Электроразведочная станция

(51)м. Кл. С 01 Ч 3/08 Ъс присоединением заявки Йо -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(53) УДК 550. 837. .2.08 (088. 8) Дата опубликбаания описания 27.0280(72) Авторы изобретевия И. А. Безрук, Л, П. Брюшкова, А. Г, Клочков,В. Н, Ключкин, С, М Крылов, В. О, Лахтионов,Л, П, Левицкий, С. Е, Меликадзе, А. В. Рыжов,К. П. Хромоин и О. И, Чинарева Всесоюзный научно-иаследбвательский институт геофизических методов разведки(54) ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ 20 Изобретение относится к электро- разведочной технике и предназначено для измерения и регистрации компонентэлектромагнитного поля при электро- " раэведке на нефть и газ по методам магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и зондирования становлением поля (ЗС),Известна электроразведочная стаиция, предназначенная для измерения и регистрации компонент электромагнйФ- ного поля, содержащая каналы измере.ния магнитных и электрических компонент естественного электромагнит-": . ного поля, включающйе датчики магнитного и электрического поля, усилительно-преобразовательный тракт, устройство управления и сиихронизации,- а также регистратор (1. Недостатком этой станции являет ся то, что результаты измерений представляются в аналоговой форме, что затрудняет использование ЭВМ при интериретации результатов наблюдений.Известна также цифровая электро- разведочная станция ЦЭС, которая состоит из нескольких каналов, каждый из которых включает последователь но соединенные датчики электрических или магнитных компонент поля и усилители, подключенных к последователь,но включенным коммутатору каналов,преобразователю аналог-код, магнитному регистратору и системы синхронизации и управления, подсоединеннойк управляющим входам коммутатора,преобразователь аналог-код и магнитному регистратору. Станция имеетдва канала для измерения электрических компонент поля и три каналадля измерения магнитных компонент.Датчиками электрических компонентявляются заземленные электрическиедиполи, а датчиками магнитных компонент-магнитостатические магнитометры и индукционная петля. Частотныехарактеристики диполей магнитометрови усилителей равномерны до частоты20 Гц. Динамический диапазон измерений равен 66 дБ (П-ти разрядный дво"ичный код). Запись результатов измерений производится в цифровой форме на магнитной ленте. Система синхронизации и управления обеспечиваетвнутреннюю синхронизацию работы всехузлов станции при регистрации магнитотеллуричесюэго ноля и внешнюю синхронизацию пс радиоканалу работыстанции с раблой генераторной установки при регистрации сигналов становления поля 2.В связи с совершенствованием метОдов электроразведйи станция ЦЭС не в полной мере удовлетворяет новымтребованиям, предъявляемым к электроразведочной аппаратуре, Это приводиткограничению информативности и производительности электроразведочййхработ по методам МТЗ и ЭС. В основйом это связанб с ограниченностьюдинамическхто и частотного диапазонов станции.При работе по методу МТЗ для изучения большинства геоэлектрическихразрезов достаточно регистрироватьмагнитотеллурическое поле в диапазоне частот 0,001-10 Гц.В диапазоне частот 0,001-0,1 ГцСреднестатический спектр поля неравномерей. С увеличением частоты он уменьшается в среднем со скоростью б дБ/ 2 Ооктава, Кроме того, в разли 4 ное времясуток уровни сигналов на различныхчастотах изменяются на 30-40 дБ. Поэтому динамического диапазона (66 дБ)станции недостаточно для одновременной регистрации всех частот. Приходится увеличивать-длительность регист.рации поля для того, чтобы гарантиро"вать регистрацию различных частот сдостаточно высоким уровнем сигнала. ЗоПри обработке результатов регистрации на ЭВМ достаточно, чтобы нродолжительность регистрации была равна15-20 периодам нижней граничной частоты. Это означает, что продолжиТель- З 5-ность регистрации должна быть равна5-6 часам. Однако, из-за ограниченности динамического диапазона продолжительность" регистрации приходится уве личивв ать до 2 4 часов .уровень магнитотеллурического поля 4 Ов диапазоне частот 0,1-10 Гц"примерно на 40 дБ ниже, чем уровейь поляна частотах до 0,1 Гц. Частотные характеристики измерительных каналовстанции равномерны до частоты 20 Гц, 4Однако, из-за ограниченного динами"ческого диапазоназарегистрировать снеобходймой точностью вариации поля вдиапазоне частот 0,1-10 Гц на фонеболее сильных низкочастстнйхвариа Оцйй в большинствеслучаев нб -удается.