Способ морской геоэлектроразведки

(54)(57) СПОСОБ М РАЗВЕДКИ, при кот тромагнитное поле прямоугольной Фор промежутках между ное электрическое емными установками щ и й с я тем, ч ы и измеряют в импульсами вто поле двумя приотличаюо, с целью повыановления,ии Уф АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР м изОБРЕтений и ОтнРытий СПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзное морское научно-призводственное объединение инженерной геологии "Союзморинжгеология"(56) 1, Якубовский 1;"),В. Электрораведка. М.9 "Недра", 980, с.264-22, Авторское свидетельство СССРУ 693312, кл. С 01 Ч 3/02, 1979.3. Авторское свидетельство СССРР 266091, кл . С 01 У 3/02, 1968(прототип). ром возбуждают элекимпульсами тока Щташения точности и разрешающей способности измерений при одновременномповышении глубинности путем разделения эффектов становления поля и вызванной поляризации, производят одновременную регистрацию значений напряженности вторичного электрическо.го поля симметричной и содержащейзаданное число измерительных диполей дипольно-осевой установками приФиксированных разносах для каждогоиз измерительных диполей дипольноосевой установки, устанавливаемыхпо условию, что удвоенная глубина дсполяризующегося слоя заключена впределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным.значениям поля на приемных линияхсоответственно, дипольно-осевой устаяовки при фиксированных разносах н .симметричной установки определяютраздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поля45 Изобретение относится к техническойфизике и может быть применено пригеоэлектроразведке,месторожденийполезных ископаемых и инженерно-геологических работах в морских условиях методами вызванной поляризации и становления электрическогополя,Известны способы электроразведкиоснованные на изучении явлений вызванной поляризации (ВП 1, заключающиеся в том,что в землю посылают электрический ток и измеряют напряжениеполяризационного поля, вызываемогополяризующимся объектом Ц ,15В морских условиях вследствиетребований к высокой экономичностиморских работ целесообразен вариантизмерений временной зависимостиспада вызванной поляризации с измерением электрической составляющейполя, позволяющий исследовать полнуюкривую спада вызванной поляризациипри наименьших организационных затратах, Поэтому способы, основанныена многочастотных амплитудно-фазовыхизмерениях и/или измерениях составляющей магнитного поля, нетехнологичны для морской электроразведки из-затрудности организовать измерения30магнитной составляющей поля и практической невозможности осуществлятьизмерения в движении судна.Совместное влияние на измеряемыепараметры (в,частности на параметрыкажущейся поляризуемости, в особенносЗ 5типри ранней стадии спада поляВП ) двух различных по физическомухарактеру процессов (вызванной поляризации и индукции) существенно усложняет интерпретацию полевых работ иобусловливает необходимость отделения части поля вызванной поляризации от процессов, вызванных электродинамическим установлением поля.Способы вызванной поляризациихарактеризуются сравнительно высокой разрешающей способностью и глубинностью, однако влияние поля становления вносит существенную погрешность в определение мгновенных значений разности потенциалов поля вызванной поляризации.Известен способ геоэлектроразведки, согласно которому, с целью повышения точности измерения путем 55разделения поляризационных и индукционных эффектов, определяют разность абсолютных значений сигнала и тот же промежуток времени после выключения импульсов тока разной длительности, по которой судят о величине поляризационных эффектов 12 .Однако предпосылка о том, что индукционные эффекты (поле становления) не зависят от длительности токовой посылки, имеет большие ограничения. Поле вызванной поляри- зации и лоле становления зависят от длительности возбуждающего токового импульса. Различие этого влияния для поля вызванной поляризации и поля становления зависит от закона спада величин, составляющих поля во времени. Закон спада вызванной поляризации практцчески не зависит от удельных электросопротивлений сред, а патностью.определяется ходом электро- химических процессов в горных породах. Процесс же становления определяется удельными электросонротивлениями сред и их распределением в пространстве. 11 оэтому в одних случаях изменение длительности зарядки больше влияет на наблюдаемые величнны вызванной поляризации, а в других - на компоненты поля становления. Чем ниже удельные электросопротивления сред, тем,больше влияет на поле становления длительность импульса. При этом, чем больше длительности импулЬсов по отношению ко времени на. блюдения, тем меньше различие между длительностями. В условиях моря разрез сложен сравнительно низкоомными средами - вода 0,2-1,5 Ом, породы 1-10 Ом. Дпительности зарядки не должны быть большими (не более 5- 10 с), учитывая, что измерения пров . водятся в движении. Поэтому в морских условиях данный способ неприменим.