RUDN Journal of Engineering Research

Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования

2312-81432312-8151

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)

25550

10.22363/2312-8143-2020-21-2-123-130

Earth science

Науки о земле

Research Article

Some peculiarities of the polarization structure of the electromagnetic field at high frequencies in geological sections: mathematical solutions and experiments

Некоторые особенности поляризации структуры электромагнитного поля на высоких частотах в геологических разрезах: математические решения и эксперименты

Abramov

Vladimir Yu.

Абрамов

Владимир Юрьевич

Associate Professor of Department of Geology, Mining and Oil & Gas Engineering of RUDN University; Candidate of Geological Sciences

доцент департамента недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН; кандидат геолого-минералогических наук

geophy-rudn@mail.ru

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)Российский университет дружбы народов

15122020

212

VOL 21, NO2 (2020)

ТОМ 21, №2 (2020)

12313029012021

2020

Abramov V.Y.

Абрамов В.Ю.

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0

https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/25550

The effects of induced polarization (IP) in the ore bodies and host rocks in the frequencies above 1 000 000 Hz were considered. The phase response of the complex resistivity (CR) system equipment “Geozond” have been explored instrumentally. The reliability of high-frequency IP measurements was confirmed by independent verification by mining activities. The results confirm the presence of IP effects in the ore bodies and host rocks. They suggest the necessity to account for IP effects in the interpretation of electromagnetic data, in particular, in induction logging data. The purpose of mathematical computer modeling in this work was to study the propagation of a high frequency electromagnetic field from a linear current source in a material medium by solving Maxwell's equations using finite-difference approximations (iterations) in the time domain. The measurement results were processed according to a well-known scheme, using the method of iterative selection in automatic mode. This allows to use this method for end-to-end calculation of electromagnetic fields in complex three-dimensional inhomogeneous structures.

Исследованы некоторые эффекты вызванной поляризации (ВП) в рудных телах и вмещающих породах при частотах выше 1 000 000 Гц. Инструментально изучены фазы реакции комплекса сопротивлений аппаратурой системы «Геозонд». Надежность высокочастотных ВП-измерений была подтверждена независимыми заверочными горными работами. Полученные результаты подтверждают наличие ВП-эффектов в рудных телах и вмещающих породах и предполагают необходимость их учета в интерпретации электромагнитных данных, в частности в данных индукционного каротажа. Целью математического компьютерного моделирования в настоящей работе было изучение распространения высокочастотного электромагнитного поля от линейного источника тока в материальной среде путем решения уравнений Максвелла методом конечно-разностных приближений (итераций) во временной области. Обработка результатов измерений велась по известной схеме - методом итеративного подбора в автоматическом режиме, что позволяет использовать указанный метод для сквозного расчета электромагнитных полей в сложнопостроенных трехмерно неоднородных структурах.

electromagnetic poleinduced polarizationhigh frequencyanalytical solutionnumerical solution

электромагнитное полевызванная поляризациявысокие частотыаналитические решениячисленные решения

Dmitriev V, Serebrennikov N. Numerical calculation of the electric field of a point source in a layered medium with axisymmetric inclusion. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 1987; (2):112–117. (In Russ.)

Дмитриев В.И., Серебренников Н.Н. Численный расчет электрического поля точечного источника в слоистой среде с осесимметричным включением // Известия вузов. Геология и разведка. 1987. № 2. С. 112-117.

Ivanov VT, Krizsky VN. Solution of some problems of electrical exploration by the method of boundary integral equations. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 1993;(4):112–117. (In Russ.)

Иванов В.Т., Кризский В.Н. Решение некоторых задач электроразведки методом граничных интегральных уравнений // Известия вузов. Геология и разведка. 1993. № 4. С. 112-117.

Manaeva EN, Postnikov EB. Electromagnetic processes near the front of a step pulse in the case of electromagnetic sounding of the Earth in the case of a weakly homogeneous conducting medium. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 2002;(3):104–108. (In Russ.)

Манаева Е.Н., Постников Е.Б. Электромагнитные процессы вблизи фронта ступенчатого импульса при электромагнитом зондировании Земли в случае слабонеоднородной проводящей среды // Известия вузов. Геология и разведка. 2002. № 3. С. 104-108.

Matematicheskoe modelirovanie elektromagnitnykh polei: materialy mezhdunarodnogo proekta COMMEMI [Mathematical modeling of electromagnetic fields: materials of the international project COMMEMI]. Moscow: Nauka Publ.; 1992. (In Russ.)

Математическое моделирование электромагнитных полей: материалы международного проекта COMMEMI. М.: Наука, 1992. 198 с.

Pashkova TI, Postnikov EB, Sobolev SV. On the interaction of electromagnetic pulses of stepped and rectangular forms with the Earth's surface. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 1999;(5):115–119. (In Russ.)

Пашкова Т.И., Постников Е.Б., Соболев С.В. О взаимодействии электромагнитных импульсов ступенчатой и прямоугольной форм с поверхностью Земли // Известия вузов. Геология и разведка. 1999. № 5. С. 115-119.

