Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК G01V3/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области геофизических методов исследований при поисках и разведке месторождений углеводородов, редких и благородных металлов, алмазов, при проведении инженерных изысканий и решении задач экологического мониторинга с помощью цифровой аппаратуры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления, раскрытые в RU 2235347 С1, опубл. 27.08.2004. Способ геоэлектроразведки заключается в том, что по оси профиля наблюдения возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, и в каждый период этой последовательности в точках наблюдения измеряют первую осевую разность электрических потенциалов и вторую разность электрических потенциалов. При этом электромагнитное поле возбуждают поочередно двумя дипольными электрическими источниками, расположенными по обе стороны на одинаковом расстоянии от точек наблюдения, и в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых осевых разностей электрических потенциалов, одновременно в тех же дискретных временных точках в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы измеряют последовательность мгновенных значений вторых разностей электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров, используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля, решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ_о, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации и строят три временных разреза по этим параметрам. Устройство содержит два генераторных блока с генераторными диполями и средство измерения с модулем обработки.

Недостатком известного технического решения является низкая точность прогнозирования наличия аномалеобразующих объектов в исследуемой среде.

Кроме того, из уровня техники известен способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления, раскрытые в RU 2574861 С1, опубл. 10.02.2016, прототип. Способ измерения и обработки переходных процессов с заземленной линией при импульсном возбуждении поля электрическим диполем с целью построения геоэлектрических разрезов, заключается в том, что для осуществления дипольно-симметричного электропрофилирования (AB-MN) или измерения методом срединного градиента (A-MN-B) используют по меньшей мере один диполь, передающий прямоугольные разнополярные импульсы, диполи объединены в заземленную передающую линию или линии, которые создают электромагнитное поле на исследуемой площади, регистрируемое приемными установками в переходные процессы этого электромагнитного поля на включении и выключении токовых импульсов. При этом измерение осуществляют одной или одновременно несколькими приемными установками, используя синхронизацию по спутниковой системе позиционирования, для этого: проводят измерения переходных процессов электромагнитного поля по времени с частотой не менее 100 кГц и динамическим диапазоном не менее 24 бит; записывают их в соответствующий массив первичных данных; обрабатывают массив первичных данных с помощью робастного регрессионного анализа, используя следующую последовательность действий: подавление тренда в исходных данных от источника, возникающего под влиянием теллурических токов и поляризации электродов; точечное удаление выбросов (пиков) в записи, возникших под влиянием грозовой активности; осуществление фильтрации методом низкочастотной робастной фильтрации в двумерном скользящем окне по временным задержкам во всем временном диапазоне и расчет кривых становления с логарифмическим шагом по времени на нескольких десятках временных задержек, получая кривые переходных процессов, и с целью наглядного отображения полевого материала и возможности идентификации объектов поиска минимизируют влияние геометрического положения источник-приемник на значения переходных процессов на каждой временной задержке путем вычисления значений переходных процессов с помощью процедуры робастного регрессионного анализа с использованием рассчитанных кривых переходных процессов от фонового разреза для той же геометрии приемной установки с тем же расположением источник-приемник и эмпирических зависимостей разности потенциала приемных электродов от геометрии установки, после чего определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление измеряемой среды и частотную дисперсию в ней, полученные данные используют для построения геоэлектрических разрезов путем решения прямых и обратных задач геоэлектрики. Устройство содержит генераторный блоке генераторным диполем и средство измерения с модулем обработки.

Недостатком раскрытого вышеуказанного технического решения является низкая точность прогнозирования наличия аномалеобразующих объектов в исследуемой среде.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом изобретения является повышение точности прогнозирования наличия аномалеобразующих объектов в исследуемой среде.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ геоэлектроразведки включает следующие этапы:

a) Расположение на площади работ по крайней мере одного генераторного диполя А-В и по крайней мере одного приемного диполя M-N согласно их схеме расположения, при которой приемные диполи M-N установлены в соответствии с соосной установкой относительно генераторного диполя А-В или в соответствии с установкой при которой приемные диполи M-N параллельны относительно генераторного диполя А_х-В и ортогональны относительно генераторного диполя A_y-В, а проекции приемных диполей M-N на генераторные диполи А_х-В и A_y-В находятся в пределах соответствующих генераторных диполей А_х-В и A_y-В;

b) Создание электромагнитного поля на исследуемой площади генераторным диполем А-В, передающим прямоугольные разнополярные импульсы с паузой;

c) Измерение формы импульса тока генераторного диполя с помощью шунтирующего устройства, подключенного к регистратору разности без использования приемного диполя (приемный диполь отключен от измерителя), с последующей регистрация переходных процессов с шунтирующего устройства;

