УДК 621.314:550.837+550.837.61
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА “МУРМАН-2018”
© 2019 г. М.Б. Баранник
Центр
физико-технических
проблем энергетики
Севера
ФИЦ
“Кольский
научный центр
Российской
академии наук”,
Мурманская
обл., г. Апатиты,
Россия
e-mail: maxbarien@mail.ru
Главное
– в ходе эксперимента “Мурман-2018” выполнены дистанционные зондирования (ДЗ) на постоянном токе и частотные зондирования (аудиомагнитотеллурические зондирования с контролируемым источником – CSAMT) в комплексе с аудиомагнитотеллурическими (АМТ) зондированиями в естественных полях
– ДЗ и CSAMT-зондирования выполнены в полях двух взаимно ортогональных заземленных питающих линий длиной 1.9 и 1.6 км, источником тока для которых служил усовершенствованный генератор “Энергия-4” мощностью 29 кВт с автономным питанием от двух генераторов постоянного тока
– особенностью генератора “Энергия-4” является инвертор, работающий в режиме широтно-импульсной модуляции, что позволило в ходе эксперимента формировать в линии периодический ток необходимой формы: меандр – для дистанционных зондирований, синусоидальный ток в диапазоне от 4 до 2000 Гц – для частотных зондирований
– разработанная схема коммутации генераторов постоянного тока и применение повышающего трансформатора на частотах выше 50 Гц позволили повысить выходное напряжение генератора до 1000–1200 В и обеспечить в излучающих контурах с суммарным активным сопротивлением 55–57 Ом амплитуду тока 10–20 А, в зависимости от частоты. Совместно с использованными алгоритмами накопления и обработки измерительной информации это позволило выполнить измерения на разносах до 110 км от источника
Аннотация. Рассмотрена методика проведения эксперимента “Мурман-2018”, основанная на дистанционном принципе глубинного зондирования в комплексе с частотными и аудиомагнитотеллурическими зондированиями. В качестве контролируемого источника поля использовались две взаимно ортогональные заземленные излучающие линии длиной 1.6 и 1.9 км, ток в которые подавался от генератора “Энергия-4”. Описан разработанный в ЦЭС КНЦ РАН автономный генератор “Энергия-4” мощностью 29 кВт с выходным напряжением до 1200 В и рассмотрен опыт его применения для решения фундаментальной задачи изучения природы глубинных геофизических границ в толще архейской кристаллической земной коры на территории Мурманского блока в ходе эксперимента “Мурман-2018”. Кратко рассмотрены структурная схема и принцип действия генератора “Энергия-4”.
Ключевые слова: контролируемый источник тока, инвертер с широтно-импульсной модуляцией, заземленная излучающая линия, частотное зондирование, дистанционное зондирование
Цитируйте эту статью как: Баранник М.Б. Методика эксперимента “Мурман-2018” // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98, № 4. С. 50–56. [Тематический выпуск “Методические разработки для электромагнитных зондирований с управляемыми источниками”]. https://doi.org/10.21455/std2019.4-5
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 018-05-00528, а также в рамках госзадания Министерства образования и науки РФ – тема ГИ КНЦ РАН № 0226-2019-0052 и тема ЦЭС КНЦ РАН № 0226-2019-0067
Литература
Баранник М.Б., Данилин А.Н., Ефимов Б.В. Колобов В.В., Прокопчук П.И., Селиванов В.Н., Шевцов А.Н., Копытенко Ю.А., Жамалетдинов А.А. Высоковольтный силовой инвертор генератора “Энергия-2” для электромагнитных зондирований и мониторинга очаговых зон землетрясений // Сейсмические приборы. 2009. Т. 45, № 2. С.5–23.
