Способ геоэлектроразведки

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 11733 4 С 01 Ч 3/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ размеровиваясь минимально х погрешности иззначения разности максимальной линии от6 Юпр еделчивог внутреннеи лиМН , а(1-АВвозможного в мерении устопотенциалов,нии А 8 максщения зме станавливают из соо вателргиимдкс А ВвспБ(-% з г аА, определмеры измерит2нияЧМ =Р Мвторяют опер мальные разиз соотношет о ельнои лини8 пси итации опредевнутренней рра лен л и макси ои н пти р, показанныемакс внешней линий до тех по ,будут выполнены вьппеука щения для Мй ьсп и А 8 ( тно ГОСУДа СТБЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзный научно-исследо ьский и проектный институт галу (53) 550.83(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 802886, кл. С 01 7 3/02, 1981.Якубовский Ю.В, Электроразведка. "Недра", 1980, с. 165-168. (54)(57) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ путем возбуждения электрического поля при помощи заземления питающей линии и проведения серии измерений. разности электрических потенциалов при .помощи приемной линии для различных расстояний между парными точками заземления одной из линий, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности определения удель. ного электрического сопротивления горных пород в высокопроводящих разрезах, размеры оптимальной измерительной линии при постоянной длине вспомогательной питающей линии Аб , устанавливают в результате серии из.мерений разности электрических потенФалов при последовательном увеличении или уменьшении расстояния между измерительными электродами ММЬ и где 3 - отношение длин вспомогательных внутренней к внешней линии;отношение заданного максимальногодействующего расстояния зондированияаддействующего расстояния зондирования соответствующему вспомогательным внутренней и внешней линиям,найденные величины длин оптимальнойвнутренней и максимальной внешней линий принимают за промежуточные, еслиполученное максимальное действующеерасстояние зондированияГма не удовлетворяет условию гммакИзобретение относится к геозификеи может быть использовано при проведении поисковых, изыскательских икартировочных геологических и инженерно-геологических работ преимущественно в районах с низкоомными геоэлектрическими разрезами и при глубинных электрозондированиях,Целью изобретения является повышение точности определения удельного 10электрического сопротивления горныхпород.На фиг.1 изображено расположениеэлектродов симметричной электроразведочной установки по линии наблюдения в начале подбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии, для этогослучая вспомогательная внешняя 8 в изаземлена на своих концах электродамиьс и В цсп , а внутренняя линияМЧ а представлена электродамиМ и, На этой же фигуре в скобках указано положение электродов оптимальной внутренней линии МЙ Оп 25(электроды ,ас и 8 ма ), соответствующее случаю, когда при измеренииразности электрических потенциалов с З 0ДЬ з иААМ 1 п бУдет полУчено, чтоЦ пр =дЦмнНа фиг.2 изображено положениеэлектродов электроразведочной установки при подбореоптимальной величи-З 5ны внутренней линии и максимальнойвеличины внешней линии для случая,когда при первом замере разностиэлектрических потенциалов с А 8 8 р иАЙ,А получено 60 п ь О щ. 40На фиг.3 изображено расположениеэлектродов электроразведочной установки при подборе оптимальной величины внутренней линии и максимальнойвеличины внешней линии для случая, 45,когда при первом измерении с А 8 спи МИ 1 д получено Ь Пц ЛИ АнНа фиг.4 изображено расположениеэлектродов электроразведочной установки при осуществлении серии измере.50ний разности электрических потенциалов в процессе проведения электрического зондирования.На Фиг.5 изображены практическиполученные кривые электрозондирования 55в одной и той же точке способом вертикального электрического зондирования и предложенным способом. Способ геоэлектроразведки осуществляют следующим образом.На основании заданной максимальной глубины исследования ( 11 а ), с учетом ожидаемого геоэлектрического разреза, задаются величиной максимального действующего расстояния зондирования (А ). Далее непосредственно на объекте, исследования разворачивают электроразведочную аппаратуру и приступают к выбору максимальной величины внешней линии (А 8) и оптимальной величины внутренней линии ММ т)Для ускорения процесса определения этих величин первоначально проводят измерения с вспомогательной внешней линией (Д 8 6 и ), равной удвоенной величине заданного максимального дей. ствующего расстояния зондирования (ад )т.