Способ геоэлектроразведки

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, основанный на возбуждении в земной толще импульсных колебаний и измерении отклика среды как во время возбуждения, так и в паузах между импульсами, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности работ, точности измерений, а также снижения удельных энергозатрат, импульсные колебания возбуждают в виде нескольких последовательностей, в каждой из которых полярность, амплитуды и интервалы между импульсами подбирают, исходя из условия


где B_n( ) результат асинхронного накопления n-й последовательности;
M число импульсов в каждой последовательности;
N количество последовательностей;
t интервалы времени между соседними импульсами в каждой последовательности;
длительность отклика среды,
причем длительность интервала Dt задают значительно меньшей, чем время ( t; ), затем определяют результаты асинхронного накопления для измеренных сигналов, соответствующих последовательностям возбуждающих импульсов, после чего суммируют между собой полученные результаты асинхронного накопления.

Изобретение относится к геофизическим методам поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, преимущественно к электроразведке и сейсморазведке.
Целью изобретения является повышение производительности работы, точности измерений, а также снижение удельных энергозатрат.
На фиг. 1 схематически представлен процесс асинхронного накопления для произвольной последовательности из шести разнополярных импульсов; на фиг.2 суммарный сигнал асинхронного накопления шести импульсов; на фиг.3 суммарный сигнал асинхронного накопления электроразведочной информации при возбуждении последовательности из шести токовых импульсов; на фиг.4 процесс асинхронного накопления для первой последовательности из четырех специально подобранных импульсов; на фиг.5 процесс асинхронного накопления для второй последовательности из четырех специально подобранных импульсов; на фиг.6 суммарная запись результатов асинхронного накопления обеих последовательностей.
Рассмотрим пример реализации предложенного способа для электроразведки, когда электромагнитное поле возбуждают импульсами тока в виде ступенчатой функции, = функции или в виде функции конечной длительности. Будем считать для простоты, что за время время регистрации полезного сигнала возбуждено шесть импульсов разной полярности, но через равные t (фиг.1). Каждому импульсу возбуждения будет соответствовать процесс становления поля соответствующей полярности, который грубо можно представить экспонентной (сами элементы на чертеже не показаны).
Так как каждая экспонента имеет длительность в результате возбуждения подобной последовательности импульсов будет регистрироваться сложный суммарный сигнал, который без соответствующей обработки является не читаемым визуально. Начнем асинхронное накопление сигналов. Для этого сдвинем регистрируемый сигнал влево на время, t временной интервал между импульсами, и так как второй импульс имеет отрицательную полярность, изменим знак регистрируемого сложного сигнала, т. е. проинвертируем его (фиг.1б). Затем сдвинем регистрируемую запись на 2 t оставив знак неизменным, затем сдвинем ее на 3 t с инверсией, затем без инверсии на 4 t и на 5 t В итоге получим шесть отрезков записи с разными сдвигами и полярностью (фиг. 1а-е). Теперь просуммируем их между собой. Если бы мы просуммировали синхронно шесть импульсов, то получили бы шестикратное увеличение амплитуды полезного сигнала. Здесь мы также имеем шестикратное увеличение сигнала (центральный пик на фиг.2), но одновременно асинхронное накопление осложнило суммарную запись собственными, методически обусловленными шумами шумами асинхронного накопления или иначе корреляционными шумами (боковые разнополярные пики на фиг.2). Так как каждому пику соответствует экспонента, суммарная запись после асинхронного накопления будет иметь вид, показанный на фиг. 3, где взаимное алгебраическое подсуммирование всех экспонент не произведено (это осложнило бы картину, приведя к потере наглядности), а лишь дается их местоположение с соответствующими амплитудами.
Таким образом, из фиг. 3 следует, что асинхронное накопление в чистом виде дает значительный уровень корреляционных шумов. При использовании большого числа импульсов (сотен или даже тысяч) соотношение сигнал/помеха будет улучшаться, но все же корреляционные шумы будут достаточно интенсивными, особенно в области больших времен, где полезный сигнал очень слаб.
