Способ обработки сигналов вторичного магнитного поля при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЯО 1744 3 А)5 60 10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТОРСКОМУ СВИ ЬС елеиков, . КоризиПопов рату-150,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт геофизики Уральского ония АН СССР(56) Электроразведка. Справочник геока. М.: Недра, 1979, с, 208-209.Бобровников Л.З., Орлов Л.И.,В,А. Полевая электроразведочная аппра. Справочник, М.: Недра, 1986, с, 14Авторское свидетельство СССРМ 693316, кл, 6 01 Ч 3/08, 1977. Изобретение относится к электроразведке и может быть использовано при электрическом картировании геологических образований, а также при поисках и разведке рудных и нефтегазоносных месторождений, залегающих на глубинах до 1-1,5 км.Известны способы обработки сигналов неустановившегося магнитного поля незаземленной петли после выключения тока, реализованные в устройствах для электро- разведки методом переходных процессов, в которых на ряде времен после выключения. тока в генераторной петле получают значения производной по времени от потока вторичного магнитного поля через приемную рамку путем стробирования и синхронного накопления, что существенно улучшает помехозащищенность измерений,Однако при этом способе затруднено определение характерных элементов переходной характеристики становления поля(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ВТОРИЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: при электрическом картировании геологических образований, а также поисках и разведке рудных месторождений. Сущность: в принятом из земли в паузах между импульсами тока, пропускаемого через петлю, сигнале вторичного магнитного поля выделяют моменты перехода через нуль и моменты экстремума этого сигнала, измеряют временной интервал между этими моментами, по величине которого судят об электропроводности среды. 2 н.з.п. ф-лы, 4 ил.(переходов через нуль и экстремумов), что приводит к потере полезной информации.Известен также способ геоэлектроразведки, заключающийся в изучении в паузе между импульсами тока в незаземленном контуре, возбуждающими магнитное поле, переходной характеристики вторичного не- установившегося поля, зависящей от электропроводности и размеров проводящих объектов в земле. Способ-прототип широко применяется в практике геолого-поисковых работ при изучении залежей электропроводных руд в высокоомных вмещающих породах.Недостатком способа-прототипа является низкая эффективность при работах на участках со сложными условиями, где спектр полезного сигнала осложнен аномалиями-помехами, возникающими от присутствия в геоэлектрическом разрезе низкоомных вмещающих пород, зон разви 1744663тия углеграфитизированных образований, мощной толщи рыхлых отложений, невыдержанных по мощности и составу.Известно также устройство для электроразведки, содержащее генератор, соединенный с датчиком поля, измерительную установку, усилитель, ключ, запоминающее устройство и индикатор, причем генератор соединен синхронизирующей линией с первым управляющим входом ключа. Выход нуль-органа соединен с вторым управляющим входом ключа, а первый управляющий вход. ключа соединен также с вторым входом блока измерения интервалов времени. В этом устройстве сигнал электрической напряженности поля с приемной линии после усиления поступает на ключ, открываемый синхроимпульсом генератора в момент выключения токового импульса, Одновременно этот синхроимпульс через ключ запускает блок измерения интервалов времени. Сигнал магнитной составляющей с приемной рамки через усилитель поступает на нуль-орган (компаратор), в котором в момент перехода вторичного магнитного поля через нуль формируется сигнал, закрывающий ключи. Таким образом на выходе запоминающего устройства индикатором фиксируется напряженность электрического поля в момент перехода магнитной составляющей через нуль, а на другом индикаторе фиксируется интервал времени от момента выключения токового импульса до момента перехода вторичного магнитного поля через нуль.