Устройство для геоэлектроразведки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 7310 4 (51 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вого свои лениВ. М хозяй .А.Ко ш ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) А.Н. Родионов и В еер (71) Рязанский сельско ственный институт им.проф.П стычева (53) 55083(088,8)(56) 1. Сидоров В.А. и др. Применение зондирований становлением поля для геокартирования малых глубин и решения задач гидрогеологии. Сб. научи.трудов "Теория и опыт применения электромагнитных полей в разведочной геойизике", СО Ан СССР, Новосибирск, 1978, с,92-98.2, Авторское свидетельство СССР Р 1045192, кл, С 01 7 3/10, 1982 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее первый и вто. рой незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-циФровой измеритель сигнала, снабженный сигнальЯ 01144069 А ным и управляющим входами, выход которого подключен к вкоду цифровычислителя, подключенногом выходом к входу схемы управя, снабженной стробирующим и коммутирующим выходами, причем последний подключен к управляющемувходу коммутатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и разреающей способности, оно содержит третий незаземленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответственно подключены к первому, .второму и третьему выходам коммутатора, четвертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управления и к выходу вычислителя, а выходк управляющему входу измерителя.1144069 Изобретение относится к техническбй физике, а более конкретно к техническим средствам индуктивной элек троразведки по методу переходных процессов, и предназначено для ис пользования при структурно-геологическом картировании, изучении особенностей глубинного строения геологических структур, а также исследований естественных и искусствен 10 ных объектов, залегающих под земной поверхностью. Известны устройства для индуктивной геоэлектроразведки, содержа- М пле генераторное устройство, импульсные преобразователи измеряемого вто" ричного поля, измеритель переходных процессов и цифровой вычислитель физических параметров геологических 20 объектов И .Основным недостатком этих устройств является малая производительность при поисках структурных неоднородностей в обследуемом районе. Это обусловлено тем, что в каждой .точке пространства производится полное изменение и регистрация импульсной реакции вторичного поля по множеству отсчетов в дискретные 30 моменты времени, При картировании мальм глубин эти устройства способны реализовать один отсчет на один зондирующий импульс, что требует для многоотсчетной регистрации подачи зондирующего цугаимпульсов, соответственно удлиняет время обследования каждой локальной геологиДель изобретения - устранение отмеченных недостатков, т.е, увеличение производительности, а также2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый,второй и третий датчики выполнены ввиде соосных проводных рамок, размещенных в одной плоскости .и имеющих взаимно уменьиающиеся определяющие размеры,3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что анализатор содержит предусилитель,устройства определения времени появления максимального положительногозначения сигнала, максимального от,рицательного значения сигнала,импульсные формирователи, собирательную схему, выход предуснлителя подключен к вьмодам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройств через импульсныеформирователи подключены к входамсобирательной схемы, выход которойслужит выходом анализатора сигнала. ческой области и снижает производительность труда.Наиболее близким к изобретениюявляется устройстно для индуктивной геоэлектроразведки, содержащеепервый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальномувходу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифровойизмеритель сигнала, снабженныйсигнальным и управляющим входами,выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управ" ления, снабженной стробирующим и ком" мутирующим вьмодами, причем последний подключен к управляющему входукоммутатора 2 .Недостатки известного устройства заключаются в следующем, Автоматическая адаптация частоты следования и параметров импульсов цуга, реа. лизованная в устройстве, к свойствам обследуемой геологической структуры несколько увеличивает производительность, но не изменяет требуемого числа дискретных отсчетов для анализа импульсной реакция вторичного поля, Это не позволяет использовать устройства в наиболее произ" водительном - мобильном поисковом режиме работы с непрерывным анализом в процессе движения.20 При этом анализатор сигнала со держит предусилитель, устройства определения времени появления максимального положительного значения разрешающей способности устройства в заранее заданной области глубин посредством выявления и анализа значительно меньшего числа особых точек импульсной реакции вторичного поля с последующим переходом на требуемое число дискретных отсчетов после обнаружения локальной неоднород. ности обследуемой среды. При этом изменение сигнала в особых точках 10 производится по одному зондирующему импульсу и соответствует требованиям экспресс-анализа в заданном диапазоне глубин, а для детализации общей геологической структу ры используется дополнительное зондирование двумя и более импульсами первичного поля.