Способ геоэлектроразведки

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ри 959005(22) Заявлено 05.02. 81(21) 3243717/18-25с присоединением заявки Нов(51 М. Кл.з С 01 Ч 3/06 Госуаарственный комитет СССР оо лелам изобретений н открытийДата опубликования описания 150982(71) Заявител ноярский политехнический и нсти тут ПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДК 2 3 Изобретение относится к геофизи.ческой разведке электромагнитнымиполями импульсной формы и можетбыть использовано для повышения глубинности поиска методами вызваннойполяризации (ВП) и переходных процессов,Известен способ геоэлектроразведки рудных месторождений методом ВП,заключающийся в том, что электромагнитное поле в эемтте вначале возбуждают импульсами малой мощности, отыскивают на исследуемой площади эквипотенциальные линии поля ВП и располагают на них приемные электроды. Затемпоследовательно возбуждают электромагнитное поле двумя мощными импульсами тока одинаковой длительности,по разной полярности и регистрируютполе ВП в обоих случаях 1 .Известен способ геоэлектроразведки, относящийся к методу, согласнокоторому регистрируют мгновенные значения поля ВП после выключения токаи определяют сумму мгновенных значений напряжений в моменты времени,отстоящие друг от друга на интервале, равном длительности импульса поляризующего тока, затем дополнительно возбуждают электромагнитное поле в земле импульсом тока, увеличенным не менее, чем в полтора раза по отношению к первоначальной длительности, регистрируют нарастание напряжения поля ВП во время пропускания тока и по величине разности напряжений поля ВП, возбуждаемой импульсами разной длительности, знаку и изменевию во времени, определяют минералогический состав поляризующего объекта 21 . Известные способы предназначены ,для повышения достоверности определения минералогического состава поляризующихся объектов и не дают увеличение глубинности и помехоустойчивости поиска.Наиболее близким к предлагаемому является способ геоэлектроразведки, в котором возбуждают геологический разряд последовательностью знакопеаременных прямоугольных импульсов тока со скважностью два, подбирают режим возбуждения и регистрируют в паузе между импульсами тока вторичные сигналы, по которым судят о строении.геологического разряда. Причем длительностью отрицательного импульса ограничивают моменты компенсациисуммарных сигналов от мешающего объекта 3 .Недостатком этого способа является малая эффективность компенсации мешающего объекта при случайном изменении его параметров, а также непол ное использование энергии зондирующего сигнала и дополнительной информации об объекте поиска и геологических помех. Это связано с тем, что один отрицательный импульс позволяет скомпенсировать лишь амплитудные изменения в переходной характеристике мешающего объекта, но не компенсирует случайных изменений параметра скорости спада сйгнала помехи и 15 мало эффективен при более сложном характере переходной характеристики мешающего объекта, чем одна экспонента.Цель изобретения - увеличение глубинности поиска.Эта цель достигается тем, что согласно способу гЕоэлектроразведки, заключающемся в возбуждении геологического разреза последовательностью знакопеременных прямоугольных импульсов тока со скважностью два, подборе режима возбуждения и регистрации в паузе между импульсами тока вторичных сигналов, по которым судят остроении геологического разреза, дополнительно регистрируют в контрольных точках, расположенных в нормальной зоне, усредненную, переходную характеристику нормального геологичес кого разреза и средне-квадратичное отклонение показаний контрольных приборов поточкам, соответствующее геопомехе и по времени соответствующие шуму, по которым вычисляют им р пульсную переходную характеристику (ИПХ) нормального георазреза, коэф-, Фициент корреляции К к ожидаемой ИПХ объекта поиска и ИПХ нормального георазреза, а также коэФФициент 1 45 отношения мощностей шумовой и геологической помех, затем среднее значение амплитуДы возбуждающего тока изменяют по закону линейной комбинации, с учетом коэффициентов К и , зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального георазреза, путем возбуждения плавно нарастающего по амплитуде рабочего импульса, с длительностью, сопоставимой с постоянной времени объекта поиска, за которым возбуждают серию компенсирующих знакопеременных импульсов с длительностью, в 10-20 раз меньшей длительности рабочего импульса, амплитуду и длительность компенсирующих импульсов регу лируют так, чтобы средний уровень геопомехи по контрольным точкам был минимальным, после чего с подобранным режимом производят рабочие изменения вдоль исследуемых профилей. 