На суше он может быть применен с большими ограничениями только для выделения очень медленно спадающих во времени эффектов ВП. Быстро и умеренно спадающие во времени поля ВП, которые в настоящее время используются в полевой разведке по ме. тоду ВП, будут при такой методике наблюдений либо ослабляться, либо исключаться,Таким образом, точность измерений эффектов ВП, а следовательно, и разрешающая способность такого способа невысокие, так как сигнал после короткого импульса содержит в значительной степени и эффекты становления поля (СП), а в разностном122 3сигнале эффекты ВП сильно искаженыИзвестен ряд методических приемов,позволяющих разделить поле ВП иполе СП, в частности применением установок, в которых индукционныеэффекты отсутствуют либо минимальнь, например, применением ортогональных дипольных установок или установок, в которых источником поля слу - 1 ржнт заэемпенная петля, а поле измеряется вдоль прямой, замыкающей полупетлю. Однако в морских условияхтакие установки с измерением магнитной составляющей поля нетехнологичны и ими практически невозможноорганизовать измерения в, движениииз-за помех, возникающих при буксировке судна.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ геоэлехтроразведки,согласно которому возбуждают электромагнитное поле импульсами (током прямоугольной формы) и измеряют в промежутках между импульсамивторичное электрическое поле двумяприемными установками. По разностинли отношению сигналов, полученныхприемными установками, судят о наличии и величине поля вызванной30поляризации и поля, связанного с электродинамическими явлениями становления поля 31 .Однако во взаимных приемных установках питающие электроды находятсяв различных геоэлектрических условиях. Поскольку в приэлектродныхзонах плотности тока высоки, тоимеют место нелинейные явления, длякоторых принцип взаимности для полявызванной поляризации не соблюдает- фся. Это приводит к невозможностивычисления полей ВП и электродинамических полей в отдельности.В морских условиях реализация иэвестного способа потребует созданияочень громоздкой установки, поскольку для одной из взаимных установокприемные электроды должны находиться ближе к судну, чем питающие.Одйакодля того, чтобы избежать возникновения помех буксировки вприемной линии, необходима "слабина"не менее 200-300 и, Кроме того,для каждой из взаимных установокдолжна быть организована своя питаю- Ыщая линия, И, наконец, измерениядолжны проводиться поочередно (то содной, то с другой из.взаимных 998 4 установок), что при измерениях в двц" женин приведет к снижению производительности в 2 раза. Если же организовать смещенные взаимные установки, т.е. организовать установки вида И 111 АИ 2 И 2, где И 1 И И 2 И- приемные, а А и В - ,питающие электроды, и проводить одновременные измерения после выключения тока в двух приемных цепях, то, учитывая необходимость "слабины" перед. приемной линией И 1 Б,1, установка стано- вится очень протяженной, что приводит к попаданию приемных линийЭ ( в различные геоэлектрические условия. А это практически исключает возможность разделения поляризационных и индукционных эффектов и обуславливает низкую, точность измерений поля ВП,Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности измерений при одновременном повы 1 пении глубинности путем разделения эффектов становления поля и вызванной поляризации.Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промежутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками, производят одновременную регистрацию значений напряженное ти вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей диполь- но-осевой установками при фиксированных разносах для каждого из измерительных диполей дипольно - осевои установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина до поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным значениям поля на приемных линиях соответственно дипольно - осевой установки при фиксиров.анных разносах и симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления.Взаимное влияние полей носит аддитивный характер для установок электрического типа. Зная величину поля становления, одинакового для указанных режимов измерений на приемных линиях обеих установок, мож П 22998но выделить раздельное значение поля вызванной поляризации.Таким образом, цель изобретения достигается таким взаимным пространственным расположением одной питаю- . 5 щей и двух приемных цепей, при котором одна из приемных цепей регистрирует суммарноеполе ВП и СП внутреняя), а другая - процессы становления поля. 1 ОПовышение точности достигаетСя путем разделения полей ВП и СП, влияние становления поля на измерения вызванной поляризации исключают, используя данные измерений на вы несенных приемных линиях дипольноосевой установки. Последующая коррекция результатов наблюдений обеими установками путем усреднения результатов измерений по профилю исключа ет влияние неоднородности среды.