Способ геоэлектроразведки

1. СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, при котором в ряде точек исследуемого участка возбуждают неустановившееся электромагнитное поле токовым сигналом вида

где I₁ - амплитуда первого экстремума токового сигнала;
A(t) - закон изменения токового сигнала на временном интервале от 0 до Т₁, время t отсчитывается от первого перехода через ноль токового сигнала;
I₂ - амплитуда второго экстремума токового сигнала;
- коэффциент затухания токового сигнала;
круговая частота токового сигнала;
Т - период токового сигнала;
Т₁ - момент включения токового сигнала;

- фазовый сдвиг токового сигнала

где n - число переходов через ноль токового сигнала,
измеряют на временном интервале от начального времени Т_н до конечного времени Т_к сигнал Е переходного процесса от исследуемой среды и по результатам измерений судят о ее строении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения слабоконтрастных по электропроводности объектов, в первой точке исследуемого участка значение круговой частоты w токового сигнала устанавливают из условия

где t - длительность временного интервала между двумя разнополярными экстремумами сигнала DE переходного процесса от исследуемого объекта,
последовательно увеличивают число n переходов через ноль токового сигнала до значения

при каждом значении параметра n увеличивают амплитуду I₂ второго экстремума токового сигнала в пределах

с заданным шагом, для каждого из установленных значений амплитуды I₂ определяют в окрестности точки перехода через ноль сигнала E переходного процесса от исследуемой среды значение отношения сигналов определяют максимальное значение этого отношения и соответствующие ему значения параметров I₂ и n токового сигнала, с которыми проводят возбуждение электромагнитного поля в остальных точках исследуемого участка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закон изменения токового сигнала на временном интервале от 0 до Т₁ устанавливают в соответствии с выражением