65 При этом рабочий импульс предпочтительно Формировать в виде сериинизкочастотных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, но разнойдлительности и скважности.Предлагаемый способ обеспечиваетмаксимальное отношение мощности полезного сигнала от объекта поиска ксредней мощности геологических помехи шумов вследствие согласования ихамплитудно-частотных характеристик.Решение задачи оптимизации укаэанного соотношения при ограничениина энергию возбуждающего поля приводят к следующей Форме импульса возбуждения (ИВ)1 М=К, - -С - - к, - С,о( С)К,=(2. -С) - соответстТ, Твенно зеркальные импульсныепереходныехарактеристики (ИПХ)объектапоиска игеопомех;отношениемощностей шума и геопомех;Т/2 - полупериодимпульса возбуждения;С текущее вреЧг мя;К = Ко(С)К,(С)йй - коэффициентТ(Ф корреляции.Реализовать такую форму можно способами амплитудно-временной или временной модуляции. В последнем случаезондирующий сигнал представляет последовательность низкочастотных и,высокочастотных импульсов с различной скважностью.Вариант с временной модуляциейимеет преимущество перед амплитудновременным в простоте реализации натиповых коммутирующих приборах. Вто же время амплитудно-временная модуляция позволяет лучше использоватьэнергетический: потенциал генератора.На Фиг.1-3 изображены эпюры возбуждающих импульсов для двух соседних полупериодов ИВ и сигналов отклика в контрольных точках; на фиг.4устройство, реализующее способ в варианте метода вызванной поляризации.Фиг.1 - испытательный импульс аи его отклик б для получения переходной харакъэристики нормального георазреза на одной из контрольных точекпо измерениям в поисках времениЙее С 11 Фиге 2 оптимальный воэбуждающий импульс в и его отклик гдля случая амплитудно-временной модуляции. Фиг.З - оптимальный возбуж959005 дающий импульс д и его отклик е дляслучая временной модуляции;Мощность геологической помехи вычисляют по результатам измерения амплитуды сигнала георазреза, усредненной по числу контрольных точек ии по числу временных выборок сигнала в Ф йР,С С ьМ ) .,где Лц(С;) - средняя по времениамплитуда выборки впаузе между испытательными импульсамив К-й контрольнойточке, на д-й временной выборке, наблюдаемая регистрирующимб прибором;и=" Ь 1,)(п - среднее арифметическое значение переходной характеристикинормального георазреэа в 1-й временнойвыборке.- амплитуда выборки вК-точке в момент времениСреднюю мощность шумовых помехвычисляют с помощью выраженияЮ и Ь",. Е. Ь, Ь,)-Ь;) /эвЬ,где Ь(1 ) - текущее значениесигнала отклика в1-1 временной выборке и в К-й контроль;ной точке;1 номер реализации;Ь число импульсов возбуждения в реализации;Ь(с,) - Е Ь(г)удИмпульсную переходную характеристику нормального георазреза вычисляют путем дифференцирования о времени зарегистрированной в контрольныхточках усредненной:переходной харак. теристики, в виде реакции на испытательный импульс а (фиг.1)к; = -+ -1 к(Э 45 ческого разреза последовательностьюпрямоугольных импульсов тока.со 55 скважностью два, регистрацией усредненной по контрольным точкам перемощностей шумовой и геологической помехи, изменением среднего значения65 .амплитУды возбуждающего тока по заЧисло контрольных точек на нор- мальном георазрезе желательно брать большим, однако с позиции сокращения времени подстройки режима можно ограничить тремя, одна из которых расположена вблизи питающей линии, а две другие справа и слева от нее, на . расстоянии 0,1-0,3 длины питающей Линии, Длительность рабочего импульса при амплитудно-временной модуляции, или суммарную длительность низкочастотной серии импульсов при временной модуляции рр выбирают в соотГ 5 1 О 15 20 25 30 35 40 ветствии с длительностью ИПХ объектапоиска. Среднее значение амплитудынаращивают к концу этой серии по закону, соответствующему разности зеркальных функций от ИПХ объекта поиска и нормального георазреза с учетомкоэффициентаНа фиг.1-3 указанные ИПХ взяты ввиде экспоненциально затухающих Функций. Длительность компенсирующейсерии. импульсов 1 выбирают в 10.20 раз меньше р, с таким расчетом,чтобы эти импульсы за счет скинэффекта замыкались в основном в верхних слоях георазреза и скОмпенсировали переходные электромагнитные иэлектрохимические процессы, вызванные в этих слоях предшествующим рабочим импульсом. Их среднее значение по времени должно иметь отрицательное значение по сравнению сосредним значением рабочего импульса.