СПОСОБ МОРСКОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ С ФОКУСИРОВКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК G01V3/06 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к области геофизики, а именно к способам морской геоэлектроразведки с использованием регулируемых источников электромагнитного поля. Сущность: в трех вариантах способа возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, посылая в нее прямоугольные импульсы тока с паузами между ними. Проводят в течение импульса тока геометрическое зондирование и в течение паузы - зондирование на переходных процессах. При этом измеряют мгновенные значения первых и вторых разностей электрических потенциалов на дне моря. В первом варианте способа прокладывают три параллельных профиля. Средний профиль является измерительным и проходит через зафиксированную на морском дне точку зондирования. Два других профиля предназначены для прохождения горизонтального дипольного источника в придонной зоне. Измеряют вторые осевые и ортогональные разности электрических потенциалов и осевую, ортогональную и одну любую из четырех возможных сегментарных между двумя ближайшими внешними измерительными электродами разностей электрических потенциалов. Обеспечивают условие равенства нулю результирующей разности электрических потенциалов: осевой, ортогональной и одной из любых четырех сегментарных для исключения горизонтальной компоненты плотности тока в точке зондирования. Из значений перечисленных разностей рассчитывают два множества нормированных интерпретируемых электрических параметров, которые не подвержены боковому влиянию трехмерных геологических неоднородностей, находящихся вне точки зондирования. С использованием полученных параметров решают обратную задачу на основе дифференциального уравнения математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде. Строят временные разрезы по электропроводности среды, коэффициенту вызванной поляризации и постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации. Технический результат: полное исключение в точке зондирования горизонтальной составляющей плотности тока, что исключает влияние боковых неоднородностей. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодические прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи проходящего вдоль профиля горизонтального дипольного электрического источника, и в каждой точке зондирования на протяжении каждой паузы после выключения тока измеряют с постоянным интервалом времени Δt последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых или ортогональных относительно оси профиля разностей электрических потенциалов переходных процессов, при этом обеспечивают условие равенства нулю результирующей ортогональной или осевой разностей электрических потенциалов; формируют интерпретируемые параметры и, используя их и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где
∇² - оператор Лапласа,
E(iω) - напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени,
σ(iωσ₀ητ) - частотно-зависимая электропроводность элементов среды,
σ₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации,
η - коэффициент их вызванной поляризации,
τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,
решают математическую обратную задачу, определяя присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ₀, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации τ;
и строят три временных разреза по этим параметрам,
отличающийся тем, что прокладывают три параллельных профиля, средний из которых является измерительным и проходит через зафиксированную на морском дне точку зондирования, где размещают пять измерительных электродов: один в центре и равноудаленно от него четыре по обеим осям координат; в пределах каждого периода «импульс - пауза» проводят геометрическое зондирование при включенном токе и зондирование на переходных процессах на протяжении паузы после выключения тока, измеряя вторые разности электрических потенциалов: осевую и ортогональную и первые разности электрических потенциалов: осевую, ортогональную и одну любую из четырех возможных, сегментарную между двумя ближайшими внешними измерительными электродами, при этом измерения в каждой фиксированной на измерительном профиле точке зондирования осуществляют при прохождении горизонтального дипольного источника в придонной зоне по первому профилю, параллельному измерительному и сдвинутому относительно него в ортогональном направлении по оси у на расстояние (y=-b), посылая токовые импульсы в исследуемую среду при всех его положениях от точки с координатами [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(x=+L), (y=-b)], затем дипольный источник разворачивают и переводят на второй параллельный профиль, сдвинутый относительно измерительного в противоположную сторону по оси y на расстояние (y=+b), и продолжают измерение при его движении в обратном направлении от точки с координатами [(x=+L), (y=+b)] до точки с координатами [(x=-L), (y=+b)];
на основе измеренных разностей обеспечивают поддержание равенства нулю результирующих первых разностей электрических потенциалов между каждой парой внешних измерительных электродов и определяют два независимых от силы тока источника и горизонтальной компоненты плотности тока (j_x=0 и j_y=0) в точке зондирования интерпретируемых параметра: один P_xy(t₀) на основе геометрического зондировании при всех положениях дипольного источника, вычисляемый по формуле

и другой P_xy(t_i) на основе зондирования на переходных процессах при четырех, выбранных методом итераций, наиболее информативных разносах с координатами дипольного источника [(x=-а), (y=-b)], [(x=+a), (y=-b)], [(x=+а), (y=+b)] и [(x=-а), (y=+b)] из всех прозондированных, вычисляемый по формуле

где k₁(t₀), k₂(t₀), k₃(t₀), - коэффициенты фокусировки при геометрическом зондировании, обеспечивающие поддержание равенства нулю результирующих первых разностей электрических потенциалов в каждой точке зондирования в период импульса тока на всех геометрических разносах, определяемые из системы трех уравнений



k₁(t_i), k₂(t_i), k₃(t_i) - коэффициенты фокусировки при зондировании на переходных процессах, обеспечивающие поддержание равенства нулю результирующих первых разностей электрических потенциалов в каждой точке зондирования в паузе тока на всех временах переходных процессов, определяемые из системы трех уравнений



t₀ - момент времени при пропускании токового импульса, когда электрическое поле переходных процессов не отличается от своего установившегося значения, соответствующего постоянному току;
t_i - моменты времени, при которых измеряют сигналы переходных процессов через равные интервалы времени Δt на протяжении всей паузы после выключения тока;