Повышение разрешающей способности обеспечивается возможностью регистрировать более слабые аномалии поляризующейся среды за счет того, 25 что.исключение влияния сигналов становления позволит регистрировать поле вызванной поляризации на более ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен. 30Повышение глубинности обеспечивается на основе более точного определения величин становления путем исключения влияния вызванной поляризации на результаты измерений с диполь- но-осевой установкой.На фиг. 1 изображена установка цля наиболее рационального и экономич. ного в морских условиях варианта расположения приемных электродов; 40 на фнг. 2 - зависимость величины сигнала ВП от разноса г для диполь- но-осевой и симметричной установок; на фиг. 3 - принципиальная схема аппаратуры для измерений согласно пред лагаемому способу. Для осуществления способа морской геоэлектроразведки применяют измерительную установку, которая содержит вынесенную многоэлектродную диполь- но-осевую установку АВМ;Г 1;, где питающие электроды я и 8 обозначены через 1, 2, а измерительные диполи содержат электроды 3 -12 и, внутреннюю симметричную установку АМоГо В с их общей питающей. Количество приемных линий дипольно-осевых установок и размеры разносов определяются в зависимости от геологических задач и геоэлектрических условий изучаемого разреза. Вся совокупность разносов дипольной установки возрастаетфв геометрической прогрессии, что позволяет равномерно исследовать разрез по глубине, В смежных парах приемных электродов дипольной установки Г 1 Я каждый первый электрод последующей пары совмещен с вторым электродом предшествующей смежной пары, т.е. ВМ=ВЫ. Величина питающей линии АВ устанавливается в зависимости от глубины залегания границ раздела и должна в 1,5-3 раза превышать их для достижения достаточной глубинности симметричной установки, Наличие одной общей питающей цепи устраняет необходимостькоммутации питающих цепей, что позволяет производить непрерывные измерения разности потенциалов на профиле наблюдений.Измерение значений разностей потенциалов на внутренней приемнойМ Г и вынесенных приемных М;Г 1 ли.ниях проводят одновременно в промежутках между питающими импульсамина поздней стадии становления поля всоответствии с условиемГ 2е0,623 - - - (1)Ргде, 1 - время измерений;Рь - кажущееся сопротивление;г - разнос дипольно-осевой уста.новки,Указанный выбор времени измерений определен исходя из достижениямаксимальной глубинности метода становления поля. Измерения производятв режиме раэнополярных импульсов,обеспечивающего помехоустойчивостьизмерений.,Длительность импульса Тможет изменяться от О, до 1 О с взависимости от размеров косы и геоэлектрического разреза, В условияхниз коомн ого р азре з а и больших р аз -меров косы длительность токовых посылок должна быть достаточно продолжительной, чтобы завершились процессы становления. Длительность импульсов зарядки оптимально может быть выбрана исходя из уровня помех и глубинности в диапазоне 1-10 с,длительность пауз равна длителькости импульсов.В первом приближении сигнап, принимаемый с вынесенной установкой с11229987разносом в 2 раза большим глубины до поляризующегося слоя, не содержит эффектов ВП и равен Ел . Это давт воэможность его использования в качестве сигнала становления, а так же возможность исключения влияния становления на величину суммарного поля ВП и СП, наблюдаемую с внутренней приемной линией Мо Йо . Поскольку лри одновременной регистрации 10 переходных процессов с внутренней и .внешней линий они будут находиться в различных геоэлектрических условия нов меньшей степени,чем это, наблюдалось бы в известном.спо Фсобе), то целесообразно выполнить дополнительные действия для устранения этих различий. Необходимо осуществить пространственный сдвиг измерений рассматривая совместно3измерения с симметричной и дипольной установками АМ 1 ОВ и АВМ Н; с совпадающими центрами, а также рассматривать не единичные кривые, а среднее арифметическое совокулнос ти кривых на некотором отрезке, скользящем по профилю, что позволит избавиться от влияния случайных неодно родностей разреза. Длина отрезка должна выбираться в зависимости от ЗО требующейся детальности наблюдений и размеров случайных неоднородностей характерных для участка работ, влияние случайных неоднородностей разреза ослабляют, находя среднее из35 ряда измерений на скользящем по профилю отрезке,Способ осуществляют следующим образом.Для морских инженерно.