Способ геоэлектроразведки

Способ геоэлектроразведки, основанный на возбуждении в исследуемой среде неустановившегося электромагнитного поля двумя разнополярными различной амплитуды и длительности импульсами тока, задержанными один относительно другого, и измерении переходного процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерений при разведке локальных объектов и разделении сигналов вызванной поляризации и переходных процессов, определяют момент времени, когда измеряемый сигнал равен нулю, затем определяют время перехода измеряемого сигнала через нуль при других длительностях и амплитудах импульсов тока, и также измеряют амплитуды сигналов переходного процесса по указанному времени, по которому судят о свойствах исследуемой среды.

Изобретение относится к способам электроразведки и может быть использовано в рудной и структурной электроразведке в сухопутном, морском вариантах, а также при скважинных исследованиях.
Известен способ электроразведки, основанный на изучении процессов становления электромагнитного поля, возбуждаемого в земле прямоугольным импульсом тока, в котором измеряют неустановившееся электромагнитное поле в ближней к источнику зоне при размерах контуров источника и приемника, меньших мощности слоистой толщи. В этом случае регистрируемый в приемном контуре сигнал в поздней стадии становления пропорционален кубу суммарной, продольной проводимости разреза [1]
Недостатком данного способа является низкая разрешающая способность по выделению одиночного пласта, проводимость которого невелика по сравнению с суммарной продольной проводимостью разреза, так как в этом случае небольшое изменение проводимости разреза, обусловленное наличием в среде объекта поисков, приводит к изменению измеряемого сигнала, лежащему ниже ошибок измерения.
Известен способ электроразведки, в котором для уменьшения времени измерения и повышения детальности исследований регистрируют горизонтальную компоненту электрического поля Е_гор, производную по времени от вертикальной компоненты магнитного поля Н и по величине отношения судят о параметрах разреза [2]
Недостатком этого способа является низкая разрешающая способность и необходимость измерения двух компонент электрического поля.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ индуктивной геоэлектроразведки, предусматривающий возбуждение электромагнитного поля импульсом тока, представляющим собой комбинацию двух разнополярных импульсов, включенных с некоторым запаздыванием по времени T один относительно другого, что позволяет повысить детальность расчленения исследуемого разреза [3]
Недостатком данного способа является также низкая разрешающая способность при изучении слабоконтрастных по удельному сопротивлению объектов.
Цель изобретения повышение разрешающей способности измерений при разведке локальных объектов и разделении сигналов вызванной поляризации и переходных процессов.
Поставленная цель достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, основанном на возбуждении неустановившегося электромагнитного поля двумя разнополярными различной амплитуды и длительности импульсами тока, задержанными один относительно другого, и измерении переходного процесса, определяют момент времени, когда измеряемый сигнал равен нулю, затем определяют времени перехода измеряемого сигнала через нуль при других длительностях и амплитудах импульсов тока, и также измеряют амплитуды сигналов переходного процесса на указанных временах, по которым судят о наличии в разрезе искомого объекта.
В методе переходных процессов неустановившееся электромагнитное поле измеряется в паузах между импульсами тока, коммутируемыми в генераторной петле. Длительность токовых импульсов выбирается такой, чтобы на результате измерений влияние переднего фронта было мало. Поэтому принято считать, что ток в генераторной петле меняется по закону

где I сила тока в петле;
l(t) единичная ступенчатая функция.
Известно, что эффективная глубина проникновения электромагнитного поля в среде зависит от свойств среды и времени измерения электромагнитного поля, отсчитываемого от момента выключения тока в генераторном контуре.
На фиг. 1 и 3 представлен график амплитуды импульса тока в генераторном контуре, образованный двумя разнополярными импульсами тока различной длительности, сдвинутых один относительно другого; на фиг.2 и 4 график величины ЭДС в измерительном датчике при различных параметрах, возбуждающих поле импульсов.
Импульс тока I в генераторном контуре образован двумя разнополярными импульсами тока различной длительности I_3.1 и I_1.1, сдвинутых один относительно другого на величину T₁ импульсов тока, у которых передние фронты не влияют на результаты измерений, а измерения производятся после их выключения (фиг.1).
Величина ЭДС в измерительном датчике во время t₀₁ после выключения поля равна нулю (фиг.2).
Импульс тока в генераторном контуре при измененных параметрах импульсов тока I_3.1 и I_1.2, сдвинутых относительно друг друга на интервал времени , представлен на фиг.3.
Для пояснения существа способа рассмотрим плоскость S (тонкого пласта мощностью h) и с удельным сопротивлением в поле вертикального магнитного диполя. Если расстояние r между генераторным контуром и измерительной рамкой меньше величины 2/r+2h/r+2t/ _{o n}, то выражение скорости изменения магнитного поля имеет вид

