RU2168750C1

RU2168750C1 - Method of mapping of geophysical and geochemical fields on surface of the earth

Info

Publication number: RU2168750C1
Application number: RU99124898/28A
Authority: RU
Inventors: М.С. Паровинчак; В.Н. Ростовцев; В.И. Лунев; Л.П. Рихванов
Original assignee: ОАО "Томскгазпром"; Томский политехнический университет
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: search for mineral resources, quality control of environment. SUBSTANCE: method can be employed in search for bodies and fields of hydrocarbons and for monitoring ecological state of natural and man-made landscape. Statistically significant number of transmitters of physical quantity is scattered from aircraft over examined section of surface of the Earth. Their positions are simultaneously referenced to locality by means of telemetering. Transmitters are exposed in geophysical and geochemical fields. Information on measured physical quantity is collected from them with certain periodicity at same time by telemetering. Obtained information is processed in correspondence with special algorithm in real time and is mapped on information carrier. EFFECT: increased productivity of mapping operations, increased accuracy of measurement of physical quantity, enhanced authenticity of cartographic material, reduced time and expenses for mapping operations, especially, in locality difficult of access.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области обнаружения скрытых масс или объектов и оценки состояния окружающей среды посредством измерения физических и химических параметров поверхности земли, а именно к способам поиска месторождений полезных ископаемых и контроля качества окружающей среды, и может найти применение при разведке тел и залежей углеводородов и при мониторинге экологической обстановки природно-техногенного ландшафта. The present invention relates to the field of detecting hidden masses or objects and assessing the state of the environment by measuring the physical and chemical parameters of the earth’s surface, and in particular to methods of searching for mineral deposits and environmental quality control, and can find application in the exploration of bodies and hydrocarbon deposits and monitoring the ecological situation of the natural and technogenic landscape.

Общеизвестно, что на границе раздела атмосфера-литосфера-гидросфера постоянно происходит процесс энерго-массообмена. Интенсивность, компонентный состав и пространственное распределение перетока энергии и массы зависит от геологической среды и природно-техногенного ландшафта. Количественная и качественная оценка процесса энерго-массоперетока производится путем измерения таких параметров на поверхности земли, описываемых физическими величинами, характеризующими радиоактивное излучение, электромагнитное излучение, тепловое поле, магнитное поле и т.п. It is well known that at the interface of the atmosphere-lithosphere-hydrosphere, the process of energy-mass transfer constantly occurs. The intensity, component composition and spatial distribution of the flow of energy and mass depends on the geological environment and the natural and technogenic landscape. Quantitative and qualitative assessment of the energy-mass transfer process is carried out by measuring such parameters on the surface of the earth, described by physical quantities characterizing radioactive radiation, electromagnetic radiation, thermal field, magnetic field, etc.

Известен способ дозиметрического контроля радиоактивности окружающей среды, реализуемый посредством постоянных измерений поглощенной дозы в течение продолжительных промежутков времени (1, 2). Его сущность заключается в том, что в полевых условиях производят интегральные измерения небольших поглощенных доз ионизирующей радиации, накапливаемых высокочувствительными термолюминесцентными дозиметрами (ТЛД). Причем ТЛД помещаются в бескалиевые стеклянные ампулы или пластмассовые футляры, хранятся на пикетах в перфорированных металлических или пластмассовых трубках на высоте 1 метра над землей и вынимаются оператором через определенные промежутки времени для получения данных. A known method of dosimetric monitoring of environmental radioactivity, implemented by constant measurements of the absorbed dose over long periods of time (1, 2). Its essence lies in the fact that in the field, integral measurements are made of small absorbed doses of ionizing radiation accumulated by highly sensitive thermoluminescent dosimeters (TLDs). Moreover, TLDs are placed in potassium-free glass ampoules or plastic cases, stored at pickets in perforated metal or plastic tubes at a height of 1 meter above the ground and removed by the operator at certain intervals to obtain data.

Недостатком данного способа является значительный объем ручной работы оператора при выемке ТЛД из трубок, ампул из футляров, съему показаний и повторной закладке ТЛД в контейнеры, а также транспортировке ТЛД от пикета к измерительному прибору и обратно. Для обеспечения статистической достоверности получаемых данных при контролируемой площади поверхности земли от нескольких квадратных километров до нескольких десятков квадратных километров устанавливают 10²-10³ пикетов, что соответствует затратам времени на получение данных 100-400 часов (в зависимости от числа операторов и измерительных приборов, а также условий передвижения на местности).The disadvantage of this method is the significant amount of manual work by the operator when removing TLDs from tubes, ampoules from cases, taking readings and re-laying TLDs in containers, as well as transporting TLDs from the picket to the measuring device and vice versa. To ensure the statistical reliability of the data obtained with a controlled surface area of the earth from several square kilometers to several tens of square kilometers, 10 ² -10 ³ pickets are set up, which corresponds to the time required to receive data 100-400 hours (depending on the number of operators and measuring instruments, and also terrain conditions).