е. АйвсппзаАи внутренней линией М 111 . равной 1/3 части внешней линии 8и , при максимальном токе в питающей линии. Для производства измерений устанавливают по линии наблюдения симметрично относительно центра установки О вспомогательную внешнюю линию 68 Вс концы которой заземляют в точках 1 всп и Вьс (фиг. 1, 2 и 3). По этой же линии также симметрично относительно центра установки О устанавливают внутреннюю линию М Й1 д ь концы которой заземляют в точках М и Й (фиг. 1, 2 и 3).Одну из линий, например, принимают за питающую, с ее помощью возбуждают электрическое поле на объекте исследования, для чего в этой линии пропус. кают максимально возможный электрический ток, величина которого обусловлена мощностью генераторной группы аппаратуры, электрическим разрезом и условиями заземления, силу тока впитающей линииизмеряют,и осуществляют измерение предельной разности"- электрических потенциаловдп 1 вдругой приемной линии, например во внутренней.В результате этого измерения может быть получено три случая, которые приводят к трем различным вариантам выбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии.Первый вариант (Фиг.1) соответствует тому случаю, когда измеренная разность электрических потенциалов1й 0 р будет равна минимальной разности электрических потенциалов 611372 з 117 З .которую может измерять применяемая ,аппаратура с заданной точностью,т.е.с Ь"пр = Ьц мидс. В этом случае определение максимальной величины внешней линии ( АВ мс,кс ) и Оптимальнои Величи ны внутренней линии ( МЦ о т ) считаопт ют оконченным и прддимаютАВ Адас = =АВ =2 г ЧКбсп " агаводдд М" дссдв = с 3 АВмакс- и На фиг.1 это показано как совпадение заземлений сд всв и Ввсп внешней линии 0 А В всс з аземле диями А ма к, и В ма кс внешней линии АВ м кс, и заземленийМ и с д внутрекней линии М с заземлениями М и внутренней линии М И сссп . Таким образом, в этом случае считают, 5 что исходные размеры внутренней линии ( М И опт ) и внешней линии (АВмакс) для проведения серии измерений электрозондирования заявленным способом определены. В этом случае максималь ное практическое действующее расстояние зондирования ( г мас,пр ) будет равно г мс пр =О, 9 г да д т. е, полученная глубина исследования будет меньше заданной глубины исследования 25 на 6 Е, что является допустимым при проведения электрозондирования. Второй вариант выбора оптимальной величины внутренней линии и чаксимальной величины внешней линии соот ветствует тому случаю, когда измеренная разность электрических потенциалов ЬОпр,прд АВ всп эМЙ/,дв и дакс окажется больше скц ми, т,е.сдОпрЬОмп Процесс выбора оптимальной величины З 5 внутренней линии этого варианта (фиг.2) состоит в том, что размер внутренней линии последовательно уменьшают (это соответствует заземлениям М, Й М, 1, М 11 М 4 с 0 М, М 5, Йп ) и при каждом значениивнутренней линии при АВ имас производят измерение предельной разности электрических потенциалов дддпр и т.д, При таком последовательном 45 уменьшении внутренней линии ( МИ, ) измеряемая предельная разность электрических потенциалов будет уменьшать. ся и,при каком-то положении станет меньше дли равной Ь(д м . На фиг.2 50 стрелкой показано направление расстановки электродов М и дд при последовательном уменьшении внутренней линии ЯЯ, а положение электродов М 5, 8 п соответствует тому случаю, когда 55 ьОпр 5 ьОмдн . В этом случае надо несколько увеличить внутреннюю линию для достижения при измерении равенст- в ва Ь О псд = Ьдсмп . Это направлениеувеличений размера внутреней линии(фиг.2) показано,стрелками 2, а положение электродов МЬ И соответствует случаю, когда Ь 0 р = Ь 0 минт.е, отвечает условию выбора оптимальной величины внутренней линии. Послеполучения в процессе подбора равенства Ь(1 пр = ас Акн подбор оптимальнойвеличины внутренней линии ( М Ипп, )и максимальной величины внешней линии( А Ь какс ) считают оконченным. Вэтом варианте принимают Абмак =АВв.всп=2 даЬ,а за МИоп, принимают то значение МЙ при котором было получено равенство Ь 0 йр =ЙО мяп,(нафиг.2 оптимальному значению внутРенней,линии соответствует положение электродов Мв и Иь)В этом варианте для найденных"й мак и М йопт максимальное практимаксческое действующее расстояние зондирования будет находиться в интервале заднас пр О 94 эаЬ, т.