meghatározzuk a zajforrás(ok) irányát és az egyegy forrásból érkező, egy periódusfokozatba tartozó impulzusok E/H viszonyai alapján meghatározzuk a talajszintenkénti megfelelő impedancia és ellenállásértékeket, célszerűen a „közel”, „átmeneti”, illetve „távol” zóna képletek alkalmazásával. Ha a mérés azt mutatja, hogy az erőteret több független zajforrás hozza létre, további fizikai mennyiségek meghatározása lehetséges. Legalább három független forrás esetén kiszámítható a teljes-impedancia tenzor Két forrás esetén becsülhető az impedancia minimum és maximum helye abból kiindulva, hogy a forrás irányától a vektor mindig a maximális impedancia iránya felé té> el. Ismételt, ciklikus mérésekkel felvehető a források irányába eső impedancia értékek idődiagramja. Az impedancia, ellenállás ugrásszerű változásából adott esetben kőzet nagymérvű repedésére, stb. lehet következtetni. Látható tehát, hogy az értékelésre alkalmas impulzusok találmány szerinti kiválogatása a zavarótér eredő jelhalmazából olyan adatkészletet hoz létre, amelyből számos információ leszármaztatható részben a találmány szerint kialakított összefüggések alapján, részben pedig - amikor a vett (primer) jelekből már olyan jeleket állítottunk elő, amilyenekből az ismé t elemzési módszerek is kiindulnak — a találmány szerint előállított adatjelek ismert módon való további feldolgozásával. A magnetotellurikus műszerekkel végzendő mérés (az eljárás első lépése) eltérő időtartamú attól függően, milyen gyakran és milyen amplitúdóval jelentkeznek az impulzusok, mert az impulzus amplitúdója kihat a számítandó E/H-arány pontosságára, s függ a mérés szükséges időtartama attól is, hány forrásból származnak a mérendő impulzusok. Ha pl. a periódusidő 10-60 s közötti és néhány mV/km, illetve néhány tized nT intenzitás mellett tíz percenként néhány impulzus keletkezik, akkor egy-egy pontban 4—6 órás méréssel kapunk általában olyan mért adatkészletet, amelyből az értékelhető impulzusok száma kiválogatható. Több forrásból származó impulzusok esetében megfelelően több mintából kell válogatni, a mérést folytatni kell. Ugyancsak hosszabb a mérés időtartama, ha az említettnél lényegesen kisebb az impulzus gyakoriság. Az impulzusok irány és periódus szerinti válogatásának feltételei is függenek a rendelkezésre álló mintakészlettől. Az érzékelési irány legalább közelítően egybeesik a forrás és a mérési pont közötti egyenes meghatározta iránnyal. A periódusok szerinti osztályozáshoz célszerűen olyan csoportokat alkotunk, amelyeknél a perióduscsoport alsó és felső határértékének hányadosa 1,2. Egy-egy csoportban észlelési irányonként kb. 10-20 impulzusra van szükség, ha az impedanciát pl. ±5%-nyi pontossággal kívánjuk meghatározni. Az E/H arányok alapul vételével az impedancia számításokat más-más összefüggések szerint végezzük attól függően, hogy a forrás távolsága és a geológiai szerkezet szerint az említett háromféle zóna melyikének modellje mértékadó. Az átlagos geológiai felépítés és az impulzusok szokásos periódus tartománya esetén túlnyomó részben a közelzóna összefüggéseket kell alkalmazni. A továbbiakban a találmány szerinti eljárás példakénti foganatosítási módjaként általunk a Mecseki Szénbányák területén végzett vizsgálatokat ismertetünk, a mérési körülmények és a kapott eredmények az la, lb, 2a—2d, 3a-3d ábrákon követhetők. Az alapfeltevés a következő volt: amennyiben a mesterséges források és a mérési pontok helye a vizsgált térben állandó, az észlelt impulzusokból leszármaztatható Z impedancia változása gyakorlatilag csak az áramvezető közeg geoeiektromos paramétereinek megváltozásától függ. A megközelítően azonos fázisban lévő Ex, Ey, Hx, Hy kitérések egyedi kiolvasással nyert amplitúdóiból Zxy = Ex/Hy, Zyx^EyjHx, valamint Zc!f - j/I2x + Ef / lrHÏ+l4 (1) impedanciákat számítottunk. A kvázi-statikus impedanciák elsősorban a közeg elektromágneses tulajdonságaitól függenek cs szigetelő aljzatú geológiai környezetekben az S horizontális vezetőképességgel közvetlen kapcsolatban vannak: S = S*=! (2) Z A feltételek együttes fennállása esetén a magnetotellurikus módszer adatfeldolgozási eljárása a pont-, vagy dipólszerű forrásokból származó impulzusokból a magnctotcllurikus p-értéknél éppen 4-szer nagyobb p-értékeket ad, azaz Amennyiben a feltételek valamelyike nem áll fenn, 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