Так, если ИПХ геопомЕх описывается одной экспонентной, то для еекомпенсации на всем времени наблюдений С -Тдостаточно одного первогоотрицательного импульса высокочастотной серии, и процесс компенсациисводится к изменению амплитудЫ либодлительности этого импульса до техпор, пока на контрольных приемныхлиниях сигнал в паузе на указанныхвременах в среднем не станет минимальным,При работе методом переходныхпроцессов указанная последовательность импульсов подводится к возбуждающей петле (рамке), а контрольныесигналы снимаются с приемных рамок,расположенных в заведомо нормальнойзоне. В этом случае компенсируютсясигналы, обусловленные токовихревыми процессами в наносах.Энергетический выигрыш эа счетсогласования возбуждающего импульсас задачей поиска реализуется лишьв том случае, если в паузах междуимпульсами энергия источника нерасходуется, напримеР, на балласт,а накапливается каким-либо реактив;ным устройством - аккумуляторами,конденсаторами и т.д. Способ характеризуется следующими операциями: возбуждением геологиходкой характеристики нормального,геологического разреза, вычислением коэффициентов корреляции ожидаемойИПХ объекта поиска и полученнойусредненной ИПХ нормального геораэреза, а также коэффициента отношениякону линейной комбинации зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального георазреза путем возбуждения плавно нарастающего по амплитуде рабочего импульса с длительностью, сопоставимой с постоянной времени объекта по иска, за которым следует серия компенсирующих знакспеременныхимпульсов с длительностью, в 10-20 раз меньше длительности рабочего импульса, подбором амплитуды и длительнос ти компенсирующих импульсов так, чтобы средний уровень геопомехи по контрольньм точкам был минимальным, последующими рабочими измерениями с подобранным режимом вдоль исследуемых профилей.Во втором варианте способ характеризуется Формированием рабочего импульса в ниде серии низкочас-, тотных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, но разной полярности и скважности .П р и м е р . Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1 прямоугольных испытательных импульсов тока со скважностью два, подсоеди.ненный по выходу к датчику первичного поля - питающей линии 2- 3 через переключатель 4 рода работ, а по управляющему входу - к блоку 5 временной синхронизации, выход которого подсоединен к входу генератора б рабочих импульсов и генератора 7 .компенсирующих импульсов, соединенных по выходу с устройством сложения токов 8; приемные датчики 9,10, 35 и 11, расположенные в контрольных точ ках, подсоединенные к стробирующим элементам 12,13 и 14, выходы которых соединены с последовательно включенными линейным сумматором 15., стро О бирующим элементом 16, Фильтром 17 нижних частот, дифференцирующей це- пью 18, переключателем 19 рода работ и осциллографом 20; устройство 21 возведения в квадрат (квадратор), 45 соединенный пс входу с линейным сумматором, а по выходу с последовательно включенными вычитающими устройством 22, интегратором 23, и регистра тором 24 мощности шумовых помех, устройства 25,2 б и 27 вычитания сигналов, соединенные по одному входу с выходом стробирующИх элементов по другому входу с выходом фильтра нижних частот, а пс выходу - с квадраторами 28,29 и 30, соединенными с входом второго линейного сумматора 31; второй интегратор 32, соединеный по входу с линейньпм сумматором, а по выходу - с регистратором 33 мощности геологической помехи, делителем 34 ОО сигналов и регистратором 35 отношения мощностей шумовой и геологической помех.управление режимов производится переключателями 4 и .19 рода работ, 65 регуляторами амплитуды соответственно рабочих 36 и компенсирующих 37 импульсов, регулятором 38 положения синхроимпульсов.Способ реализуется следующим образом.Переключатели рода работ 4 и 19 устанавливают в положение 1. При этом питающая линия подсоединяется к генератору 1 испытательных импульсов тока, синхронизируемому блоком 5 синхронизации. Наблюдаемые сигналы принимаются контрольными датчиками 9,10 и 11 и через стробирующие элементы 12,13 и 14, включаемые между импульсами тока, подаются на линейный сумматор 15, а далее через стробирующий элемент 16, фильтр 17 нижних частот, дифференцирующую цепь 18, контакт 1 переключателя 19 на вертикальный вход осциллографа 20. С эк рана осциллографа оператор считывает импульсную переходную характеристику нормального геологического разреза, усредненную по трем контрольным точкам К.