е. в этомварианте практически полученная глубина исследовадпя будет меньше заданной глубины исследования не более,чем на б 7.1Третий вариант выбора оптималь;ной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии соответствует тому случаю, когда измеренная разность электрических потен 1циалов 6 "пр при АВ всп 1 Мй,с,пв и 3 макс Окажется меньше Ь О м,ц, т.е.ЬцпрЬОип . В этом варианте определяют с внешней линией АВ в, заемленной на концах электродами Д в, и ВвВсп всдд (фиг.З), вспомогательную величинувнутренней линии МК вс (фиг.З) путем последовательного увеличения размеров внутренней линии (на фиг.З это соответствует заземлениям Э 2, Ид, М в М, Мв 8 в, ) и проведения с каждой внутренней линией измерения предельной разности электрических потенциалов в приемной ликии при 3 м в пиМакс тающей линии, Это увеличение внутренней линии ведут до тех пор, ока не получает при измерениях равенство Йпр=Ь 0 м,п . Величина внутренней линии, при которой будет соблюдено это условие, принимается за вспомогательную внутреннюю линию ( М всп ). На фиг.З М 8 вц, показана заземленной на концах электродами Ми 9 в. После это го вычисляют максимальную величину внешней линии по формуле:,-ДВЕ 4 аа"р,где 3 - отношение М М зс / А б 8 Сп , 7отношение гаЛ /Р 8 с, а равно:АЬвсп-МЫвсп и вычисляют МНи- пересп 2 7вое приближенное значение оптимальнойвеличины внутренней линии по формуле;МЙ, = е М Н сдМНспт . ОднакоФормулы, по которым в этом вариантерассчитываются А О ма и М Н сявляются .точными только в том случае,если при переходе с АВ асс и М НескАВ мсес и МН опт не происходит изменение кажущегося удельного электрического сопротивления при его определениис этими линиями. В большинстве практических случаев при таком переходепроизойдет изменение кажущегося удель 20. ного электрического сопротивления, вэтом случае Формулы для вычисленияАВ,и М Нсо являются приближенными,Поэтому величину М Н с,1 уточняют путем проведения измерений, для чеговеличину внешней линии делают равнойАВ ма с (на фиг.З она представленаэлектРоДами Й макс и Э а кс ), а внУтреннюю линию берут равной Мй, (нафиг.З она представлена заземленными ЗОэлектродами М, и й, ), и производят измерения предельной разностиэлектрических потенциалов при максимальном токе 3 мас в питающей линии.Если при этом измерении будет получено ь О" ,Г "О ;, то за А И ма,с иМНпринимают вычисленные значения.луча ю Г,к ср Г эаЛт.е. практически полученная глубина. исследования точно равна заданной глу40бине исследования,Если окажется, что а О,п ) й 1 миН рто не меняя величины АВ ма,производят последовательное уменьшениелинии М Н и измерение предельнойразности электрических потенциалов,эти измерения ведут до тех пор, покапри каком-то значении Р Н не получаютравенство Ь ) рр = 6м, это значение внутренней линии принимают зафНог е а заАВ макс берут вычисленноезначение. В этом случае имеет Г" чае , т,е. практически полученнаяглубина исследования будет большезаданной глубины,исследования (наФиг.З этот случай не показан).1Если же окажется, что с прсЬ (емеито не меняя величины АВ мс производят последовательное увеличение внутренней линии (на Фиг.З это1 показано положением электродов Л М М , Н , А, Й и стрелкой 1) и поиск того значения внутренней линии, при котором будет в процессе измерения получено равенство О пр = Ь О 1,кцл 1 к 1 ч На Фиг.З процессы этого поиска отражены стрелками 1 и 2, а положение электродов И и Н соответствует оптимальной величине внутренней линии, дополнительно это отражено обозначением этих электродов как М с, и с , В этом случае имеют гмакс пс ГсЛ, поэтому необходимо убедиться, что соблюдается неравенство Г мас с,94 Г аЛ , для чего вычисляют значения Г мак пр по Формуле:ДЬ -МНгмакс оп где за А м 1 макспр =1 д макс и 1,ЧНМНс,принимаются вычисленное значениеАВи найденное значениеМН .Если бумкс опт дет получено, что Г,с р 0,9428тО ПОдбОр Ан,сеКС ИМИ СЧИтают оконченным, Если же будет получено Р ееас д с 0,0428 гаЛ то принимаютнайденные значения АВ и М Нсвтмакс за вспомогательные, т.