Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

Союз СоветскихСоциапмстичесиихРеснубпии Оп ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. а О 1 Ч З/08 Рмудврстееклы кветет СССР по делан лзобретекк и еткрнтк(72) Авторы изобретения В.А.Попов, В,В.Сушкевич, А.А.Рыжов, Ц,Н.Шарапанов, Л.З.Бобровников и Ю.В.Аладинский : фт а.л ";Московский ордена Трудового Красно о наивйигеологоразведочный институт им. Се го Отщжриикидзе(54) СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЕРТИКАЗЪНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХЗОНДИРОВАНИЙ В ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к технической физике и может быть применено вгеоэлектроразведке при выполнениивертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) методами сопротивленийи вызванной поляризации (ВП),Известен способ выполнения ВЭЗпри геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований располагают заземленную линию с малым разносом, симметричноотносительно центра этой линии располагают пару приемных электродов,соединяют электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, который располагают в центрепитающей линии, пропускают в землюток, измеряют возникающую разностьпотенциалов, затем многократно повторяют укаэанный цикл при последовательном увеличении разносов питакицей и приемной линий и фиксированном положении генераторно-измерительного блока в центре питающей линии, Устройство для осуществленияэтого способа содержит генераторпостоянного тока и электроразведочный осциллограф 11.Недостатком этого технического ф решения является то, что оно непозволяет обеспечить высокую производительность измерений из-за необходимости многократных перемещенийзаземлений питакхцей линии, 10Известен также способ выполненИяВЭЗ, заключающийся в том, что наобъекте исследований располагаютзаземленную питающую линию, расстоя ние между заземлениями которой превышает трехкратную максимальную глубину. исследований, и множество рас-положенных симметрично относительноцентра питакщей линии пар приемныхэлектродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, расположенным в центре питающей линии, пропускают через питающую линию ток и из 890330 4меряют ток и разность потенциалов между каждой парой расположенных симметрично относительно центра питающей линии приемных электродов. Для осуществления этого способа может быть использована многоканальная электрораэведочная станция, содержащая несколько измерительных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные датчики и усили" тели, подключенные к последовательно включенным коммутатору каналов, аналого-цифровому преобразователю ,(АЦП) и регистратору, причем в каж-. дом канале между усилителем и коммутатором включен следящий АЦП, между АЦП и регистратором включен сумма- . тор, к входам которого подключены выходы следящих АЦП, а к управляющим входам всех блоков подключены выходы системы синхронизации и управления, Данный способ выполнения ВЗЗ пазволяет при одной раскладке питающей линии выполнить. весь цикл зондирований, что значительно повышает производительность работ 123Недостатком известного техничес" кого решения является недостаточная эффективность технологического процесса выполнения зондирований, обусловленная двумя причинами, Во-первых, при данном способе зондирований приемные электроды в количестве 30- 40 штук располагаются в виде двух групп, сосредоточенных вблизи заземлений питающей линии. В центральной части питающей линии, на участке, равном половине длины питающей линии, приемных электродов нет, и именно здесь располагается генераторноизмерительный блок, Из-за того, что почвенный слой в различных точках является разным, невозможно сразу обеспечить хорошие условия заземления для всех 30-40 неполяризующихся электродов, в связи с чем для подготовки заземлений обслуживающий пер-.сонал вынужден периодически перемещаться из одного конца питающей линии к другому, что приводит к увеличению затрат времени, к увеличению числа обслуживающего персонала и т,д, Вовторых, даже при длине питающей линии в 500 м для соединения всех приемных электродов. к генераторно-измерительному блоку, расположенному в центре питающей линии, требуется не меньше 1 б км проводов, оборудованных в"косу". Масса такой "косы" превы 1 О 15 20 25 30 35 45 50 55 шает 200 кг, ее невозможно перетаскивать вручную, при смотке и размотке выводы обрываются, что значительно усложняет технологический процесс выполнения зондирований.