СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ Российский патент 1997 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к электрической разведке по методу электросопротивления и позволяет повысить эффективность изучения верхней части разреза, выявления локальных геоэлектрических неоднородностей и определения их пространственного положения.

Область преимущественного применения предлагаемого способа обнаружение и трассирование зон тектонически раздробленных, водопроницаемых пород, изучение процессов карстообразования, контроль состояния гидротехнических сооружений (земляных плотин, ограждающих дамб), оконтуривание областей распространения очаговой мерзлоты на дражных полигонах, а также решение ряда других инженерно-изыскательских задач.

Известен способ комбинированного электропрофилирования с трехэлектродной установкой, в котором одно из питающих заземлений (A) размещают на одной прямой (профиле наблюдений) с двумя приемными заземлениями (M и N), а второе питающее заземление (B) относят практически в бесконечность. С помощью питающих заземлений возбуждают электрическое поле в среде. В процессе измерений трехэлектродную установку перемещают по профилю наблюдений с заданным шагом при неизменном расстоянии между питающим и приемными заземлениями. При каждой стоянке установки измеряют падение напряжения между приемными заземлениями и определяют значение кажущегося электрического сопротивления (ρ_к). Обычно выполняют измерения с прямой (AMN) и обратной (BMN) трехэлектродными установками. По пересечению графиков кажущегося электросопротивления по профилю, полученных с прямой и обратной установками, выявляют геоэлектрические неоднородности в изучаемом разрезе [1]
Известный способ имеет существенные недостатки: во-первых, это сложный характер практических графиков ρ_к, обусловленный влиянием экранных эффектов при прохождении питающего заземления над геоэлектрической неоднородностью; во-вторых, низкая эффективность при расчленении близкорасположенных объектов [2]
Известен способ дипольного электропрофилирования, использующий питающий диполь (заземления A и A) и приемный диполь (заземления M и N), которые размещают вдоль одной прямой (профиль наблюдений) при заданном расстоянии между центрами диполей. Установку перемещают вдоль профиля при неизменном расстоянии между всеми заземлениями. При каждой стоянке установки определяют значение ρ_к. Полевые исследования, как правило, выполняют с двухсторонней установкой (A'AMN и MNBB') и по пересечениям графиков электросопротивления, полученных с прямой и обратной установками, судят о наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей [3]
Существенный недостаток известного способа появление дополнительных аномалий, возникающих при прохождении над геоэлектрической неоднородностью питающего диполя. Это приводит к излишней изрезанности практических графиков ρ_к, особенно при наличии в разрезе нескольких неоднородностей, что делает затруднительной интерпретацию результатов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ электропрофилирования, в котором первое питающее заземление (B), соединенное с одной из клемм источника тока, отнесено практически в бесконечность, а второе питающее заземление (A), подключенное к другой клемме источника тока, и два приемных заземления (M и N) размещены на одной прямой (профиле наблюдении) так, что приемные заземления располагаются симметрично относительно центрального питающего заземления. Указанную трехэлектродную установку перемещают по профилю наблюдений с заданным шагом и при каждой стоянке измеряют падение напряжения между приемными заземлениями ΔU_MN. При профилировании над однородным полупространством ΔU_MN 0, а при наличии в разрезе геоэлектрической неоднородности ΔU_MN принимает отличные от нуля значения [4]
Способ-прототип имеет существенный недостаток. При профилировании над геоэлектрической неоднородностью известным способом аномальные значения ΔU_MN пропорциональны сопротивлению вмещающих пород, в которых залегает неоднородность. Поэтому амплитуда фиксируемой аномалии без знания сопротивления вмещающей среды является неопределенной.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в изучаемом разрезе и снижение неоднозначности интерпретации полученных результатов при неоднородном строении верхней части разреза.

