Способ геоэлектроразведки

(51)5 С 01 У 3/08 ГОСУДАРСТВЕННОВЕДОМСТВО СССГОСПАТЕНТ ГТЕНТНОЕ РЕТЕНМ ОПИС БИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТО РСКО 87570/25 12.89 07.93. Бю Цр7 ИТЕХНИЧ 8 С ев, Н,О.К ии инстиожевников кутскии пол ,С,Бахроме нопковох Ю.И. и д ная элексира ке магнитнь 6) ктив звед 96-1 ельство СССР3/08, 1988,тарское сви 9243, кл. С 0 М 15 8к Геа чес Я,Розбужд магнитного мь двух расй рамок зай формы и ние электриние ис пом рвичного дью систе три друг динаково р, Измене поля провод полаженньгх данного ра имеющих об одна мера ии цен р, Низкокачественная инразведка при поисках и х руд. - М.: Недра, 1986,Изобретение относится к способам геоэл 8 ктразондипОВания Р может быть использовано при поисках и разведке магнитных и проводящих руд, для определения мощности, а также глубины зал 8 Гания сл 08 В при стоуктурно-геологиче ком затирав нии,Целью изобретения является повышеНИ 8 РОзодеоСИ И ТОЧНОСТИ ЗОНДИ- рования геологической среды,Указанная цель достигается путем последовательного перераспределения напряженности магнитного поля по глубине за счет изменения контролируемого электрического параметра - отношения (2/1) или разности фаз (р) в системе двух возбуждающих рамок и сценки геологического строе.Ия по характеру изменений вторичного 54) СГЮССБ ГЕОЗй ЕК РРАЗВЕДКИ (57) Использование; в области геозлсктроразведки при поиске и разведке к а нинь х и проводящих руд. Сущность изобретения: проводят цикл ичес кие измерения вторичныхых полей при изме-ении электрического параметра в системе возбуждающих рамок, КонтрольньМи параметрами являются значения силы така и сдвиг фаз тоов большой и малой рамок, 10 ил,ческого параетра .Р/, : л., ы Вл,че царараспределение напряженности магнитногоГОля по Глубине,раведение зоЧдиОовангля Геойо."1 чской с.реды путем измерения вторичных илей одновременно изменяя от измерения,измер 8 нию Огнашение величин и; сдвиГфаз токов в рамках неизменных размеров,является отличием о, гО 010 т 1 а, по об,славливает "новизну" предлагаема о решеНИЯ. Сущнссть любОГО способа 3.н."ирования за,( а тся В изцен Р 1 Р из 18 нения вта" р и ч н 0,. и 0 л я и р8 р 8 р а с и р 8 д 8 л 8 н и и первичного. Чондирования злектроразведочными сОс" Оами делятся 1 а два Вида,МВТРИЧЕСКИЕ И ИНДУ КЦ 1 ОННЬ 8, ГВОМ 81 РИ кие зондирования заклюцаюгся в том, что перерасгределен 8 перви, нога поля ОсуществляОт гутем у 18 ли.еця размеров СТОЯ НИ 8 Ме(Д Д: ПОЛ ЯА.), Ь ИНДУКЦИОННЫХ зандиро;Внях О:-.и,.- е;енР 18 паля эавй 1829020сит от глубины проникновения (скин-слоя) и контролируется частотой электромагнитного поля,Заявляемый способ является новым видом зондирований, в котором перераспределение первичного поля осуществляется за счет частичной компенсации поля большой рамки полем малой рамки. Степень компенсации поля большой рамки задается выбором величины отношения или разностью фаз токов в рамках, Пространственное перераспределение напряженности первичного поля приводит к изменению вторичного, причем характер изменения вторичного поля зависит от строения геологической среды, Магнитное поле на оси квадратной рамки определяется выражением, в основе которого лежит закон Био-Савара для линейного проводника с током; 20В(т)- -"иог 2 а4 лз(п в с,(1) где 2 - расстояние от центра рамки до точки вычисления поля; 2 а - сторона квадратной рамки; 1 - ток в рамке;,ио - магнитная проницаемость, равная 4 л 10 Гн/м, со = 2 л 1 80 - круговая частота поля; 1- частота электромагнитного поля; 1 - время.Магнитное поле двух соосных квадратных рамок, по которым пропускают ток частотой , определяется следующим выражением; ио 11 а 21 з 1 п вт2 луг г Д где а 1, 11; а 2, 12 - размесоответственно первой иразность фаз токов в перках; или ы рамок и токи торой рамок;(/- й и второй рама 212 Выражение(2) показывает, что зондирвание можно осуществлять двумя способВозможныи диаг 0 до 180, Регулиро может быть плавной ретной), Регистраци же может проводи непрерывно, Маг ди исходя из требуемой Параметры изучаемо полученным зависим тромагнитного пол или р. азон изменения (/ - от вка так же как и 12/11 или ступенчатой (дискя вторичного поля такться дискретно либо скретизации выбирают детальности изучения, й среды определяют по остям вторичного элекя От иэмЕнЕния 2/11 ми: изменением геометрических параметров системы (а 1, а 2) или путем изменения электрических параметров (12/11, р), Изменение и тех, и других параметров влечет изменение пространственного распределения поля.