Вероятность встретить сильные вариации в этом диапазоне даже приувеличении времени наблюдения до нес-"кольких суток мала, Поэтому на практике приходится ограничиваться регистрацией поля в диапазоне частот до0,1 Гц. При этом в большинстве случаев на кривых МТЗ получаютсятолькоправые восходящие ветви, что сушест-венно ограничивает информативность6 Ометода.В последнее время широкое раСпрост" ранение"получил метод" зондированйя" " становлением поля в ближней зоне ис точника. Динамический диапазон сигна лов становления в ближней зоне увеличился до 80-100 дБ. В связи с ограниченностью динамического диапазонастанции такие сигналы приходится регистрировать 5-6 раз на различных пределах измерения с общим диапазоном изменения пределов 40-50 дБ.Вначале на максимальном пределе измерения регистрируются начальные сТадии сигнала, Затем, уменьшая пределы измерения регистрируют более поздние стадии. При регистрации поздних стадий сигнала на малых пределах .измерения начальные .стадии сигнала перегружают усилитель и -переходные процессыв усилителе, искажают позд ние стадии полезного сигнала. Для исключения перегрузок вход усилителя отключается от датчика поля на то время, когда сигнал превышает предел измерения, В станции используется. специальная схема синхронизации и управления; которая отключает вход усилителя от датчика. При этом время переключенияподбирается при каждой регистрации оператором в зависимости от конкретной формы сигнала.При регистрации сигнала по частям на различных пределах измерения и при последуюоем синтезировании всего сигнала неизбежны потери в точности измерения. Кроме того, падает производительность работ эа счет повторных регистраций и за счет непроизводительных затрат времени (до 50) на пробные наблюдения сигнала и подбор времениперекл.очения входа усилителя,Цель предлагаемого изобретения расширение частотного диапазона измеренийДля этого в известной электроразведочной станции, содержащей несколько измерительнюс каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные магнитостатические или элект - рические датчики и усилители, подключенные к последовательно включенным коммутатору каналов, преобразователю аналог"код и магнитному регистратору, а также систему синхронизации и управления, подсоединенную к управляю- щим входам коммутатора, преобразователя аналог-код и магнитного регистратора, дополнительно параллельно магнитостатическим датчикам ко второму входу усилителей подключена через частотно-корректирующие предусилители Йндукционные датчики, между усилителями и коммутатором каналов в каждом измерительном канале включен следяОий аналог-цифровой преобразователь, между аналого-цйфровым преобразователем и.магнитным регистратором включен сумматор, соединенный также с одним из выходов каждого следящего аналогоцифрового преобразователя, а система синхронизациии управления дополнительно подключена к управляющим входам следящих аналого-цифровых преобразователей и сумматора.Для расширения области рабочего частотного диапазона измерения магйМтных компонент магнитотеллурического поля ко входу усилителей магнитных каналов кроме магнитостатических датчиков подключены индукционные датчики с частотнокорректирующими предварительными усилителями. Индукционные датчики с предварительными усилителями имеют отношение сигнал/шум в диапазоне частот 0,1-10 Гц на 40 дБ больше, чем магнитостатические датчики, а ослабление чувствительности на частотах ниже 0,1 Гц с крутизной б дБ/октава. Это позволяет вы равнить уровни сигналов в канале в диапазонах до 0,1 Гц и 0,1-10 Гц и регистрировать эти сигналы единым каналом.Для расширения области рабочего 20 частотного диапазона измерения электрических компонент магнитотеллурического поля необходимо расширить частотную полосу усилителей. Эти усилители имеют повышенный коэфФициент . 25 усиления в диапазоне частот 0,1-10 Гц по сравнению с диапазоном до 0,1 Гц, что позволяет выравнить уровни сигналов для этих диапазонов на входах основных усилителей электрических Зр каналов.Выходное сопротивление предусилителей (100-200 Ом) мало, по сравнению с выходными сопротивлениями ди- полей(1-10 кОм) и индукционных датчиков (20" кОм) . Малое выходное сопротивление и высокий уровень выходного сигнала резко уменьшают влияние поводок на соединительные провода между предварительными:и основными усилителями и позволяют, применив легкие фо неэкранированные соединительные провода, устанавливать датчики поля на больших расстояниях (до 10 км) от основнойаппаратуры. Это дает возмож". ность проводить измерения одновремен но на 3-4,точках МТЗ и, применяя веерную установку, на 4-5 точках ЭС.