-геологичес 40 ких исследованиИ используют установку АМО 11 оВМ Л; , 1=1-п, с числомфприемйых линий 11 =6-24, в которой размеры питающей и приемной линий имеют соотношения: АВ й ВН (при45 п=6; г2 Н, Н - глубина до поляризующегося слоя), а для симметрично 1 установки для обеспечения достаточной величины сигнала выбирают ,АМВ50При региональных инженерно-геологических работах для изучения верхней части разреза с ориентацией на глубину исследований порядка 75100 и целесообразно применение установки А 15 ОМо 150-Яо 150 В 150 М 4150ВМ =В 11; 2 5; 3 5; 5; 7;10;14; 20 28; 40; 56; 80; 12;160 224; 320; 450; 640 м, Для болеее10,5 - 1 4 Р л. ,- Е(1) с=2 1л 5 ф Оогде ДМо дипольный момент;время;магнитная проницаемость ва -куума;кажущееся сопротивление. Поэтому на поздней стадии, описываемой выражением (1), поле становления, измеряемое внутренней и вынесенной установками, будет одинаково. Напряженность электрического поля ВП, измеряемого внутренней установкой, совпадает по налравле - нию с лоляризуюшнм полем и, следовательно, противоположна полю становления. Напряженность поля ВП, измеряемого с вынесенной установкой, значительно ниже, чем измеренного с внутренней установкой. На фиг.2 приведены результаты расчетов разностей потенциалов поля вызванной лоляризаци (1 ВП с разными раэносами (индекс кривой) для двухслойной среды с различными соотношениями удельных электросолротивлений р нижней и верхней среды, равной нулю поляризуемостью верхней среды и равной 17, поляризуемостью нижней среды детальных р абот требуется бол ьше н аблюдений. При.детальных инженерно- геологических работах следует применять донную установку АВМ;М;ВМ;=Вй=1,25; 1,75; 2,5 и далее те же размеры, что и при региональных работах до величин, определяемых необходимой глубинностью. Линия ВМ;М; увязывается в единую косу, питающий электрод В удерживается на плаву поплавками. Питающий электрод я буксируется независимо. Отдельно буксируется внутренняя измерительная линия М ЯоС помощью внутренней линии ре-. гистрируют в основном процессы вызванной поляризации, а с помощью внешней - процессы становления. Про цесс становления (напряженность электрического, поля Е( на сравнительно поздней стадии не зависит от расположения приемного диполя по отношению к питающему, о чем сви детельствует известная зависимость процесса спада поля становления для установки электрического типа с параллельным расположением питающего и приемного диполей9 112299 при заданном разносе 1 и глубинеТакой геоэлектрический разрез харакчтерен для морских условий, Интересной особенностью поля ВП такого разре- за является наличие отрицательных 5 значений напряженности при разносах дипольно-осевой установки, меньших удвоенной; мощности верхнего слоя, В области разносов, равных удвоенной мощности верхнего слоя, значение 1 О напряженности поля ВП меняет знак на положительный.Таким образом, при определенном выборе расстояния вынесенной приемной установки от питающей, равном 15 .удвоенной глубине до попяризующегося слоя, можно добиться равенства нулю поля вызванной поляризации и наблюдаемые эффекты будут связаны только со становлением поля. По скольку глубина залегания поляризующихся пород может изменяться то наблюдения следует производить с несколькими вынесенными приемными линиями, образующими многоэлек тродную дипольно-осевую установку с разносами в пределах удвоеннойглубины до поляриэующегося слоя. Используя значения поля становления, измеренные с вынесенной установкой, можно ввести поправки в величины, измеренные с внутренней установкой, с целью исключения из них эффектов, связанных с полем становления, что обеспечивает повьппе 35 ние точности определения парамет- ров вызванной поляризации.По измеренным значениям поля на внутренней и вынесенных приемных линиях определяют раздельно количест-венные величины поля вызванной поляризации и становления, что в простей шем случае определяется как алгебраическая сумма (разность) измеренных значений, соответственно на внутрен 45 ней и вынесенных приемных линиях, а в общем случае неоднородных разрезов по результатам измерений с данной установкой можно определить раздельно величины значений поля вызванной поляризации и становления, .50 например решением системы уравнений; сост авле иной исходя из . з акономерностей пространственного распределения папяризационного и электродинамического полей. %5Для простейшего варианта установки АММ В, М М с совмещенными первымО 0 1и вторым электродами соответственно Овторой и первой пары приемных электроАВ АВ дов с разносами гд 2 ф4ЛВг 2= - 8 - , поле становления, измеряемое одновременно на всех трех разносах, одинаково, а поле поляризации изменяется в зависимости от расстояния по линейному в билогарифмическом масштабе закону01,Е (г) ф Е (г 1). (- в ) 96 бп г где М, - коэффициент.