е. за А 8Осп и мНвсс , и повторяют подбор величин ,чакс и М Н сят . Итерационный поиск этих величин ведут до тех пор, пока неполучат выполнение условия: 1 макс п ОЛ 4 "сАПосле. выбора оптимальной величины внутренней линии ( МНс ) и максимальной величины внешней линии (ЙВмсекс) производят серию измерений самого электрозондирования, для чего определяют все размеры внешней линии, при которых будет производиться электрозондирование, Эти размеры по каким-,либо соображениям, например удобства при проведении работ или по другой причине, могут быть заранее заданы, В этом случае при элек,трозондировании можно использовать только такие размеры внешней линии, которые равны или меньше АВ м, , амакс минимальный размер внешней линии ( А В лин ) должен быть такой величиныв . - Ечтобы соблюдалось условие 1/3 АВм, ЛНс,-ЬВ мик Тогда для каждого используемого разноса, в том числе и для А 5 ас , вычисляют действующее расстояние зондирования по Формуле:Электрические измерения производят следующим образом.При использовании в качестве регистратора многоканальной измерительной аппаратуры. внутреннюю линию Мощ (точки заземления Мо, и Код на фиг.4) делают питающей и присоединяют ее электроды к генератору, а электроды всех пар внешних линий ( А и В 1 д и В А,ив Ами Вк на фиг,4) присоединяют в цепь измерения разности электрических потенциалов. Затем через внутреннюю ( ММок ) питающую линию пропускают электрический ток 3 ма , силу тока измеряют и измеряют одновременно возникающую разность электрических потенциалов между парами электродов всех размеров внешних линий ( А и В А и В АзиОАмик Э м на фиг.4). Таким образом, серию измерений проводят при постоянной величине внутренней линии и при пере 40 менных размерах внешней линии.При использовании одноканальной измерительной аппаратуры, например аппаратуры АЭ, измерения проводят на одном из размеров внешней линии и оптимальной внутренн 1 зй линии. При этом за питающую линию может быть взята любая линия, внутренняя или внешняя, а за приемную линию берется другая линия. С помощью заземленной питающей линии, например внешней, в земле возбуждают электрическое поле, при этом измеряют силу электрического тока в питающей линии и измеряют разность электрических потенциалов на электродах другой линии, например внутренней, причем проводят серию таких измерений при разных 20 внешней линии от значений А В ,до значений А Ь мин или наоборот.При исполЬзовании одноканальнойэлектроразведочной аппаратуры можноне устанавливать все внешние линиисразу, а только одну. В этом случаеэлехтрозондирование ведут используяпостоянную оптимальную внутреннюю линию, начиная с меньшей линии или сбольшей, а после проведения измеренияна ней последовательно переходят набольшую (меньшую) ближайшую по величине внешнюю линию, чем также достигают изменения расстояния между точ.ками заземления внешней линии,размерах внешней линии и постоянной величине внутренней линии М Н , . Серию измерений обычно начинают с минимального или максимального размера внешней линии и проводят с последовательным ее увеличением (уменьшением).В процессе измерения разности электрических потенциалов следят, чтобы соблюдалось условие, что измеренная разность электрических потенциалов на-м разносе,(дО) была равна или больше Ь 0 мкк , т .е. 60 ь 0 микЕсли в ходе измерения на каком-то разносе будет получено Ьс0 ми кто увеличивают силу тока, возбуждающего электрическое поле, вплоть до значения 1 дц , при котором проводился подбор Аб мо, и М й акт .обеспечит выполнение условия ДЦ 1 А минПо измеренной величине силы тока в питающей линии и разности электрических потенциалов в приемной линии для каждого размера внешней линии вы-. числяют кажущееся удельное электрическое сопротивлениепо формуле:АОк=К -3)где А 0 - измеренная разность1электрических потенциалов в приемной линии;- коэффициент электроразведочной установки;сила тока в питающей линии;к - кажущееся удельное электрическое сопротивление.Данные электрозондирования представляют в виде графика, который строят в двойном логарифмическом масштабе, по одной оси откладывают кажущиеся удельные электрические сопротивления ( 1 к ), а по другой соответствующие им действующие расстояния зондирования (г ), а не полуразнос внешней линии АВ /2, как это делается в методе вертикального электрического зондирования (фиг.5).Благодаря такой последовательности измерений без изменения величины внутренней линии, т.