Устройство для осуществления данного способа не обеспечивает необходимой точности измерений в широком динамическом диапазоне входных сигналов, так как приемные электроды располагаются как в непосредственной близости от питающих электродов (до 10-15 см), так и на значительном расстоянии от них (до 1-2 км), то на измерительный блок одновременно поступают сигналы с амплитудой от десятков вольт до нескольких сот микровольт, а кроме того, сигналы естественного поля. Для регистрации этих сигналов по тому алгоритму, который предусмотрен в известном устройстве АЦП должен иметь 20-25 разрядов, что невозможно осуществить,Целью изобретения является повышение эффективности технологического процесса выполнения зондирований,Для достижения этой цели согласно способу выполнения вертикальных электрических зондирований при геоэлектроразведке, заключающемуся в том, что на объекте исследований размещают заземленную питающую линию, расстояние между заземлениями которой превышает трехкратную максимальную глубину исследований, и мйожество приемных электродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, с помощью которого пропускают через питающую линию ток, и измеряют ток и возникающую в земле разность потенциалов, вначале располагают генераторно-измерительный блок у первого заземления питающей линии и измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных меиду центром и первым заземлением питающей линии относительно дополнительного приемного электрода, который располагают в произвольной точке в пределах средней части питающей линии, затем перемещают генераторно-измерительный блок ко второму заземлению питающей линии, измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и вторым заземлением питающей линии относительного того же дополнительного приемного электрода, положение которого сохраняют неизменным,и по полученным параметрам судят оглубинном строении объекта исследований.В устройство для осуществленияспособа, содержащее коммутатор, ковходам которого подключены входныеклеммы, ак выходу-блок согласования, аналогово-цифровой преобразователь, выход которого соединен срегистратором, систему синхронизации и управления, выходы которойсоединены с управляющими входамикоммутатора, аналогово-циФровогопреобразователя, регистратора игенераторного .блока, введены цифроаналоговый преобразователь (ЦАП),выход которого включен между выходом блока согласования и входом АЦП, оперативное запоминающее устройство, выходы которого соединенысо входами ЦАП, а управляющие входы - с выходами системы синхронизации и управления, причем вспомогательный выход АЦП соединен со. входом системы синхронизации и управле"ния.На фиг. 1 изображена схема измерительной установки для осуществления способа; на фиг. 2 - устройство для осуществления способа.Как показано на фиг. 1, в точках Д иисследуемого объекта расположены заземления питающей линии, а в то:ках б Ь, Ъ, а,Е,ж, Ь,И 1, А,М, М - пары приемных электродов. й произвольной точке 0 в средней части питающей линии установлен дополнительный электрод, а вблизи питающего электрода А - генератор- но-измерительный блок (ГИБ), который соединен с группой приемных электродов и с питающими электродами.Устройство для осуществления способа (см. фиг. 2) содержит входные клеммы 1, соединенные с коммутатором 2, выход которого через блок 3 согласования, ,ЦАП 4 АЦП 5 соединен с регистратором 6, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), входы которого соединены с вьпсодом системы В синхронизации и управления, а выходысо входами цифро-аналогового преобразователя, и генераторный блок 9, соединенный с системой 8 синхронизации и управления, выходы которой соединены также с коммутатором 2 АЦП 5 и регистратором 6, а вспомогатель 10 13 20 2 30 3 ный выход аналогово-цифрового преобразователя 5 соединен со.,входом системы 8 синхронизации и управления.Сущность способа заключается в следующем.На объекте исследований в заданных точках, где требуется определить глубинное строение участка, располагают заземленную питающую линию, расстояние между заземлениями Я и 9 которой (см. фиг. 1) превышает трехкратную максимальную заданную глубину исс" ледований. На участке между эаэемлени. ями А и 9 размещают множество приемных электродов а,б,в,м,н и дополнительный электрод, расположенный в произвольной точке 0 в средней части питающей линии АЬ . Приемные электроды вначале располагают, например, между центром питающей линии и заземлением А , так что расстояние Яд =О,1 м; А 0 =0,15 м А =0,2 м; А=0,25 м; А=О,З м; Ав =0,45 м Ан=15 О м; Д 0 =240 м. К приемным электродам подключают "косу", соединяющую эти электроды с ГИБ, который располагают вблизи заземления А . Так как основная группа приемных электродов расположена вблизи заземленияоператор ГИБ может быстро и оперативно устранить неполадки в выполнении заземлений приемных электродов, К ГИБ подключают также питающую линию ДЬ , Проверив стабильность потенциалов каждого из приемных электродов и скомпенсировав