СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ Российский патент 2003 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к электроразведке малых глубин и может быть использовано при изучении геоэлектрической неоднородности верхней части разреза при инженерно-геологических изысканиях в сложных условиях заземлении (мерзлый грунт, сухие пески, твердые искусственные покрытия).

Известен способ геоэлектроразведки (RU 1835939 С1, G 01 V 3/00, 27.06.1995), в котором при исследованиях геоэлектрических свойств разреза проводится измерение компонент электрического поля.

Наиболее близким по технической сути к заявленному изобретению является способ картирования горных пород (RU 2030768 С1, G 01 V 3/04, 10.03.1995), согласно которому поочередно возбуждают электрическое поле двумя парами точечных питающих электродов, с помощью приемного диполя измеряют разность потенциалов и по полученным значениям разности потенциалов рассчитывают величины кажущегося сопротивления, используя которые строят геоэлектрический разрез.

Недостатком известного способа является его большая трудоемкость.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности способа геоэлектроразведки.

Технический результат достигается тем, что в способе геоэлектроразведки возбуждают с помощью питающих электродов электрическое поле частотой от первых сотен Гц до первых кГц, регистрируют и измеряют на выходе коммутирующего устройства разности потенциалов между каждой парой соседних приемных гальваноемкостных электродов, механически соединенных в измерительную косу, при этом приемные гальваноемкостные электроды выполнены в виде уплощенных металлических конструкций, прилегающих к исследуемой поверхности одной из плоских сторон.

На фиг.1 показан аппаратурный комплекс, используемый при реализации способа геоэлектроразведки:
1 - электроразведочный генератор тока, частотой от первых сотен Гц до первых кГц;
2 - устройство, последовательно коммутирующее на две выходные клеммы соседние приемные гальваноемкостными электроды, соединенные в измерительную косу;
3 - электроразведочный микровольтметр, согласованный с электроразведочным генератором тока;
4 - питающие электроды;
5 - приемные гальваноемкостные электроды, выполненные в виде уплощенных металлических конструкций, располагающихся на исследуемой поверхности и прилегающих к ней одной из плоских сторон, механически соединенные в измерительную косу.

Питающие электроды и измерительная коса скрепляются вместе непроводящим шнуром и перемещаются по профилю наблюдений волоком (вручную или с применением транспортного средства). Большая площадь касания электродов с грунтом (подстилающей поверхностью) является их главной особенностью. Такая конструкция позволяет производить измерения разности потенциалов (а иногда и возбуждение электрического поля) без гальванического заземления приемных (и питающих) электродов.

Часто (например, зимой) переходное сопротивление электродов (электрод - земля) достигает МОм. В этом случае невозможно проводить измерения без применения "активных" электродов. "Активным" приемным электродом является конструкция, образованная "пассивным" электродом (в данном случае металлической уплощенной конструкцией) и подключенным к нему (непосредственно в месте расположения "пассивного электрода") повторителем согласующего измерительного устройства с высоким значением входного импеданса (более Гом) и низким значением выходного импеданса (первые Ком). Вместе с измерителем для каждой пары приемных электродов повторители образуют два несимметричных измерительных канала (с несимметричным входом) и один симметричный канал (с симметричным или дифференциальным входом).

Способ выполняется следующим образом.

Возбуждение электрического поля частотой от первых сотен Гц до первых кГц производится с помощью электроразведочного генератора 1 и питающих электродов 4, которые могут быть гальваническими (металлические штыри) или гальваноемкостными. Далее производится регистрация и измерения разности потенциалов между каждой парой соседних приемных гальваноемкостных электродов 5, соединенными в измерительную косу. Гальваноемкостные электроды 5 (или 4, 5) выполнены в виде уплощенных металлических конструкций, располагающихся на исследуемой поверхности и прилегающих к ней одной из плоских сторон. При измерениях используется коммутирующее устройство 2, которое последовательно коммутирует на две выходные клеммы приемные гальваноемкостные электроды 5, между которыми производится измерение разности потенциалов. Регистрация и измерения разности потенциалов производятся на выходных клеммах коммутатора с помощью электроразведочного микровольтметра 3, согласованного с используемым электроразведочным генератором тока 1. Всего производится несколько измерений, количество которых определяется количеством приемных электродов в измерительной косе и порядком их коммутации. При этом при коммутации приемных электродов меняется значение действующего разноса дипольной осевой электроразведочной установки ОО', что обеспечивает эффект зондирования. По полученным значениям разности потенциалов и токов в питающей линии рассчитывают величины кажущихся сопротивлений для разных значений действующих разносов ОО'.