Устройство-прототип повышает информативность измерений вызванной поляризации за счет привлечения дополнительных параметров, связанных с электрическими характеристиками разреза. Однако необходима жесткая синхронизация работы измерительного устройства относительно моментов выключения тока в питающей линии (петле). Особенно это важно при изучении больших площадей и при больших разносах между генераторной и приемной установками, Радиоканал, применяемый для передачи опорного сигнала, вносит трудноучитываемый временной сдвиг, приводящий к понижению точности измерений временного интервала,Целью изобретения является повышение точности способа,На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - эпюры, поясняющие способ и принцип работы устройства; на фиг,3 - пример графика (кривой) для определения геометрического коэффициента установки; на фиг.4 - кривые вторичного магнитного поля для несколькихточек наблюдений,Устройство (фиг.1) для осуществленияпредлагаемого способа содержит датчик 15 поля, двухполупериодный фазочувствительный выпрямитель 2 (ФЧВ), первый компаратор 3, элемент И 4, ЯЯ-триггер 5,инвертирующий дифференциатор 6, второйкомпаратор 7, элемент И 8, первый генера 10 тор 9, элемент И 10, второй генератор 11,счетчик 12 времени, триггер 13, кодоуправляемый делитель 14 частоты (КУДЧ), счетчик15 импульсов, клемму 16 опорного сигнала,блок 17 накопления результата и блок 1815 задания кода геометрического коэффициента установки, При этом выпрямитель 2 установлен между датчиком поля исоединенными входами первого компаратора 3 и инвертирующего дифференциатора 6,20 подключенного выходом к входу второгокомпаратора 7. Выходы первого 3 и второго7 компараторов подключены к вторым входам второго 4 и третьего 8 элементов И.ЯЯ-триггер 5 установлен между первым вхо 25 дом первого элемента И 10 и выходами второго 4 и третьего 8 элементов И, Первыйэлемент И 10 вторым входом подключен квыходу первого генератора 9,.а выходом через КУДЧ 14 - к информационному входу30 счетчика 15 импульсов. Выход счетчика 15импульсов подсоединен к информационному входу блока 17 накопления результата.Выход счетчика 12 времени соединен сосчетным входом триггера 13 с первыми вхо 35 дами второго 4 и третьего 8 элементов И и сустановочными входами КУДЧ 14, счетчика15 импульсов и выходом управления блока17 накопления результата, Вход управленияФЧВ 2 соединен с выходом триггера 13, а40 установочные входы счетчика 12 времени итриггера 13 - с клеммой 16 опорного сигнала, а вход управления КУДЧ 14 - с выходомблока 18 задания геометрического коэффициента установки, Второй генератор 11 под 45 ключен к информационному входу счетчика12 времени.На фиг.2 обозначено: 19 - эпюра тока ввозбуждающей петле; 20 - эпюра сигнала навыходе датчика 1 поля; 21 - эпюра сигнала50 на выходе счетчика 12 времени; 22 - эпюрасигнала на выходе триггера 13; 23 - эпюрасигнала на выходе ФЧВ 2; 24 - эпюра сигнала на выходе первого компаратора 3; 25 -эпюра сигнала на выходе инвертирующего55 дифференциатора 6; 26 - эпюра сигнала навыходе второго компаратора 7; 27 - эпюрасигнала на выходе второго элемента И 4; 28- эпюра сигнала на выходе третьего элемента И 8; 29 - эпюра сигнала на выходе ЯЯтриггера 5; 30 - эпюра сигнала на выходе10 15 20 25 первого элемента И 10; 31 - эпюра выходного кода счетчика 15 импульсов; 32 - эпюра импульсов на клемме 16 опорного сигнала.