Жамалетдинов А.А., Велихов Е.П., Шевцов А.Н., Колобов В.В., Колесников В.Е., Скороходов А.А., Короткова Т.Г., Ивонин В.В., Рязанцев П.А., Бируля М.А. Эксперимент “Ковдор-2015” по изучению параметров слоя дилатантно-диффузионной природы проводимости в архейском кристаллическом основании Балтийского щита // Доклады Академии наук. 2017. Т. 474, № 4. С.477–482. https://doi.org/10.7868/S086956521704017X
Жамалетдинов А.А., Велихов Е.П., Шевцов А.Н., Скороходов А.А., Колобов В.В., Ивонин В.В., Колесников В.В. Эксперимент “Мурман-2018” по дистанционному зондированию с целью исследования границы “непроницаемости” на переходе между хрупким и пластичным состояниями кристаллической земной коры // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486, № 3. C.359–364. https://doi.org/10.31857/S0869-56524863359-364
Колобов В.В., Куклин Д.В., Шевцов А.Н., Жамалетдинов А.А. Многофункциональная цифровая измерительная станция КВВН-7 для электромагнитного мониторинга сейсмоактивных зон // Сейсмические приборы. 2011. Т. 47, № 2. С.44–58.
Колобов В.В., Баранник М.Б., Ефимов Б.В., Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Копытенко Ю.А. Генератор “Энергия-4” для мониторинга сейсмоактивных зон и электромагнитного зондирования земной коры: опыт применения в эксперименте “Ковдор-2015” // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 3. С.55–73. https://doi.org/10.21455/si2017.3-5
Колобов В.В., Баранник М.Б., Ивонин В.В., Селиванов В.Н., Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Скороходов А.А. Опыт применения генератора “Энергия-4” для дистанционных и частотных электромагнитных зондирований в эксперименте “Мурман-2018” // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2018. № 17. С.7–20. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.7-20
Сведения об авторе
БАРАННИК Максим Борисович – научный сотрудник, Центр физико-технических проблем энергетики Севера – филиал ФИЦ “Кольский научный центр РАН”. 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А. Тел.: +7(921) 735-74-74. E-mail: maxbarien@mail.ru
METADATA IN ENGLISH
About the journal
NAUKA I TEKHNOLOGICHESKIE RAZRABOTKI (SCIENCE AND TECHNOLOGICAL
DEVELOPMENTS), ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, DOI: 10.21455/std; https://elibrary.ru/title_
about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/. The journal was founded in 1992.
THE “MURMAN-2018” EXPERIMENT TECHNIQUE
M.B. Barannik
Center
for Physical and Technical Problems of Energy of the North
– a
Branch
FRC
“Kola Science Center
of the Russian Academy of Sciences”,
Murmansk region, Apatity, Russia
e-mail: maxbarien@mail.ru
Highlights
During the “Murman-2018” experiment direct current (DC) soundings and Controlled Source Audio-Magnetotellurics (CSAMT) soundings in combination with audio magnetotelluric (AMT) soundings in natural fields were performed
The DC and CSAMT soundings were carried out in the fields of two mutually orthogonal grounded supply lines 1.9 and 1.6 km long, the controlled current source for which was the improved 29 kW “Energia-4” generator, powered by two DC generators
The feature of the “Energy-4” generator is the pulse width modulation technique-based inverter. A periodic current of the required shape, was formed: a meander for DC soundings; sinusoidal current in the frequency range from 4 to 2000 Hz for CSAMT soundings
The developed switching scheme of the DC generators and the use of a step-up transformer at frequencies above 50 Hz made it possible to increase the output voltage of the generator to 1000–1200 V. Accordingly, the current in the transmitting lines with the total resistance of 55–57 Ω was 10–20 A, depending on the frequency. Together with the algorithms used for the stackings and processing of the measurement information, this made it possible to increase the source-receiver separation up to 110 km
Abstract. The methodology of the “Murman-2018” experiment is considered. The technique of the study is based on the distance principle of the deep sounding in combination with frequency and audio magnetotelluric soundings. Two mutually orthogonal grounded transmitting lines 1.6 km and 1.9 km in length powered by the “Energy-4” generator that was used as a controllable source of the electromagnetic field. The main focus of the paper is the description of the self-powered 29 kW “Energy-4” generator with output voltage up to 1200 V, developed at the NERC KSC RAC. The experience of using the generator for the solution of the fundamental problem of studying the nature of the deep geophysical boundaries in the Archaean crystalline crust of the Murmansk block in the “Murman-2018” experiment is discussed. Block diagram and operation principle of the “Energy-4” generator are briefly given in the paper.
