Способ наземного геоэлектрического осевого зондирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 С 01 ЧЗ/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТ ВТОРСКОМ,Ф Св р югк а а У 2 %гк 11 гХ е первой и второй осепотенциалов третью тируемый параметр (вер 2 никновение тока А ), формуле измеряют кро вых разносте (А 1 г), а ка тикальное пр определяют Ь Пг Л 4 1 г,Ьг)г ф УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИ(56) Электрораэведка. Справочник геофизика./ Под ред. А,Г,Тархова, М.: Недра, 1980, с. 64-73.Сапужак Я.С. Высшие производные электрического потенциала в геофизической разведке. Киев: Наукова думка, 1967, с. 10-11.(54) СПОСОБ НАЗЕМНОГО ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСЕВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (57) Способ наземного геоэлектрического зондирования горизонтальных неоднородностей,находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела, Возбуждают разрез источником электрического тока силой 1, производят измерение на расстоянии г от источника на интервале Д г первой ( Ь 1 г) и второй (Ь 0 г) осевых разностей электрических потенциалов и определение на их основе расчетного 801223180 А артируемого параметра (кажущегос лектрического сопротивления Я,)формулам по аномалии которого судят о положении границы неоднородности. Причем, Е если проводят геометрическое зондиро- фф ванне, то изучают в зависимости от фф изменения разнося (г) установки зон- С дирования; если проводят частотноеаР зондирование, то л изучают в зависимости от изменения частоты (4источника поля; если проводят зондирование становлением поля, тоЛ изу- р чают в зависимости от изменения времени (г) становления поля. 6 ил.1223180 Рлф ЙгЙБ =12 ХЬ г 50или 1Изобретение относится к способам проведения геофизических исследований с использованием источника электрического поля и предназначено для картирования границ горизонтальных неоднородностей в средах с субгоризонтальными . границами раздела, в частности для картирования границ нефтегазовых залежей.Целью изобретения является повышение точности картирования границ горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела.На Аиг. 1 приведена теоретическая модель среды; на фиг.2 схема установки зондирования при измерении первой разности электрического потенциала; на фиг.З - то же, для измерения третьей разности; на фиг.4 - то же, для измерения второй разности потенциалов; на фиг.5 - палетка кривых зондирования; на фиг.б - пример результатов измерений над моделью среды.С целью подавления влияния прямого поля на результаты измерений возможны следующие варианты реализации способа.Если исследуемая среда возбуждается током синусоидальной формы, то приемник отделяют от источника на расстояние не меньшее, чем удвоенная глубина залегания исследуемого объекта и ведут в течение всего интервала времени возбуждения непрерывное измерение сигнала, поступающего на вход приемника. Если исследуемая среда возбуждается знакопеременными импульсами тока с паузами между каждым иэ них, .то при помощи синхроключа на вход приемника подают сигнал от датчика только в те промежутки времени, когда ток в токовой цепи отсутствует (сигнал переходного процесса), и из этого сигнала приемником выделяется и измеряется только основная (первая) гармоника, т.е. та гармоника, которая следует с частотой, равной частоте цикла переключения импульсов тока. В этом варианте результат измерений практически не зависит от расстояния между приемником и источником, что позволяет применять установки с малыми разносами, например, равными глубине залегания исследуемого объекта2В результате измерений получаютпараметр зондирования А, которыйявляется Аункцией от измеряемых первой, второй и третьей разностей электрических потенциалов, а также от величины разноса, г (расстояние междуисточником и центром базы Дг, на которой размещены электроды, с помощьюкоторых измеряют указанные разности 1 О потенциалов). Причем, если проводитсягеометрическое зондирование, то Лизучают в зависимости от измененияразноса (г) установки зондирования;если проводится частотное зондирова ние, то Л изучают в зависимости отизменения частоты (И) источникаполя; если проводится зондированиестановлением поля, то Л" изучают взависимости от изменения времени20 становления поля.В качестве эталона взята не одно родная среда, а среда с плоскопараллельными границами, в которбй исследуемый параметр зондирования не зави сит от аргумента зондирования. Длявывода Аормулы, по которой определяется этот параметр, воспользуемсяфиг.1, где изображена модель двухслойного разреза с плоской горизонталь- ЗО ной границей раздела. Первая средаобладает мощностью Ь и удаленным электрическим сопротивлением Р, , втораяобладает сопротивлением Р и безгранична по мощности.