где B_Z вертикальная компонента магнитного поля;
M_г момент генераторного контура;
m параметр;
Z расстояние по вертикали от поверхности земли до точки измерения поля (если поле измеряется на поверхности Земли, то Z 0);
h глубина до плоскости S;
t время от начала переходного процесса при возбуждении поля ступенчатым измерением тока в генераторной рамке;
_o= 4 10^-1Гн/м.
При возбуждении электромагнитного поля импульсов тока (фиг.1) переходный процесс имеет переход через нуль:
(2)
(3)
(4)
где и ЭДС, обусловленные соответственно передними I₁ и задним I₂ ступенчатыми изменениями амплитуды токового импульса, которые сдвинуты один относительно другого на величину T.
M_г1=J₁ n_г S_г; M_г2=J₂ n_г S_г,
где S_r площадь генераторного контура;
n_r число витков генераторной рамки;
t₀₁ время, на котором измеряемая ЭДС переходит через нуль.
Принимая во внимание то, что
t₂= t₁+ T₁,
получаем

Если изменить величину T или отношение I₂/I₁ (либо то и другое вместе), то значение времени, на котором ЭДС равна нулю, находят из равенства
(5)


Таким образом, по формуле (5) рассчитываются времена, на которых сигнал от плоскости 5 равен нулю.
Если же становление электромагнитного поля измеряется над средой, в которой ниже плоскости S залегает проводящий объект, то измеренная на временах t₀₂, t₀₃ и т.д. ЭДС отлична от нуля и равна сигналу от вышеупомянутого объекта.
Аналогичным способом измеряется полезный сигнал от объекта поисков при возбуждении поля другими источниками, либо при залегании его в средах, отличных от рассмотренной выше (например, в однородном полупространстве), двухслойной среде и т.д.
Данный способ электроразведки может быть применен также для разделения сигнала ВП и МПП, измеренных одной установкой.
Если поле возбуждается импульсом тока, форма которого приведена на фиг. 1, то при малых значениях T₁ (в ранней стадии) поле слабо зависит от поляризуемости пород, а в основном обусловлено индукционным эффектом. По мере увеличения времени от начала переходного процесса доля поляризационной ЭДС в суммарном сигнале увеличивается. Для того, чтобы на этих временах исключить из регистрируемой ЭДС сигнал, обусловленный индуктивными процессами в земле, рассчитываются времена t₀₂ и t₀₃ по зависимостям, аналогичным равенству (5), либо измеряются в нормальном поле и в этих точках проводятся измерения электромагнитного поля.
Принципиальная схема установки для возбуждения и регистрации сигнала переходного процесса содержит генераторную и измерительную рамки, силовой ключ для возбуждения поля импульсом тока и блок регистрации сигнала на временах t₀₁, t₀₂, t₀₄ и т.д.
Способ геоэлектроразведки осуществляется следующим образом.
В генераторном контуре возбуждается поле импульсом тока (фиг.1) при T = T₁.
В измерительном устройстве регистрируется время t₀₁, на котором сигнал равен нулю (фиг.2).
Задается токовый импульс с задержкой T, равной T₂ и измеряется ЭДС на время t₀₂ (фиг.3 и 4).
Затем электромагнитное поле возбуждается импульсом тока с задержкой T₃ и измеряется на время t₀₃ и т.д. По измеренным на временах t₀₂, t₀₃, t_0i и т. д. сигналам судят о наличии в разрезе проводящего объекта, a по значениям амплитуд сигналов и величинам t₀₂, t₀₃, t_0i о его параметрах.
Применение предлагаемого способа позволяет вести поиски рудных тел, перекрытых низкоомными пластообразными образованиями, поиски локальных структур, перспективных на обнаружение нефтяных и газовых залежей в низкоомных разрезах, изучать околоскважинное и призабойное пространство с целью поисков локальных объектов, перекрытых проводящими отслоениями, и выделять в суммарном сигнале ЭДС, обусловленную процессом ВП.
Способ геоэлектроразведки, основанный на возбуждении в исследуемой среде неустановившегося электромагнитного поля двумя разнополярными различной амплитуды и длительности импульсами тока, задержанными один относительно другого, и измерении переходного процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерений при разведке локальных объектов и разделении сигналов вызванной поляризации и переходных процессов, определяют момент времени, когда измеряемый сигнал равен нулю, затем определяют время перехода измеряемого сигнала через нуль при других длительностях и амплитудах импульсов тока, и также измеряют амплитуды сигналов переходного процесса по указанному времени, по которому судят о свойствах исследуемой среды.