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по первому параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=-b) от его начала [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(х=0), (y=-b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по первому параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=-b) от точки с координатами [(х=0), (y=-b)] до конца этого профиля [(x=+L), (y=-b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по второму параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=+b) от точки с координатами [(x=+L), (y=+b)] до точки с координатами [(х=0), (y=+b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по второму параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=+b) от точки с координатами [(х=0), (y=+b)] до точки с координатами [(x=-L), (y=+b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов и первой сегментарной, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=-а), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования до его подхода к этой точке;


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов и первой сегментарной, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=+а), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования после его отхода от этой точки;


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов и первой сегментарной, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=+а), (y=+b)] между дипольным источником и точкой зондирования до его подхода к этой точке;


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов и первой сегментарной, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=-a), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования после его отхода от этой точки.

2. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодические прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи проходящего вдоль профиля горизонтального дипольного электрического источника, и в каждой точке зондирования на протяжении каждой паузы после выключения тока измеряют с постоянным интервалом времени Δt последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых или ортогональных относительно оси профиля разностей электрических потенциалов переходных процессов, при этом обеспечивают условие равенства нулю результирующей ортогональной или осевой разностей электрических потенциалов; формируют интерпретируемые параметры и, используя их и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где ∇² - оператор Лапласа,
E(iω) - напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени,
σ(iωσ₀ητ) - частотно-зависимая электропроводность элементов среды,
σ₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации,
η - коэффициент их вызванной поляризации,
τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,
решают математическую обратную задачу, определяя присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ₀, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации τ;
и строят три временных разреза по этим параметрам,
отличающийся тем, что прокладывают три параллельных профиля, средний из которых является измерительным и проходит через зафиксированную на морском дне точку зондирования, где размещают пять измерительных электродов: один в центре и равноудаленно от него четыре по обеим осям координат; в пределах каждого периода «импульс - пауза» проводят геометрическое зондирование при включенном токе и зондирование на переходных процессах на протяжении паузы после выключения тока, измеряя вторые разности электрических потенциалов: осевую и ортогональную и первые разности электрических потенциалов: осевую, ортогональную и одну любую из четырех возможных сегментарную между двумя ближайшими внешними измерительными электродами, при этом измерения в каждой фиксированной на измерительном профиле точке зондирования осуществляют при прохождении горизонтального дипольного источника в придонной зоне по первому профилю, параллельному измерительному и сдвинутому относительно него в ортогональном направлении по оси у на расстояние (y=-b), посылая токовые импульсы в исследуемую среду при всех его положениях от точки с координатами [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(x=+L), (y=-b)], затем дипольный источник разворачивают и переводят на второй параллельный профиль, сдвинутый относительно измерительного в противоположную сторону по оси у на расстояние (y=+b), и продолжают измерение при его движении в обратном направлении от точки с координатами [(x=+L), (y=+b)] до точки с координатами [(x=-L), (y=+b)];
на основе измеренных разностей обеспечивают при геометрическом зондировании поддержание равенства нулю результирующих первых разностей электрических потенциалов: осевой, ортогональной и одной любой из четырех возможных сегментарной между двумя ближайшими внешними измерительными электродами и определяют независимый от силы тока источника и горизонтальной компоненты плотности тока (j_x=0 и j_y=0) в точке зондирования на основе геометрического зондировании при всех положениях дипольного источника интерпретируемый параметр

и независимый от силы тока дипольного источника и ортогональной горизонтальной составляющей плотности тока j_y в точке зондирования на основе зондирования на переходных процессах при равенстве нулю результирующей первой ортогональной разности электрических потенциалов при выбранных методом итераций наиболее информативных разносах с координатами дипольного источника [(x=-a), (y=-b)] и [(x=+a), (y=+b)] из всех прозондированных другой интерпретируемый параметр

где k₁(t₀), k₂(t₀), k₃(t₀) - коэффициенты фокусировки при геометрическом зондировании, обеспечивающие поддержание равенства нулю всех трех результирующих первых разностей электрических потенциалов в каждой точке зондирования в период импульса тока на всех геометрических разносах, определяемые из системы трех уравнений



k_y(t_i) - коэффициент фокусировки при зондировании на переходных процессах, обеспечивающий равенство нулю результирующей первой ортогональной разности электрических потенциалов в каждой точке зондирования в паузе тока на всех временах переходных процессов, определяемый по формуле

t₀ - момент времени при пропускании токового импульса, когда электрическое поле переходных процессов не отличается от своего установившегося значения, соответствующего постоянному току;
t_i - моменты времени, при которых измеряют сигналы переходных процессов через равные интервалы времени Δt на протяжении всей паузы после выключения тока;