d) Измерение на площади работ согласно схеме расположения приемного диполя M-N и генераторного диполя А-В переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля по крайней мере одним регистратором разности потенциалов с n каналами при помощи приемного диполя M-N, который соосно установлен относительно генераторного диполя А-В;

e) Запись данных переходных процессов, полученных на этапе с) и d);

f) Повторение этапов а)-с), пока не будут измерены и записаны переходные процессы для всей площади работ согласно схеме расположения профилей;

g) Обработка массива первичных данных;

h) Определение кажущегося удельного электрического сопротивления измеряемой среды и частотной дисперсии в ней, причем полученные данные используют для построения геоэлектрических разрезов путем решения обратной задачи геоэлектрики с учетом измеренной формы импульса генераторного диполя.

В случае применения генераторных диполей А_х-В и A_y-В, вместо этапа d) осуществляют следующий этап:

а) Измерение на площади работ согласно схеме расположения приемного диполя M-N и генераторных диполей А_х-В и A_y-В переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля по крайней мере двумя регистраторами разности потенциалов с n каналами при помощи приемного диполя M-N, который установлен параллельно относительно генераторного диполя А_х-В;

а между этапами е) и f) осуществляют следующие последовательные этапы:

a) Переключение генераторного диполя А_х-В на генераторный диполь A_y-В;

b) Создание электромагнитного поля на исследуемой площади генераторным диполем A_yB, передающего прямоугольные разнополярные импульсы с паузой;

c) Измерение на площади работ согласно схеме расположения приемного диполя M-N и генераторных диполей А_х-В и A_y-В переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля по крайней мере двумя регистраторами разности потенциалов с n каналами при помощи приемного диполя M-N, который установлен ортогонально относительно генераторного диполя A_y-В;

d) Измерение формы импульса тока генераторного диполя A_y-В с помощью шунтирующего устройства, подключенного к регистратору разности без приемного диполя, с последующей регистрация переходных процессов с шунтирующего устройства;

e) Запись данных переходных процессов, полученных на этапе с) и d).

Указанный технический результат достигается также за счет того, что устройство геоэлектроразведки содержит генераторный блок, соединенный по крайней мере с одним генераторным диполем А-В с заземляющими электродами А и В, и содержащий источник переменного тока, коммутатор разнополярных импульсов и выпрямитель переменного тока, по крайней мере один регистратор разности потенциалов с n каналами, соединенный с приемным диполем M-N, содержащим по крайней мере одну парой заземляющих электродов М и N. Регистратор разности потенциалов содержит модуль обработки и устройство сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов с программным обеспечением, причем генераторный блок и регистратор разности потенциалов снабжены блоком спутниковой синхронизации времени, выполненным с возможностью синхронизации работы генераторного блока и регистратора разности потенциалов. При этом генераторный диполь А-В последовательно соединен с одним из каналов регистратора разности потенциалов при помощи шунтирующего устройства, выполненного с возможностью регистрации формы токового импульса, а приемные диполи M-N расположены соосно относительно генераторного диполя А-В или параллельно относительно генераторного диполя А_х-В и ортогонально относительно генераторного диполя A_y-В.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - блок-схема заявленного устройства (аппаратно-программный электроразведочный комплекс).

Фиг. 2 - схема размещения генераторных диполей А_х-В и A_y-В и приемного диполя MN для проведения площадных работ методом электромагнитного зондирования и вызванной поляризацией (ЭМЗ-ВП) установками, при которой приемные диполи M-N параллельны генераторному диполю А_х-В и ортогональны генераторному диполю A_y-В.

Фиг. 3 - схема размещения генераторного диполя А-В и приемного диполя M-N для проведения профильных работ методом ЭМЗ-ВП соосной установкой.

Фиг. 4 - блок-схема модуля обработки.

Фиг. 5 - Карта кажущегося сопротивления для установки, при которой: а) используется генераторный диполь А_х-В; b) используется генераторный диполь A_y-В.

Фиг. 6 - планы графиков нормированных кривых зондирования для установки, при которой: а) используется генераторный диполь А_х-В; b) используется генераторный диполь A_y-В.

