Способ измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Сфюз Сфаетскик Социалистических Респубпик(22) Заявлено 170180 (21) 2871009/18-25 с присоединением заявки ЙУ 6 01 Ч 3/08 ГосудврствеииыЯ комитет СССР ио делан изобретеииЯ и открытий(23) Г 1 риоритетОпубликовано 30.09.81, Бюллетень Й 9 ЗбДата опубликования описания 300981" 41 "сЪМосковский ордена Трудового Красного Знамени,геологоразведочный институтим. С. Орджоникидзе(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к техничес кой Физике и может быть использовано в геоэлектроразведке при измерениях вызванной поляризации (ВП),Известны способы измеоения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключающиеся в том, что с помощью заземленной питающей линии вводят в землю ток, а с помощью другой заземленной линии или датчика магнитного поля принимают из земли сигналы вторичного поля ВП.Устройства для осуществления этих способов содержат две линии - питающую и измерительную, каждая из кото рых соединена со своей парой электродов, одна линия соединена с генератором тока,.а другая - с измерителем сигналов 11.Недостатком данного технического 20 решения является сравнительно низкая производительность работ, связанная с необходимостью перемещений в процессе работы обеих,лиций, а также относительная сложность его реализации: для проведения полевых работ требуется использовать отдельную питающую линию и отдельную измерительную линию (или магнитометр). В ряде случаев, например при проведении 30 скважинных измерений использование такого способа измерений является затруднительным.Известен также способ измерснияВП при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают элеКтромагнитное поле в земле током, пропускаемым через заземленную линию, н измеряют .принимаемые нз земли сигналы той же заземленной линией, например измеряют ток ВП в питающей линии после выключения импульса поляризующего тока,Для осуществления этого способаприменяется устройство, содержащее двухпроводную линию, одни концы которой соединены через трехконтактные трехпоэиционные ключи с генератором тока и измерителем сигналов, а вторые концы соединены с электродами, выполненными, например, в виде железных штырей Г 2 З .Недостатком данного технического решения является то, что измеряемый сигнал ВП обусловлен ге толькс 1 вызванной поляризацией среда, но в значительно большей степени обусловлен вызванной поляризацией питающих электродов заземленной линии, которые одновременно служат и примными элект 868678родами. Так как электроды обязательно содержат металлические стержни,то при прохождении через них токаиа контакте металл-электролит протекают,злектрохимические процессы,вследствие чего происходит поляризация электродов, причем ЭДС ВП можетдостигать (в зависимости от металла,из которого изготовлен электрод)1-1,5 В, что значительно больше сигнала ВП, обусловленного вызваннойполяризацией изучаемой среды. 0Цель изобретения - повышение точ-,ности измерений путем снижения погрешностей,обусловленных вызванной.,поляризацией заземлений линии.для достижения указанной цели в 15способе измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключаю-гцемся в том, что возбуждают в землеэлектромагнитное поле током, пропускаемям через заземпенную линию, и 2 ризмеряют принимаемые из земпи сигналы той же заземленной линией, определяют приращение сигналов вызваннойполяризации н приращение сигналоввозбуждающего поля при несколькихпреимущественно двух, различных плотностях возбуждающего тока и по отношению приращения сигнала вызваннойполяризации к приращению сигнала возбуждающего поля судят о поляриэуемости пород.ЗОКроме того, в данном способе измерения проводят при плотностях возбуждающего тока не менее 50 мкА/см поверхности заземлений,Причем в устройстве, содержащем 35двухпроводную линию, одни концы которой соединены через трехконтактныедвухпозиционные ключи с генераторомтока и измерителем сигналов, а.вторыеконцы соединены с железными штырями, 4 рпричем общие контакты ключей соединены с концами двухпроводной линии,одна пара выходных контактов ключейсоединена с генератором тока, а вторая пара - с измерителем сигналов,железные штыри снабжены оболочкойиз электрохимически йассивного металла, преимущественно алюминия.