Redozubov AA. On the orientation of polar diagrams NK and PK in an anisotropic medium. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 1994;(2):119–122. (In Russ.)

Редозубов А.А. Об ориентировке полярных диаграмм ηk и ρk в анизотропной среде // Известия вузов. Геология и разведка. 1994. № 2. С. 119-122.

Talalov AD. Model of electrical properties of water-saturated rocks for the frequency range of 103–109 Hz. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 2003;(1):75–80. (In Russ.)

Талалов А.Д. Модель электрических свойств водонасыщенных горных пород для частотного диапазона 103-109 Гц // Известия вузов. Геология и разведка. 2003. № 1. С. 75-80.

Talalov AD, Dayev DS. Laboratory studies of the frequency dependence of the electrical properties of clay rocks in the range of 20–109 Hz. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 1997;(6):123–129. (In Russ.)

Талалов А.Д., Даев Д.С. Лабораторные исследования частотой зависимости электрических свойств глинистых пород в диапазоне 20-109 Гц // Известия вузов. Геология и разведка. 1997. № 6. С. 123-129.

Burtman V, Endo M, Zhdanov MS, Ingeman‐Nielsen T. High‐frequency induced polarization measurements of hydrocarbon‐bearing rocks. SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2011:677–681. https://doi.org/ 10.1190/1.3628168

Burtman V., Endo M., Zhdanov M.S., Ingeman-Nielsen T. High-frequency induced polarization measurements of hydrocarbon-bearing rocks // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2011. Pp. 677-681. https://doi.org/10.1190/1.3628168

10.

Zhdanov MS, Spichak VV. Matematicheskoe modelirovanie elektromagnitnykh polei v trekhmerno-neodnorodnykh sredakh [Mathematical modeling of electromagnetic fields in three-dimensional inhomogeneous media]. Moscow: Nauka Publ.; 1992. (In Russ.)

Жданов М.С., Спичак В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей в трехмернонеоднородных средах. М.: Наука, 1992. 188 с.

11.

Taflav A, Umashankar KR. Numerical simulation of electromagnetic wave scattering calculation of the effective area of reflection of targets by the finite-difference method in the time domain. TIIER. 1989;77(5):57–76. (In Russ.)

Тафлав А., Умашанкар К.Р. Численное моделирование рассеяния электромагнитных волн и вычисление эффективной площади отражения целей конечно-разностным методом во временной области // ТИИЭР. 1989. Т. 77. № 5. С. 57-76.

12.

Zhou Pei-bai. Numerical analysis of electromagnetic fields. Berlin: Springer; 1993.

Zhou Pei-bai. Numerical analysis of electromagnetic fields. Berlin: Springer, 1993. 406 p.

13.

Binns KJ, Lawrenson PJ, Trowbridge CW. The analytical and numerical solution of electric and magnetic fields. John Wiley & Sons; 1992.

Binns K.J., Lawrenson P.J., Trowbridge C.W. The analytical and numerical solution of electric and magnetic fields. John Wiley & Sons, 1992. 486 p.

14.

Booton RC. Computation methods for electromagnetic and microwaves. John Wiley & Sons; 1992.

Booton R.C. Computation methods for electromagnetic and microwaves. John Wiley & Sons, 1992. 192 p.

15.

Paul CR. Introduction to electromagnetic compatibility. John Wiley & Sons; 1992.

Paul C.R. Introduction to electromagnetic compatibility. John Wiley & Sons, 1992. 784 p.

16.

Sylvester P, Ferrari R. Metod konechnykh elementov dlya radioinzhenerov i inzhenerov-elektrikov [Finite element method for radio engineers and electrical engineers]. Moscow: Mir Publ.; 1986. (In Russ.)

Сильвестр П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. М.: Мир, 1986. 229 с.

17.

Yee KS. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotopic media. IEEE Trans. and Antennas and Prop. 1966; AP–14(3):302–307.

Yee K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotopic media // IEEE Trans. and Antennas and Prop. 1966. Vol. AP-14. No. 3. Pp. 302-307.

18.

Crawford F. Volny [Waves]. 3rd ed. Moscow: Nauka Publ.; 1984.

Кроуфорд Ф. Волны: учебное руководство. 3-е изд., испр. М.: Наука, 1984. (Берклеевский курс физики. Т. 3).

19.

Selunsky AB, Kuzmin AV, Komarova NYu. Teplovoe pogloshchenie ploskoi elektromagnitnoi volny proizvol'noi polyarizatsii na sinusoidal'noi granitse vodnoi poverkhnosti [Thermal absorption of a plane electromagnetic wave of arbitrary polarization at the sinusoidal boundary of the water surface]. Moscow: IKI RAS Publ.; 2013. (In Russ.)

Селунский А.Б., Кузьмин А.В., Комарова Н.Ю. Тепловое поглощение плоской электромагнитной волны произвольной поляризации на синусоидальной границе водной поверхности. М.: ИКИ РАН, 2013.