Известен способ радиогеохимического картирования, основанный на шпуровой термолюминесцентной радиометрической съемке (3-5). Сущность этого способа заключается в том, что выполняется следующая последовательность операций: размечают пикеты, которые привязываются с помощью топографических карт и JPS-приемника к местности, проходят шпуры в рыхлых отложениях диаметром около 3 см на глубину 0,5-0,8 м; закладывают в шпуры ТЛД в водонепроницаемых упаковках; экспонируют ТЛД в шпурах в течение 15-30 суток; извлекают из шпуров ТЛД; транспортируют ТЛД от пикета к измерительному устройству; снимают показания с ТЛД (поглощенную дозу ионизирующей радиации); результаты измерений изображают в виде планов, графиков или изолиний. A known method of radio-geochemical mapping based on the hole thermoluminescent radiometric survey (3-5). The essence of this method is that the following sequence of operations is performed: pickets are marked, which are attached using topographic maps and a JPS receiver to the area, holes are drilled in loose sediments with a diameter of about 3 cm to a depth of 0.5-0.8 m; put in boreholes TLD in waterproof packages; exhibit TLD in boreholes for 15-30 days; extracted from bore holes TLD; transport TLD from the picket to the measuring device; take readings from TLD (absorbed dose of ionizing radiation); measurement results are depicted in the form of plans, graphs or contours.

Недостатком способа является низкая производительность съемки и большая ошибка в нормировке показаний ТЛД за счет их разного времени закладки (и выемки) в шпуры на пикетах при флуктуирующем фоне. The disadvantage of this method is the low shooting performance and a large error in the normalization of the readings of the TLD due to their different times of laying (and notching) in holes at the pickets with a fluctuating background.

Поставлена задача - повысить производительность, точность и достоверность картирования геофизических и геохимических полей на поверхности земли. The task is to increase the productivity, accuracy and reliability of the mapping of geophysical and geochemical fields on the surface of the earth.

Задача решена следующим образом. Статистически значимое число миниатюрных датчиков физической величины рассеивается с летательного аппарата по картируемой поверхности земли, местоположение которых телеметрически привязывается к местности. Датчики экспонируются в геофизических и геохимических полях, с них с определенной периодичностью телеметрически одновременно снимается информация об измеряемой физической величине. Получаемая информация обрабатывается по специальному алгоритму в реальном масштабе времени и картографически отображается на носителе информации. The problem is solved as follows. A statistically significant number of miniature sensors of a physical quantity is scattered from the aircraft along the mapped surface of the earth, the location of which is telemetrically linked to the terrain. The sensors are exposed in geophysical and geochemical fields, with them at a certain frequency telemetrically simultaneously taken information about the measured physical quantity. The received information is processed according to a special algorithm in real time and is mapped on a data carrier.

Реализация предложенного способа показана на примере картирования радиационной обстановки на исследуемом участке поверхности земли. С летательного аппарата (самолета, вертолета, дирижабля или мотодельтоплана) рассеиваются из расчета 10³-10⁴ штук на 1 км² миниатюрные (объемом 0.25 см³) капсулы для детектирования ионизирующего излучения. Капсулы содержат ТЛД, фотоэлемент, систему нагрева ТЛД, приемопередатчик сигнала и систему питания. По сигналу контрольно-измерительного пункта наземного, водного, воздушного или космического базирования производится реперный нагрев всех ТЛД, предварительно облученных в стандартных лабораторных условиях, трансформация светового сигнала фотоэлементом в электрический сигнал, передача сигнала в эфир на индивидуальной для каждого ТЛД частоте, привязка местоположения каждого ТЛД с помощью телеметрических средств (например, JPS-приемника). ТЛД в процессе экспонирования накапливают дозу ионизирующего излучения (преимущественно фотонного), величина которой пропорциональна интенсивности термолюминесценции. По сигналу контрольно-измерительного пункта производится телеметрический съем информации одновременно со всех ТЛД об интегральной дозе с автоматической подготовкой каждого датчика к следующему циклу экспозиции и измерений. Обработка пространственного распределения дозового поля на поверхности земли при нерегулярном размещении пунктов исследования (местоположений ТЛД) производится в реальном масштабе времени, используя восстановление многомерной регрессии по методу минимизации риска (6). Картографирование производится по восстановленным зависимостям по эмпирическим данным посредством изображения в виде плана, графика или изодоз. Вся совокупность действий производится автоматически по программе с использованием персонального компьютера.The implementation of the proposed method is shown by the example of mapping the radiation situation on the studied area of the earth's surface. Miniature (0.25 cm ³ ) capsules for detecting ionizing radiation are scattered from an aircraft (airplane, helicopter, airship or motor trike) at the rate of 10 ³ -10 ⁴ pieces per 1 km ² . Capsules contain TLD, photocell, TLD heating system, signal transceiver and power system. Based on a signal from a ground, water, air or space-based control station, all TLDs previously irradiated under standard laboratory conditions are heated, the light signal is transformed into a electrical signal by a photocell, the signal is transmitted on the air at an individual frequency for each TLD, and the location of each TLD is referenced using telemetry tools (for example, a JPS receiver). TLDs during the exposure process accumulate a dose of ionizing radiation (mainly photon radiation), the value of which is proportional to the intensity of thermoluminescence. By the signal of the control point, telemetric information is taken simultaneously from all TLDs about the integrated dose with the automatic preparation of each sensor for the next exposure and measurement cycle. Processing the spatial distribution of the dose field on the earth’s surface with irregular placement of research points (TLD locations) is performed in real time using multivariate regression recovery using the risk minimization method (6). Mapping is performed according to the restored dependencies according to empirical data by means of an image in the form of a plan, graph or isodoses. The whole set of actions is performed automatically according to the program using a personal computer.

