ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к области электроразведки, в частности к методам вызванной поляризации, и может быть использовано для поиска полезных ископаемых в исследуемом геологическом разрезе на основе определения коэффициента вызванной поляризации.

Известно корреляционное электроразведочное устройство [а.с. SU №842682, МПК G01V 3/08, опубл. 30.06.1981 г.], состоящее из двухкаскадного усилителя постоянного тока с преобразованием и усилителя постоянного тока, связанного непосредственно с управляющим входом блока умножения и через запоминающий и преобразующий блоки. Выход усилителя постоянного тока с преобразованием соединен со входом двухпорогового компаратора, выход которого связан со входом блока совпадения, который подключен к одному из выходов синхронизатора и времязадающему блоку. Другой выход синхронизатора соединен через блок коммутатора с ключами усредняющего блока, подключенного к индикатору. Времязадающий блок соединен с управляющим входом запоминающего блока, а синхронизатор - с преобразующим блоком.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является дифференциальный метод вызванной поляризации ВП [Шайдуров Г.Я., Козлов Ю.Н., Маркушин Я.В. «Дифференциальный метод извлечения информации о потенциалах ВП из естественного электромагнитного поля Земли (ЕЭМПЗ)» В: Геофизическая аппаратура №97, Красноярск, Недра, 1991, с.35-41], в котором используется дифференциальный измеритель с тремя неполяризующимися точечными электродами. Три измерительных М, N и О неполяризующихся точечных электрода двухканального дифференциального измерителя, последовательно расставленные на оси профиля через равные интервалы, образуют трехэлектродную измерительную линию MON, ориентированную поперек предполагаемого простирания искомого рудного тела, а обработке подлежат случайные сигналы x(t) и y(t), снимаемые соответственно с линий МО и ON.

Геологический разрез возбуждается внешним шумовым полем ЕЭМПЗ (естественное электромагнитное поле Земли) напряженностью E(t), падающим параллельно границы раздела. Представим наблюдаемую реализацию сигналов на выборочной частоте ω_i соответственно с выхода линий ОМ и ON в виде:

где амплитуды U_mx, U_my и фазы φ_х, φ_y являются нестационарными случайными величинами.

Без учета пространственной нестационарности, между x(t) и y(t) имеется детерминированная связь, определяемая электромагнитными параметрами исследуемого геологического разреза, так что U_mx и U_my возникает преимущественно за счет его кажущегося сопротивления, а разность фаз Δφ=φ_х-φ_y - за счет потенциала ВП (вызванная поляризация).

Учитывая, что наиболее точными являются компенсационные методы измерений, и, допуская, что удалось скомпенсировать разность амплитуд , a Δφ/φ_х<<1, можно получить средний относительный квадрат разности уравнений (1) и (2) в приближенном виде:

а для конечного числа n спектральных составляющих:

Таким образом, алгоритм (4), реализуемый путем измерения суммы квадратов спектральных выборок нормированной разности наблюдаемых сигналов x(t) и y(t), позволяет определять среднее приращение разности фаз , возникающей за счет неоднородности поляризуемости геологического разреза под линиями МО и ON при движении вдоль профиля наблюдений. В этом случае изменение спектрального состава поля ЕЭМПЗ во времени отразится лишь на абсолютном значении разности ΔU_i. Нормированное же значение [формула (4)] с учетом избыточности измеряемых спектральных составляющих будет более устойчивым.

Общим недостатком известных технических решений является низкая чувствительность из-за нестационарности ЕЭМПЗ и, как следствие этого, достаточный разброс показаний параметров вызванной поляризации.

Задачей изобретения является увеличение чувствительности прибора по измеряемому коэффициенту ВП.

Задача решается тем, что в заявляемом электроразведочном устройстве, содержащем дифференциальный измеритель с тремя измерительными неполяризующимися точечными электродами, согласно изобретению дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), неинвертирующие входы которых подключены соответственно к измерительным М и N неполяризующимся точечным электродам, инвертирующие входы первого и второго УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду, а выходы первого и второго УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первое оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), сигнальный вход которого соединен с первым выходом двухканального АЦП, первый выход первого ОЗУ соединен с входом блока вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_MO, а второй выход первого ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства, второе ОЗУ, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом двухканального АЦП, управляемый аттенюатор, первый вход которого соединен с выходом второго ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора соединен со вторым входом вычитающего устройства, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, второй выход блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора, делитель, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_МО, а второй вход делителя соединен с первым выходом блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, и блок индикации, вход которого соединен с выходом делителя, а также блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом АЦП, а третий и четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго ОЗУ соответственно.

На чертеже представлена блок-схема заявленного электроразведочного устройства.

Электроразведочное устройство содержит дифференциальный измеритель с тремя измерительными М, N и О неполяризующимися точечными электродами. Дифференциальный измеритель содержит первый 1₁ и второй 1₂ усилители низкой частоты (УНЧ), коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первое 4₁ и второе 4₂ оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), блок 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_МО, вычитающее устройство 6, управляемый аттенюатор 7, блок 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, делитель 9, блок индикации 10 и блок управления 11. Неинвертирующий вход первого 11 УНЧ подключен к измерительному М неполяризующемуся точечному электроду, а неивертирующий вход второго 11 УНЧ подключен к измерительному N точечному электроду. Инвертирующие входы первого 11 и второго 1₂ УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду. Выходы первого 1₁ и второго 1₂ УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора 2, выход которого соединен с сигнальным входом АЦП 3. Сигнальный вход первого 4₁ ОЗУ соединен с первым выходом АЦП 3. Первый выход первого 4₁ ОЗУ соединен с входом блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_МО, а второй выход первого 4₁ ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства 6. Сигнальный вход второго 4₂ ОЗУ соединен со вторым выходом АЦП 3. Первый вход управляемого аттенюатора 7 соединен с выходом второго 4₂ ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора 7 соединен со вторым входом вычитающего устройства 6. Вход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен с выходом вычитающего устройства 6. Второй выход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 7. Первый вход делителя 9 соединен с выходом блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_МО, а второй вход делителя 9 соединен с первым выходом блока 8. Вход блока индикации 10 соединен с выходом делителя 9. Первый выход блока управления 11 соединен с управляющим входом коммутатора 2, второй выход блока управления 11 соединен с управляющим входом АЦП 3, а третий и четвертый выходы блока управления 11 соединены с управляющими входами первого 4₁ и второго 4₂ ОЗУ соответственно.