1 - генераторный блок; 2 - регистратор разности потенциалов (измеритель) с n каналами; 3 - блок спутниковой синхронизации времени; 4 - заземляющие электроды А и В; 5 - заземляющие электроды М и N; 6 - генераторный диполь А-В; 6.1 - генераторный диполь А_х-В; 6.2 - генераторный диполь A_y-В; 7 - приемный диполь M-N (приемная электроразведочная коса, приемная линия); 8 - провод, соединяющий приемные диполи M-N и измеритель; 9 - устройство сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов; 10 - программное обеспечение (ПО) для управления измерителем и сохранения первичных данных, установленное на устройстве сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов; 11 - шунтирующее устройство; 12 - ключ, переключающий генераторные диполи А_х-В и A_y-В; 13-26 - запроектированные профиля; 27 - геоинформационный блок для планирования полевых работ; 28 - блок хранения файловой базы данных; 29 - блок первичной обработки данных; 30 - блок конвертации для базы данных; 31 - блок оценки качества результатов обработки и инверсии; 32 - блок многомерного статистического анализа; 33 - блок одномерной инверсии; 34 - блок трехмерной инверсии.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство геоэлектроразведки содержит генераторный блок (1), соединенный с по крайней мере одним генераторным диполем А-В (6) с заземляющими электродами А и В, выполненных из железа, и содержащий источник переменного тока, коммутатор разнополярных импульсов и выпрямитель переменного тока, по крайней мере один регистратор (2) разности потенциалов с n каналами, соединенный с приемным диполем M-N (7), содержащим по крайней мере одну пару заземляющих электродов (4) М и N, выполненных из слабополяризующегося металла (медь, латунь). Регистратор (2) разности потенциалов содержит устройство (9) сбора первичных данных и управления регистратором (2) разности потенциалов с ПО (10) для управления измерителем и сохранения первичных данных, причем генераторный блок и регистратор (2) разности потенциалов снабжены блоком (3) спутниковой синхронизации времени, выполненным с возможностью синхронизации работы генераторного блока и регистратора (2) разности потенциалов. При этом генераторный диполь А-В (6) последовательно соединен с одним из каналов регистратора (2) разности потенциалов при помощи шунтирующего устройства (11), выполненного с возможностью регистрации формы токового импульса, а приемные диполи M-N (7) расположены согласно заданному профилю (или профилям) соосно относительно генераторного диполя А-В (6) или параллельно относительно генераторного диполя А_х-В (6.1) и ортогонально относительно генераторного диполя A_y-В (6.2).

Управлением генераторным блоком (1), шунтирующим устройством (11) и регистратором (2) разности потенциалов осуществляют при помощи устройства (9) сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов с ПО (10) для управления измерителем и сохранения первичных данных. Устройство (9) сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов подключено к измерителю по проводной или беспроводной связи, например, Wi-Fi, управление генераторным блоком (1) и шунтирующим устройством (11) осуществляется через блок (3) спутниковой синхронизации времени.

Способ геоэлектроразведки с использованием устройство геоэлектроразведки осуществляют в соответствии двумя вариантами осуществления изобретения.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения способ геоэлектроразведки осуществляют с использованием соосной установки приемного диполя M-N (7) относительно генераторного диполя А-В (6) с одним профилем (профильные работы). В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения (Фиг. 3) под соосной установкой понимается расположение приемных диполей M-N (7) на одной оси с генераторным диполем А-В (6).

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения способ геоэлектроразведки включает следующие этапы.

На первом этапе осуществляют расположение на площади работ генераторного диполя А-В (6), который подключен при помощи кабеля к генераторному блоку (1), состоящему из выпрямителя, коммутатора разнополярных импульсов, и может быть запитан от источника тока 12, 220 или 380 В (в зависимости от используемого коммутатора), и приемного диполя M-N (7), который при помощи провода (8) соединен с регистратором (2) разности потенциалов с n каналами (4 или 8 каналов). Генераторный диполь А-В (6) и приемный диполь M-N установлен согласно их схеме расположения (Фиг. 2), при которой приемные диполи M-N (7) установлены в соответствии с соосной установкой относительно генераторного диполя А-В (6). В случае применения более одного приемного диполя M-N (7), каждый из которых при помощи провода (8) соединен с соответствующему ему регистратору (2) разности потенциалов например, при использовании двух приемных диполей M-N (7), их устанавливают последовательно по запроектированному профилю (26) таким образом, чтобы приемный диполь M-N (7) первого регистратора (2) разности потенциалов и приемный диполь M-N (7) второго регистратора (2) разности потенциалов были установлены соосно генераторному диполю А-В (6) и расположены последовательно на оси генераторного диполя А-В (6). При этом геоинформационный блок (27) для планирования полевых работ модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов создает геоинформационный проект в пользовательской ГИС-программе (например, QGIS) с участком работ. По геологическому (или техническому) заданию проектируется расположение генераторного диполя и профиля (26) таким образом, чтобы минимизировать количество генераторных диполей А-В (6), т.к. перемещение многокилометровых генераторных диполей А-В (6) - трудозатратная операция. Запроектированное расположение генераторных диполей А-В (6) и профиля (26) выгружается на спутниковые навигаторы, по которым будут производиться дальнейшие работы.