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по первому параллельному относительно измерительного профилю с ординатой y=-b от его начала [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(х=0), (y=-b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по первому параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=-b) от точки с координатами [(х=0), (y=-b)] до конца этого профиля [(x=+L), (y=-b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по второму параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=+b) от точки с координатами [(x=+L), (y=+b)] до точки с координатами [(х=0), (y=+b)];


- мгновенные значения первых и вторых осевых и ортогональных разностей электрических потенциалов и первой сегментарной, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по второму параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=+b) от точки с координатами [(х=0), (y=+b)] до точки с координатами [(x=-L), (y=+b)];
- мгновенные значения первой и второй ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=-а), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования до его подхода к этой точке;
- мгновенные значения первой и второй ортогональных разностей электрических потенциалов переходных процессов, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=+а), (y=+b)] между дипольным источником и точкой зондирования до его подхода к этой точке.

3. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодические прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи проходящего вдоль профиля горизонтального дипольного электрического источника, и в каждой точке зондирования на протяжении каждой паузы после выключения тока измеряют с постоянным интервалом времени Δt последовательность мгновенных значений первой и второй осевых разностей электрических потенциалов переходных процессов, при этом обеспечивают условие равенства нулю результирующей осевой разности электрических потенциалов; формируют интерпретируемые параметры и, используя их и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где ∇² - оператор Лапласа,
E(iω) - напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени,
σ(iωσ₀ητ) - частотно-зависимая электропроводность элементов среды,
σ₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации,
η - коэффициент их вызванной поляризации,
τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,
решают математическую обратную задачу, определяя присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ₀, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации τ;
и строят три временных разреза по этим параметрам,
отличающийся тем, что прокладывают два параллельных профиля, один из которых является измерительным и проходит через зафиксированную на морском дне точку зондирования, где размещают три измерительных электрода: один в центре и равноудаленно от него два вдоль оси профиля, в пределах каждого периода «импульс - пауза» проводят геометрическое зондирование при включенном токе и зондирование на переходных процессах на протяжении паузы после выключения тока, при этом измерения в каждой фиксированной на измерительном профиле точке зондирования осуществляют при прохождении горизонтального дипольного источника в придонной зоне по другому профилю, параллельному измерительному и сдвинутому относительно него в ортогональном направлении по оси у на расстояние (y=-b), посылая токовые импульсы в исследуемую среду при всех его положениях от точки с координатами [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(x=+L), (y=-b)]; на основе измеренных разностей обеспечивают поддержание равенства нулю результирующей первой осевой разности электрических потенциалов и определяют два независимых от силы тока источника и осевой компоненты плотности тока в точке зондирования интерпретируемых параметра: один P_x(t₀) на основе геометрического зондирования при всех разносах зондирующей установки от [(x=-L), (y=-b)] до [(x=+L), (y=-b)], вычисляемый по формуле

и другой P_x(t_i) на основе зондирования на переходных процессах при выбранном методом итераций наиболее информативном разносе [(x=±а), (y=-b)] из всех прозондированных, вычисляемый по формуле

где k_x(t₀) - коэффициент фокусировки при геометрическом зондировании, обеспечивающий равенство нулю результирующей осевой разности электрических потенциалов в каждой точке зондирования в период импульса тока на всех геометрических разносах, определяемый по формуле

k_x(t_i) - коэффициент фокусировки при зондировании на переходных процессах, обеспечивающий равенство нулю результирующей осевой разности электрических потенциалов в каждой точке зондирования в паузе тока на всех временах переходных процессов, определяемый по формуле

t₀ - момент времени при пропускании токового импульса, когда электрическое поле переходных процессов не отличается от своего установившегося значения, соответствующего постоянному току;
t_i - моменты времени, при которых измеряют сигналы переходных процессов через равные интервалы времени Δt на протяжении всей паузы после выключения тока;
- мгновенные значения первой и второй осевых разностей электрических потенциалов, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по параллельному относительно измерительного профилю с ординатой y=-b от его начала [(x=-L), (y=-b)] до точки с координатами [(х=0), (y=-b)];
- мгновенные значения первой и второй осевых разностей электрических потенциалов, измеренные при времени t₀ пропускания тока в дипольном источнике при его прохождении по параллельному относительно измерительного профилю с ординатой (y=-b) от точки с координатами [(х=0), (y=-b)] до конца этого профиля [(x=+b), (y=-b)];
- мгновенные значения первой и второй осевых разностей электрических потенциалов переходных процессов, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=-а), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования до его подхода к этой точке;
- мгновенные значения первой и второй осевых разностей электрических потенциалов переходных процессов, измеренные в точке зондирования на всем протяжении паузы тока через равные интервалы времени Δt при выбранном методом итераций расстоянии [(x=+а), (y=-b)] между дипольным источником и точкой зондирования после его отхода от этой точки.

4. Способ морской геоэлектроразведки по пп.1-3, отличающийся тем, что расстояние L = 6 км и более, расстояние а - 1 км и более, а расстояние b = 200 м и более.