Из выражения (3) очевидным образом вытекает, что изменение значения 12/1 или /г будет приводить к изменению пространственной структуры поля, поскольку характер изменения первого и второго члена в выражении при увеличении Е различен, Проведение серии измерений при различ- Н ЫХ ЗНаЧЕНИяХ 11/12 ИЛИ (г ПОЗВОЛяЕт ИЗуЧатЬ вертикальное строение разреза.В общем случае диапазон изменения 12/11 и о выбирается из физико-геологических условий, Изменение параметра 12/11 наиболее целесообразно осуществлять от нуля до значения, равного отношению линейных размеров рамок - а 2/а 1, В некоторых случаях способ эффективен и за пределами указанного диапазона, Изменение заданного значения отношения токов может осуществляться различными способами: 11-сопзт., 12 - изменяют; 11 - изменяют. 2-сопи; 11 и 12 - изменяют одновременно, Характер изменения (регулировки) силы тока может быть как ступенчатым, так и плавным и не играет принципиальной роли, Выбор способа изменения гока зависит от используемой аппаратурь - возможностей генератора тока, способа и разрешающей способности регистрации. Например, как в ЧЗ изменение частоты первичного поля может проводится либо дискретно, ли о непрерывно. Измерения вторичных полей., также как в методах нестационарных зондирований (ЗС, ЗМПП) могут проводигься либо дискретно, либо непрерыв; о весь переходный процесс, например с помощью осциллографирования, В случае дискретного изменения отношения токов. шаг изменения выбирают исходя из требуемой детальности исследований (подобно тому, как выбирают разносы в ВИЗ или ВЗЗ; временах задержек в ЗМПП; частоты в ЧЗ), 1829020Проведенный анализ показывает, что признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа не выявлены вдругихтехнических решениях, Поэтому авторы считают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".На фиг. 1 показаны графики распределения напряженности магнитного поля по глубине при различных размерах рамок при зондировании способом-прототипом. Как видно из фиг. 1, изменение структуры магнитного поля выполняется за счет изменения размера генераторных рамок, Глубина расположения максимума напряженности магнитного поля возрастает по мере увеличения размеров рамок (причем на фиг, 1 отношение размеров малой и большой рамок составляет 0,5). На фиг. 2 показаны графики изменения магнитного поля с глубиной. Кривая 4 отображает магнитное поле большой рамки, а кривые 1,2,3 - поля малых рамок с различным значением тока, противоположно направленному току большой рамки, Кривая 1 соответствует току,агравному 1 г= 11 - .а 1Суммарное действие полей большой и малой рамок, показанных на фиг, 2, приводит к представленному на фиг. 3 распределению поля по глубине. Графики на фиг, 3 иллюстрируют распределение напряженности магнитного поля по глубине при различных значениях контролируемого параметра (11/12 или р). Кривая 1 соответствует распред 2делению поля при 12/11= - (способ-протоа 1тип) или при р= 180 О. Кривая 7 описывает поле, создаваемое одной большой рамкой, Графики 2-6 отображают структуру поля при различных значениях 2/11, Семейство графиков на фиг. 3 показывает, что изменение параметра 12/11 или р приводит к тому, что структура поля изменяется. причем в ряде случаев максимум его напряженности контролируемым образом перемещается по вертикали. В отличие от способа, распределение полей которого представлено на фиг, 1 в заявляемом способе изменение структуры поля происходит не за счет увеличения размера рамок, а вследствие изменения электрического контролируемого параметра системы (при неизменных размерах рамок),На фиг. 4 представлены графики изменения магнитного поля на некоторой глубине (эти глубины соответствуют отметкам Н 1-Н 5 на фиг, 3) в зависимости от величины (г/1 или р). Фиг. 4 показывает, что харак 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тер изменения намагчичивающего поля на различной глубине при изменении контролируемого задаваемого параметра различен, Это свидетельствует о принципиальной возможности осуществлять зондирование заявляемым способом, а также утверждать, что проводящие или манитные обьекты, расположенные на различной глубине будут иметь различную пространственную структуру втсрлчногс пспяНа фиг. 5 и редставлен ы резул ьтаты математического моделирования вторичных полей, создаваемых находящимся в немагнитной среде магнитным шаром, Глубины до центра шара выбирались равными значениям Н 1-Н 5 (см, фиг, 3,4), Первичное магнитное поле создавалссь слстемой двух рамок с противоположно направленными токами, причем вертикальная ось симметрии рамок проходила через центр шара. Вертикальная составляющая вторичного магнитного поля Вгг рассчитывалась в точке, расположенной в центре рамок, Расчеты проводились при различных значениях 12/11, Для сравнения формы графиков величины ВЪ нОрмирОвалиСь на ЗначЕния Вг 7, соответствующих тому случаю, когда ток протекает только в большой рамке, Для оценки характера изменения вторичного поля построены графики зависимости атношения Въ /Вгг ст величины 12/1, Пред 2 . 