НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ НЕДР КОНТРОЛИРУЕМЫМ ИОНОСФЕРНЫМ ИСТОЧНИКОМ НИЗКОЧАСТОТНЫХ РАДИОВОЛН
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2026.01.066Ключевые слова:
ионосфера, геологическая разведка, нефть, газ, руда, электромагнитное зондирование, низкочастотные радиоволны, гирочастота, мобильная установкаАннотация
Разработана новая технология электромагнитного зондирования недр, основанная на эффекте генерации низкочастотных электромагнитных волн ионосферными токами под воздействием на ионосферу модулированного радиоизлучения наземного передатчика. Предложено устройство для формирования ионосферного источника, базовый модуль которого состоит из двух средневолновых передатчиков, настраиваемых на частоту гирорезонанса электронов в ионосфере на высоте порядка 80 – 90 км и соответствующей широте, на которой предстоит использование устройства. Каждый передатчик нагружается на свою антенну типа вертикальный диполь. Расстояние между антеннами составляет четверть длины волны на рабочей частоте. Использование гирочастоты и вертикальных диполей позволяет сформировать протяженный на несколько сотен километров ионосферный источник. Устройство, составленное из двух базовых модулей, содержит четыре диполя, расположенных по углам квадрата со стороной, равной четверти длины СВ волны. Такая конфигурация антенной системы позволяет получить увеличение мощности СВ излучения за счет двух дополнительных усилителей и увеличение коэффициента усиления антенной системы за счет двух дополнительных излучателей, что предоставляет возможность управления сектором излучения СВ волн по сторонам света.
Теоретические расчеты и наши эксперименты с гирочастотными установками показывают, что при мощности предлагаемого устройства в 100 кВт (два усилителя по 50 кВт или 4 по 25 кВт) диаметр области, в которой предполагается про-ведение геологоразведки, может достигать до 1000 км в средних широтах. В высоких широтах размеры такой области могут быть в 2 – 3 раза больше благодаря наличию интенсивных токовых струй, зависящих от магнитной активности.
Библиографические ссылки
1. Авторское свидетельство № 987552 СССР. Способ геоэлектрической разведки № 3323145/18-25; заявл. 24.07.81; опубл. 07.01.83, бюл. 1 / Котик, Д.С., Поляков С.В., Рапопорт В.О., заявитель: Горьковский научно-исследовательский институт.
2. Бабиченко, А.М., Котик Д.С., Клайн Б.И., и др., 1984. Электромагнитное зон-дирование Земли с использованием эффекта Гетманцева. Докл. АН СССР, 276:4 (1984), С. 840–842.
3. Патент № 2822002 Российская Федерация, МПК НО 4В 7/22. Устройство для формирования ионосферного источника низкочастотных радиоволн; заявл. 06.12.2023: опубл. 28.06.2024, бюл. № 19 / Котик Д.С., Рябов А.В., Яшнов В.А., патентообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего обра-зования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный универ-ситет им. Н.И. Лобачевского». Электронный охранный документ 2822008.eod.pdf
4. Qiu N., Pan C., Zhang Y. et al. 2024. Sensitivity of Marine Controllable Source Electromagnetic Soundings for Identifying Plume Migration in Offshore CO2 Storage. J. Marine. Sci. Appl., 23, Р. 656–673. https://doi.org/10.1007/s11804-024-00601-4
5. Tveit S., Mannseth T., Park J., Sauvin G., Agersborg R., 2020. Combining CSEM or gravity inversion with seismic AVO inversion, with application to monitoring of large-scale CO2 injection. Computational Geosciences 24: 1201–1220. https://doi.org/10.1007/s10596-020-09934-9
6. Constable S. and Cox C., 1996. Marine controlled source electromagnetic sound-ing – II: The PEGASUS experiment. Journal of Geophysical Research, V. 97, P. 5519-5530, DOI:10.1029/95JB03738.
7. Edwards N., 2005. Marine controlled source electromagnetic: principlts, method-ologies, future commercial applications. Surveys in Geophysics, V. 26, P. 675–700, DOI 10.1007/s10712-005-1830-3.
8. O Castillo-Reyes at al., 2025. Inverse geo-electromagnetic modeling: a systematic review and bibliometric assessment, Front. Earth Sci., Sec. Solid Earth Geophysics, V. 13. https://doi.org/10.3389/feart.2025.1645896.
9. Kim Y.H., Park Y.G., 2023. A review of CO2 plume dispersion modeling for appli-cation to offshore carbon capture and storage. Journal of Marine Science and engineering, 12(1). https://doi.org/10.3390/jmse12010038
10. Papadopoulos K., 1998. Ground global tomography (GGT) using modulattion of the ionosphtric electrojets, US 5777476, Date of Patent: Jul. 7.
11. Esser B. et al, 2017. The Path to a Transportable Ionospheric Heater—Tuning Methods. IEEE Transactions on Plasma Science. V. 45, (6).
12. Brian L. Beaudoin et al., 2018. Experimental studies on radio frequency sources for ionospheric heaters, Physics of Plasmas, 25, 103116); https://doi.org/10.1063/1.5052183.
13. Котик Д.С., Трахтенгерц В.Ю., 1975. О механизме возбуждения комбинационных частот в ионосферной плазме. Письма в ЖЭТФ, Т. 21, № 2, С. 114.
14. Котик, Д.С., Петров С.М., Поляков С.В и др., 1984. Экспериментальные ис-следования сигналов комбинационных частот при резонансном гирочастотном нагреве ионосферы. Труды XIV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Москва: Наука.
15. Беляев П.П., Котик Д.С., Митяков С.Н. и др., 1987. Генерация сигналов комбинационных частот в ионосфере. Известия вузов. Радиофизика, т. 30, № 2, С. 248-268.
16. Kotik D., 1994. ELF/VLF emissions generated in the ionosphere by heating facilities – A new tool for ionospheric and magnetospheric research, Radiophysics and Quan-tum Electronics, Vol. 37, (6).
17. Котик Д.С. и др., 1986. Генерация ОНЧ сигналов в области авроральной электроструи среднеширотным длинноволновым передатчиком. Низкочастотное из-лучение в магнитосфере земли. Москва: ИЗМИРАН, С. 71-75.
18. Papadopoulos K., 1990. High power low frequency communications by iono-spheric modification, Patent US5053783A.
19. Макушин М., 2019. Тенденции развития силовой электроники. Электроника, № 8. DOI: 10.22184/1992-4178.2019.189.8.50