е. при изме рении с оптимальной внешней линией, при электрозондировании получают информацию о строении и параметрах гео. электрического разреза с разных глубин: при максимальном размере внешней линии А 8 мо,с (электроды А и си 8,Адс на Фиг.4) с максимальной глубины а при минимальном размере внешней линии В б,ч,н (электродымин и 8 мин на Фиг.4) с минимальной глубины, при промежуточных размерах внешней линии (электроды 1 и 8, Аи 8 и другие на Фиг.4) сФпромежуточных глубинф при этом область осреднения определения глубины уменьшается от значения В 9,чмос для наибольшей глубины до значения МНдт для наименьшей глубины, а сам геоэлектрический разрез оказывается равномерно (или по определенному закону) освещенным по глубине, так как последовательность размеров внешней линии в серии измерений вы- . бирается из условия равномерного (или по определенному закону), снужной степеньюдетальности,изменения действующего расстояния зондирования, 1При проведении электрозондировани ло какому-либо участку или профилю во многих случаях нет необходимости на каждой точке электрозонцирования подбирать ВБ ц и РЛН ои 1. . БолееМщсцелесообразно выбрать 6 ц, и Ч 8 ог один раз для всего участка и все электрозондирования проводить с одинаковыми ВВдд и М Иовадля этого подбор надо провести в той части участка (профиля), где при В 8 с,с ожидаются наименьшие значения кажущегося удельного электрического сопротивления. Если такие участки не известны, то подбор В 8 М ч М 11 дмсес "опт можно провести при менее жестких условиях, например при"пр =5 ь 11 минОднако во всех случаях при производстве электрозондирования надо следить, чтобы в серии измерений выполнялось условие. что измеренная разность электрических потенциаловбыла бы больше или равна минимальной разности электрических потенциалов, которую может измерять применяемаь аппаратура с заданной точностью при уровне помех существующих на объекте исследования, т.е. Ьц60 иц. В тех точках, где зто условие не выполняется, увеличивают1силу тока, возбуждающего электрическое поле. Если даже при максимально возможной силе этого тока (3 мс, ) это условие не выполняется то в этих точках необходимо проводитьподбор 1 8 рд и Ч И Опт Проводились опытные электрозондирования, результаты которых показали, что кривые электрозондирований,полученные предложенным способом испособом вертикального электрического зондирования, являются полностьюидентичным. На Фиг.5 изображеныкривая вертикальноо электрическоГоО зондирования и кривая электроэондирования с оптимальной внутреннейлинией, полученные на одной и той жеточке электрозондирования, при выполнении разносов по одной и той же15 линии. Вертикальное электрическоезондирование выполнено при двух значениях внутренней линии Я Цй=О, 4 м, М 8 =4,0 м, при этом перекрывающие измерения быпи проведе 20 ны при значениях действующего расстояния зондирования ь , равных6,6 и 8,0 м. Точки кривой вертикальяного электрического зондированияобозначены кружками 1, при значениях г =6,6 и 8,0 м эта кривая имеетразрыв и сдвиг.Электрозондирование предложенным способом (способом электрозондирования с оптимальной внутренней ЗОлинией) выполнено при М Н=4,0 м и В Ь ч =136 м. Кривая зтого способа (Фиг,5) обозначена крестиками 2, Сравнение кривых обоихспособов злектрическога зондирования З 5 показывает, что их правые части полностью совпадают, а левая частькривой 1 (способа вертикального электрического зондирования) сдвинутав сторону меньших значений Э ф (кажущегося удельного электрическогосопротивления) после разрыва кривой, Кривая 2 не имеет разрыва и,как видно, в левой своей части повторяет все изломы кривой 1, и лежит 45 выше на величину сдвига. Таким образом, можно констатировать, чтопосле приведения левой части кривойк правой ее части, она займет таже полажение, что и кривая 2 ;в пределах точности измерения), т.е. разработанный способ по результатам из.мерения кажущегося удельного электрического сопротивления полностьюидентичен способу вертикального электрического зоидирования, и для интер.претации его кривых зондированияможно полностью использовать всеприемы и способы, применяемые приФиг интерпретации кривых способа вертикального электрического зондирования. Использование предложенного способа по сравнению с известными позволяет повысить точность определения кажущегося удельного электрического сопротивления за счет того, что при всех измерениях разности электрических потенциалов в приемной линииэта разность электрических потенциа.лов всегда больше, чем минимальнаяразность электрических потенциалов,которую может измерять применяемаяаппаратура с заданной точностью приуровне помех, существующем на объек 1 О те исследования.1173372 4 нцн Вкцн Ицт йКарр ектор С. Шекиа 5048/46ВН Тираж.748ИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и открыт 3035, Москва, Ж, Раушская на одписное СССР