естественную разность потенциалов между каждым из,приемных электродов а,б,в,м,н и электродом О, оператор включает токв питающую линию, измеряет его величину и потенциал каждого из приемных электродов относительно допол"нительного приемного электрода О,Затем перемещают ГИБ ко второмузаземлению ф питающей линии и соединяют его со второй группой приемных электродов а, Е, 9 м, и,расположенньск между центром питающей линии и заземлением 0 (этиэлектроды могут быть либо перемещеныпосле окончания первого цикла измерений от заземпения А , либо приконвейерной технологии, заранее размещены на этом участке). Положениедополнительного электрода О сохраняют неизменным, К ГИБ подключаюттакже вновь питающую линию Ю . Оператор вначале контролирует качество выполнения заземлений приемных890330 5 25 35 электродов и стабильность собственной разности потенциалов электродов,затем компенсирует разность потенциалов естественного поля междукаждым из приемных электродов а,56,Ьм,н и электродом О, включаетток в питающую линию АЬ , измеряетего величину и потенциал каждогоиз приемных электродов относительно дополнительного приемного электрода 0 . На этом выполнение зондирования заканчивается,В процессе обработки результатовизмерений вычисляется разность потенциалов для каждой одноименной парыприемных электродов, расположенныхсимметрично относительно центра питающей линии, т.е. для электродовас,56 ЬЬ,ъъьчл ни. Полученнаяразность потенциалов для каждой пары электродов содержит информациюо разной глубине исследования: чемближе приемные электроды располагаются к питающим, тем меньшая глубинаисследований получается для той пары электродов, которая расположенав средней трети питающей линии М ,т.е. при длине чн = - 6 Ь . При даль 1нейшем уменьшении расстояния междуприемными электродами информация обольшей глубине практически не получается, поэтому такое уменьшениерасстояния нецелесообразно.По полученным отношениям разностейпотенциалов к току для разных длинприемных линий получают мощности иудельные сопротивления слоев, слагающих изучаемый геоэлектрический разрез, а также их поляризуемости, покоторым и судят о глубинном строении объекта исследований.40Устройство для осуществления способа работает следующим образом.Перед началом работы к входнымклеммам 1 подсоединяют (через "косу")приемные электроды б,6,Ьм,н,/а также дополнительный электрод Оа к генераторному блоку 9 - питающую линию М . Работа устройства осуществляется в трех режимах по командам, вырабатываемым системой 8 синхронизации и управления, В первомрежиме осуществляется компенсация разности потенциалов естественного поля и собственной поляризации приемных электродов относительно дополнительного электрода Окоторый является общим для каждого из других приемных электродов. В режиме компенсации по команде из системы 8 в АЦП 5источник опорного напряжения отключается, а опорный вход АЦП соединяется с общей шиной устройства,к которой подключен и электрод О.Кроме того, регистратор 6 блокируется, в него не заносится никакаяинформация. По команде из системы8 синхронизации и управления коммутатор 2 подключает через согласующий блок 3 выход первой приемнойлинии через ЦАП 4 ко входу АЦП 5.В данном режиме АЦП 5 выполняет функции нуль-индикатора: когда суммарноенапряжение, равное сумме разностипотенциалов в первой приемной линиии напряжения на выходе ЦАП 4, станет равным нулю, из вспомогательного выхода АЦП 5 на систему 8 синхронизации и управления поступаетзапрещающий импульс, прекращающийизменение напряжения на выходе ЦАП 4.Блок 3 согласования предназначендля развязки приемных линий и ЦАП4 представляет собой усилитель (повторитель) с высоким входным и низким выходным сопротивлением.ЦАП 4 представляет собой многоразрядный (до 20-25 разрядов) неградиуированный преобразователь,позволяющий с высокой степенью дискретности, скомпенсировать естественную разность потенциалов. В состав ЦАП 4 входят ключи, резистивнаяматрица и операционный усилитель.Выход операционного усилителя иблока 3 согласования через суммирующие резисторы подключен ко входуАЦП 5,Управление работой ЦАП 4 осуществляется через ОЗУ 7 от системы8 синхронизации и управления. ОЗУ 7имеет столько выходов, сколько разрядов имеется в ЦАП 4, например, 20.Одновременно с подключением первой приемной линии ко входу блока 3на адресный вход ОЗУ 7 с системы8 управления поступает команда назапись информации в первую строкуОЗУ (в исходном состоянии во всеячейки ОЗУ занесен низкий уровеньсигнала, т.е. "логический 0"7 . В режиме записи информация, которая записывается в ОЗУ, одновременно поступает на выходы ОЗУ, т.е, на выходыключей ЦАП 4 (например, для ОЗУ, выполненных на интегральных микросхемах 565, 52 и других серий). Компенсация осуществляется в режиме пораэ890330 10 Формула изобретения рядного уравновешивания: с системы8 управления в ячейки ОЗУ 7 поочеред.