2ставленные на фиг, 5 результаты свидетельствуют О сущес венной зависимости формы графиков Въ /Вгг от глубины залегания шара; чем глубже шар, тем более пОлОГим Явл(ЕТСЯ график В /В 772 2Для практической реализации способа с изменением 12/11 можно использовать стандартную аппаратуру. Схема расположения установки ь этом случае показана ча фиг, 8, На фиг, 6 показаны основные блоки устройства возбуждающего, отличающиеся по фазе, электромагнитные пс, С помощью этого устройства можно реализовать заявляемый способ с изменением разности фаз, Устройство включает: генератор тактовых импульссз 1; устройство временногс сдвига (таймер) 2; выходные усилительные каскады 5,6 малой и большой 8,7 раМОК, УггрСЙСтВО рабстаЕт СЛЕдуЮщИМ образом: генератор 1 вырабатывает тактовые импульсы, таймер 2 сдвигает импульс, управляющий гоксм в малой рамка на заданный промежуток времени Л 1, С помощью триггеров 3,4 формируются импульсы напряжения, которые усиливаются выхсдными каскадами 5.6 и подаются на зажимы большой 7 и малой 8 рамок, Таким образом, токи в рамках возбужда;ст геременные магнитные поля с заданным сдвигом фаз, 1829020На фиг, 7 показаны схемы установок зондирований по базовому способу - ВИЗ (а) и по заявляемому (б). При выполнении ВИЗ необходимо раскладывать на местности набор рамок различного размера 1-6 (см, фиг, 7 а) и, последовательно подключая каждую из рамок к генератору тока 9, проводить изменения вторичных полей с помощью магнитоиндукционного датчика и измерителя 7.Для реализации заявляемого способа путем изменения 12/1 необходимо располагать всего две генераторные рамки 10, 11, которые встречно-параллельно подключены к генератору тока 9, В цепь одной из рамок (лучше малой) дополнительно включают переменньй резистор 12, регулируя которьй, изменяют его сопротивление и задают необходимое соотношение токов в рамках, Измерения вторичных полей проводят с помощью датчика и измерителя 7 для различных значений отношений токов,На фиг. 8 показаны результаты расчета кривых зондирования, полученных как способом ВИЗ, так и заявляемым для двухслойной среды (фиг, 8 а). Для осуществления зондирований по способу ВИЗ необходимо провести измерения с рамками как минимум девяти размеров ,5, 10, 20, 50, 80, 150, 300, 600, 1000 м. Для выполнения зондирований предлагаемым способом достаточно двух рамок размерами 100 и 50 м. На фиг, 8 б показаны кривые зависимости В 7 от стороны петли а для разрезов с магнитным основанием и мощностью первого слоя 20 м и 50 м. На фиг. 8 в для тех же моделей представлены графики зависимости Ву от 12/112 Как видно из результатов моделирования, разрешающая способность заявляемого способа не хуже, чем у В ИЗ (при значительно меньших трудозатратах).На фиг. 9 представлены результаты полевых исследований на одном из магнетитовых месторождений Ангарской железнорудной провинции Восточной Сибири, На фиг. 9 а показан график В 7, полученный при возбуждении первичного электромагнитного поля с помощью одной рамки(метод незаземленной петли НП). Выделена аномалия с двумя максимумами, которые соответствуют двум магнетитовым пластам, залегающим в толщах песчано-глинистых пород и перекрыты песчано-гравийными отложениями. По форме и амплиту;е аномалии невозможно надежно оценить вертикальный размах оруденения, Проведение в точках 1 и 2 профиля зондирований по первому варианту заявляемого способа с показанной на фиг, 76 установкой(а=100 м, а 2=50 м) позволило получить характерные 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зависимости вторичного поля В 2 от 12/ 12Г(фиг. 9 б). Анализ этих зависимостей позволяет прийти к выводу о том, что глубина распространения пласта 1 (кривая 1) больше, чем пласта 2 (кривая 2), а также оценить эти глубины. Полученные оценки подтверждены последующими горнобуровыми работами.На фиг. 10 приведены эпюры токов, а также первичного и вторичного полей для зондирований, результаты которых представлены на фиг, 9, Ток в цепи малой рамки (график 2 на фиг. 10 а) изменяли ступенчато путем соответствующих изменений сопротивления (фиг, 7 б) и соответственно токов в большой (график 1 на фиг. 10 а), График. 