Как показано на фиг.3, кривая 33 зависимости обратной величины геометрического коэффициента установки К(х,у,г), где х,у,г - координаты точек наблюдений, позволяет определить величину этого коэффициента при использовании в качестве источника поля квадратной петли с длиной стороны 21 по профилю, проходящему через центр петли (у=О) для точек, удаленных от центра петли на относительное расстояние х/1,Как показано на фиг.4, кривые 34-43 вторичного магнитного поля позволяют определить временной интервал Ьс между моментами перехода этих кривых через нуль и их экстремальных значений. Кривые 34-43 рассчитаны для точек наблюдения, расположенных вдоль профиля, приходящего через центр петли (у=О) на высоте ,г=0,51 при относительных удалениях от центра петли на х=О (кривая 34), х=0,95 (кривая 35), х=1,31 (кривая 360, х=1,6 (кривая 37), х=21 (кривая 38), х=31(кривая 39), х=5 (кривая 40), х=б (кривая 41), х=7 (кривая 42) и х=8 (кривая 43),В предлагаемом способе магнитное поле в горных породах возбуждают током прямоугольной формы с паузой (эпюра 19, фиг.2), пропускаемым через квадратную петлю, Вторичное магнитное поле во время паузы тока в петле имеет точке перехода через нуль и экстремальные значения (эпюра 20). Как показали расчеты, интервалы времени между моментами перехода через нуль и моментами экстремумов вторичного магнитного поля определяются выражени- ем Д 1= Оэфф К(х,у,г) / о ,где сэфф - эффективная электропровод- ность горных пород;,и о =4 й 10 - магнитная постоянная, Гн/м;1 - половина стороны петли (масштабная единица);К(х,у,г) - геометрический коэффициент установки, учитывающий положение датчика в пространстве относительно центра питающей петли,Поэтому в предлагаемом способе измеряют эти интервалы времени:Ь 1=КОэффК(х,у,г)И огде К 1 - коэффициент пропорциональности (коэффициент передачи) измерителя временных интервалов,Задавая коэффициент К=К 1 К(х,у,г),и 1 кратным 10 Р, где р - целое число, получим, что замеренный интервал 30 35 40 45 50 55 времени Л 1 численно равен эффективной электропроводности горных пород.Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.При пропускании разнополярного тока прямоугольной формы (эпюра 19) в питающей незаземленной петле (не показана) в пункте наблюдения вторичное магнитное поле (эпюра 20) из-за влияния горных пород отличается от прямоугольной формы, С датчика 1 снимается электрический сигнал (эпюра 20), пропорциональный магнитному полю в пункте наблюдения. Этот электрический сигнал поступает на вход двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя (ФЧВ) 2. На управляющий вход ФЧВ 2 подается выходное напряжение (эпюра 22) с триггера 13, которое через каждые полпериода Т/2 изменяется с потенциала "0" на потенциал "1" и наоборот. При сигнале "1" на входе управления ФЧВ 2 работает как повторитель, а при сигнале "0" - как инвертор. В результате в ФЧВ 2 осуществляется умножение сигнала датчика 1 на периодическую функцию знака частоты И=2 л/Т, т.е. осуществляется фазочувствительное выпрямление входного сигнала ФЧВ 2. Выходной сигнал ФЧВ 2 (эпюра 23) подается на входы первого компаратора 3 и инвертирующего дифференциатора б. В первом компараторе формируются короткие положительные импульсы (эпюра 24) в моменты перехода напряжения через нуль от отрицательных значений к положительным, а с выхода инвертирующего дифференциатора 6 напряжение (эпюра 25), пропорциональное отрицательной величине первой производной входного сигнала, поступает на вход второго компаратора 7, Во втором компараторе 7 формируются короткие положительные импульсы в моменты перехода через нуль выходного напряжения инвертирующего дифференциатора 6 с отрицательных значений к положительным, как и в первом компараторе 3. Импульсы в моменты времени т 1+1 Т/2 (эпюра 24) и 12+ Т/2, где 1=0,1,2,3, соответствуют нулевым и экстремальным значениям изучаемого вторичного магнитного поля.