Способ вертикального электрического зондирования и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВЫДЕТЕЛЬСТВУ Сотоэ СоветскихСоцналнстнческнхРеспублик(54) СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ1Изобретение относится к областитехнической физики и может быть искпользовано при проведении геоэлектроразведочных работ в комплексе геофизических методов,Известен способ выполнения вертикальных электрических зондированийпри геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают электрическое по 1 оле с помощью питающей линии с фиксированным разносом и измеряют разностьпотенциалов между множеством парточек, максимальное расстояние междукоторыми выбирают близким к разносу5питающей линии. Для осуществленияэтого способа может быть использована любая многоканальная электроразведочная станция 1 1.Недостатком этого способа зонди,рований является то, что при измерении вызванной поляризации в результаты измерений полностью входит по"грешность, обусловленная изменениЪ2ем во времени собственных потенци" алов электродов приемных линий,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ выполнения вертикальных электри ческих зондирований при геоэлектрораз. ведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера (Шлюмберже)с постоянно изменяющимся разносом, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации после выключения тока измеряют на каждом разносе также с одной приемной линии, по величине сигнала. во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопро" тивление для всех разносов, а по отношению сигнала вызванйзй поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуеиость987550 3объекта.,Устройство для осуществления этого способа, содержит согласующий блок, ко входам которого под-ключено несколько пар входных клемм,и измеритель сигналов, вход которого подключен .к выходу согласующегоблока 1.2 1.Недостатком этого техническогорешения является низкая точность измерения кажущейся поляризуемости1 ообъекта на больших разносах питающейлинии, что обусловлено изменениямиво времени собственных потенциаловприемных электродов. Так как прибольших разносах питающих линий сиг 15налы вызванной поляризации невелики(единицы милльвольт), а измененияво времени собственной разности потенциалов приемных электродов. достигает величины долей единиц милливольт, то погрешность измерения кажущейся поляризуемости может достигать 1001 и более,Цель изобретения - повышение точности измерений при больших разносах питающей. линии путем уменьшенияпогрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов электродов приемной линии.Для достижения этой цели согласно способу вертикального электрическогго зиондирования,заключающемуся в том,что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое полеустановкой Веннера (Шлюмберже)с по 35степенно изменяющимся разносом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каж-дом разносе с одной приемной линии,сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линиис одной приемной линии, по величинесигнала во время пропускания тока,определяют кажущееся удельное сопротивление объекта для всех разносов,а по отношению сигнала вызванной поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуемость объекта, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней 5 Втрети питающей линии несколько произвольных пар точек с наиболее благоприятнымии условиями заземления ипреимущественно в направлении основ.ной приемной линии располагают .между этими точками дополнительные приемные линии, ойределяют сумму сигналов во время пропускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий, соответствующих данному разносу питающей линии и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во время пропускания тока судят о кажущейся поляриэуемости объекта.В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколько пар входных клемм, измеритель сигналов, один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока,и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов, введен многовходовый сумматор, входы которого соединены с выходами согласующего блока, а выход соединен со вторым входом измерителя сигналов.