3 (фиг, 10 б) демонстрирует характер изменения отношения токов (размеры рамок при этом не менялись и их отношение равнялось 0,5), Напряженность первичного магнитного поля на поверхности земли изменялась пропорционально 12/1 (график 4 на фиг, 10 в). Изменение пространственной структуры первичного магнитного поля влекло за собой изменение вторичных полей В 7 . Графики 5 и б (фиг. 10 г) иллюстрируют изменение В 7 в точках 1 и 2 соответственно (см,.гфиг, 9 а), Измерения Ве проводились диск 2ретно, Использовалась серийная аппаратура АНЧи разработанный авторами магнитоиндуционный датчик.Конкретная реализация способа вкл:,очает в себя следующие операции: раскладку на местности проводов в виде двух расположенных одна внутри другой малой и большой квадратных рамок (фиг. 7 б); возбуждение первичного магнитного поля путем пропускания через рамк то ов противоположного направления (напри ер., как показано на фиг, 7 б): задание величины отношения 12/1; (например, путем изменения сопротивления резистора) и изменение Ву2 в центре рамок; задание следующего зняче ния 2/1 и повторение измерений В 72 и т,д, до тех по 2 о, пока не будут проведены измерения Вл для всего выбранного диапазона 12/1; построение графиков зависимости В 22 от 12/01 и оценка распределения магнитных свойств разреза по глубине, Размеры рамок и их соотношения, шаг изменения 2/1 выбирают исходя из требуемой глубины и детальности зондирований.При реализации заявляемого способа повышается точность зондирований. Точность способа зависит от точности регистрации изменяемого параметра и измеряемого электромагнитного поля, В качестве параметра, изменяющего распределение электромагнитного поля, в прототипе служит размер рамки: в заявляемом спосо10 1829020 ЯОТЙ ЕД) 0,1 бе отношение токов 12/11 или разность фаз токов ср, При равной, достаточно высокой точности измерения электромагнитного поля, точность изменяемого параметра в заявляемом способе значительно выше, чем в 5 прототипе, поскольку электрические параметры системы г, , р, с помощью электронной аппаратуры определяются точнее, чем осуществляется топогеодезическая привязка рамок, размещаемых на местности, при 10 выполнении зондирований, описанных в прототипе. Погрешность привязки расположения рамок на точность измерений в заявляемом способе практически не влияет, поскольку при выполнении повторных из мерений при других значениях электрических параметров, размеры рамок не меняются,И, наконец, контролируемое изменение пространственной структуры магнитного 20 поля за счет изменения параметра 2/11 или р в системе позволяет зондировать разрез без изменения размеров рамок, Это значительно повышает технологичность способа, его производительность, а также снижает 25 вредное воздействие на природную среду электроразведочных работ, Для иллюстрации можно сравнить общую длину просек и проводов, необходимых для выполнения работ методами ВИЗ и заявляемым способом 30 (см, фиг, 8). Для проведения ВИЗ квадратными рамками необходимо подготовить трассы и разложить провода общей протяженностью 8,56 км (9 рамок размерами от 5 до 1000 м), Для заявляемого способа необходимо всего 0,8 км трасс (2 рамки со сторонами 50 и 1000 м), что на порядок меньше чем при постановке ВИЗ, В случае проведения работ в заселенной местности это обеспечивает десятикратное снижение порубок деревьев и кустарников. Сокращение материал ьн ых затрат (провода), а также затрачиваемого на раскладку проводов труда способствует увеличению производительности электроразведочных работ.Формула изобретения Способ геоэлектроразведки, при котором возбуждают первичное электромагнитное поле, пропуская по двум расположенным одна в другой рамкам переменных или постоянных токов противоположного направления, измеряют вторичное электромагнитное поле, по которому судят о параметрах изучаемой среды, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности, пропускают по двум расположенным одна в другой рамкам токи противоположного направления, одновременно изменяя от измерения к измерению отношение силы тока в рамках или разность фаз токов в рамках, определяют зависимости вторичного электромагнитного поля от изменения указанных отношения или разности фаз и судят о параметрах изучаемой среды по найденным зависимостям.18290201 Ь нкЬщаз оч оиг1829020 оста вител ь С. Сноп ко вехред М. Моргентал Корректор Л.Пилипенко актор Т.Иванов каз 2475 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 агарина, 101 издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Производст