Второй генератор 11 формирует прямоугольные импульсы с частотой следования т. Частота 11 выбирается из следующего условия 111/Т. Выходные импульсы второго генератора 11 поступают на информационный вход счетчика 12 времени, в котором осуществляется пересчет этих импульсов, В результате счетчик 12 времени формирует в интервалы времени пауз токав петле положительные импульсы длительностью т 1 =Т/4-2 Лт(эпюра 21) и периодом следования, равным половине периода Т. Интервал времени Лт(эпюра 21) выбирается из следующих условий ЛЬд Лн Л Ън, Лт 1%, где Л 1 мин - минимальный интервал времени между моментом перехода через нуль вторичного магнитного поля и моментами выключения тока в незаземленной петле, Л сз,д - максимальная задержка импульсов, передаваемых по радиоканалу, относительно моментов выключения тока в петле, Для начальной временной привязки импульсов на выходе счетчика 12 времени (эпюра 21) и триггера 13 эпюра 22) относительно моментов выключения тока в петле, на установочные входы счетчика 12 и триггера 13 поступают раз за период Т опорные импульсы с клеммы 16 опорного сигнала (эпюра 32). Опорные импульсы передаются с генераторной установки (незаземленной петли) по радиоканалу (не показан), При поступлении импульса с клеммы 16 опорного сигнала счетчик 12 времени и триггер 13 устанавливаются в нулевое состояние. В результате на выходе счетчика 12 времени формируются в интервалы пауз тока импульсы длительностью, примерно равной длительности паузы тока в петле, В результате операций логического умножения, выполняемых вторым 4 и третьим 8 элементами И, импульсы с выходов первого 3 и второго 7 компараторов поступают на входы ВЯ-триггера 5 в интервалы времени изучения вторичного магнитного поля (интервалы времени пауз тока в незаземленной петле), В результате ВЯ-триггер 5 формирует импульсы длительностью Л 1 ь равной интервалам времени между моментами перехода через нуль вторичного магнитного поля и моментами его экстремальных значений, =0,1,2,3,. (эпюра 29), Выходные импульсы длительностьюдт поступают на один из входов первого элемента И 10. В результате операции логического умножения, выполняемой первый элементом И 10, на вход КУДЧ 14 (эпюра 30) поступают пачки импульсов длительностью Л и частотой заполнения 1 с, вырабатываемой первым генератором 9. Перед поступлением пачки импульсов КУДЧ 14 и счетчик 15 импульсов сбрасываются в нулевое состояние положительным перепадом выходных импульсов счетчика 12 времени. В результате за интервал времени Ь в счетчике 15 импульсов будет накоплено количество импульсов К:К=фс/М) Л 11,где 1 - частота следования импульсов первого генератора 9;М - коэффициент деления КУДЧ 14,Коэффициент деления КУДЧ 14 задает 5 ся кодом, поступающим на вход управленияс блока 18 задания кода геометрическогокоэффициента установки.Соответствующим подбором 1 с и М задают величину10 Ц=фс/М) Л=К(х,у,)1 с,и, /М)азфф =10 Р п,фф,где р - целое число, т,е. количество импульсов М будет численно равно эффективнойэлектропроводности (т,фф горных пород15 Для оценкиозфф в абсолютных единицахдостаточно установить децимальную (разрядную) точку в соответствующий разряд,Отрицательными перепадами импульсовсчетчика 12 времени (эпюра 21) коды К; переписываются в блок 17 накопления результата для дальнейшей обработки приинтерпретации полученных материалов.Для обоснования предлагаемого способа проводилось моделирование на ЭВМ путем численных расчетов сигнала магнитнойсоставляющей вторичного поля незаземленной петли после выключения тока. Нафиг.4 приведены результаты таких расчетовдля квадратной петли размером 2 2, где-масштабная единица, равная полудлинестороны петли, расположенной на поверхности однородного полупространства электропроводности о, В ысота плоскостинаблюдений я=0,5.После выключения тока в петле в горныхпородах индуцируется токовая петля, которая с течением времени диффундирует всреде, причем скорость этой диффузии зависит отэлектропроводности горных пород.При этом на расстояниях от центра петли,больших 1,3, т,е, вне петли сигнал вторичного магнитного поля имеет переход черезнуль в момент времени 1, достигает экстремальных значений в момент времени техс, а45 затем монотонно убывает с ростом х/, Разность моментов времени Л 1=оех можетслужить мерой электропроводности среды.