На фиг. 1 дана структурная схемаустройства на фиг. 2 - графики зависимости ЭДС ВП некоторых электродов 5 рот плотности возбуждающего тока(график 8 - для железного штыря салюминиевой оболочкой, график 9для стандартного медного неполяри,зукщего,электрода). 55Устройство содержит двухпроводнуюлинию 1, одни концы которой черезтрехконтактные двупозиционные ключи2 и 3 соединейы с генератором 4 токаи измерителем 5 сигналов, а вторые брконцы двухпроводной линии 1 соединены с железными штырями б, которыеснабжены оболочкой 7 из электрохимически пассивного металла, преимущественно алюминия. Сущность изобретения заключается в следующем.В заданных точках измерений параметра ВП (на поверхности земли или в скважине) располагают двухпроводную линию 1, которую через ключи 2 и 3 соединяют сначала с генератором тока 4 (ключи 2 и 3 находятся в первой позиции, когда общие контакты этих ключей, к которым подсоединены концы линий 1, замкнуты с первой парой выходных контактов, ы которым подключены выходы генератора 4). При этом измеритель 5 сигналов оказывается отключенным. Двухпроводная линия 1 ;соединяется со штырями б, покрытие) оболочкой 7. Штыри б устанавливаются на поверхности земли иа расстоянии, например 200-300 м. После этого возбуждают в земле электромагнитное поле током, вырабатываемым генератором 4 и пропускаемым через заземленную на штыри б линию 1. Длительность импульса тока выбирают исходя из тех же условий: при изучении раииих стадий ВП эта длительность составляет величину от десятков вщллисекунд до десятков секунд, а при изучении поздних стадий ВПот десятков до сотен секунд. В конце импульса тока измеряют выходное напряжение генератора 4, которое при,стабильной величине токаравногде Ео - падение напряжения на активном сопротивлении среды;Е - ЭДС поляризации питающих. электродов во время пропус,каиия токафЕ - ЭДС поляризации среды вовремя вропускания тока.После выключения имцулвса тока ключи 2 и 3 устанавливаются во вторую .позицию, при этом генератор 4 отключается от линии 1, а к ней через вторую пару выходиых контактов ключей 2 и 3 подсоединяется иэмвритель 5 сигналов, с помощью которого измеря.- ется разностьпотенциалов ВП в один или несколько моментов времени после выключения тока (иапрваер, как и в обычной методике измерений ВП, через 0,5 с после выключения импульса тока)еее+ ез(2)Э6% ф,,где Е - ЭДС поляризации электродов б1 с оболочкой 7 после выключения токаЕ -ЭДС поляризации среды послевыключения импульса тока.После измерения сигнала ВП выдерживают паузу, равную примерно 5 длительностям импульса тока, достаточную для полного исчезновения ЭДС ВП среды и электродов,.и вновь возбуждают электромагнитное поле в зевав юе пульсом тока точно такой же длитель. ности, как и в первом соучае, но аэличину тока устанаапивают в М раз отличающейся от тока в первом импульсе, где М - целое или дробное число, преимущественно 1 с2. Силу тока 1 выбирают таким образом, чтобы плотность тока черв оболочки 7 быпа не менее 50 мкА/см , Если, например, поверхность оболочки 7 штыря б, погруженного в землю, составляет 200 смф, то сила тока 1, пропускаемого в заземленной линии 1, должна быть нв менее 10 мА, а сила тока 1 должна быть более 20 мА. В этом случае (фиг. 2) ЭДС поляризации электродов предлагаемой конструкции сохраняется постоянной независимо от величины . йоляризующего тока.Данное явление объясняется тем, что электрохимически пассивные металлы, к числу которых относится и. алюминий, имеют очень малый ток обмена. Если через такие металлы пропус кать ток, то при очень небольших токах наблюдается фнасыщениеф:,электричвские заряди, сообщаеже электроду от внешнего источника ЭДС, медленно расходуются на электроде очень 25 быстро. В связи с этим ЭДС ВП при плотностях тока больших 50 мкА/смй сохраняется неизменной.