Цель достигается тем, что в нем каждое из трех заземлений, расположенных на профиле наблюдений на равном расстоянии друг от друга, поочередно используют в качестве питающего, поочередно измеряют три сигнала, определяют отношение сигнала, измеренного при центральном положении второго питающего заземления к сумме абсолютных значений сигналов, измеренных при крайних положениях второго питающего заземления, и по распределению этого отношения на профилях и площади наблюдений судят о наличии и положении геоэлектрических неоднородностей. В пределах выявленных аномальных участков выполняют измерение четвертого сигнала с двумя дополнительными заземлениями, расположенными симметрично по отношению к центральному на линии, перпендикулярной профилю, определяют отношение этого сигнала к той же сумме абсолютных значений сигналов, дополнительно получают вектор (направленный отрезок), проекциями которого на оси координат являются отношения, полученные при измерениях вдоль профиля и перпендикулярно к нему, и по плану векторов уточняют положение неоднородности. Кроме того, осуществляют в аномальных участках перемещение крайних заземлений по окружности в одном направлении на одинаковый угол до тех пор, пока абсолютная величина сигнала, измеренного при центральном положении второго питающего заземления, не достигнет максимума и по направлению установки судят о простирании геоэлектрической неоднородности.

На фиг.1-3 показаны схемы предлагаемых установок. Сигналы регистрируются при использовании в качестве второго питающего центрального заземления A. Сигналы регистрируются при использовании в качестве второго питающего электрода заземлений M₁, N₁ соответственно. Первое питающее заземление (B) отнесено в практическую бесконечность. Стрелками на фиг. 3 показано направление перемещения приемных заземлений.

Предлагаемый способ осуществляется с выпускаемой серийно электроразведочной аппаратурой (например, ЭРА, ЭВП-801) следующим образом. На обследуемом участке земной поверхности по заданному профилю размещают два приемных (M₁, N₁) и второе питающее заземление (A), причем заземления M₁, N₁ располагают симметрично относительно питающего A (фиг.1). Первое питающее заземление (B) относят в практическую бесконечность, т.е. на такое расстояние, чтобы соблюдалось условие: AB в 10-15 раз больше AM₁ AN₁. Питающие заземления с помощью соединительных проводов подключают к источнику стабилизированного тока. Приемные заземления M₁, N₁ подключают к измерительному прибору. При включенном источнике тока регистрируют сигнал . Далее к клемме источника тока подсоединяют заземление M₁, а заземление A к входу измерителя и измеряют сигнал Затем к источнику тока подключают заземление N₁, а заземление M₁ к входу измерителя и регистрируют сигнал . После выполнения этих операций определяют отношение сигнала к сумме абсолютных значений сигналов . Так как каждый из трех сигналов при прочих равных условиях пропорционален электрическому сопротивлению пород, вмещающих неоднородность, то полученное отношение становится независимым от этого сопротивления.

Если отношение ) не превосходит нескольких процентов, что свидетельствует об отсутствии в разрезе геологической неоднородности, то установку перемещают по профилю с шагом, равным AM₁ AN₁ и все операции повторяют.

Выполнив такие наблюдения на исследуемой площади, строят план изолиний указанного отношения при отнесении точки записи к положению среднего из трех электродов. Каждая неоднородность электропроводности будет отмечена на этом плане знакопеременной областью повышенных значений отношения, а линия перехода отношения через ноль будет указывать на центральную или осевую часть неоднородности. Характер неоднородности проводящая или непроводящая - устанавливают по характеру смены знака. Для маркировки заземлений, показанной на фиг. 1, в случае, например, крутопадающего проводника, слева от проекции проводника будет область положительных значений отношения, а справа - отрицательных. Положительная и отрицательная области поменяются местами при переходе установки через крутопадающий изолятор. Дополнительная информация может быть получена по кривым комбинированного профилирования, которые вычисляют из измерений при крайних положениях питающего заземления по известной методике [1,2] Как уже было отмечено, величина используемого отношения в большей степени зависит от контраста электропроводности неоднородности и вмещающей среды и в меньшей степени от абсолютных значений электропроводности. Это уменьшает колебания отношения при изменении геоэлектрических условий и позволяет выделять более слабые неоднородности на значительной глубине.