Далее осуществляют создание электромагнитного поля на исследуемой площади генераторным диполем А-В (6), передающего прямоугольные разнополярные импульсы с паузой с заданными длиной импульсов и паузами. Генераторный диполь А-В (6) передает импульсы через заземляющие электроды (4) А и В в геологическую среду (землю). Данные импульсы, проходя сквозь геологическую среду, изменяются под действием свойств среды.

Затем осуществляют измерение формы импульса тока генераторного диполя А-В (6) с помощью шунтирующего устройства (11), подключенного к регистратору (2) разности потенциалов без использования приемного диполя M-N (7), с последующей регистрацией и сохранением данных переходных процессов с шунтирующего устройства (11) в блок (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

После чего на площади работ согласно схеме расположения генераторного диполя А-В (6) и приемного диполя M-N (7) в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения на основе созданного электромагнитного поля генераторным диполем А-В (6) регистратором (2) разности потенциалов при помощи приемного диполя M-N (7) осуществляют измерение переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля, при этом приемный диполь M-N (7) установлен соосно относительно генераторного диполя А-В, причем измерение переходных процессов созданного электромагнитного поля проводят по времени регистратором (2) разности потенциалов с частотой не менее 100 кГц и динамическим диапазоном не менее 18 бит. При наличии более одного приемного диполя M-N (7) переходные процессы регистрируются в каждом регистраторе (2) разности потенциалов, который соединен при помощи провода (8) с соответствующему ему приемному диполю M-N (7). Запись данных переходных процессов от электромагнитного поля, зарегистрированных приемным диполем M-N (7) осуществляют в блоке (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

Запись первичных данных (переходные процессы, зарегистрированные шунтирующим устройством и приемным диполем) в блоке (28) хранения файловой базы данных ведется в структурированном файле (Файловая БД первичных данных), разработанном на основе формата PCM Wave. PCM (pulse code modulation) - импульсно-кодовая модуляция - метод кодирования аналоговых сигналов для передачи по цифровому каналу путем дискретизации аналогового сигнала с регулярным интервалом. Wave (Wave audio format) - формат контейнера для хранения несжатого звука в импульсно-кодовой модуляции. Данный формат был адаптирован для хранения первичных данных ЭМЗ-ВП и назван GDF (Gelios data file).

Затем генераторный диполь А-В (6) и/или приемный диполь M-N (7) устанавливается/устанавливаются в новом месте на профиле (26) и вышеописанные операции способа в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения повторяются, пока не будет записан весь запроектированный профиль (26).

Затем осуществляется обработка массива первичных данных в блоке (29) первичной обработки данных при использовании следующей последовательности действий:

1. Удаления испорченных реализаций из накоплений. (Запись переходных процессов производится с накоплением данных. Два переходных процесса (положительный и отрицательный) - это одна реализация). С помощью медианы абсолютных оценок, стандартного отклонения или медианы для каждой реализации производится расчет оценки. Реализации, чья оценка выходят за указанный пользователем доверительный интервал, удаляется. В результате чего осуществляется точечное удаление выбросов (пиков) в записи, возникших под влиянием различных внешних воздействий (гроза, механическое воздействие на косу/электрод)

2. Подавление промышленных помех. Процедура подавления промышленных помех (50 Гц и гармоники) реализована на основе дифференцирующего фильтра с внедренной функцией сглаживания в скользящем окне.

3. Устранение тренда, возникающего под влиянием теллурических токов и поляризации электродов. Для устранения тренда, возникающего в связи с изменением в течение записи потенциалов на приемных электродах, производится вычисление величины для каждого записанного переходного процесса для ввода компенсирующего значения, чтобы привести все записанные данные к одному нулевому уровню

4. Сглаживание (робастная фильтрация) двумерным скользящим окном. Сглаживание переходных процессов в двумерном скользящем окне с помощью М-оценки Хампеля позволяет устранить резко выделяющиеся значения.

5. Интеграция (робастное осреднение) в кривую зондирования. Конечным шагом первичной обработки является процедура интегрирования данных во временные окна, что позволяет значительно сжать занимаемые объемы информации в сравнении с первичными данными и повысить при этом соотношение сигнал/помеха. Для каждого временного окна производится расчет М-оценки с помощью функции Хампеля в двумерном окне. Процедура аналогична процедуре сглаживания двумерным скользящим окном, за исключением того, что в процедуре интегрирования ширина окна равна всему диапазону накоплений. Интегрирование производится по заранее рассчитанной сетке временных окон с логарифмическим шагом.

В результате обработки массива первичных данных при помощи блока (29) первичной обработки данных осуществляют расчет кривых зондирования, определение кажущегося удельного электрического сопротивления измеряемой среды и частотной дисперсии в ней.