Изобретение относится к области геоэлектроразведки и может быть использовано для выявления слабоконтрастных неоднородностей при исследованиях сложнопостроенной геологической среды методами становления электромагнитного поля.
Целью изобретения является повышение точности выделения слабоконтрастных по электропроводности объектов.
На фиг. 1 представлены изображения сигнала Е переходного процесса от всего исследуемого разреза и сигнала Е переходного процесса от исследуемого слоя при возбуждении единичным токовым сигналом, а на фиг. 2 представлено изображение фокусировочного токового сигнала, изменяющегося по гармоническому экспоненциально-затухающему закону.
Сущность предлагаемого способа геоэлектроразведки заключается в следующем.
Анализ токового сигнала показывает, что регулируя такие параметры, как число переходов через ноль n и l₂ - амплитуду второго экстремума токового сигнала, можно конструировать оптимальное проявление наперед заданного объекта в исследуемой сложнопостроенной среде, т.е. фокусировать (наводить) электромагнитное поле на объект поиска. Обоснуем возможность такой фокусировки. Как отмечалось выше, сигнал Е переходного процесса от исследуемой среды (разреза) может быть представлен в виде суммы сигнала Е переходного процесса от исследуемого объекта и сигнала Е_о переходного процесса от вмещающей среды. Упрощенно рассуждая, можно сказать, что наличие проводящего объекта в исследуемой среде приводит на ранних временах к уменьшению суммарного сигнала Е, т.е. объект "отбирает" сигнал. На поздних временах объект "добавляет" сигнал в суммарную переходную характеристику. Таким образом, на фоне сигнала Е переходного процесса от всего разреза в целом, имеющего одну полярность для соосной установки, развивается разнополярный сигнал от проводящего объекта исследований. На фиг. 1 графически представлены сигнал Е переходного процесса от модели двенадцатислойного разреза и сигнал Е переходного процесса от исследуемого объекта - восьмого слоя этого разреза. Сигналы Е и Е определялись при одинаковом законе (функция Хевисайда) изменения токового сигнала. Предположим, что можно так подобрать параметры фокусировочного токового сигнала (фиг.2), изменяющегося в соответствии с законом (1), чтобы отрицательная и положительная фазы сигнала Е суммировались, а суммарный сигнал Е переходного процесса (следовательно и сигнал Е_о) уменьшался за счет вычитания. Будем изменять, например, круговую частоту токового сигнала. Существуют значения , например, начиная со 150 рад/с, при которых на заданном временном интервале амплитуда сигнала Е практически не уменьшается, в то время как амплитуда суммарного сигнала Е убывает, т.е. уменьшается амплитуда сигнала Е_о. В окрестностях точки перехода сигнала Е через ноль значения сигнала Е_о минимальны и можно ожидать получения максимальной величины отношения . Чтобы переход через ноль сигнала Е попадал в заданный временной интервал от Т_н до Т_к, периоды сигнала Е переходного процесса от исследуемого и фокусировочного токового сигнала должны быть соизмеримы. Для этого длительность полупериода Т/2 фокусировочного токового сигнала не должна превышать длительность временного интервала между разнополярными экстремумами сигнала Е переходного процесса от исследуемого слоя (фиг.1), т.е. значение круговой частоты токового сигнала должно удовлетворять условию . При этом максимальное значение определяется тем фактом, что увеличение круговой частоты сдвигает область перехода через ноль сигнала Е в более раннюю стадию становления поля, т.е. увеличение параметра ограничено наименьшим значением начального времени Т_н измерения, которое обычно лежит в пределах десятков микросекунд.
Реализовать возможность достижения максимальной величины отношения сигналов в окрестности точки перехода через ноль сигнала Е можно путем регулирования мощности токового сигнала на временном интервале Т/2, длительность которого обусловлена выбранным значением круговой частоты. Для этого предлагается регулировать величину амплитуды l₂ второго экстремума токового сигнала в сторону увеличения, начиная с l₂ = l₁. Верхний предел изменения значений l₂ обусловлен тем, что мощность токового сигнала на интервале от 0 до Т₂ ограничена мощностью токового сигнала на интервале от 0 до Т₁, т.е. соотношением
I(t) t I(t) t которое упрощено может быть представлено в виде l₁ T₁ l₂ T₂. Минимальный шаг регулирования значений l₂ определяется точностью измерения сигнала переходного процесса, т.е. типом используемого измерителя.
Усилить эффект фокусировки представляется возможным также с помощью формирования токового сигнала на временном интервале от 0 до Т₁ в виде полукосинусоиды, т.е.
A(t) = cos Это позволит сконцентрировать энергию электромагнитного поля на временном интервале от 0 до Т₁ за счет увеличения амплитуды l₁, а следовательно дает дополнительную возможность увеличения сигнала Е переходного процесса от исследуемого слоя.
Поскольку увеличение параметра l₂ ограничено сложностью реализации его больших значений, то дальнейшее увеличение отношения сигналов может быть достигнуто путем регулирования числа переходов через ноль токового сигнала. При этом длительность временного интервала от 0 до Т₂ не должна превышать заданного начального времени Т_н измерения, следовательно, максимальное значение параметра n может быть определено из условия
T_н при = 0
В предлагаемом способе по сравнению с отрицательным методом переходных процессов, использующим единичный токовый сигнал, начальное время Т_н измерения может быть существенно уменьшено. Можно показать, что увеличение времени Т₂ воздействия гармонического токового сигнала ограничено временем положительного токового сигнала ограничено временем положительного максимума сигнала Е (фиг.1).