Keywords: controlled current source, pulse width modulation inverter, grounded transmitting line, frequency sounding, distance sounding
Cite this article as: Barannik M.B. The “Murman-2018” experiment technique, Nauka i Tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments), 2019, vol. 98, no. 4, pp. 50–56. [Special issue “Methodological developments for electromagnetic controlled source soundings”]. [in Russian]. https://doi.org/ 10.21455/std2019.4-5
References
Barannik M.B., Danilin A.N., Efimov B.V., Kolobov V.V., Prokopchuk P.I., Selivanov V.N., Shevtsov A.N., Kopytenko Yu.A., Zhamaletdinov A.A. High-voltage power inverter of the generator “Energy-2” for electromagnetic soundings and monitoring of the earthquake source zones, Seismic Instruments, 2010, vol. 46, no. 1, pp. 49–61.
Kolobov V.V., Kuklin D.N., Shevtsov A.N., Zhamaletdinov A.A. The KVVN_7 multifunction digital measuring station for electromagnetic monitoring of seismoactive zones, Seismic Instruments, 2012, vol. 48, no. 1, pp. 75–84, https://doi.org/10.3103/S0747923912010069
Kolobov V.V., Barannik M.B., Efimov B.V., Zhamaletdinov A.A., Shevtsov A.N., Kopytenko Yu.A. Energy-4 Generator for monitoring seismically active regions and electromagnetic sounding of the Earth’s crust. Experience of application in the Kovdor-2015 Experiment, Seismic Instruments, 2018a, vol. 54, no. 3, pp. 268–280, https://doi.org/10.3103/ S0747923918030143
Kolobov V.V, Barannik M.B., Ivonin V.V., Selivanov V.N., Zhamaletdinov A.A., Shevtsov A.N., Skorokhodov A.A. Experience of generator “Energy-4” application for the distance and frequency electromagnetic soundings in the experiment “Murman-2018”, Proceedings of Kola Science Centre of RAS, 2018b, no. 17, pp. 7–20, https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.7-20
Zhamaletdinov A.A., Velikhov E.P., Shevtsov A.N., Kolobov V.V., Kolesnikov V.E., Skorokhodov A.A., Korotkova T.G., Ivonin V.V., Ryazantsev P.A., Birulya M.A. The Kovdor-2015 Experiment: Study of the parameters of a conductive layer of dilatancy–diffusion nature (DD layer) in the Archaean Crystalline Basement of the Baltic Shield, Doklady Earth Sciences, 2017, vol. 474, no. 2, pp. 641–645, https://doi.org/10.1134/S1028334X17060095
Zhamaletdinov A.A., Velikhov E.P., Shevtsov A.N., Skorokhodov A.A., Kolobov V.V., Ivonin V.V., Kolesnikov V.E. The Murman-2018 Experiment on remote sensing in order to study the “impenetrability” boundary at the transition between brittle and plastic states of the crystalline Earth’s crust, Doklady Earth Sciences, 2019, 486, pp. 575–579, https://doi.org/10.1134/ S1028334X19050301
About the author
BARANNIK Maksim Borisovich – Researcher, Center for Physical and Technical Problems of Energy of the North – a Branch FRC “Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences”. Russia, 184209, Murmansk region, Apatity, microdistrict Akademgorodok, 21A. Tel.: +7(921) 735-74-74. E-mail: maxbarien@mail.ru