Затем кривые зондирования поступают в блок (30) конвертации для базы данных, где в соответствии с данными о пространственном расположении устройства геоэлектроразведки, которые были зарегистрированы геоинформационный блок (27), конвертируются в формат базы данных MarsDB для дальнейшей работы.

Далее результаты значений кажущегося удельного электрического сопротивления измеряемой среды и частотной дисперсии в ней, а также кривые зондирования поступают в блок (31) оценки качества результатов обработки и инверсии, где оценивается качество кривых зондирования, затем они поступают в блок (32) многомерного статистического анализа и/или в блок (33) одномерной инверсии. Блок (32) предназначен для многомерного статистического анализа, позволяет выделять аномалии в кривых зондирования без использования инверсии. Блок (33) оснащен программой для автоматической и полуавтоматической одномерной интерпретации профильных данных электромагнитных зондирований в рамках одномерной модели с учетом частотной дисперсии электропроводности.

В блоке (34) обеспечивается решение прямых и обратных трехмерных задач с восстановлением трехмерного распределения параметра начальной поляризации и коррекцию временного параметра функции спада при фиксированной геометрии среды (слоев и трехмерных объектов). Вычислительные модули базируются на математическом аппарате, основанном на методе конечных элементов. Моделирование индукционных процессов и процессов вызванной поляризации во временной области выполняется на основе конечно-разностных аппроксимаций производных по времени. Все вычислительные схемы расчета трехмерных полей используют технологию выделения поля источника в горизонтально-слоистой среде. В результате использования модели Cole-Cole с применением параметров: удельное электрическое сопротивление, стационарная поляризуемость, время релаксации, показатель степени, мощность слоя и пространственные параметры ширины и длины объекта осуществляется построение геологического разреза для первого варианта осуществления изобретения.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения способ геоэлектроразведки, включающий следующие этапы.

На первом этапе осуществляют расположение на площади работ двух генераторных диполей А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2), которые подключены при помощи кабеля к генераторному блоку (1), состоящему из выпрямителя, коммутатора разнополярных импульсов, и может быть запитан от источника тока 12, 220 или 380 В (в зависимости от используемого коммутатора), и по крайней мере двух приемных диполей M-N (7), каждый из которых при помощи провода (8) соединен с соответствующему ему регистратором (2) разности потенциалов с n каналами (4 или 8 каналов). Генераторные диполи А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2) и приемные диполи M-N (7) установлены согласно схеме их расположения (Фиг. 2), при которой приемные диполи M-N (7) установлены в соответствии с установкой, согласно которой приемные диполи M-N (7) параллельны генераторному диполю А_х-В (6.1) и расположены в пределах генераторного диполя А_х-В (6.1), а также приемные диполи M-N (7) установлены в соответствии установкой, согласно которой приемные диполи M-N (7) ортогональны относительно генераторного диполя A_y-В (6.2) и расположены в пределах генераторного диполя A_y-В (6.2). Каждый приемный диполь M-N (7) устанавливают на соответствующий ему запроектированный профиль (13-25). При этом геоинформационный блок (27) для планирования полевых работ модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов создает геоинформационный проект в пользовательской ГИС-программе (например, QGIS) с участком работ. По геологическому (или техническому) заданию проектируется расположение генераторных диполей А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2) и профилей (13-25) таким образом, чтобы минимизировать количество генераторных диполей А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2), т.к. перемещение многокилометровых генераторных диполей трудозатратная операция. Запроектированное расположение генераторных диполей А-В и профилей выгружается на спутниковые навигаторы, по которым будет производиться дальнейшие работы.

Далее осуществляют создание электромагнитного поля на исследуемой площади в пределах профилей (13-25) генераторным диполем А_х-В (6.1), передающего прямоугольные разнополярные импульсы с паузой с заданными длиной импульсов и паузами. Генераторный диполь А_х-В (6.1) передает импульсы через заземляющие электроды (4) А_х и В в геологическую среду (землю). Данные импульсы, проходя сквозь геологическую среду, изменяются под действием свойств среды.