Неполяркзувщиеся. электроды, которые применяются в обычных уставов- З 1, ках, имеют большой ток обмена, так как они используют злектрохимически активные металлы, скорость электродной реакции на этих электродах является большей, ЭДС поляризации оказывается небольшой, но изменяющейся при изменении плотности возбуждающего тока. формула изобретения 1. Способ измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке,заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле током, пропускаеваюм через заземленную линию, и измеряют принимаемые иэ земпи сигналы той ае заземленной линией, о тл и ч а ю.щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения погрешностей, обусловленных вызванной поляризацией заземиений линии, определяют приращение сигналов вызванной поляризации и приращение сигналов возбуждающего поля при нескольких, преимущественно двух., различных плотностях возбуждающего тока и по отношению приращения сигнала вызванной поляризации к Для .пропускания второго импульса тока ключи 2 и 3 устанавливаются 40 снова в первую позицию, подключая генератор 4 к эаэемпенной линии 1.В конце импульса тока, через тот ае промежуток времени от начала импульса, как и в первом случае, из меряют выходное напряжение гейератора 4, которое при стабильной величине тока 1 с 1 равно1 Ео + Еапо+ 1 Е 611 о (3)Прк увеличении тока в.М раэ а данном случае в Е раз увеличится падение напряжения на омическом сопротивлении (1 сЕз ) и ЭДС ВП среды, в то время как ЭДС ВП пита"щ х электродов 5 сохранится постоянной.После выключения импульса тока ключи 2 и 3 устанавливаются во вторую позицию и в тот ае момент времени после выключения импульса тока, что и впервом случае, с помощьвкэмери теля сигналов 5 измеряется сигнвт ВП+ .,и (4)г впзпВ данном случае ЭДС ВП электродов сохраняется неизменной, а ЭДС ВП сре.ды увеличивается в М раз, так какЭДС ВП среды увеличивается линейнопрк увеличении плотности тока.Приращение сигналов ВП равноЕЮп= Е, - Е,: (-1)ЕЕд, (5)са приращение сигналов возбуждающего поля равноаЕО = Еф - Е.,= (1 с) (Е + Е ) (б)Отношение приращений сигналов .ВПи возбуждающего поля позволяет определить параметр ВП среды, исключиввлияние питающих электродоваЕ Е,ЬЕО Е+ ЕфпзлоПриращение сигналов ВП определяется по показаниям измерителя 5 сигналов (первый отсчет здесь запоминается, а затем берется отсчет непосредственного приращения сигналов ВП),а приращение сигналов возбуждающегополя определяется пошкалам генератора тока 4. Отношение этих приращений может быть получено по показаниям блока отношений сигналов ,непоказан). Для повышения точности измерения могут быть проведены при3-4 величинах возбуждающего тока.В качестве генератора тока можетбыть использовано любое стандартноегенераторное электроразведочное устройство. В качестве измерителя сигналов 5 .может быть использован любойэлектроразведочный измеритель импульсных сигналов,лВ .рассмотренном выше примере измерялось отношение приращений ЭДС ВПи первичного поля. Точно такие жерезультаты получаются и в том случае,если измерять не напряжение, а ток(приращение токов ВП и приращениевозбуждающих токов). В данном случаеизмеритель 5 сигналов может быть выполнен в виде обычного стрелочногомикроамперметра.200 Яд 4 йЙге. Я ставитель В. Зверхред Л. Пекарь едактор а. ю Корректор О. Била акаэ 8322/67 Тираж 735 ВНИКПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, РПодписноеССР комитета и открыт окая наб 4 лиал ППП ффПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 приращению сигнала возбуждающего поля судят о поляризуемости пород.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что плотности возбуж- .дающего тока выбирают не менее 50 мкА/см поверхности заземлений.й3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее двухпроводную линию, одни концы которой соединены через трехконтактные двухпоэиционные ключи с генератором тока и измерителем сигналов, а вторые кон-цы соединены с железными штырями, причем общие контакты ключей соедине- ны с концами двухпроводной линии,одна пара выходных контактов ",ключейсоединена с генератором тока, а вторая пара -; с измерителем сигналов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повьааения точности измерений, железные штыри снабжены бболочкой из злектрохимнчески пассивногометалла, преимущественно алюминия,Йсточники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 149156, кл. 6 01 Ч 3/02, 1962.2. Комаров В.А. Злектроразведкаметодом вызванной поляризации, Л.,