На фиг, 1 представлена схема расположения измерительной установки для одного из разносов питающей линии, большего 60-120 м, на фиг, 2 - структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.5 Как показано на фиг1, установка содержит питающую линию с питающими электродами А и Б, основную при. емную линию с приемными электродами В и Г, расположенными на одной линии с электродами А и Б симметрично отно сительно центра питающей линии, и несколько дополнительных приемных линий с дополнительными приемными электродами Д и Е, Ж и К, расположен-, ными произвольно на участке в средней трети питающей линии АБ. Как показано на фиг, 2, устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор 1,тока, согласующий блок 2 ко входам которого подключены несколько пар входных клемм 3, измеритель 4 сигналов, многовходовый сумматор 5 и блок 6 управления причем входы сумматора 5 соединены с выходами согласующего блока 2, к первому входу измерителя 4 сигналов подключен один из выходов согласующего блока 2, ко второму входу - выход многовходового сумматора 5, а блок 6 управления соединен с генератором 1 тока и измерителем 4 сигналов.Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.50 6та через пористую керамику сосуда.Так как температура электродов постепенно достигает температуры почвенного слоя в точках, где располагаются приемные электроды (температура в различных точках почвы можетбыть различной на 5-10 . и более),а степень высачивания электролитазависит от пористости, влажности идругих характеристик почвенного слоя,то потенциал каждого из приемныхэлектродов изменяется по случайномузакону, так что за время, прошедшееот компенсации поляризации электродов до измерения сигнала ВП, соботвенная разность потенциалов приемных электродов может измениться надесятые доли милливольта, погрешность измерений за счет этого увеличивается и при разностях питающейлинии, больших б 0-120 м, может сос"тавить десятки процентов,Согласно предлагаемому способу придостижении амплитуды ВП величиныединиц милливольт (а это обычно на 1блюдается на разносах, больших 60-120 м) при каждом разносе питающейлинии отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии не"сколько пар произвольно расположенных точек с наиболее благоприятнымиусловиями заземления и располагаютмежду этими точками дополнительныеприемные линии,. Точкам с наиболееблагоприятными условиями заземлениясоответствуют точки поверхностиземли, где почвенный слой представ 1.лен влажными глинами и суглинками,черноземом, влажные засоленные участки поверхности земли, участки с ин"тенсивным травяным покровом и т.д.Кроме того, эти точки выбираютсятакже исходя из уровня одинаковойосвещенности их солнцем, Собственныйпотенциал приемных электродов, распооженных в таких условиях, являетсянаиболее стабильным, а изменение-во времени разности собственных по"тенциалов пары электродов при этом,оказывается минимальным. Точки, между которыми располагают приемные линии не обязательно должны располагаться на одной линии с питающимиэлектродами и симметрично центру пи"ающей линии, они могут быть рас"положены так, как.показано на фиг,1(дополнительные приемные электродыД.и Е, Ж и К), причем угол междулинией, соединяющий основные прием 5 9875На объекте исследований, которыйпредставляет собой участок земли, гденеобходимо определить его геологическое строение (мощности слоев горизонтально-слоистого разреза, удель"ное сопротивление слоев и их поляризуемость) возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера(Шлюмбержв)с постепенно изменяющимся разносом питающей линии. Первона- Очально разнос питающей линии выбирают минимальным, равным, например 3 м,а длину приемной линии выбирают равной 1 м (установка Веннера) или менее 0,5 м (установка Шлюмберже). При йчем приемные электроды располагаютна .одной линии с питающими и симметрично относительно центра питающейлинии. Через питающую линию пропускают импульс постоянного тока, изме- роряют его величину, измеряют такжесигнал в приемной линии во время пропускания тока и сигнал вызванной поляризации (после выключения или вовремя пропускания тока), Зная коэффициент установки К, силу тока 1 впитающей линии и сигнал ЬО на выходе приемной линии во время пропуска-ния ток, по стандартной формуле(1=К) определяют кажущееся удель-зоФное сопротивление среды, соответс-;вующее данному разносу питающей линии,а по отношению сигнала вызванной поляризации (ВП) к сигналу во времяпропускания тока определяют кажущуюся .поляризуемость среды,После этого многократно увеличивают разнос питающей и приемной линиитак, чтобы их соотношение оставалось постоянным, и для каждого разноса определяют кажущееся сопротивление и кажущуюся поляризуемость. Помере увеличения разноса питающей линии до 60-120 м сигнала ВП уменьшается до единиц милливольт (например,при разносе питающей линии .120 м,разносе приемной линии 40 м, удельном сопротивлении 5 Оммполяризуе мости 14 и поляризующем токе 1 О Асигнал ВП составляет 2 м В), а точность его измерения резко падает ввиду непостоянства во времени собственных потенциалов приемных электродов, Это непостоянство вызывается,в основном, двумя причинами; во-пер 55.