В точку О, находящуюся на дневной поверхности, подведен от источника ток 1, который возбуждает электрическое поле в разрезе. При достаточно больших отношениях координаты0 г к мощности первого слоя Ь (г/Ь)и отношении У / Р потенциал поля впервой среде не зависит от вертикальной координаты 2, тогда изменениеэтого потенциала между двумя цилиндрическими поверхностя Язю. и Биев югде 1-8 - координаты этих поверхностей, равно Й" Рл 1(2)Й 29 ГЬ г ф где 12 - горизонтальный ток, текущий55через поверхность Ямд- приращение, разноса.Иэ условий непрерывности векторатока в замкнутой поверхности вытека(9) Йц2Йг 15 3ет, что изменение горизонтального тока 1 между Я 7 и 52 ци равно вертикальному току 1, перетекающему на этом участке через границу раздела во вторую среду, т,е. С другой стороны27 Г г. Йг где Ь Е - некоторый путь, по которому течет ток во второй среде.Продифференцировав по г (2) и подставив в этот результат (3) и (4) получем2й Ш 1 сИ 3 л Рл 1- + ------ ; - Б =О (5)Йг 2 г Дг Р 4 Я.1, л Р 1где у в= Л - искомый параметрмодели среды, состоящий иэ двух разделяемых переменных этой модели (сопротивления и геометрических размеров) и не зависящий ни от координаты зондирования г, ни от тока питания источника Т.Параметр Л характеризует верти,кальное проникновение поля в исследуемую среду. Поскольку этот параметр определяет меру фокусировки .поля по вертикали, назовем его параметром вертикального проникновения поля, который определяют, измеривЙ 11 л сйли У т,е.Йг 2 дг2с 1 ЬЙс 1+11 г 11 лаПараметрв однородной в радиальном направлении слоистой среде не меняется, если уравнение (5) многократно дифференцировать по г, зато любые горизонтальные неоднородности (включения) и из границ при каждом очередном дифференцировании вырисовываются значительно четче, чем до этого дифференцирования. Поэтому параметр л определяют из уравнения (5) или после однократного или многократного дифференцирования по г это" го уравнения в зависимости от требуемой степени точности картирования того или иного локального объекта, за-. легающего в слоистой среде, т.е. из уравнениягй д 11 1 Й 11 2ЖТ ( 2+ -- ЛБ) = О, (7)Йг " Йг" г Йг Как показала практика полевых исследований, для картирования контура нефтегазовой залежи, на глубинах до пяти километров достаточно воспользоваться однократным дифференцированием уравнения (5).Тогда й ЙЦ 1 Щ 2 - -(- - +- - -Л Б) =О 10дг йг г йг Из формулы (9) вытекает, что дляопределения Л необходимо измеритьпервую, вторую и третью производные потенциала поля источника. Напрактике измеряют непосредственно(подчеркнем) на интервале Ь г - первую разность потенциалов Ь 11, пропорциональную ЙБ, вторую разность ду, 25 пропорциональную Й 20, и третью разность Ь 11, пропорциональную Й П.Формирование д Б через разностьЬЦ - д 02, раздельно измеренных вточках г и г первых разностей Ь Бл ЗО и ЬБ 2, и Ь Б через двойную разностьЬЦ, - 2 Ь 112 + ЬЧэ, раздельно измеренных в точках г, г и г первых разностей Ь 11 л, Ь У идУ 5, иногда практикуемое в электроразведке, бессмысленно, так как обычно разности потенциалов Ь У в электроразведке измеряют с точностью до 53, аэто означает,что величина ошибки измерения первых раэноетей соизмерима со значения О ми второй разности и на порядок выше значений третьей разности.На фиг.2 точка 0 - источник поля,9-12 - измерительные электроды,13-16 - резисторы, 17 - измерительное 45 устройство для измерения первой разности электрических потенциалов Мна интервале Ьг, равном расстояниюмежду измерительными заземлениями 9и 12.На фиг.3 дана принципиальная схемаизмерения третьей разности электрических потенциалов Ь Б между заземлениями, обозначенными соответственно9, 10, 11 и 12, 17 - измерительное 55устройство, а 13 14 15 и 16 - соУ Э Эответственно сопротивления Кл,И К 4Заземления равноудаленны друг отдруга, первое заземление соединяют сКК К Нетрудно показать, что на клеммах измерительного устройства 17 (фиг.З) при выполнении условия К =К = =ЗКа=ЗК измеряется величина, пропорциональная третьей разности потенциалов д 11, точнеезЬ Б ЬЬаа 11 лз+ 60 зч Бл+ЗЦ-Бч4 4 4(1 О) 30 35 где П, Пг, Б и 114 - соответственно потенциалы на электродах 9, 40 О, 11 и 12.Также нетрудно показать, что по схеме (фиг.4) на клеммах измерительного устройства 17 измеряется величина пропорциональная Второй Раз 45 ности потенциалов Ь П, а точнеегЬ Би -Ь Ум 0 л -УгЬ+Б2 2при условии равенства между собой сопротивлений К, Ка, К и Кл, которые обозначены цифрами 13 - 16 (фиг.4).