Целью данного руководства является описание принципов измерения электрических свойств твердых материалов природного происхождения, хотя оно также может служить руководством для измерения любых твердых материалов. Этими свойствами являются проводимость ??(в См/м) и диэлектрическая проницаемость (или диэлектрическая проницаемость) ??(в Ф/м). Магнитная проницаемость @??(в Гн/м) не будет учитываться, за исключением тех случаев, когда она влияет на интерпретацию. Это связано с тем, что для большинства природных материалов их содержание не превышает 5%. Даже сухой @ чистый магнетитовый песок увеличивает @?r лишь до 1,09. В свободном пространстве (вакууме)@ диэлектрическая проницаемость равна ??= 8,854 х 10-12 Ф/м, а магнитная проницаемость ??о = 4??х 10-7 Гн/м. Проводимость материала определяется Законом Ома; т.е. @ ток I (в А), проходящий через блок материала (длина I в м и поперечное сечение A в м2), связан с напряжением V, приложенным к пластинчатым электродам, покрывающим две параллельные грани куба @, как определяется формулой Уравнение (1): где R – сопротивление в Омах. Проводимость можно определить с помощью уравнения (2): Аналогично @ диэлектрическая проницаемость материала может быть определена путем того же физического расположения блока (площадь A и длина I) между двумя параллельными электродами путем измерения напряжения V между пластинами. и заряд, запасенный на пластинах Q (в кулонах), посредством емкости C (в Ф/м)@, как показано уравнением (3) и уравнением (4): и где эффекты краевых полей были проигнорированы. Сходство между измерениями R и C@ и, следовательно, ??и ??@ приводит к тому, что для определения этих двух параметров используются очень похожие методы. В частности@, используя уравнение (5)@, можно записать [B1.3]: Когда материал имеет токи проводимости и смещения@, взаимосвязь между приложенным напряжением и током может быть записана, как показано в уравнении (6): Когда материал имеет токи проводимости и смещения. Связь между приложенным напряжением и током можно записать, как показано в уравнении (6): где ??#39;r - действительная часть (также называемая эффективной относительной диэлектрической проницаемостью) и ??quot ;r ?учитывает убытки. Электропроводность может колебаться в пределах от 10-6 См/м для очень сухого песка, скал или пресного водяного льда до 10 См/м для сильно засоленных почв. Эффективная относительная диэлектрическая проницаемость ??#39;r может находиться в диапазоне от 3 до 100 для изотропных материалов@, но эффективная относительная диэлектрическая проницаемость может принимать гораздо большие значения (или даже быть отрицательными) в случае смешанных и/или анизотропных сред [В1.1 @ Б1.21. Например, было обнаружено, что глинисто-суглинистая почва с содержанием воды 10% непрерывно изменяется от ??= l0-2 См/м и ??#39;r = l04 при 100 Гц до ??= 5 См/м и ??= 5 См/м и ??#39;r = l04 при 100 Гц. ?#39;r = 10 при 1010 Гц [B1.11]. Хорошо известно, что физические и электромагнитные свойства Земли весьма неоднородны. Следовательно@ использование параметров ??и ??для описания Земли должно учитывать тот факт, что они будут функцией пространственных размеров или будут представлять собой составную величину@, на которую напрямую влияет неоднородность выборки. В механике горных пород эти различия описываются терминами «горная масса»? для представления неоднородной композиционной структуры@ и ??каменного материала?? представлять однородный материал. Это различие также можно провести, разграничив методы измерений, проводимые на месте, и методы, которые проводятся на образцах горных пород в лаборатории. Это различие также напрямую связано с длиной волны излучения в рассматриваемом материале, а также размером и расстоянием между контактными электродами, используемыми при измерении. В настоящем руководстве не рассматриваются электрические или электромагнитные геофизические методы [Бл. 101, которые основаны на картировании аномалий в структуре Земли@, если только такая информация не связана непосредственно с определением электрических свойств таких материалов. Эти геофизические методы включают методы магнитного наклона@ магнитные исследования@ большинство типов наземных радаров@ и многие методы дистанционного зондирования с воздуха и спутников. Руководство включает в себя методы, используемые для получения «основной истины»? для этих методов отображения. Частота измерений@ содержание воды в образце@ температура образца@ давление на образец@ и степень разрушения образца - все это влияет на измерения [B1.1]. Могут возникнуть серьезные проблемы с контактами зондов@ как при измерениях на месте (импеданс зонда@ проводящие слои@ и т.д.), так и при измерениях образцов (подготовка поверхности@воздушные зазоры@ и т.д.). Кроме того@ эти материалы могут быть крайне неоднородными@ анизотропными@ слоистыми@ и трещиноватыми, так что ориентация электродов должна играть существенную роль в определении получаемых результатов [B 1.1 O]. Измерения на образцах почвы особенно сложны, поскольку удаление образца может сильно повлиять на уплотнение почвы и содержание воды (особенно на профиль концентрации воды в зависимости от глубины) [B1.19]. Измерения на месте обычно проводятся с поверхности земли или над ней@, например@ с помощью зондов@, установленных@ на воздушной платформе@ или из скважин. Измерения на месте@, если они проводятся правильно@, могут избежать проблем, возникающих из-за изменений в уплотнении и влажности почвы. Необходимо попытаться охватить все эти методы. Учитывая неоднородность и анизотропность земной массы, получение достоверных данных полевых и лабораторных измерений затруднено. Можно найти аналитические решения для некоторых идеализированных земных структур. Расчет полевых результатов с использованием аналитических или численных методов на основе постулируемой земной структуры называется прямым моделированием. Таким образом, @ можно вывести характеристические кривые для определения основных констант. Однако чаще всего@ методы автоматизированной инверсии данных не доступны, поскольку количество неизвестных параметров (включая их пространственное распределение) настолько велико, что методы минимизации наименьших квадратов ошибок не сходятся к правильному ответу [Бл.18]. Математические методы численного моделирования для решения прямой задачи (т.е. @ принимая конкретный профиль земли для расчета ожидаемых результатов измерений)@ и стимулированный отжиг и искусственные нейронные сети для обратной задачи (т.е@ определение электрических свойств земли на основе измерений) ) требуют значительного вычислительного времени и усилий. Поэтому лишь вскользь следует упомянуть численные методы прямого моделирования и инверсии данных для двух- и трехмерных структур.
IEEE 356-2001 История
1970IEEE 356-2020 Руководство IEEE по измерению электромагнитных свойств земных сред
2010IEEE 356-2010 Руководство по измерениям электромагнитных свойств земных сред
2002IEEE 356-2002 Руководство по измерениям электромагнитных свойств земных сред
2001IEEE 356-2001 Руководство IEEE по измерению электромагнитных свойств земных сред
1974IEEE 356-1974 Руководство по радиометодам измерения проводимости земли