Затем осуществляют измерение формы импульса тока генераторного диполя А_х-В (6.1) с помощью шунтирующего устройства (11), подключенного к регистратору разности без использования приемного диполя M-N (7), с последующей регистрацией и сохранением данных переходных процессов с шунтирующего устройства (11) в блок (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

После чего на площади работ согласно схеме расположения генераторных диполей А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2) и приемных диполей M-N (7) в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения созданного электромагнитного поля генераторного диполя А_х-В (6.1) регистратором (2) разности потенциалов при помощи приемного диполя M-N (7) осуществляют измерение переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля, при этом приемный диполь M-N (7) установлен параллельно относительно генераторного диполя А_х-В (6.1), причем измерение переходных процессов созданного электромагнитного поля проводят по времени регистратором (2) разности потенциалов с частотой не менее 100 кГц и динамическим диапазоном не менее 18 бит. При этом переходные процессы регистрируются в каждом регистраторе (2) разности потенциалов, который соединен при помощи провода (8) с соответствующему ему приемному диполю M-N (7). Запись данных переходных процессов от электромагнитного поля, зарегистрированных приемным диполе M-N (7) осуществляют в блоке (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

Далее коммутатор разнополярных импульсов отключается и ключ (12) осуществляет переключение генераторного диполя А_х-В на генераторный диполь A_y-В.

Далее осуществляют создание электромагнитного поля на исследуемой площади в пределах профилей (13-25) генераторным диполем A_y-В (6.2), передающим прямоугольные разнополярные импульсы с паузой с заданными длиной импульсов и паузами. Генераторный диполь A_y-В (6.2) передает импульсы через заземляющие электроды (4) A_y и В в геологическую среду (землю). Данные импульсы, проходя сквозь геологическую среду, изменяются под действием свойств среды.

После чего на площади работ согласно схеме расположения генераторных диполей А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2) и приемных диполей M-N (7) в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения на основе созданного электромагнитного поля генераторным диполем A_y-В (6.2) регистратором (2) разности потенциалов при помощи приемного диполя M-N (7) осуществляют измерение переходных процессов на включение и выключение токовых импульсов созданного электромагнитного поля, при этом измерение переходных процессов созданного электромагнитного поля проводят по времени регистратором (2) разности потенциалов с частотой не менее 100 кГц и динамическим диапазоном не менее 18 бит. При этом переходные процессы регистрируются в каждом регистраторе (2) разности потенциалов, который соединен при помощи провода (8) с соответствующему ему приемному диполю M-N (7). Запись данных переходных процессов от электромагнитного поля, зарегистрированных приемным диполе M-N (7) осуществляют в блоке (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

Затем осуществляют измерение формы импульса тока генераторного диполя A_y-В (6.2) с помощью шунтирующего устройства (11), подключенного к регистратору разности без использования приемного диполя M-N (7), с последующей регистрацией и сохранением данных переходных процессов с шунтирующего устройства (11) в блок (28) хранения файловой базы данных модуля обработки регистратора (2) разности потенциалов.

Запись первичных данных (переходные процессы, зарегистрированные шунтирующим устройством и приемными диполями от созданного электромагнитного поля генераторными диполями А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2)) в блоке (28) хранения файловой базы данных ведется в структурированном файле (Файловая БД первичных данных), разработанном на основе формата PCM Wave. PCM (pulse code modulation) - импульсно-кодовая модуляция - метод кодирования аналоговых сигналов для передачи по цифровому каналу путем дискретизации аналогового сигнала с регулярным интервалом. Wave (Wave audio format) - формат контейнера для хранения несжатого звука в импульсно-кодовой модуляции. Данный формат был адаптирован для хранения первичных данных ЭМЗ-ВП и назван GDF (Gelios data file).

Затем генераторные диполи А_х-В (6.1) и A_y-В (6.2) и приемный диполь M-N (7) устанавливаются в новом месте и вышеописанные операции способа в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения повторяются.

Затем осуществляется обработка массива первичных данных в блоке (29) первичной обработки данных с помощью робастного регрессионного анализа, при использовании следующей последовательности действий:

1. Удаление испорченных реализаций из накоплений. С помощью медианы абсолютных отклонений, стандартного отклонения или медианы для каждой реализации производится расчет оценки. Реализации, оценка которых выходит за указанный пользователем доверительный интервал, удаляются. В результате осуществляется точечное удаление выбросов (пиков) в записи, возникших под влиянием различных внешних воздействий (гроза, механическое воздействие на косу/электрод)

2. Подавление промышленных помех. Процедура подавления промышленных помех (50 Гц и гармоники) реализована на основе дифференцирующего фильтра с внедренной функцией сглаживания в скользящем окне.

3. Устранение тренда, возникающего под влиянием теллурических токов и поляризации электродов. Для устранения тренда, возникающего в связи с изменением в течение записи потенциалов на приемных электродах, производится вычисление величины для каждого записанного переходного процесса для ввода компенсирующего значения, чтобы привести все записанные данные к одному нулевому уровню

4. Сглаживание (робастная фильтрация) двумерным скользящим окном. Сглаживание переходных процессов в двумерном скользящем окне с помощью М-оценки Хампеля позволяет устранить резко выделяющиеся значения.