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифро вой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цийрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирующим и ком. мутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора, введены третий незазем ленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответст-. венно подключены к первому, второму и третьему выходам коммутатора, чет вертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управления и к выходу вычислителя, а выход - к управляющему входу измерителя.При этом первый второй и третий 50 датчики выполнены в виде соосных проводных рамок, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно уменьшающиеся определяющие размеры. сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, импульсные Формирователи, собирательную схему,выход предусилителя подключен к входам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максималь ного отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройствчерез импульсные Формирователи подключены к входам собирательной схемы, выход которой служит выходоманализатора сигнала.На йиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема анализатора сигнала.Устройство для геоэлектроразведки (йиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 незаземленные датчики, генератор 3 импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу 4 коммутатора 5, снабженного управляющим входом 6, а также аналогоциФровой измеритель 7 сигнала, снабженный сигнальным 8 и управляющим 9входами. Кодовый выход измерителя 7подключен к входу цийрового вычислителя 10, логический выход которогоподключен к входу схемы 11 управления, которая снабжена стробирующим 12 и коммутирующим 13 выходами,причем последний подключен к управляющему входу 6 коммутатора 5. Крометого, устройство содержит третийнезаземленный датчик 14, анализатор 15 сигнала с импульсным выходом и двухтактный вентиль 16 с импульсным выходом, снабженный первым17, вторым 18 и третьим 19 входами.Латчики 1, 2 и 14 выполнены в видесоосных проводных рамок, например,квадратной йормы, размещенных водной плоскости и имеющих взаимноуменьшающиеся линейные размеры 1, и 1 т.е.ь с,Каждый из трех датчиков 1, 2 и 14устройства соответственно подключенк первому 20, второму 21 и третьему22 выходам коммутатора 5, четвертыйвыход 23 которого подключен к входамизмерителя 7 и анализатора 15.Структурная схема анализатора15 сигнала (фиг. 2) содержит предусилитель 24, например, типа решающего усилителя с диФФеренциальнымвходом и униполярным выходом, устройство 25 определения времени появления1144069, максимального положительного значения сигнала, устройство 26 определения времени появления максимальногоотрицательного значения сигнала,импульсные формирователи 27.и 28 5для образования коротких импульсовв моменты перехода в насыщение устройств 25 и 26 и собирательную схему 29, выход которой служит выходоманализатора 15. Выполнение устройств 1025 и 26 может быть различным. НаФиг. 2 представлено их выполнениев виде операционных усилителей30 и 31, в цепь отрицательной обратной связи которых соответственно 15включены пик-детектор 32 сигналаположительной полярности и пик-детектор 33 сигнала отрицательной полярности,Устройство для геоэлектроразведки работает следующим образом.Коммутатор 5 по сигналу схемы 11управления подключает систему трехдатчиков 1, 2 и 14 таким образом,что часть их оказывается генераторны 25ми, а один из датчиков - приемным.Датчики, выполняющие роль генераторных, подключаются к выходу генератора 3 импульсов тока, а приемный датчик подключается коммутато- Зрром 5 к его четвертому выходу 23,Для экспресс-анализа геологическойструктуры на заданной глубине коммутатор 5 подключает к выходу генератора 3 датчик 1, последовательнои противофазно с которым подключается датчик 14, а приемным датчикомслужит датчик 2, выход которого коммутатором 5 подключается к его выходу 23. Для дополнительной детализации общей геологической структурывне исследуемой зоны глубин коммутатор 5 производит последовательный перебор следующих переключенийсистемы датчиков: генераторным 45служит датчик 1, приемным датчик 2,генераторным служит датчик 2, приемным датчик 14, Здесь также на генераторный датчик подаются импульсытока с выхода генератора 3, а прием- рный датчик подключается к выходам23 коммутатора 5.,и, следовательно,к входам измерителя 7 и анализатора 15 сигнала,Анализатор 15 определяет время Упоявления максимального положительного значения сигнала и затем времяпоявления максимального отрицательного значения сигнала на выходе при емного датчика 2. Соответствующие импульсы с выхода схемы 29 проходят через двухтактный вентиль 16 под управлением логического сигнала с выхода вычислителя 10 и подаются на управляющий вход 9 измерителя 7 для осуществления мгновенной выбррки, запоминания и последующего коди,рования. Соответствующие кодовые ,значения экстремальных значений сигнала поступают на вход цифрового вычислителя 10.Работа устройств 25 и 26 в анализаторе 15 происходит следующим образом,Пик-детекторы 32 и 33 способнысоответственно отслеживать нарастание положительного и отрицательногосигналов и запоминать их максимумы.При этом усилители 30 и 31, обладающие большим внутренним усилением,работают в линейном режиме. В области схода сигналов после достижения соответствующих максимумовразница между входным сигналомусилителей и напряжением их отрицательной обратной связи с выходовпик-детекторов возрастает. Усилители 30 и 31 скачком переводятсяв режим насыщения.Этот переход улавливается пороговыми импульсными формирователями 27и 28, в результате чего Формируютсяимпульсы, момент, которых согласован с моментом достижения входнымсигналом экстремальных значений.