Отложенное по оси абсцисс на фиг.4 приведенное время 1 является сложной функциейот координат источника и приемника поля(аналог геометрического коэффициента установки в электроразведке) и электропроводности среды. Геометрическийкоэффициентустановки можетбыть опреде 55 лен либо путем непосредственного расчетана основе данных типопривязки, либо, например, У=О, =0,5 при помощи палетки, подобной той, что приведена на фиг,3 (кривая33). Таким образом, измеренные интервалы1744663 10 5 10 15 30 35 50 времени между моментами нулевых и экс-. тремальных значений вторичнага магнитного поля связаны с электрапроводностью полупространства простым соотношением:д= т/К(х,у,г),и о)Для реальных геологич ских сред о приобретает характер эффективной электропроводности толщи горных пород, используемой при геологическом картировании, При этом существенно, что не требуется жесткой временной увязки работы измерительного устройства с моментом выключения токового импульса, так как измерения интервалов времени в этом случае являются относительными, а также снимается целый ряд ограничений геоэлектрического характера, чта значительно расширяет область применения предлагаемого способа, а возможность проведения аэроизмерений приводит к повышению производительности работ.Формула изобретения 1. Способ обработки сигналов вторичного магнитного поля при геоэлектроразведке, в котором выделяют для каждой точки наблюдений моменты экстремума и перехода через нуль сигнала вторичного поля магнитной индукции в паузах между импульсами тока, пропускаемыми через незаземленную квадратную петлю с длиной стороны 21, и определяют величину электроправодности среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа, измеряют временной интервал Ь между моментами перехода через нуль и моментами экстремума сигнала вторичного поля магнитной индукции, а а величине эффективной электраправаднасти оэфф среды судят, исходя из соотношения Д7 эфф гК ( х, у, г ) ,и огде К(х,у,г) - геометрический коэффициентустановки;(х,у,г) - координаты точек наблюдений; р о =4 7 г10 - магнитная постоянная, Гн/м.2. Устройство для обработки сигналов вторичного магнитного поля при геоэлектроразведке, содержащее датчик поля, клемму опорного сигнала, первый компаратор и счетчик импульсов, присоединенный выходам к ин,"армационному входу блока накопления, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом первого генератора, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены двухполупериодный фазачувствительный выпрямитель, инвертирующий дифференциатор, второй и третий элементы И, ЯЯ-триггер, кодоуправляемый делитель частоты, триггер, блок задания кода геометрического коэффициента установки, второй генератор, второй кампаратор и счетчик времени, падключенный информационным входом к выходу втарсга генератора, установочным входам - к клемме опорного сигнала, а выходом - к установочным входам кадоуправляемога делителя частоты, счетчика импульсов и к управляющему входу блока накопления результата, к первым входам второго и третьего элементов И и к счетному входу триггера, подключенного установочным входам к клемме опорного сигнала, а выходам - к управляющему входу двухполупериаднага фазачувствительного выпрямителя, подсоединенного информационным входом к датчику, а выходом - к входам первого кама аратора и инвертирующего дифференциатара, выход которого соединен с входам второго компаратора, подключенного выходам к первому входу первого элемента И, а вторым входом - к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого кампаратара, причем информационный вход счетчика импульсов через кодоуправляемый делитель частоты подсоединен к выходу первого элемента И, а блок задания кода геометрического коэффициента установки подключен к входу управления кодауправляемога делителя частоты, 17446631744663 13 оставитель В,Попо ехред М,Моргентал ректор О.Сопко дактор Т,Лазорен водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,аказ 2196 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, Ж