Способ осуществляется следующим образом.
Перед основными зондированиями проводят в первой точке исследуемого участка подготовительный цикл работ, включающий в себя проведение вспомогательного зондирования, необходимого для построения приближенной модели исследуемой среды и для определения параметра фокусировочного токового сигнала, а также проведение серий предварительных зондирований, необходимых для определения оптимальных параметров n и l₂ фокусировочного токового сигнала.
Вспомогательное зондирование может быть проведено по любой из известных электроразведочных методик, например, по традиционному методу МПП с использованием единичного токового сигнала. При этом измеряют в соответствии с заданной временной шкалой сигнал Е переходного процесса от всего разреза и на основании результатов измерений строят приближенную модель исследуемой среды, например, с помощью представления вмещающей среды в виде полупространства или плавающей плоскости и математического моделирования слоистой среды по методу Тихонова.
Используя приближенную модель среды, выделяют объект изучения (слой разреза или интервал глубин с определенным значением проводимости) и находят приближенные параметры вмещающей среды. На основе этих параметров рассчитывают, например, методом Тихонова, сигнал Е_о, характеризующий реакцию вмещающей среды на воздействие единичным токовым сигналом. Вычитают из измеренного сигнала Е расчетный сигнал Е_о и получают сигнал Е переходного процесса, характеризующий реакцию объекта изучения на воздействие единичным токовым сигналом. Сигнал Е объекта изучения имеет разнополярные экстремумы, поскольку наличие проводящего объекта в исследуемой среде приводит на ранних временах к уменьшению суммарного сигнала Е1, а на поздних временах - к увеличению сигнала Е.
Определяют длительность временного интервала между разнополярными экстремумами сигнала Е переходного процесса от объекта изучения при воздействии единичным токовым сигналом. Значение круговой частоты определяют, исходя из условия . Значение коэффициента затухания устанавливают из условия существования колебания токового сигнала, < .
Далее производят ряд серий предварительных зондирований фокусированным токовым сигналом с неизменными для всех серий значениями параметров и . Значения параметра l₂ в каждой из серий увеличивают с заданным шагом до максимального значения I_макс I₁ . Значение параметра n от серии к серии увеличивают от n = 1 до максимального заданного значения n_макс T_н , а для всех зондирований одной серии оставляют постоянными.
После каждого возбуждения измеряют в заданном временном диапазоне Т_н - Т_к сигнал Е переходного процесса от всего разpеза. По приближенным параметрам вмещающей среды рассчитывают сигнал Е_о, характеризующий реакцию этой среды на воздействие фокусировочным токовым сигналом с соответствующими параметрами. Вычитают из измеренного сигнала Е расчетный сигнал Е_о и получают сигнал Е, характеризующий реакцию объекта изучения на данное воздействие.
Определяют окрестность точки Т_о перехода через ноль измеренного сигнала Е, который в случае использования токового сигнала вида (1) имеет знакопеременный характер. Окрестность точки Т_о перехода через ноль определяют как временную область, ограниченную заданным уровнем относительно близлежащих экстремумов сигнала Е и не включающую саму точку инверсии. Величина заданного уровня зависит от интенсивности проявления объекта изучения. Практически этот уровень можно рекомендовать выбрать 0,2 от экстремального значения сигнала Е слева и справа от точки Т_о. В окрестности точки Т_о перехода через ноль определяют среднее значение отношения сигналов Е к Е, например, по формуле
1- ,
(2) где m - количество отсчетов сигнала Е в окрестности точки Т_о. На практике, например, при плотности временной шкалы t_i+1 = =t_i 2^1/2 в окрестность точки Т_о попадает не более шести отсчетов - три до инверсии и три после инверсии. В результате проведения заданного числа серий предварительных зондирований получают такое же число серий значений отношения , каждое из которых определено в окрестности времени Т_о перехода через ноль соответствующего сигнала Е. Находят значение времени Т_{о макс}, при котором достигается максимальное значение отношения и соответствующие этому максимальному значению оптимальные параметры n и l₂ токового сигнала.
После проведения в первой точке исследуемого участка подготовительного цикла работ по фокусировке, во всех остальных физических точках этого участка проводят зондирования токовым сигналом с оптимальными значениями параметров n и l₂, полученными в результате фокусировки.
Результаты измерений сигнала переходного процесса, относящиеся к окрестности времени Т_{о макс}, трансформируют и получают уточненные значения параметров объекта изучения - кажущихся сопротивления и толщины слоя h.
Использование: в области геоэлектроразведки для выявления слабоконтрастных геоэлектрических неоднородностей при исследованиях сложно построенной геоэлектрической среды методами становления поля. Сущность изобретения: повышение эффективности выделения слабоконтрастных исследуемых объектов достигается наведением (фокусировкой) электромагнитного поля на исследуемый объект (слой), с помощью гармонического экспоненциально-затухающего сигнала, параметры которого - круговую частоту, амплитуду второго экстремума, число переходов через ноль - устанавливают исходя из условия обеспечения максимального относительного сигнала переходного процесса от исследуемого поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.