Всю конструкцию волоком (вручную или с применением транспортного средства) перемещают по профилю наблюдения, проводя регистрацию и измерения значений разницы потенциалов на пикетах наблюдения.

На фиг.2 приведен пример применения способа геоэлектроразведки для получения значений кажущегося сопротивления при проведении опытно-методических работ на учебно-производственной базе МГУ им. Ломоносова, в д. Александровка Калужской области.

На фиг. 2 изображен разрез кажущегося сопротивления, полученный с применением заявляемого способа геоэлектроразведки для получения значений кажущегося сопротивления с использованием дипольной осевой электроразведочной установки.

По горизонтальной оси в масштабе отложены расстояния пикетов от начала профиля, по вертикальной оси отложены значения действующих разносов дипольной осевой электроразведочной установки ОО', значения кажущегося сопротивления в точках наблюдения на соответствующих разносах ОО' показаны в соответствии с приведенной цветовой шкалой. Частота возбуждения и измерения электрического поля 625 Гц. Расстояние между приемными гальваноемкостными электродами, соединенными в измерительную косу - 2 м. Количество приемных гальваноемкостных электродов в измерительной косе - 8. Применялись гальваноемкостные питающие электроды, идентичные приемным. Питающие и приемные гальваноемкостные электроды выполнены из листовой стали. Длина питающего диполя АВ - 2 м. Измерения разности потенциалов проводились при 7 значениях разносов ОО' - 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16 м. Пересчет значения разности потенциалов в величины кажущегося сопротивления осуществлялся по формуле для постоянного тока ("Электроразведка", справочник геофизика./ Под ред. А.Г. Тарханова. - М. : НЕДРА, 1980). Для возбуждения электрического поля и измерения разности потенциалов в приемной линии применялся комплекс электроразведочной аппаратуры ЭРА (г. С.-Петербург).

Заявленный способ позволил значительно повысить эффективность геоэлектроразведочных работ, т.к. при выполнении больших объемов работ с высокой детальностью достаточно использование бригады из 2-3 человек, при этом скорость выполнения наблюдений в 3-5 раз превышает скорость при выполнении работ обычными способами.

Использование: при инженерно-геологических изысканиях при плохих условиях заземлений (мерзлый грунт, сухие пески, твердые искусственные покрытия). Сущность: возбуждают электрическое поле частотой от первых сотен Гц до первых кГц с помощью питающих электродов. Регистрируют и измеряют на выходе коммутирующего устройства разности потенциалов между каждой парой соседних приемных гальваноемкостных электродов, механически соединенных в измерительную косу. Питающие и приемные гальваноемкостные электроды выполнены в виде уплощенных металлических конструкций, прилегающих к исследуемой поверхности одной из плоских сторон. Технический результат: повышение эффективности способа геоэлектроразведки за счет повышения детальности и скорости наблюдений и выполнения больших объемов работ в короткие сроки. 2 ил.

Способ геоэлектроразведки, включающий возбуждение электрического поля с помощью питающих электродов, измерение разности потенциалов приемными электродами и вычисление по полученным данным кажущегося сопротивления, отличающийся тем, что возбуждают электрическое поле частотой от первых сотен Гц до первых кГц, регистрируют и измеряют на выходе коммутирующего устройства разности потенциалов между каждой парой соседних приемных гальваноемкостных электродов, механически соединенных в измерительную косу, при этом приемные гальваноемкостные электроды выполнены в виде уплощенных металлических конструкций, прилегающих к исследуемой поверхности одной из плоских сторон.