СПОСОБ ПРЯМЫХ ПОИСКОВ ЛОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1998 года по МПК G01V3/04 

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано для проведения прямых поисков локальных геологических объектов методами становления электрического поля.

Известен наиболее близкий к предлагаемому способ геоэлектроразведки, согласно авт. св. СССР N 1062631, при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности, образованной равномерно заземленными другими питающими электродами, измеряют параметры становления электрической составляющей поля по радиально расходящимся из центра окружности профилям и по результатам измерений судят о строении и свойствах исследуемой среды. При этом результаты измерений обрабатываются любым из известных способов, например, нормированием сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, на известный. Способ характеризуется полным отсутствием (компенсацией) в воздухе и на дневной поверхности магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного влиянием вмещающей среды, что обеспечивается за счет осесимметричного введения тока в Землю. При этом компенсация магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, обеспечивается во всем временном диапазоне регистрируемого сигнала на всей площади исследования.

Однако эффективное выявление локальных неоднородностей при таком способе затруднено, поскольку полная компенсация сигнала становления поля, обусловленного влиянием вмещающей среды, достигается только при идеальной осевой симметрии введения тока в Землю, т.е. при бесконечно большом числе питающих электродов, заземленных по окружности. Кроме того, в данном способе измеряют электрическую составляющую сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, в то время как гораздо информативней для выявления локальных неоднородностей оказывается магнитная составляющая сигнала, но результаты измерения этой составляющей не могут быть интерпретированы по известным методикам.

Патентуемое изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности выявления локальных неоднородностей за счет обеспечения достаточной компенсации магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, при реальном количестве питающих электродов, заземленных по окружности.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе прямых поисков локальных объектов, при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности, образованной равномерно заземленными другими электродами, производят площадные измерения сигнала становления поля и по результатам измерений судят о строении исследуемой среды, предлагается заземлять по окружности питающие электроды в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает заданного уровня, а о наличии или отсутствии локального объекта в исследуемой среде предлагается судить по карте изолиний, которую строят по значениям магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, соответствующим времени их максимумов.

Карта изолиний может быть построена по значениям вертикальной магнитной составляющей сигнала становления поля.

Питающие электроды могут быть заземлены по окружности в количестве при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает уровня электромагнитных помех, либо в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает уровня большего, чем уровень электромагнитных помех, но меньшего, чем половина максимального значения магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, при этом из результатов измерений сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, предлагается вычитать значение сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой.

Площадные измерения можно производить по радиальным профилям, проходящим через точки заземления питающих электродов, образующих окружность, и/или проходящим через середину расстояния между соседними точками заземления этих электродов.

Площадные измерения можно также производить по взаимно перпендикулярным профилям или по произвольно расположенным профилям.

Радиус окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами, можно изменять от измерения к измерению не менее, чем вдвое.

В заявляемом способе заземление по окружности питающих электродов в количестве, при котором сигнал магнитной составляющей нормального поля (т.е. поля, обусловленного влиянием вмещающей среды) не превышает заданного уровня, обеспечивает компенсацию влияния вмещающей среды, необходимую для выделения локальных неоднородностей.

Заземление питающих электродов по окружности в количестве, при котором сигнал магнитной составляющей нормального поля не превышает уровня электромагнитных помех, обеспечивает практически полную компенсацию влияния вмещающей среды на этапе измерения. А заземление питающих электродов по окружности в количестве, при котором сигнал магнитной составляющей нормального поля превышает уровень электромагнитных помех, но не превышает половину максимального значения сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, обеспечивает компенсацию влияния вмещающей среды частично на этапе измерения, а полностью - на этапе обработки полученных данных путем вычитания из результатов измерений сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, значений сигнала нормального поля.

Построение карты рельефа исследуемой среды на времени максимального проявления магнитной составляющей (в особенности, вертикальной компоненты магнитной составляющей) сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, позволяет увеличить информативность полученных данных, что способствует повышению эффективности выделения локальных объектов.

Проведение площадных измерений по радиальным профилям, проходящим через точки заземления питающих электродов, образующих окружность, и/или проходящим через середину расстояния между соседними точками заземления этих электродов, усиливает эффект компенсации влияния вмещающей среды за счет симметричного расположения радиальных профилей.

Проведение площадных измерений по взаимно перпендикулярным профилям или по произвольно расположенным профилям обеспечивает равномерность опоискования исследуемой среды.

На фиг. 1 приведена приемопередающая установка, с помощью которой реализуется заявляемый способ; на фиг. 2 a, б - модель рудного тела в разрезе и в плане соответственно; на фиг. 3 - карта изолиний сигнала становления поля, обусловленного этой моделью.