Цифровой вычислитель определяетзначение градиента продольной электропроводности среды на глубинах,Функционально связанных с экстремальными значениями измеренного сигнала вторичного поля. Затем коммутатор осуществляет переключение системыдатчиков 1, 2 и 14, тем самым определяются дополнительные положительные максимумы сигналов, соответствую.щие дополнительным глубинным точкам.Цифровой вычислитель выявляет аномалию градиента проводимостей в исследуемой зоне глубин. Его логичес" кий сигнал в этом случае производит переключение схемы 11 управлениядля генерации серии импульсов на выходе 13 для возбуждения регистрацион ного цуга зондирующих импульсов тока посредством генератора 3. В этом случае двухтактный вентиль 16 пере(4) При использовании датчика 1 с .размером= ,в качестве генера" торного, а датчика 14 с размером п"- 1, в качестве приемного по поло- П Ижительному экстремуму сигнала опре-. деляется значение 55 на глубине Й 5 выше обследуемого интервала глубин Н; Н,При дРугом состоянии коммутатора 5 в качестве гекераторного используется датчик 1, в качестве приемного - датчик 2 с размеромяфчсигналимеет в этом случае единственный положительный экстремум, которому .оответствует электропроводность 54 на глубине 8 ниже обследуемой области Н 1- Н, Вычислитель 10 определяет величину и знак градиента электропроводности в облас. ключается по входу 1 У логическим сигналом вычислителя 10 на синхронизацию работы измерителя 7 с выхода 12 схемы 11.управления для многоотсчетной регистрации. Сигналы анализатора 15 в этом режиме двухтактным вентилем 16 блокированы.В случае, если анализатор, изме" ритель и вычислитель не выявляют по виду сигнала аномалию проводимос О тей исследуемой среды, описанный нроцесс экспресс-анализа осуществляется автоматически, в том числе и при мобильном поисковом движении.Таким образом, полезный эффект 15 от введения отличительных признаков в предлагаемом устройстве заключается в повышении производительности и регистрации только параметров локальных областей с аномалией слойной про-О водимости, а также в том, что дополнекие устройства третьим датчиком 14, анализатором 15 сигнала и вентилем 16 позволяет повысить разрешающую способность в заданном определяющими размерами датчиков диапазоне глу. бин, Это соответствует эффекту "электрической лупы" для ускоренного и детального анализа части глубинной области при сохранении воэможности анализа проводимостей вне этого диапазона глубин посредст-. вом коммутации системы датчиков 1, 2 и 14 к генератору 3 и выходу 23.Полезный эффект в данном устрой 35 стве обусловлен следующими количественными зависимостями и достигается следующим образом.Продольная электропроводность 3 среды обратно пропорциональна мгновенному значению токового сигнала, измеренному на выходе 23 коммутато" ра 5, т.епри условии, что численное значение множителя Р, а следовательно, и значений 7 , можко однозначно поставить в соответствие конкретной глубине 8 . Упомянутая однознач О ность возможна для экстремальных значений сигналов 2 =Ез, когда желаемое значение глубины может быть определено по номограмме, предварительным выбором соотношения а - 551 а в определяющих размеров приемного п и генераторного г рамочных датчиков. При этом номограмма представля. ет собой корневой годограф уравнения ЗЬЬ ъь ф а+ВЬЮ а)436 Ьзначение Р рассчитывается по формуле а значениея е При использовании рамочных датчиков 1 и 14 с их противофазным включением в качестве генераторныха дат чика 2 - в качестве приемного на выходе 23 наблюдается токовый знакопеременный сигнал, имеющий два экстремума Б, и 2, которым соответствуют два значения электропроводности 5 и 5 и два значения глубины 8,и Ц вычисление которых производится по формулам (1) - (4) . Проводимость толщи в интервале глубин Н,и 8 о"ределяется как разность 5,-.5.1144069 Тираж 148 Подписногород тл. Проектная,И Заказ 900/ал ЙШ ффПатент" ти глубин Н-Н Н- Ир " "2 "4сравнивает полученные данные и при проведении аномалии, например, при появлении отрицательного градиента электропроводности вырабатывает ло гический сигнал, который по входу 19 переключает вентиль 1 б на пропускание сигналов с выхода 12 схемы 11 управления. В последнем случаепроизводится прерывание поискового 10 режима непрерывного движения носителя, на котором размещено предлагаемое устройство, и полная много- отчетная регистрация токового сигнала ЕЦ вторичного поля на выходе 15 23. Тем самым процесс поиска зоны аномальной электропроводности осуществляется с максимально возможной производительностью по четырем точкам. 20Кроме того, при противофазном включении рамочных датчиков 1 и 14 в качестве генераторных создается ос. лабленное потокосцепление магнитного поля генераторного датчика с прием ным датчиком 2, что способствует подавлению собственных переходных процессов и,более точному опредепению электропроводности исследуемой среды в зоне глубин Н,- Н, т.е.улучшению разрешающей способностиустройства,Предлагаемое устройство можетнайти применение при поисках рудных месторождений полезных ископаемых, структурно-геологическом картировании, а также при решении инженер.но-технических задач при эксплуатации гидромелиоративных систем, вчастности, для оперативной локализации участков гидромагистралей,имеющих участки воды. Использование устройства для геоэлектроразведки при поисках рудных месторожденийполезных ископаемых по сравнениюс известным, например серийно-выпускаемой аппаратурой ."Цикл", позволит повысить производительностьисследований в 3 - 4 раза за счетрационального распределения времени изучения электропроводимости разрезов в диапазоне заданных глубин.При этом существенно увеличивается