Реализовать измерение магнитотел- лурического Ооля в расширенном диапазоне можно при эффективной борьбе . 5 О с импульсными грозовыми помехами, спектр которых попадает в рабочий диапазон частот. Эти помехи, амплитуды которых могут на 20-б 0 дБ превышать полезный сигнал, перегружают измерительный канал и вызывают длительные переходные процессы. Для ослабления влияния импульсных помех к выходу усилителя в каждом канале подключен пороговый элемент, выход которого подключен к дополнительному входу датчика (к дополнительной обмотке индукционного датчика или к сопротивлению, включенному последовательно с диполем), Порог срабатывания элемента равен пределу измерения, приведенному к выходу усилите.- ля. если сигнал превысит порог, то избыточная часть сигнала поступит на вход датчика в противофазе с входным сигналом. Включится глубокая отрицательная обратная связь и сигнал в усилителе будет практически равен пределу измерения. Перегрузки канала не произойдет и после. окончания помехи не возникнет длительного переходного процесса.Пределы измерения изменяются путем изменения коэффициентов усиления усилителей. Поэтому порог срабатывания элементов постоянен для всех пределов.Применение пороговых элементов позволяет увеличить производительность работ при измерении сигналов станов-ления поля в ближней зоне источника, При измерении поздних стадий сигнала пороговые элементы предотвращают перетрузку канала на ранних стадиях сигнала. Это позволяет исключить непроизводительные затраты времени напробные наблюдения сигнала и на подбор времени переключения входа усилителя. Особенно существенен выигрыш при одновременном измерении сигналов на нескольких точках наблюдения.При расширении частотного диапазона измерения магнитотеллурического поля необходимо увеличить точность измерений, иначе увеличатся погреш" ности при спектральном анализе и выделении отдельных спектральных составляющих поля при обработке.Для увеличения точности измерения между усилителями и коммутатором каналов включено соответствующее количество преобразователей аналог-код следящего действия. На цифровом, выходе преобразователя аналог-код действует код, соответствующий с погрешностью младшего разряда входному сигналу, а на аналоговом выходе действует сигнал рассогласования между входным сигналом и аналоговым эквивалентом кода на цифровом выходе. Сигнал рассогласования после коммутатора каналов кодируется основным преобразователем аналог-код. Результаты кодирования двух преобразователей суммируются сумматором. Основной прее образователь поочередно кодирует сигналы рассогласования, действующие на выходах преобразователей следящего действия каждого канала. При этом сумматор поочередно вырабатывает суммарные коды сигналов каждого канала. Масштабы кодирования преобразователей и коэффициент усиления коммутатора каналов установлены такими,что вес младшего разряда каждого предварительного преобразователя, приведенный ко входу основного преобразовате-ля, равен весу старшего разряда основного преобразователя,,7 717688 8Преобразователй работают следующим щий предварительный усилитель 3,образом (положЪйй для"просФбты", чтоусилитель 4, пороговый элемент 5,каждый преобраэователь является пяти" преобразователь 6 аналог-код следяразрядным преобразователем айалог-дво.-. щего действия. устройство имеетичный код); ,. идентичные каналы для измерения комВ общемслучае такой двуступенча-понент электрического поля каждый изтый преобразователь с пятью разрядами которых содержит датчик 7 электричесв каждой ступени зкаивалентен обычно- коГополя, частотно-корректирующийЙУ девятйразрядномУ йреобраэбвателюпредварительный усилитель 8, усили-" "аналог-код, Однако при измерении маг- тель 9, пороговый элемент 10, пре "йй.отелйурйчгеского Йолядвуступенчатый 10 образователь 11 аналог-код следя-.преобразователь имеет существенные щего действия. Аналоговые выходы пре" Фреимущества. образователей аналог-код следящегодопустим, что погрешность кодиро- действия подключены ко, входам коммувания каждой ступени двуступенчатого татора каналов 12, с выхода коммутапреобразователя равйа младшему разря- тора сигнал поступает в преобразоваду ступени. тогда- ошибки кодирования 1 тель аналог-код 23, коды с преобразо-.