Параметр Д определяют геометри 2ческим зондированием как функцию разнося (г) установки зондирования55 д Ь 0 г Ьг Ь Уг (дг)ЬБг г Жг г третьим 11 через два последовательно соединенные электрические сопротивления К и Кь, второе заземление 1 О соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления Ка и Рц, а к узлам соединения сопротивлений К и К, Ка и Кц. подключают измерительное устройство, причем величины сопротивлений К Ка 1 О Ки Кадают таким образом, чтобы К =Кч - ЗКа - ЗКДля непосредственного измерения второй разности электрических потенциалов д У при наличии четырех равноудаленных друг от друга заземлений: первое заземление 9 соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления К и Клл, второе заземление 1 О соединяют с третьим 11 через два последовательно соединенные сопротивления К а и К, а к узлам соединения сопротивлений К и Кч, К и К 3 подключают измерительное устройство, причем обеспечивают равенство всех четырех сопротивлений, т.е. или частотным зондированием какфункцию частоты (Я ) источникадБ(ы) дг Ьг, Ьа и (Ы) - ---- + - - - ( - )Ь Ог (и) г д 0 г(ь) г(13)или зондированием становлением какфункцию времени (г) становления поляЛ (г.) = - - + --- .- - (ф-) (14) ь 0 Й) г ЛЕВЫЕ) г где индекс г - признак осевого расположения источника и приемников (электродов) поля.На фиг.5 дана двухслойная палетка кривых зондирования, рассчитанных на основе точного решения уравнения Лапласа, для предлагаемого способа (сплошные кривые) и для способа вертикальных электрических зондирований (пунктирные кривые). По оси абсцисс отложено отношение размера зондирующей установки Ь к мощности первого слоя Ь/Ь, а по оси ординат - отношение.кажущегося сопротивления к сопротивлению первого слоя Я,/Я . В соответствии с ранними обозначениями Ь эквивалентно г. Шифр кривых - отношение сопротивления второго слоя к со-. противлению первого слоя Рг/Р .Как видно из фиг,5, ограничения, наложенные при выводе уравнения (5), перестают сказываться при Ь/Ь 44, т.е; при г, равном или большем Ы, При этом параметр Л при всех отношениях 1 г/ Я инвариантен к разносу установки.Зондирование на основе параметра А по. разносу, по частоте или временигстановления поля приобретает принципиально новый смысл, так как оно в отличие от зондирования способами сопротивлений позволяет четко определять границы локальных включений в слоистых средах и оценивать их глубину залегания,. а также исключать из результатов измерений включения . залегающие вне пределов радиуса той или иной зондирующей установки.На фиг.6 показан пример результатов измерений над высокоомной неод нородностью в виде диска 18 предлагаемым способам по параметру Л (сплошг ная кривая) и трехэлектродным способом по кажущемуся сопротивлению Рк7 12231 профилирующей установки Ь равен диаметру диска, Как видно из фиг.б, аномалия от края диска по Рк очень расплывчата, а ее максимальное значение составляет всего лишь около ЗХ от5 величины нормального поля. Аномалия по Л локализована у края диска, где ее амплитуда многократно возрастает в сравнении с величиной нормального поля. 10Применение предлагаемого способа только для поисков и разведки нефтегазовых залежей открывает принципиально новые экономические и технические возможности, так как, во-первых, позволяет резко сократить количество разведочных и поисковых скважин, стоимость каждой из которых составляет миллионы рублей, во-вто- рых, позволяет с применением мощных источников электромагнитного поля. например МГД-генераторов, вести поиск и разведку нефтегазовых залежей на недоступных для других геофизических методов глубинах.25.Формула изобретенияСпособ наземного геоэлектричес 30 кого осевого зондирования, включаю, щйй. возбуждение геоэлектрического 80,.8разряда источником электрического поля, измерение на заданном расстоянии от источника поля первой и второй осевых разностей электрических потенциалов и расчет картируемого параметра, по отклонению которого от нормального выделяют электрические неоднородности в геоэлектрическом разрезе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что что, с целью повышения точности картирования границ горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными граница ми раздела, дополнительно измеряют третью осевую разность электрических потенциалов, а картируемый параметр Л определяют по формуле г 3где аО, Ь Ог, д О - первая, вторая и третья осевые разности электрических потенциалов;2 - расстояние от источника электрического поля до центра базы измерения разностей электрических потенциалов;Ь 1 - база, на которой измеряют разности электрических потенциалов.1223180 оставитель Л.Воскобойниковехред Н.Бонкало Корректор В.Бутяга едактор Г.Волк иал ППП "Патент", г.ужгород, ул. т аказ 1709/49 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изоб-35, Р Подпнснокомитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5