В таком случае по даннцм измерений на внутренней симметричной установке и на двух разносах Р и вынесенной дипольной установки получают данные для решения системы трех уравнений, в которь 1 х неизвестными ЯвлЯютсЯ Е р Е 81 (г 1 ) и 06БОль шей точности можно достигнуть, оргаНиэуя установку АМ ЯВМ 1 М: М. В этом случае кривая зависимости Евп от г апроксимируется в билографическом масштабе параболой, количество не,известю 1 х; и уравнений для их определения становится равным 4. Системы таких уравнений для раздельного определения полей ВП и СП составлены и разработаны приемы их решения методом скорейшего спуска.Устройство для реализации способа фиг, 3 содержит усилители 15 и 16, блоки 17 и 18 стробирования, интегрирующие ячейки 19 и 20, сумматор 21 и регистратор 22.В устройстве для реализации способа сигналы, поступающие с приемных линий М 04 и М; 8 обозначенных нафиг. 3 через 13 , 14 б, 3 1, 4 1, усиливаются соответственно усилителями 15 и 16, стробируются в блоках 17 и 18 соответственно с заданным време нем, отсчитываек 1 м от заднего фронта возбуждающего импульса, например, через 0,1 с после выключения тока, время стробирования 0,1 с. После стро бирования происходит накапливание сигналов на интегрирующих ячейках 19 и 20, Разность сигналов с внутренней приемной линии М й , измеряющей суммарное поле ВП и СП, и вынесенных приемных М Ц;, измеряющих только лоле становления, определяется в сумматоре 2 и дает величину выделенного сигнала поля вызванной поляризации. На регистраторе 22 регистрируются сигналы, поступающие с бло-.ков 19 и 20.Согласно предлагаемому способуморской геоэлектроразведки применением установки с одной внутреннейи вынесенной приемными линиями приопределенном, в пределах удвоен- .ной глубины поляризующегося слоя,разносе вынесенной дипольной установ, ки достигается возможность полного 1 Оразделения эффектов вызванной поляризации и становления поля.Дпя устранения этих различийосуществляют пространственный сдвигизмерений, рассматривая совместно 15измерения с симметричной и дипольной установками с сопадающими центрами. Непрерывные измерения и однородность верхней части морскогогеоэлектрического разреза обеспечи Овают осреднение результатов измерений вдоль профиля наблюдений, чтов еще большей степени обеспечиваетвозможность точного разделения полей становления и поляризации, так 25как осуществляется сглаживание и выравнивание величин разности потенциалов полей ВП и становления,измеряемых с внутренними и вынесенными приемными линиями, Возможность разделения взаимно сопутствующих поляризационных и индукционныхэффектов устраняет интерпретационные трудности прн обработкерезультатов электрозондирова 35ний становлением поля и вызваннойполяризации и на этой основе обеспечивает получение достоверных данныхоб изучаемом геоэлектрическом разрезе, что повышает геологическую эффективность электроразведочных работ.Применение предлагаемого способа даетвозможность достоверно охарактеризовать геоэлектрический разрез и даетлитологическую характеристику геоэлектрических горизонтов. Комбинирование обоих методов ВП и СП с исключенными эффектами взаимного их влияния расширяет возмож. ности интерпретации результатов измерений и повышает тем самым раз- решающую способность и информативность геоэлектраразведочных исследований.За счет достижения больших токов при коротких линиях питающей линии обеспечивается увеличение точности определения сигнала становления н увеличение глубинности метода не менее чем в 2 раза. Исключение влия- , ния ВП на результаты наблюдений поз валит наблюдать поле становления в течение более длительного времени после выключения тока и, следователь но, дополнительно увеличить глубин- ность исследований.При использовании предлагаемого способа обеспечиваются необходимые производительность и технологичность морской электроразведки методом ВП, так как использование линейной установки позволяет все измерения осуществлять в движении.Кроме того, обеспечиваются значительное снижение веса и размеров косы за дчет уменьшения количества питающих линий (с 4-8 до 1) и простота конструкции набортной 1 аппаратуры, так как отсутствует необходимость коммутации питающих линий.Анализ данных измерений, прове- ценных при морской электроразведке при поиске нефти с использованием четырехэлектродной установки, свидетельствует, что результаты измерений существенно искажены взаимным влиянием ВП и СП. Низкую точность измерений базовым способом, обусловленную отсутствием возможности разделения эффектов ВП и становления, иллюстрируется тот факт, что при времени регистрации 1,43 с кажупоеся сопротивления колеблются по профилю от 2,75 до 12,8 Ом, в то время как по каротажным данным удельные электросопротивления среды на этом участке составляют 2"4 Ом.Эффективность предлагаемого способа при поисках залежей углеводородов в море значительно повышена за счет возможности выделения более слабых аномапий, ВП, поскольку исключение сигналов становления позволит регистрировать ВП на ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен.122998 3 ф ректор А,Зимокасо 34/38 Тираж 10 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4