На пунктах измерений, где указанное выше отношение имеет аномальные значения (составляет 10% и более), приемные заземления M₁, N₁ перемещают в положения M₂, N₂ на линии, перпендикулярной профилю наблюдений (фиг.2). Используя в качестве второго питающего заземление A, регистрируют сигнал и определяют отношение этого сигнала к сумме абсолютных значений сигналов и , измеренных при наблюдениях вдоль профиля. По двум отношениям (по профилю и по перпендикуляру к нему ) определяют направление вектора. При площадной съемке по плану векторов уточняют положение геоэлектрической неоднородности. Если начало каждого вектора совмещать с положением среднего электрода и положительными считать направления слева направо и сверху вниз, то вектора будут направлены к центру проводника. Векторные построения важны при редкой сети наблюдений, когда неоднородности почти целиком умещаются между профилями.

При выполнении исследований по отдельным профилям после выполнения измерений с установкой, размещенной вдоль профиля, приемные заземления перемещают по окружности вокруг центрального питающего заземления на одинаковый угол в одном направлении (фиг.3). При каждом положении приемных заземлений измеряют сигнал в приемной линии. Перемещение заземлений производят до достижения максимального абсолютного значения сигнала. Полученное направление отрезка N_iAM_i указывает положение геоэлектрической неоднородности. Например, при наличии в разрезе линейно-вытянутой неоднородности, отличающейся от вмещающей среды повышенной электропроводностью, направление установки, при котором фиксируется максимальный сигнал, соответствует простиранию проводящей зоны.

Таким образом, преимущество предлагаемого способа состоит в повышении эффективности выявления неоднородностей в верхней части разреза в различных геоэлектрических условиях, так как конечный результат измерений (отношение сигналов) не зависит от электрического сопротивления среды, вмещающей неоднородность.

Использование: электрическая разведка по методу электросопротивления, преимущественно для обнаружения и трассирования зон тектонически раздробленных, водопроницаемых пород, изучения процессов карстообразования, контроля состояния гидротехнических сооружений и др. Сущность изобретения: в способе геоэлектроразведки каждое из трех заземлений, расположенных на профиле наблюдений на равном расстоянии друг от друга, поочередно используют в качестве питающего заземления, поочередно измеряют три сигнала, определяют отношение сигнала, измеренного при центральном положении второго питающего заземления к сумме абсолютных значений сигналов, измеренных при крайних положениях второго питающего заземления, и по распределению этого отношения на профилях и площади наблюдений судят о наличии и положении геоэлектрических неоднородностей. В пределах выявленных аномальных участков выполняют измерение четвертого сигнала с двумя дополнительными заземлениями, расположенными симметрично по отношению к центральному на линии, перпендикулярной профилю, определяют отношение этого сигнала к той же сумме абсолютных значений сигналов, дополнительно получают вектор, проекциями которого на оси координат являются отношения, полученные при измерениях вдоль профиля и перпендикулярно к нему. По плану векторов уточняют положение неоднородности 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ геоэлектроразведки, использующий первое питающее заземление, соединенное с одной из клемм источника электрического тока и отнесенное в практическую бесконечность, а также три заземления, расположенные на профиле наблюдений при одинаковом расстоянии между крайними и центральным из них, из которых одно подключают к другой клемме источника электрического тока в качестве второго питающего заземления питающей линии, а два оставшихся используют в качестве приемных для измерения электрического напряжения между ними, отличающийся тем, что в нем каждое из трех заземлений на профиле наблюдений поочередно используют в качестве питающего, поочередно измеряют три напряжения, определяют отношение напряжения, измеренного при центральном положении второго питающего заземления к сумме абсолютных значений напряжений, измеренных при крайних положениях второго питающего заземления, и по распределению этого отношения на профилях и площади наблюдений судят о наличии и положении геоэлектрических неоднородностей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нем измеряют четвертое напряжение в дополнительной паре приемных заземлений, расположенных симметрично относительно центрального на линии, перпендикулярной профилю, определяют отношение этого напряжения к той же сумме абсолютных значений напряжений, дополнительно получают вектор, проекциями которого на оси координат являются это отношение и отношение, определяемое в п. 1, и по плану векторов уточняют положение геоэлектрических неоднородностей. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крайние электроды перемещают по окружности в одном направлении на одинаковый угол до тех пор, пока абсолютная величина напряжения, измеренного при центральном положении питающего заземления, не достигнет максимума, и по направлению установки при этом уточняют положение геоэлектрической неоднородности.