малых сигналов, действующих в преде- вателя поступают в сумматор 14, гделах основного преобразователя, не суммируются с кодами, поступающими спревйшают 1 ед. если под действием . соответствующих преобразователейбольшого"сигнала начинает изменяться аналог-код следящего действия. Сум-кбд":йредварительйого преобразователя, Щ марные. коды поступают в цифровой маг;- то ошибки возрастают, Так при измене- нитный рбгистРатор 15, для записи наниикода 00001 - 00010 ошибкй"внй -"магййтной лентеСистема 16 синхрони 2 ед-," йри кодах 00011 Ы 00100 ошибки зации и увравлейия анализирует кодыравны. 4 ед", и т".д. Однако"если из- , на выходе преобразователя 13 и суммьряется случайный сигнал с затухаю матора 14 и управляет работой преобщим спектром (магнитотеллурическое разователей аналог-код следящего дейполе), то частота появления ошибок, ствия коммутатора, преобразоватемябольших 1 ед., в среднем будет обрат- и сумматора.но йропорциональнй величине этих оши- Устройство работает следующим .бок; "" -- - " :З( образом,Если же использовать эквивалецтный . Электрические сигналы с датчиковйоточйости-одноступенчаты 1 Гдевятйраз - электрического и магнитного полейрядныйпреобразователь",-точйстота : усиливаются и поступают через слепоявления больших ошибок не зависит . Дящий аналого-цифровой преобразоваот величины ошибки и может быть зна- тель на коммутатор который поочечйтельно ваше (в пределах равна час- редно и через заданный интервал оптоте кодирования) . Например;-"еали . роса коммутирует аналоговые сигналымеждукодированиями сигйализменяется и подает их на вход аналого-цифровона1. ед, на фоне:постоянной составфф го преобразователя. Сигналы в цифроляющей, код которой равен 011111111, вой Форме поступают с каждого следято ошибка будет равна 16 ед, при 40 щего аналого-цйфрового преобразова"каждом кодировании. ,теля и аналого-цифровогопреобразоВ настоящее время в полевойаппа- вателя на"сумматор и регистратор.ратуре исполЬзуются 11-12 раЗЩМыеодностУйенчатые преобразователи.Двуступенчатый преобразователь мо Формулаизобретенияжет иметь 21-23 разряда". При 5 э".сЪм оЪ-"носительная-среднесФфтическаяошибка Электроразведочная станция, содеризмерения магнитбтеллурическогожащая несколько измерительных каналов,поля в различных "участках его- сйект- каждый из-которых включает последора будет йрймерно оДйнакова. й равна уО вательно соединенные магнитостатичес-0,1 В. Ошибки больше 1 ед, основного кие или электрические датчики и усипреобразователя; которые возайМавтлители, подключенные к последователь при йзмейенйй"кодапрегварительногоно включенным коммутатору каналов,"преобразователя искажают и высокочас- йРеобразователю аналог-код и магнитнототные "слабйе вариаций поля, Одйако;му регистратору, а также систему синих влияние ослабляется при обработ- хронизации и управления, подсоединен-"ке, так как число неискаженных перноную к управляющим. входам коммутатора,доз вариаций растет с ростом часто-преобразователя аналог-код и магнитты этих вариаций. . ного регистратора, о т л и ч а ю - ,На чертеже изображена Функциональ- щ а я с я тем, что, с целью расширенаясхема устройства. ,. в , в -. . ния частотного диапазона измерений60Устройствб имеет идентичные ка-параллельно магнитостатическим датчи"налы"ля измерения компонент магййт- кам, ко второму входу усилителейногб "пбз 1 я, каждый из которых -содержит подключенйчерез частотно-корректирую-магнитостатический датчик 1, индукци- щие предусилители индукционные датчи ойный датчик 2, частотно-корректирую-ки, между усилителями и коммутатором9 717688 Составитейь Л. Воскобойников /Редактор В. Павлов Техред М.Петко Корректор М а Пожо каз 9837/63 Тираж 649 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Уфиал ПППЦатнт , г. ужгород, ул. Проектная каналов в каждом измерительном канале включен следящий аналого-цифровойпреобразователь, между аналого-цифровым преобразователем и магнитным регистратором включен сумматор, соединенный также с одним из выходов каж"дого следящего аналого-цифровогопреобразователя, а система синхрони-зации и управления дополнительноподключена к управляющим входам сле-дящих аналого-цифровых преобразователей и сумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Кротевич И. ф, Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магнитотеллурических исследований, Новосибирск, Наука, 1972, с. 122-138. 2. Якубовский Ю. В. Электроразведка М., Недра, 1973, 223- 224,