но поступают сигналы высокого уровня(" логическая 1"), начиная с ячейки,подключенной к старшему разрядуЦАП 4. Если происходит перекомпенсация, то по сигналу, поступающемусо вспомогательного выхода АЦП 5,.система 8 управления вместо сигнала"логическая 1" подает в соответствующую ячейку ОЗУ 7 сигнал "логический 0", а затем в ячейку более младшего разряда сигнал "логическая 1"и так до тех пор, пока не сработаетмладщий разряд ЦАП 4,После этого компенсация естественного поля ЯП) в первом канале окончена, на адресный вход ОЗУ 7 изсистемы 8 управления поступает команда смены адреса, к входам ЦАП 4подключаются ячейки второй строкиОЗУ 7, а коммутатор 2 подключает вторую приемную линию к блоку 3 согласования, после чего аналогичным образом производится компенсация, ЕПво втором канале, и т,д. до тех пор,кока все каналы не будут опрошены.При этом информация о том, какойкод ЦАП 4 соответствует сигналу ЕПв каждой приемной линии, хранится всоответствующих ячейках ОЗУ 7.Второй режим работы устройства -режим контроля стабильности собственной разности потенциалов приемных электродов. В этом режиме копорному входу АЦП 5 по командеиз системы 8 управления подключается опорный источник, включаетсярегистратор 6, нй ОЗУ 7 подаетсякоманда считывания, коммутатор 2подключает соответствующий опрашиваемый канал, а на входы ЦАП 4из соответствующих ячеек ОЗУ 7поступает код, ранее соответствовавший полной компенсации ЕП в данном канале. Если при этом показания .регистратора 6 близки к нулю и невыходят за рамки заданной погрешности, условия заземления считаются хорошими, а в противном случаеоператор дает команду улучшитьсостояние заземления того или иногсэлектрода, после чего вновь производится компенсация ЕП и контролируется стабильность электрода.Третий режим работы устройства -режим собственно измерений. Оь отличается от режима контроля только1 тем, что предварительно от генера 15 20 25 30 35 40 а 5 50 55 торного блока 9 в питающую линию АВпропускается ток, величина которого измеряется, и в режиме измеренийна выходах приемных линий имеетсяполезный сигнал, который измеряется с помощью АЦП 5 и регистрируется в регистраторе 6. 1. Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке, заключающийся в том; что на объекте исследований размещают заземленную .питающую линию, расстояние между заземлениями которой превышает трехкратную глубину исследований, и множество приемных электродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, с помощью которого пропускают через питающую линию ток, и измеряют ток и возникающую в земле разность потенциалов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности зондирований, вначале располагают генераторно-измерительный блок у первого заземления питающей линии и измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и первым заземлением питающей линии относительно дополнительного приемного электрода, который располагают в произвольной точке в пределах средней части нитающейлиниизатем перемещают генераторно-измерительный блок ко второму заземлению питающей линии, измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и вторым заземлением питающей линии относительно того же дополнительного приемного электрода, положение которого сохраняют неизменным, и по погученным параметрам судят о глубинном строении объекта исследований.2. Устройство для осуществленияспособа по п., 1, содержащее коммутатор, ко входам которого подключены входные клеммы, а к выходу - блок согласования, аналогово-цифровой преобразователь, выход которого соединен с регистратором, систему синхронизации и управления, выходы кото" рой соединены с управляющими входами коммутатора, аналогово-цифрового преобразователя, регистратора ииаВ ВНИИПИ Заказ 10985/75 Тираж 735 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 генераторного блока, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, чтос целью повьпиекия точности измерений, в неговведены цифро-аналоговый преобразователь, выход которого включен междувьиодом блока согласования и входоманалогово-цифрового преобразователя,оперативное запоминающее устройство,выходы которого соединены .со входамицифра-аналогового преобразователя,а управляющие входы - с выходамисистемы синхронизации и управления,причем вспомогательный выход анало 890330 12гово;цифрового преобразователя соединен со входом системы синхрониза- ции и управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Якубовский Н.В., Ляхов Л.Л.Электроразведка, И., "Недра", 1974,с, 103-109.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2661027/18-25,кл. 6 О 1 Ч 3/08, 28.08,73 (прототип) .1