Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

ОПИСАИИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЛЬСТВУ Союз Советскнк Соцналнстнческнх Реслублнк(61) Дополнительное к авт, сеид-ву(22) Заявлено 170180 (21) 2871010/18-25с присоединением заявки Но(51)М. Кл.з 6 01 Ч 3/08 ГосударствениыЯ комитет СССР по дедам изобретениЯ и открытий(72 Авторы изобретения ч еМосковский ордейа Трудового Красного Знаменигеологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ГЕОЭЛЕКГРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . Изобретение относится к технической физике и может быть использованов геоэлектроразведке при измеренияхвызванной поляризации (ВП) на переменном токе.Известны способы измерения ВП пригеоэлектроразведке, заключающиесяв том,.что с помощью одной заземленной линии возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшеймере двух частот с разными амплитудами, а с помощью другой заземленнойлинии или магнитометра измеряют принимаеже из земли сигналы,Устройства для осуществления известных способов содержат две линиипитающую и измерительную, каждая изкоторых соединена со своей паройэлектродов, одна линия соединена сдвухчастотным генератором тока, авторая - с двухчастотным избирательным усилителем 113 .Недостатками известного способаявляются сравнительно низкая производительность работ, связанная с необходимостью перемещения в процессе,работы обеих линий, а также относительная сложность его реализации,поскольку для проведения полевых работ требуется использовать отдельную питающую линию и отдельную измерительную линию, В ряде случаев, например при проведении скважинных измерений, использование такого способаявляется затруднительным,Известен также другой способ измерения ВП при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что принимаемыеиз земли сигналы измеряют той же10 линией, которая используется для возбуждения электромагнитного поля Г 23.Для реализации такого способа измерений может быть использовано устройство, содержащее генератор тока,15 к выходным клеммам которого подклю"чены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы первого добавочного резистора и .20 шунта, ко второй выходной клемме подключен первый отвод второго добавочного резистора, вторые отводы резисторов соединены между собой, второйотвод шунта и вторая выходная клеммаслужат нагрузочными клеммами устройства, к выходам шунта и первого добавочного резистора подключены оптроны,соединенные с логометром, а также сного усилителя 8 подключен двухчастотный избирательный милливольтметр 9,а нагрузочными клеммами 10 и 11 устройства, к которым подключается питающая линия, служат второй отвод 5 шунта 4 и вторая выходная клемма 3.Способ осуществляется следующимобразом. и двухканальный Фазометр, соединенный с радиоприемником. С помощью указанного устройства измеряются Фазовые сдвиги возбужданзцих сигналов .двух частот в питающей линии Г 33.Однако ввиду того, что фазовые углы ВП, обусловленные как поляризациейсреды, так и поляризацией электродов от частоты не зависят, то разделить их не удается, в связи с чем по результатам таких измерений трудно судить о поляризуемости среды. 1 ОЦель изобретения - исключение погрешностей измерений, обусловленных вызванной поляризацией металлических электродов.Поставленная цель достигается тем, 15 что, в способе измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, оаключающемся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами гармонических составляющих, пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измеряют амплиту ду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, определяют разность величин мниьых составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по . которой судят о поляризуемости пород.В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первый З 5 отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, введены ключ, подключенный между вторыми отводами пер- Ю вого и второго добавочных резисторов, а также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двух- частотный избирательный милливольтметр, причем один из входов дифферен циального усилителя подключен ко второму отводу первого добавочного ре"эистора, второй вход дифференциального усилителя соединен со вторым отводом шунта, общая шина дифференциаль рного усилителя соединена с первойвыходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора.На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предла-, гаемого способа.Устройство содержит генератор 1 тока, к выходным клеммам 2 и 3 которого подключены шунт 4, первый добавочный резистор 5 и второй добавочный 40 резистор 6. Между вторыми отводаьы этих резисторов включен ключ 7. Второй отвод шунта и резистор соединеныс двумя входами дифФеренциального нияичая а Я . м яимтщ яиаЫваи 11 ы дя ъ 45 Электромагнитное поле в земле возбуждается токами нескольких, преимущественно двух, частот, например, током прямоугольной форж, в спектре которого содержатся гармонические составляющие с убывающими пропорционально увеличению номера гармоники амплитудами (амплитуда тока третьей гармоники в 3 раза меньше амплитуды тока первой гармоники). При этом величина возбуждающего тока выбирается таким образом, чтобы уже для тока меньшей величины на электродах питающей линии происходило насыщение сигнала ВП. Как показывают результаты лабораторных н полевых измерений, при использовании железных штырей минимальная плотность тока должна быть равна 300/400 мкА/см поверхности электрода. Соответственно, на второй частоте (первой гармонике) ппотность тока должна быть в 3 раза больше. В этом случае мнимая составлякщая сигнала на электродах, обусловленная поляризацией этих электродов, является постоянной, независи" мой от силы тока как при указанных выше, так и при больших плотностях возбуждающего тока. Минмаше же состав" ляющие сигналов, обусловленные поляризацией изучаемой среды и индукционными эффектами в этой среде, изменяются пропорционально величине возбуждающего тока.