вых, изменением температуры электро"дов, во-вторых, изменением концентрации электролита внутри сосуда электрода за счет высачивания электроли"ные электроды В и Г, и линией, соединяющей каждую пару дополнительныхприемных электродов, может достигать20-3 ОО и более, Длина дополнительныхприемныхлиний может изменяться от10 до 30 длины питающей линии, Число дополнительных приемных линий составляет., как правило, 4-5 и более.После отыскания точек с наиболее благоприятными условиями зазем олений и расположения в них дополнительных приемных линий через питающую линию АБ пропускают импульс тока, измеряют его амплитуду, измеряютсигнал во время пропускания тока 15на выходе основной приемной линииВГ (по результатам этих измерений,как и при использовании малых разносов питающей линии, определяется кажущееся удельное сопротивление), 2 оизмеряют сумму .сигналов во время пропускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий (В, Г, Д, Б и Ж, К в приведенной на фиг, 1 установке), определяют отношение суммы сигналовВП к сумме сигналов во время пропускания тока, которое принимают за величину кажущейся поляризуемости дляданного разноса питающей линии,30Возможность определения величиныкажущейся поляризуемости для данного разноса питающей линии по отношению указанных двух сумм сигналовподтверждается экспериментами, результатами теоретических расчетови базируется на следующей закономерности изменения электрического поляв присутствии Горизонтально-слоистых поляризующихся сред, При каждомФиксированном разносе питающей линии и изменении разноса приемной линии в пределах от 10 до 307. от длины1 итающей линии глубинность исследований практически не меняется. При.изменении длины приемной линии в указанных пределах изменяется и величина сигнала во время пропускания токаи величина сигнала ВП, но их отношение для каждого геоэлектрического50разреза своепостоянное.Ъ ,Результаты экспериментальных измерений над трехслойным разрезом длярассмотренного примера ( АВ=120 м,л 1К =5 Омм, 3=10 А) приведены в табл.результаты измерений для каждой длины приемной линии даны как среднеезначение из 20 независимых замеров).175 140 9 0,99 90 0,91 При проведении рядовых наблюдений с одним разносом приемной линии, равной 40 м, измеренная амплитуда сигнала во время пропусканиятока составляет 203 мВ, амплитудасигнала ВП - 2,44 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 1,2 Ф оказывается завышенной по сравнению систинным значением на 20.При измерениях предлагаемым способом суммарный сигнал с четырех приемных линий во время пропусканиятока (при рядовых, однократных наблюдениях) равен 610 мВ, амплитуда сиг.нала ВП - 6,35 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 10 й оказывается завышенной по сравнению с истинным значением всего на 4, т,е,при использовании предлагаемого способа погрешность измерений уменьшается примерно в 5 раз,Точно в таком же порядке измерениявыполняются и на всех других разносах питающей линии, больших 60-120 м.Экспериментами подтверждено, что прииспользовании 4-5 дополнительных,приемных линий погрешность измеренийуменьшается не менее, чем в 3-5 разза счет того, что суммарный сигналВП в значительно меньшей степениизменяется при изменении во временисобственных потенциалов электродоввследствие случайного характера изменения этих потенциалов.устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующимобразом,атора 1 управляправления, на кажю линию пропусапример, дличину тока стаС помощью ген емого от блока 6 дом разносе в и кают импульсы т тельностью 15 с итающу ока, нВели987550 10 Формула изобретения 9билизируют или фиксируют по показанию амперметра. При малых разносах к входным клеммам э подключают только одну приемную линию. В согласующем блоке 2, представляющем собой несколько масштабных и дифференциальных усилителей, предназначенном для согласования высокого выходного сопро тивления приемных линий с низким вход ным сопротивлением измерителя сигналов 4, производится также предварительное усиление сигнала и компенсация собственной разности потенциалов электродов. С первого выхода блока 2 усиленный сигнал подается на первый вход измерителя 4 сигналов, Сумматор 5 в данном случае отключают с помощью переключателя ряда работ (на чертеже не показан), С помощью измерителя 4 сигналов, ко. торый представляет собой одноканальный или двухканальный аналогово-цифровой преобразователь с регистратором, производится измерение сигнала во время пропускания тока и сиг нала ВП. Сигнал разрешения измерений, согласованный с сигналом управления генератором 1, поступает на измеритель 4 с выхода блока 6 управления.