Установка, реализующая способ, содержит источник 1 питания, к одному полюсу которого подключен питающий электрод 2, заземленный в центре окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами 3, которые подключены к другому полюсу источника 1 питания с помощью соответствующих лучевых отрезков 4 питающей линии, расположенных через равные углы по радиусам окружности. Датчик 5 магнитной составляющей поля располагается на профиле, проходящем посередине между точками заземления соседних питающих электродов 3. Датчик 5 подключен к измерителю 6 магнитной составляющей поля.

В качестве источника 1 питания может быть использован, например, генератор возбуждения, схема которого приведена в книге "Геофизические и геодезические методы и средства при поисках полезных ископаемых в Сибири", СНИИГГиМС, 1982, с. 46-50.

В качестве датчика 5 магнитного поля может быть использована измерительная петля либо магнитометр.

В качестве измерителя 6 может быть использован, например, измеритель электроразведочной аппаратуры "Цикл-4" (ТУ 41-04-1432-89).

Способ осуществляется следующим образом.

Перед началом работ, в зависимости от решаемой геологической задачи, выбирают параметры приемопитающей установки. Исходя из необходимой глубинности исследования, выбирают радиус R окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами 3, следовательно, и длину лучевых отрезков 4 питающей линии, а также величину тока генератора 1. Исходя из особенностей площади опоискования, выбирают систему расположения профилей наблюдения. Количество N питающих электродов 3, равномерно заземленных по окружности, первоначально устанавливают равным 6, поскольку практика показала, что это наименьшее количество электродов, при котором возможна полная компенсация влияния вмещающей среды. Допустимый уровень магнитной составляющей сигнала становления остаточного нормального поля первоначально выбирают равным уровню электромагнитных помех, величина которого в большинстве случаев не превышает 20 мкВ.

В соответствии с выбранными параметрами приемопитающей установки производят расстановку на местности генератора 1, питающих электродов 2, 3, лучевых отрезков 4 питающей линии, датчика 5 и измерителя 6. Определяют уровень электромагнитных помех на исследуемом участке путем математического моделирования либо путем измерения. Определяют значения магнитной составляющей сигнала становления нормального поля на исследуемом участке, для чего производят контрольное зондирование в опорной точке наблюдения либо математическое моделирование на основе известной методики расчета поля от линии. Полученные значения сигнала становления магнитной составляющей сигнала становления нормального поля сравнивают с величиной уровня электромагнитных помех. Если значения магнитной составляющей сигнала становления нормального поля не превышают этой величины, то производят рабочие зондирования, при которых в соответствии с выбранной системой профилей наблюдения перемещают датчик 5 от одной точки наблюдения к другой. Если значения магнитной составляющей сигнала становления нормального поля превышают величину уровня электромагнитных помех, то количество N питающих электродов 3 последовательно увеличивают на 2, повторяя после каждого увеличения операцию определения сигнала остаточного нормального поля и сравнения полученных значений с уровнем электронных помех. Количество N питающих электродов увеличивают до тех пор, пока не будет соблюдаться условие непревышения уровня электромагнитных помех. При установленном таким образом количестве N питающих электродов 3 производят рабочие зондирования. Если же это число оказывается неоправданно большим, то допустимый уровень сигнала остаточного нормального поля устанавливают большим, чем уровень электромагнитных помех, но меньшим, чем половина максимального значения прогнозируемого сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой. При этом из результатов рабочих зондирований вычитают значения сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой. Возможен и другой вариант уменьшения количества N питающих электродов 3 - проведение наблюдений по профилям, являющимся продолжением лучевых отрезков 4 питающей линии либо проходящим посередине между равномерно заземленными питающими электродами 3, поскольку в силу симметрии на таких профилях остаточное нормальное поле минимально, а теоретически равно 0.

В случае необходимости более четкого и определенного различения поверхностных и глубинных неоднородностей длину лучевых отрезков 4 питающей линии изменяют не менее, чем вдвое, и вновь проводят рабочие зондирования. Результаты наблюдений с длинными лучевыми отрезками 4 относятся к поздним временам и, следовательно, характеризуют глубинные локальные объекты, а результаты наблюдений с короткими лучевыми отрезками 4 относятся к ранним временам и характеризуют верхнюю часть разреза.

По результатам рабочих зондирований строят карту изолиний на времени, соответствующем максимальному проявлению магнитной составляющей сигнала становления поля, по карте рельефа судят о наличии или отсутствии в исследуемой среде локальных неоднородностей.