Электроразведочное устройство работает следующим образом.

Геологический разрез возбуждается внешним шумовым полем ЕЭМПЗ напряженностью E(t), падающим параллельно границы раздела.

Три измерительных М, N и О неполяризующихся точечных электрода дифференциального измерителя, последовательно расставленные на оси профиля через равные интервалы, образуют трехэлектродную измерительную линию MON, ориентированную поперек исследуемого геологического разреза. ΔU_МО и ΔU_ОN, обусловленные протеканием теллурических токов в исследуемом геологическом разрезе, снимаются соответственно с линий МО и ON. Сигналы ΔU_МО и ΔU_ОN усиливаются в первом 1₁ и втором 1₂ УНЧ соответственно.

Подключение измерительного О неполяризующегося точечного электрода к инвертирующим входам первого 1₁ и второго 1₂ УНЧ позволяет снизить влияние синхронной помехи, в частности промышленной помехи 50 Гц.

По управляющему сигналу блока управления 11 коммутация линий МО и ON осуществляется посредством коммутатора 2 с частотой переключения f_к=2×f_S, где f_S - частота дискретизации электрического потенциала.

С выхода первого 1₁ УНЧ усиленный электрический потенциал ΔU_МО через коммутатор 2 поступает на вход АЦП 3. Отсчет усиленного электрического потенциала ΔU_МОi записывается в память первого 4₁ ОЗУ. Затем происходит коммутация линий, и отсчет усиленного электрического потенциала ΔU_ОNi записывается в память второго 4₂ ОЗУ. По истечению интервала измерения

n отсчетов электрических потенциалов ΔU_МОi и ΔU_ОNi извлекаются из памяти первого 4₁ и второго 4₂ ОЗУ соответственно.

С выхода первого 4₁ ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов ΔU_МОi поступают на вход блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_МО, где вычисляется значение дисперсии . Одновременно n отсчетов электрических потенциалов ΔU_МОi поступают на первый вход вычитающего устройства 6. С выхода второго 4₂ ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов ΔU_ОNi поступают на первый вход управляемого аттенюатора 7, где умножаются на управляемый коэффициент К. Полученные отсчеты KΔU_ОNi поступают на второй вход вычитающего устройства 6, где вычисляется разность электрических потенциалов ΔU_MOi-KΔU_ОNi. Разность электрических потенциалов ΔU_MOi-KΔU_ОNi поступает на вход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, где вычисляется значение дисперсии . Полученные величины дисперсий и поступают на первый и второй входы делителя 9 соответственно, где вычисляется значение коэффициента ВП по формуле (5):

где n - количество отсчетов сигнала.

Для того чтобы минимизировать разность между ΔU_MOi и KΔU_ОNi по амплитуде, обусловленную нестационарностью ЕЭМПЗ, и, как следствие, разбросом сигналов ΔU_MO и ΔU_ОN, снимаемых с линий МО и ON соответственно, посредством управляемого аттенюатора 7, на второй вход которого поступает значение дисперсии разности электрических потенциалов , подбирают значение управляемого коэффициента К из условия

В результате данной подборки коэффициента К в отсутствие рудного тела в исследуемом геологическом разрезе на входе блока индикации 10 полученное значение коэффициента ВП приблизительно равно нулю . В противном же случае о наличии рудного тела в исследуемом геологическом разрезе судят по ненулевому значению коэффициента ВП .

Использование данного прибора позволяет достичь чувствительность по коэффициенту ВП порядка 1% по сравнению с чувствительностью по коэффициенту ВП прототипа порядка 10%-30%.

Изобретение относится к области электроразведки, в частности к методам вызванной поляризации (ВП), и может быть использовано для поиска полезных ископаемых в исследуемом геологическом разрезе на основе определения коэффициента вызванной поляризации. Технический результат: увеличение чувствительности прибора по измеряемому коэффициенту ВП. Сущность: электроразведочное устройство содержит дифференциальный измеритель с тремя измерительными М, N и О неполяризующимися точечными электродами. Дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первое и второе оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), блок вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_MO, вычитающее устройство, управляемый аттенюатор, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, делитель, блок индикации и блок управления. 1 ил.

Электроразведочное устройство, содержащее дифференциальный измеритель с тремя измерительными неполяризующимися точечными электродами, отличающееся тем, что дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), неинвертирующие входы которых подключены соответственно к измерительным М и N неполяризующимся точечным электродам, инвертирующие входы первого и второго УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду, а выходы первого и второго УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первое оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), сигнальный вход которого соединен с первым выходом двухканального АЦП, первый выход первого ОЗУ соединен с входом блока вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_MO, а второй выход первого ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства, второе ОЗУ, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом двухканального АЦП, управляемый аттенюатор, первый вход которого соединен с выходом второго ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора соединен со вторым входом вычитающего устройства, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, второй выход блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора, делитель, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU_MO, а второй вход делителя соединен с первым выходом блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, и блок индикации, вход которого соединен с выходом делителя, а также блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом АЦП, а третий и четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго ОЗУ соответственно.