Если измерения проводятся на первой и третьей гармониках, то, как известно, фазовые углы ВП электродов и среды сохрайяют постоянной свою величину независимо от частоты, а фазовые углы индукции увеличиваются пропорционально частоте возбуждающего поля. Поэтому10( ич) 0 Зф+ ,0+ зя,оЕ. (1) где 1 0 и - мнимая составлякщая,обусфловленная поляризациейпитающих электродов1,0 - мнимая составляющая индукционного происхождения;в 08 п мнимая составляющая обусловленная поляризуемостьюизучаемой среща.В выражениях (1) и (2 мнимые составляющие, обусловленные поляризацией питающих электродов, равны несмотря на разную величину возбуждающего тока на первой и третьей гармониках ввиду насыщения ВП на электродах яяяя 6 гитыфюй вятялеи яляйювяяат 1 яггтока. Мнимые же составляющие, обус"ловленные индукционными эффектами,также равны, ибо интенсивность индукционных эффектов на третьей гармонике в 3 раза больше, чем на первойармонике, но.так как ток.третьейармоники в 3 раза меньше, чем токпервой гармоники, то мнимые составляющие индукционного происхожденияоказываются одинаковыми.Разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот определяется только поляриэуемостью среды и не зависит от поляризации электродов1 ц(ш) - 1,ф(ш)210 зд (3)Данный параметр мажет служить мерой поляриэуемости среды, так какдля неполяриэующейся среды он равеннулю.Помимо укаэанного виае параметра 33ВП может быть получен также относительный параметр ВП - фазовый уголВП. Для этого полученную разностьмниьвх составляющих, соответствующуюуравнению (31, нормируют путем деления ее на разность амплитуд сиг"напов возбуждающего поля первой ивторой частот, например на разностьамплитуд напряжений первой и третьейгармоник на питающих электродах. Этотпараметр также характеризует толькоЗП изучаемой среды,Для повышения точности измеренийможет быть использована третья частота. В этом случае, если мнимаясоставляющая, обусловленная поляризацией питающих электродов, оказывается зависимой от плотности тока, этотфакт будет отмечен и может быть устранен.Устройство для реализации способа 4 Оработает следующим образом,Ренератор 1 тока, вырабатывает токпрямоугольной форьы, в котором содержатся первая и третья гармоники. Напряжение с выхода генератора подается на выходные клеюв 2 и 3. Последовательно в питающую цепь включеншунт 4, падение напряжения на котором повторяет, форму питающеготока.На делителе, образованном добавочными 5 Орезисторами 5 и 6, создается падениенапряжения, форма которого повторяетформу питающего напряжения, вырабатываемого генератором 1. Если ключ 7разомкнут, то диФференциальный усилийель 8 работает в режиме масштабногоусиления сигнала с выхода шунта 4При этом с помощъю избирательногоуилливолътметра 9 измеряется амплитудавозбуждающего сигнала первой и второйчастот (или их разность). Избиратель- боный милливолътметр представляет собойстандартный милливольтметр с последовательным переключением рабочих частот и возможностью проьежуточного за.поминания сигнала одной иэ частот с тем, чтобы впоследствии непосредственно измерить разность сигналов двух частот.После замыкания ключа 7 дифферен-. циальный усилитель 8 работает в режиме вычитания сигналов, поступающих на два его входа. При этом, если реактивность цепи, подключенной к клеммам 10 и 11, равна нулю, форма сигналов на,шунте 4 и добайочном. резисторе 5 одинакова, и, изменяя коэффициент деления выходного напря,жения с помощью плавно-ступенчатого резистора б, можно добиться нулевых показаний милливольтметра 9 как на первой, так и на второй частотах.При наличии ВП питающих электро" дов и изучаемой среды с помощъю аттенюатора 6 может быть скомпенсиро, вана только активная компонента возбуждающего сигнала, а мнимая компонента измеряется с помощвю избирательного милливольтметра 9 как минимальное значение сигнала, который не может быть скомпенсирован с помощью аттенюатора 6. Разность мнимых составляющих возбуждающего сигнала, определяющаяся выражением (3), также, считывается непосредственно с выхода измерителя 9 и служит мерой попяризуемости среды.Формула изобретения1. Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами гармонических составляющих, пропускаемыми через зазем-; ленную токовую линию, и измеряют амплитуду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей, обусловленных вызванной поляризацией заземлений линий, определяют. разность величин мнииас составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой судят о поляризуемости пород.2, Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт,. причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первый отвод второгодобавочного резистора, а нагруэоч"ными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходнаяклемма, о т л и ч а ю щ е е с я "тем,что, с целью повьвания точности изме"рений, в него введены ключ, подключенный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов, аТираж 735 ПодписноеИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий.35, Москва, й, Раушская наб., д. 4 ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проектн также последовательно соединенныедифференциальный усилитель й двухчастотный избирательный милливольтметр,причем один из входов дифференциального усилителя подключен ко второмуотводу первого добавочного резистора,второй вход дифференциального усилителя соединен со вторым отводом шунта, общая шина дифференциальногоусилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочныйрезистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора. И ст очни ки и н формации принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 б 27428, кл. 0 01 Ч 3/02,5 2. Комаров В.А, Электроразведка методом вызванной поляризации, Л., "Недра", 1972, с. 71. 3. Авторское свидетельство СССРР 433438, кл. 6 01 Ч 3/02, 1974