Примером реализации предлагаемого способа может служить выявление локального геологического объекта, представленного на модели исследуемой среды в разрезе и в плане (фиг. 2 а, б). Модель представляет собой геоэлектрический разрез, состоящий из двух слоев S₁ и S₂ с удельными сопротивлениями 10 и 200 Ом•м соответственно и рудным телом P с удельным сопротивлением 1 Ом•м, расположенным в слое S₂. Глубина h₁ залегания слоя S₁ составляет 150 м. Глубина h₂ залегания слоя S₂ составляет 1000 м, протяженность d рудного тела P составляет 800 м, а расстояние r от рудного тела P до центра питающей установки составляет 1000 м.

Для данной модели выбраны следующие параметры приемопитающей установки: R = 500 м, I = 100 A, эффективная площадь индукционного датчика 5 составляет 200 000 м². Уровень электромагнитных помех, определяемый параметрами исследуемой среды и датчика 5, составляет 1 мкВ. Расчет остаточного нормального поля, т. е. магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, выполнен по известной методике. Результаты расчета приведены в таблице и представляют собой выраженные в мкВ значения ЭДС, наведенной в датчике 5 под воздействием остаточного нормального магнитного поля, при различных значениях параметра N и при различном удалении датчика 5 от центра приемопитающей установки.

Из таблицы видно, что при шестилучевой установке нужно учитывать остаточное поле, а при восьмилучевой можно считать, что достигается полная компенсация вмещающей среды, поэтому выбираем N=8, т.е. восьмилучевую установку. Поскольку в данном случае достигается полная компенсация остаточного нормального магнитного поля, то можно воспользоваться любой системой расположения точек наблюдения, например наиболее удобной системой с взаимно перпендикулярными профилями. В каждой точке наблюдения определяют магнитную составляющую сигнала становления поля, например, путем математического моделирования. Результаты расчетов показывают, что на времени 2 мс имеет место максимальное проявление магнитной составляющей сигналов становления, соответствующих различными точками наблюдения, т.е. на время 2 мс приходятся максимумы этих сигналов. По значениям сигналов становления, соответствующим времени 2 мс, используя стандартные математические средства, строят карту изолиний. На фиг. 3 приведена карта изолиний, где на горизонтальной и вертикальной осях обозначены расстояния в м, а на эквипотенциальных линиях приведены значения сигналов становления в мВ. Сгущения и разряжения изолиний отражают рельеф магнитного поля, наблюдаемого на исследуемой площади. Экстремумы рельефа показывают положение неоднородности и даже ее границы. На фиг. 3 четко фиксируются торцы вытянутой неоднородности.

Использование: для проведения прямых поисков локальных геологических объектов методами становления электромагнитного поля. Сущность изобретения: в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности, образованной равномерно заземленными другими электродами, производят площадные измерения сигнала становления поля и по полученным результатам судят о строении исследуемой среды. При этом питающие электроды заземляются по окружности в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля , обусловленного вмещающей средой, не превышает заданного уровня, равного уровню электромагнитных помех либо половине максимального значения магнитной составляющей сигнала становления поля , обусловленного исследуемой средой. О наличии или отсутствии локального объекта в исследуемой среде судят по карте изолиний, которую строят по значениям магнитной составляющей сигнала становления поля , обусловленного исследуемой средой, соответствующим времени их максимумов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ прямых поисков локальных объектов, заключающийся в том, что в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности, образованной равномерно заземленными другими электродами, производят площадные измерения сигнала становления поля и по результатам измерений судят о строении исследуемой среды, отличающийся тем, что заземляют питающие электроды по окружности в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает заданного уровня, а о наличии или отсутствии локального объекта в исследуемой среде судят по карте изолиний, которую строят по значениям магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, соответствующим времени их максимумов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карту изолиний строят по значениям вертикальной магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, соответствующим времени их максимумов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заземляют питающие электроды в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает уровня электромагнитных помех. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заземляют питающие электроды по окружности в количестве, при котором магнитная составляющая сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой, не превышает уровня большего, чем уровень электромагнитных помех, но меньшего, чем половина максимального значения магнитной составляющей сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, при этом из результатов измерений сигнала становления поля, обусловленного исследуемой средой, вычитают значения сигнала становления поля, обусловленного вмещающей средой. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадные измерения производят по радиальным профилям, проходящим через точки заземления питающих электродов, образующих окружность, и/или проходящим через середину расстояния между двумя соседними питающими электродами, образующими окружность. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадные измерения производят по взаимно перпендикулярным профилям, образующим сетку, или по произвольно расположенным профилям. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиус окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами, изменяют от измерения к измерению не менее чем вдвое.