В настоящее время ОАО "Востокгазпром" (г. Томск) и Государственный комитет по охране окружающей среды Томской области при наличии соответствующей технической и технологической базы готовы применить предлагаемый способ для прогнозирования, поиска и разведки месторождений углеводородов и радиационного мониторинга в 30-километровой зоне Сибирского химического комбината (г. Северск). At present, Vostokgazprom OJSC (Tomsk) and the State Committee for Environmental Protection of the Tomsk Region, with the appropriate technical and technological base, are ready to apply the proposed method for forecasting, prospecting and exploration of hydrocarbon deposits and radiation monitoring in the 30-km zone of the Siberian Chemical plant (Seversk).

Таким образом, технические и технологические особенности предложенного способа картирования геофизических и геохимических полей на поверхности земли обеспечивают получение следующих технико-экономических преимуществ:
повышается производительность картирования за счет автоматизации всех операций;
повышается точность измерений физической величины за счет одинаковой экспозиции всех датчиков и одновременного съема показаний со всех датчиков;
повышается достоверность картирования за счет существенного увеличения числа датчиков и пунктов исследования;
сокращаются затраты времени и средств на картирование труднодоступной местности.Thus, the technical and technological features of the proposed method for mapping geophysical and geochemical fields on the earth's surface provide the following technical and economic advantages:
Mapping performance increases due to automation of all operations;
the accuracy of measurements of physical quantities is increased due to the uniform exposure of all sensors and the simultaneous reading of readings from all sensors;
the reliability of mapping increases due to a significant increase in the number of sensors and research points;
reduced time and money for mapping difficult terrain.

Источники информации
1. Штольц В. , Бернхард Р. Дозиметрия ионизирующего излучения /Пер. с нем. - Рига: Зинатне, 1982. - с. 130-133.Sources of information
1. Stolz V., Bernhard R. Dosimetry of ionizing radiation / Per. with him. - Riga: Zinatne, 1982. - p. 130-133.

2. Becker К. Environmental monitoring with TLD. - Nuki. Instr. Meth., 1972, 104 - C. 405. 2. Becker K. Environmental monitoring with TLD. - Nuki. Instr. Meth., 1972, 104 - C. 405.

3. Пруткина М.И., Шашкин В.Л. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. - М.: Атомиздат, 1975. - с. 143-144. 3. Prutkina M.I., Shashkin V.L. Handbook of radiometric reconnaissance and radiometric analysis. - M.: Atomizdat, 1975 .-- p. 143-144.

4. Application of thermoluminescence dozimetry in the exploration for oil and gas using сhinese. GR-200 UF (Mg, Cu, F) TLD/Z. Wang, D. Qin, G. Zhuang et al. // Radiation Protection Dozimetry. - Nuclear Technology Publishing, 1993. - Vol. 47 N 1/4. - p. 323-326. 4. Application of thermoluminescence dozimetry in the exploration for oil and gas using Chinese. GR-200 UF (Mg, Cu, F) TLD / Z. Wang, D. Qin, G. Zhuang et al. // Radiation Protection Dozimetry. - Nuclear Technology Publishing, 1993. - Vol. 47 N 1/4. - p. 323-326.

5. Соболев И. С., Рихванов Л.П., Ляшенко Н.Г., Паровинчак М.С. Прогнозирование и поиски месторождений нефти и газа радиогеохимическими методами. - Геология нефти и газа, 1999, N 7-8. С. 19-24. 5. Sobolev I. S., Rikhvanov L. P., Lyashenko N. G., Parovinchak M. S. Prediction and search for oil and gas deposits by radio-geochemical methods. - Geology of oil and gas, 1999, N 7-8. S. 19-24.

6. Вапник В.Н. Восстановление зависимости по эмпирическим данным. - М.: Наука, 1979. - с. 30-47. 6. Vapnik V.N. Empirical data recovery. - M .: Nauka, 1979. - p. 30-47.

Claims

A method for mapping geophysical and geochemical fields on the Earth's surface, including placing miniature physical quantity sensors at research points, topographically linking research points, exposing sensors in a geophysical and geochemical field, measuring a useful signal from sensors, processing empirical data, and mapping restored dependences of the spatial distribution of physical quantities characterized in that a statistically significant number of sensors are scattered from the aircraft On the charted surface of the Earth, they telemetrically fix the coordinates of the location of each sensor, retrieve information about the measured value and process it by restoring multivariate regression using the real-time risk minimization method.