5. Интеграция (робастное осреднение) в кривую зондирования. Конечным шагом первичной обработки является процедура интегрирования данных во временные окна, что позволяет значительно сжать занимаемые объемы информации в сравнении с первичными данными и повысить при этом соотношение сигнал/помеха. Для каждого временного окна производится расчет М-оценки с помощью функции Хампеля в двумерном окне. Процедура аналогична процедуре сглаживания двумерным скользящим окном, за исключением того, что в процедуре интегрирования ширина окна равна всему диапазону накоплений. Интегрирование производится по заранее рассчитанной сетке временных окон с логарифмическим шагом.

В результате обработки массива первичных данных при помощи блока (29) первичной обработки данных осуществляют расчет кривых зондирования.

Затем кривые зондирования поступают в блок (30) конвертации для базы данных, где в соответствии с данными о пространственном расположении устройства геоэлектроразведки, которые были зарегистрированы геоинформационный блок (27), конвертируются в формат базы данных MarsDB для дальнейшей работы.

Далее кривые зондирования поступают в блок (31) оценки качества результатов обработки и инверсии, где производится оценка качества полученных кривых зондирования. Если качество удовлетворяет требованиям, то данные передаются в блок (32) многомерного статистического анализа и/или в блок (33) блок одномерной инверсии. Блок (32) предназначен для многомерного статистического анализа, позволяет выделять аномалии в кривых зондирования без использования инверсии, что позволяет оценить местоположение искомых объектов. Блок (33) оснащен программой для автоматической и полуавтоматической одномерной инверсии данных электромагнитных зондирований в рамках одномерной модели с учетом частотной дисперсии электропроводности. После получения одномерных моделей данные передаются через блок (31) с произведением оценки качества инверсии в блок (34) трехмерной инверсии.

В блоке (34) обеспечивается решение прямых и обратных трехмерных задач с восстановлением трехмерного распределения параметра начальной поляризации и коррекцию временного параметра функции спада при фиксированной геометрии среды (слоев и трехмерных объектов). Вычислительные модули базируются на математическом аппарате, основанном на методе конечных элементов. Моделирование индукционных процессов и процессов вызванной поляризации во временной области выполняется на основе конечно-разностных аппроксимаций производных по времени. Все вычислительные схемы расчета трехмерных полей используют технологию выделения поля источника в горизонтально-слоистой среде. В результате использования модели Cole-Cole с применением параметров: удельное электрическое сопротивление, стационарная поляризуемость, время релаксации, показатель степени, мощность слоя и пространственные параметры ширины и длины объекта осуществляется построение геологического разреза (Фиг. 5) для первого варианта осуществления изобретения.

Использование шунтирующего устройства (11) позволяет достичь заявленный технический результат за счет того, что регистрируется реальная форма выключения токового импульса для того, чтобы в последствии учесть данную форму при решении прямой задачи, поскольку от формы токового импульса зависит форма кривой переходного процесса на ранних временах спада - на первых десятках микросекунд. В результате более точного моделирования кривой достигается повышение разрешающей способности в верхней части разреза, что позволяет более точно локализовать положение рудных тел, границы коры выветривания, положение водоносных горизонтов и других аномалеобразующих объектов. Кроме того, за счет более точного подбора модельных и наблюденных кривых на ранних временах спада кривой становления значения удельного электрического сопротивления и поляризационных параметров вмещающей среды и аномалеобразующих объектов определяются более достоверно, без систематического смещения, вызванного недоучетом реальной формы токового импульса при расчете прямой задачи для нестационарного электромагнитного поля. Подобный подход широко используется в аэроэлектрораведке, где регистрация и учет в прямой задачи реальной формы токового импульса позволяет более точно расчленять верхнюю часть разреза.