Одновременно, с помощью квадратора 21, вычитающего устройства 22, интегратора 23 и регистрирующего прибора 24, измеряется средняя дисперсия (мощность) Р, шумовых помех как средне-квадратичйое отклонение сигналов во временных циклах наблюдений, повторяющихся с периодом зондирующего импульса Т/2.В этом же режиме с помощью вычитающих устройств 25,26 и 27, квадраторов 28,29 и 30, сумматора 31, интегратора 32, регистратора 33 производится измерение .мощности геологи-ческой помехи Р, а с помощью делителя 34 и регистратора 35 измеряется среднее отношение мощностей шумовой и геологический помех 1 = Р /РцПосле этих измерений переключатели 4 и 19 рода работ переводят в положение 2 и тем самым подсоединяют питающую линию 23 кгенераторам сигнальных импульсов 6 и компенсирую.щих импульсов 7, через устройства 8сложения их токов.На экране осциллографа 20 наблюдается усреднедная по контрольнымточкам переходная характеристиканормального георазреза. Далее регулятором 38 на блоке 5 синхронизации устанавливают нужную последовательность импульсов синхронизации, арегулятором 36 амплитуды устанавливают необходимые весовые коэффициенты, рассчитанные согласно формуле Импульсную переходную характеристику объекта поиска Ко (С, ) берут из заранее составленйых таблиц ИПХ ожидаемых объектов поиска,ко-. Ффициент корреляции К рассчитывают с2помощью операции временной свертки1 ъЕК(С; )Ер Г 1; )(Лй коэффициент Р берут по показаниям регистратора 35. После этого с помощью регулято ра амплитуды 37, наблюдая за картинкой переходного процесса по экрану осциллографа 20, подбирают Форму переходного процесса в койтрольных точках, минимально уклоняющуюся по амплитуде от нулевой оси.На этом процесс настройки оптималь. ного режима генераторного устройства считается законченным и могут быть начаты рабочие из перения вдоль исследуемых профилей.Использование способа обеспечивает снижение уровня геопомех, вызванных электромагнитными и электрическими процессами в наносах; рациональное распределение энергии генератора возбуждающего тока в зависимости от вида искомого объекта и помех, т.е. оптимальное согласование возбуждающего сигнала с задачей поиска; расширение динамики приемно-измерительных устройств по амплитуде.Все это приводит к увеличению глубинности поиска.30Формула изобретения 1. Способ геоэлектроразведки,заключающийся в возбуждении геологического разреза пос)тедовательностью 35 знакопеременных прямоугольных импульсов тока со скважностью два, подборе режима. возбуждения и регистрации в паузе между импульсами тока вторичных сигналов, по которым судят о 40 строении геологического разреза, о т.л .и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения глубинности поиска, регистрируют в контрольных точках, расположенных в нормальной зоне, 45 усредненную переходную характеристику нормального геологического разре за и средне-квадратичное отклонение показаний контрольных приборов по то гкам, соответствующее геопомехе и по времени соответствующее шуму, по которым вычисляют импульсную переходную характеристику (ИПХ) нормального георазреза, коэффициент корреляции К к ожидаемой ИПХ 1 нормального георазреза) объекта поиска и ИПХ нормального георазреза, а также коэффициент ) отношения мощностей шумовой и геологической помех, затем среднее значение амплитуды воэбуждающегб тока изменяют по закону линейной комбинации, с учетом коэффицИентов К и Я, зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального георазреза, путем возбуждения плавно нарастающего по амплитуде рабочего импульса с длительностью, сопоставимой с постоянной времени объекта поиска, за которым возбуждают серию компенсирующих знакопеременных импульсов с длительнос тью, в 10-20 раз меньшей длительности рабочего импульса, амплитуду и длительность компенсирующих импульсов регулируют так, чтобы средний уровень геопомехи по контрольным точкам был минимальным, после чего с подобранным режимом производят рабочие измерения вдоль исследуемых профилей.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что рабочий импульс формируют в виде серии низкочастотных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, но разной длительности и скважности.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Р 301661, кл.С 01 Ч 3/02, 1971.2. Авторское свидетельство СССР М 310212, кл,С 01 Ч 3/02, 1971.3. Авторское свидетельство СССР М 642662, кл,6 01 Ч 3/02, 1979 ),прототип).е П "Патент", г.ужгород, ул.Проектна илиап каэ 7010/62ВНИИПИ Гопо дела113035, Мос д и а Тираж 717ственного кбретений иЖ, Раущс Подписиомитета СССРоткрытийкая наб., д.4/5