Покажем теперь, каким образом в электроразведке можно производить корреляцию шумов асинхронного накопления. Для упрощения рассуждений будем считать, что сначала возбуждается последовательность из четырех импульсов (фиг. 4ж), которая подвергается асинхронному накоплению (фиг.4ж-к). Затем возбуждается другая последовательность из четырех импульсов и также подвергается асинхронному накоплению (фиг. 5 л-о). Особенность этих двух последовательностей заключается в том, что шумы асинхронного накопления у них разнополярными. В связи с этим общая суммарная запись по предлагаемому способу вообще не имеет корреляционных шумов (фиг.6). На фиг.6 пунктиром показана получающаяся в этом случае суммарная экспонента. Из фиг.4 и 5, следует, что если подобрать две последовательности, составленные из необходимого накопления числа импульсов таким образом, чтобы их корреляционные шумы были разнополярны, то результат асинхронного накопления в этом случае полностью идентичен результату синхронного накопления с той разницей, что производительность при этом возрастает в / t раз, где время регистрации полезного сигнала при одиночном возбуждении; t временной интервал между соседними импульсами.
Ниже дан пример двух таких последовательностей, состоящих из большего числа импульсов:
Первая последовательность
1 -1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1
Вторая последовательность
1 -1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1
ФАК первой последовательности
32 1 -2 1 0 1 -2 -3 0 -3 6 1 0 1 6 1 0 3 2 3 0 5 2 -1 0 3 2 -1 0 -1 2 -1
ФАК второй последовательности
32 -1 2 -1 0 -1 2 3 0 3 -6 -1 0 -1 -6 -1 0 -3 -2 3 0 5 -2 -1 0 3 -2 1 0 1 -2 1
Сумма автокорреляционных функций
64 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Каждая последовательность состоит из 32 импульсов одинаковой амплитуды, но разной полярности, возбуждаемых через равные интервалы времени.
Там же приведены автокорреляционные функции (ФАК) последовательностей, а также их суммы, на которой отсутствуют корреляционные шумы, а основной максимум на времени 0 2 Bn (0) 64. Если использовать N/2 пар последовательностей, подобных приведенным, то общая сумма их автокорреляционных функций будет иметь основной максимум B_n(0) N.M, где М 32 число импульсов в одной последовательности. Очевидно, что пары последовательностей могут быть не подобны друг другу, важно лишь, чтобы их корреляционные шумы взаимно компенсировались на окончательной суммарной записи. Точно также не обязательно, чтобы интервалы между импульсами и их амплитуды были одинаковы между собой, главное, чтобы соблюдалось условие
B_n( ) N M при 0;
B_n( ) 0 при 0, где B_n( ) автокорреляционная функция n-й последовательности; М число импульсов в последовательности; N количество последовательностей, причем длительность интервалов t между импульсами значительно меньше времени
Основными преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются повышение производительности труда и точность измерений, а также снижение удельных энергозатрат. Повышение производительности труда определяется соотношением t_i << В традиционных способах каждое следующее возбуждение следует лишь через время t > для того, чтобы не создавать помех в процессе возбуждения. В предлагаемом способе t<< так как особенности возбуждения и обработки сигналов позволяют ликвидировать корреляционные шумы на результирующей записи. В электроразведке обычно 8-10 с, в предлагаемом способе может быть достигнута величина t 20-50 мс (частота следования импульсов f 20-50 Гц). В этом случае выигрыш в производительности, определяемый как / t, достигает 160-500 раз, при этом точность измерений (т. е. общее количество возбуждаемых импульсов) и удельные энергозатраты (т. е. мощность источника возбуждения) подразумевается одинаковыми. Если снизить производительность в К раз, увеличив количество импульсов в К раз, то выигрыш в точности измерений возрастает в раз. Если снизить мощность источника (т.е. удельные энергозатраты) в L раз, то производительность при этом упадет также в L раз.
Отсюда следует, что предлагаемый способ дает возможность как получать выигрыш либо в производительности, либо в точности измерений, либо в снижении удельных энергозатрат, сохраняя две другие характеристики на уровне прототипа, так и получать выигрыш одновременно по двум или по всем трем характеристикам.