эоПри разносах питающей линии, боль. ших 60-120 м, ко всем входным клем" мам 3 подключают выходы основной и , вспомогательйых приемных линий, а выход сумматора 5 подключают ко вто.э 5 рому входу измерителя 4, По команде из блока 6 управления генератор 1 вырабатывает импульс тока в питающей линии, во время пропускания тока с первого выхода блока 2 сигнал, соответствующий основной приемной линии, поступает непосредственно на измеритель 4, где производится его измерение. Кроме того, сигналы всех приемных линий после прохождения45 их через блок 2 согласования, поступают на входы многовходового сумматора 5, представляющего собой стан," дартный, преимущественно инвертирующий сумматор на операционном усилителе. Суммарный сигнал с выхода50 сумматора 5 поступает на второй вход измерителя 4, где производится его измерение. При измерениях сигналаВП на первый вход измерителя сигнал не поступает, а измеряется только суммарный сигнал, поступающий с выхода сумматора 5. По полученным данным определяется кажущееся удель ное сопротивление и кажущаяся поляризуемость для каждого разноса питающей линииВравнивая полученные результаты с результатами теоретических расчетов, получают истинные значения параметров изучаемых геоэлектрических разрезов - мощности слоев их удельные сопротивления и поляризуемости,Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения заключается в увеличении точности измерений при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов приемных электродов, Как показывают результаты экспериментов точность при этом увеличивается не менее, чемв 3-5, При использовании известного устройства для такого же увеличения точности измерений на каждом разносе выполнялось не менее 5-7 самостоятельных циклов измерений с последующим осреднением результатов измерений. При этом после каждого цикла измерений выдерживалась пауза, длительность которой равнялась не менее 5 длительностей импульса тока, что приводило к значительным затратам времени на выполнение ВЭЗ. Испольэование предлагаемого технического решения позволяет исключить. дополни- тельные циклы измерений, что приве. дет к сокращению затрат времени на каждый ВЗЗ примерно в 1,7 раз. 1, Способ вертикального электрического зондирования, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электри" ческое поля установкой Веннера (Шлюм. берже) с постепенно изменяющимся раэ. носом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линии с одной приемной линии, по величине сигнала во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление, объекта для всех разносов, а по отношению сигнала вызванной поляризации к сиг" калу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяютПодписнотета СССРкрытийая наб., д. Заказ 10 9 ираж 70осударствелам изобреМосква, ЖИИП ого коний иРауш/5 113035 Чилиа г. жгород, ул. Проектная 11кажущуюся поляризуемость объекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измере-ний при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей, 5 обусловленных изменением во времени собственных потенциалов электродов приемной линии, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии не . 1 О сколько произвольных пар точек с наиболее благоприятными условиямизаземления и преимущественно в направлении основной приемной линии располагают между этими точками до полнительные приемные линии, определяют сумму сигналов во время пропускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий соответствующих данному раз о носу питающей линии, и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во время .пропускания тока судят о кажущейся поляризуемости объекта. 25 122, Устройство для осуществленияспособа по и. 1,содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколькопар входных клемм, измеритель сиг"налов,.один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока, и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерений, в него введен многовходовыйсумматор, входы которого соединеныс выходами согласующего блока, авыход соединен со вторым входом измерителя сигналов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМо 802886, кл. С 01 Ч. 3/02, 1981.2 Комаров В,А, Электроразведкаметодом вызванной поляризации, "Недра", 1980, с, 155-162, 208-210 (прототип),