Использование дополнительно к установке, при которой приемные диполи M-N параллельны генераторному диполю А-В, установки, при которой приемные диполи M-N ортогональны генераторному диполю А-В, позволяет достичь заявленный технический результат за счет того, что Еу компонента электромагнитного поля имеет высокую чувствительность к латеральным неоднородностям разреза, таким как кимберлитовые трубки, дайки, штокверки, разломы и т.д. Часто геологическая задача заключается в выделении таких объектов, и в этом случае применение установки, при которой приемные диполи M-N ортогональны генераторному диполю А-В, позволяет уже на этапе визуализации наблюденных кривых локализовать аномальные зоны, перспективные на обнаружение в них объектов поиска. На этапе совместной трехмерной инверсии нестационарных электромагнитных полей, выполняемой одновременно для данных двух установок, за счет использования дополнительного источника электромагнитного поля достигается уменьшения неопределенности, поскольку найденное решение должно удовлетворять двум наборам кривых зондирования, полученных от двух установок.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области геофизических методов исследований при поисках и разведке месторождений углеводородов, редких и благородных металлов, алмазов, при проведении инженерных изысканий и решении задач экологического мониторинга с помощью цифровой аппаратуры. Технический результат: повышение точности прогнозирования наличия аномалеобразующих объектов в исследуемой среде. Сущность: устройство геоэлектроразведки содержит генераторный блок, соединенный с по крайней мере одним генераторным диполем А-В с заземляющими электродами А и В и содержащий источник переменного тока, коммутатор разнополярных импульсов и выпрямитель переменного тока, по крайней мере один регистратор разности потенциалов с n каналами, соединенный с приемным диполем M-N, содержащим по крайней мере одну пару заземляющих электродов M и N. Регистратор разности потенциалов содержит модуль обработки и устройство сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов с программным обеспечением. Генераторный блок и регистратор разности потенциалов снабжены блоком спутниковой синхронизации времени, выполненным с возможностью синхронизации работы генераторного блока и регистратора разности потенциалов. Генераторный диполь А-В последовательно соединен с одним из каналов регистратора разности потенциалов при помощи шунтирующего устройства, выполненного с возможностью регистрации формы токового импульса. Приемные диполи M-N расположены в заданном профиле соосно генераторному диполю А-В при их соосной установке относительно генераторного диполя А-В или приемные диполи M-N расположены в заданных профилях параллельно генераторному диполю Ах-В и ортогонально генераторному диполю Ау-В. При этом приемные диполи M-N находятся в пределах генераторных диполей Ах-В и Ау-В. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ геоэлектроразведки, включающий следующие этапы:

a) расположение на площади работ по крайней мере одного генераторного диполя А-В и по крайней мере одного приемного диполя M-N согласно схеме их расположения, при которой приемные диполи M-N установлены в соответствии с соосной установкой относительно генераторного диполя А-В или приемные диполи M-N установлены параллельно генераторному диполю А_х-В и ортогонально генераторному диполю А_у-В, при этом приемные диполи M-N находятся в пределах генераторных диполей А_х-В и А_у-В;

b) создание электромагнитного поля на исследуемой площади генераторным диполем А-В, передающего прямоугольные разнополярные импульсы с паузой;

c) измерение формы импульса тока генераторных диполей с помощью шунтирующего устройства, подключенного к регистратору разности без использования приемного диполя, с последующей регистрацией переходных процессов с шунтирующего устройства;

d) измерение на площади работ согласно схеме расположения приемных диполей M-N и генераторных диполей А-В переходных процессов на включение и выключение токовых разнополярных импульсов созданного электромагнитного поля по крайней мере одним регистратором разности потенциалов с n каналами при помощи приемного диполя M-N, который соосно установлен относительно генераторного диполя А-В, или при помощи приемных диполей M-N, установленных параллельно генераторному диполю А_х-В и ортогонально генераторному диполю А_у-В, с проведением измерения как при включении генераторного диполя А_х-В, так и при включении генераторного диполя А_у-В;

e) запись данных переходных процессов, полученных на этапе с) и d);

f) обработка массива первичных данных с помощью робастного регрессионного анализа;

g) определение кажущегося удельного электрического сопротивления измеряемой среды и частотной дисперсии в ней, при этом полученные данные используют для построения геоэлектрических разрезов путем решения обратной задачи геоэлектрики, при этом решения прямых задач производятся с учетом формы импульса тока генераторных диполей.

2. Устройство геоэлектроразведки, содержащее генераторный блок, соединенный с по крайней мере одним генераторным диполем А-В с заземляющими электродами А и В и содержащий источник переменного тока, коммутатор разнополярных импульсов и выпрямитель переменного тока, по крайней мере один регистратор разности потенциалов с n каналами, соединенный с приемным диполем M-N, содержащим по крайней мере одну пару заземляющих электродов M и N, и содержащий модуль обработки с возможностью учета измеренной формы импульса генераторных диполей при решении прямых задач, и устройство сбора первичных данных и управления регистратором разности потенциалов с программным обеспечением, причем генераторный блок и регистратор разности потенциалов снабжены блоком спутниковой синхронизации времени, выполненным с возможностью синхронизации работы генераторного блока и регистратора разности потенциалов, при этом генераторный диполь последовательно соединен с одним из каналов регистратора разности потенциалов при помощи шунтирующего устройства, выполненного с возможностью регистрации формы токового импульса, а приемные диполи M-N расположены в заданном профиле соосно генераторному диполю А-В при их соосной установке относительно генераторного диполя А-В или приемные диполи M-N расположены в заданных профилях параллельно генераторному диполю А_х-В и ортогонально генераторному диполю А_у-В, при этом приемные диполи M-N находятся в пределах генераторных диполей А_х-В и А_у-В.