Способ бесконтактной электроразведки Российский патент 2022 года по МПК G01V3/06 

Настоящее изобретение относится к средствам бесконтактных геофизических исследований, в частности к способам измерений, обработки и интерпретации данных электроразведки. Изобретение может быть использовано для изучения строения геологического разреза и физических свойств горных пород, обнаружения локальных неоднородностей, дифференцированных по значениям удельных электрических сопротивлений, горизонтальной неоднородности верхней части геоэлектрического разреза.

Необходимость применения бесконтактных измерений в электроразведке возникает при проведении измерений методами сопротивлений в зонах многолетнемерзлых пород, скальных грунтов, при наличии снежного покрова, либо такого практически непроводящего искусственного покрытия, как асфальт или бетон. Кроме того, отсутствие необходимости заземления электродов позволяет значительно ускорить процесс измерений. Ранее теоретическое обоснование применения бесконтактных измерений и интерпретации получаемых результатов основывалось не на "строгом" решении соответствующей прямой задачи электродинамики, а на приближенных подходах.

Наиболее близким по технической сути к заявленному изобретению является способ геоэлектроразведки (RU 2210092 C1), согласно которому возбуждают электрическое поле частотой от первых сотен Гц до первых кГц, регистрируют и измеряют разность потенциалов с помощью приемного диполя и по полученным значениям разности потенциалов рассчитывают величины кажущегося сопротивления, используя которые строят геоэлектрический разрез.

Недостатком известного способа является ограниченность области применения. Способ применяется при очень высоких удельных электрических сопротивлениях горных пород и при минимальной высоте электроразведочной установки над поверхностью земли.

На фиг. 1 представлена модель, для которой получено решение соответствующей прямой задачи электродинамики, выполнены расчеты и дана оценка результативности бесконтактных измерений для расположенной на небольшой высоте над проводящим полупространством предельной дипольно-осевой установки.

Горизонтальная плоскость S разделяет полупространства V₁ и V₂. Генераторный (AB) и измерительный (MN) диполи расположены в верхнем полупространстве на одной прямой, параллельной показанной на рисунке оси X, на высоте h над границей S.

На фиг. 2 показаны результаты расчета значения кажущегося удельного электрического сопротивления ρк(Ex) при частоте 16 кГц для предельной дипольно-осевой установки по формулам: ρк(Ex)=K⋅|Ex|/I₀, где |Ex| - амплитуда компоненты Ex, от которой зависит напряжение в приемном диполе, а K=π·x³ - коэффициент предельной дипольно-осевой установки, расположенной на поверхности проводящего полупространства V₂, x - расстояние между центрами питающего и приемного диполей. Высота (h) дипольно-осевой установки составляет 5 см, I₀ – амплитуда тока I в генераторном диполе.

Результаты моделирования показывают, что при разносах порядка 10 - 20 метров ρ_к≈ρ₂ только при очень высоких значениях ρ₂ (порядка 1000 Ом⋅м и выше). При более низких значениях ρ₂, которые характерны для верхней части геологического разреза "немерзлых" осадочных горных пород, значения ρк могут не иметь связи с удельным электрическим сопротивлением проводящего полупространства.

Технический результат изобретения состоит в увеличении области применения способа электроразведки за счет повышения точности определения значения удельного электрического сопротивления для относительно проводящих сред, таких как “не мерзлые” грунты.

Технический результат достигается тем, что в способе бесконтактной электроразведки возбуждают электрическое поле частотой от 300 Гц до 30 кГц, измеряют разность фаз электрического поля между током I в питающей линии AB и напряжением электрического поля в измерительной линии MN, по полученным значениям разности фаз и амплитуде напряжения определяют амплитуду реактивной компоненты напряжения поля |ReEx| в линии MN и рассчитывают значения кажущегося удельного электрического сопротивления.

На фиг. 3 показаны результаты расчета значений кажущегося удельного электрического сопротивления ρк(|ReEx|) для предельной дипольно-осевой установки на высоте 5 см. Значения определены по амплитуде |ReEx| реактивной составляющей компоненты Ex, меняющейся синфазно, либо в противофазе, с током I в генераторном диполе. То есть ρ_к(|ReEx|) =K⋅|ReEx|/I₀.

Определение ρ_к по значению |ReEx| при не очень высоких значениях ρ₂ имеет преимущества по сравнению с известным способом определения ρ_к по величине |Ex|. В соответствии с этими результатами расчётов при заданной частоте можно выбрать такой разнос x, чтобы при широких пределах изменения удельного электрического сопротивления ρ₂ значения ρ_к(|ReEx|) были близки к ρ₂, т. е. (применительно к показанной выше модели) эти значения ρ_к(|ReEx|) характеризовали истинное удельное электрическое сопротивление проводящей среды. Из полученных результатов моделирования следует, что при частоте 16 кГц и пределах изменения ρ₂ от первых десятков Ом⋅м до первых тысяч Ом⋅м таким "оптимальным" является разнос x ≈8 - 10 м.

На фиг. 4 представлены зависимости ρρк от высоты h при пределах изменения ρ₂ от 20 Ом⋅м до 500 Ом⋅м. Высота h меняется от нуля до 50-и сантиметров. Показанные сплошными линиями значения ρк определены применяемым в настоящее время способом, а значения ρк на штрих-пунктирных линиях определены по синфазной току I составляющей ReEx. Очевидно, что влияние высоты сказывается меньше при измерениях реактивной компоненты электрического поля.

Способ выполняется следующим образом.

Питающий и приемный диполь соединяют непроводящим шнуром и перемещают по линии наблюдения. Возбуждение электрического поля частотой от 300 Гц до 30 кГц производится с помощью электроразведочного генератора и питающих бесконтактных емкостных или гальванических электродов. Далее производится регистрация и измерения разности фаз электрического поля между током I в линии AB и напряжением электрического поля в измерительной линии MN, а также амплитуду этого напряжения. По измеренным значениям определяют реактивную составляющую электрического поля, по которой рассчитывают значения кажущегося электрического сопротивления.

На основании вышеизложенного новый достигаемый технический результат предлагаемого изобретения обеспечивает следующие технические преимущества:

- повышение эффективности поисковых работ бесконтактным методом электроразведки за счет увеличения точности определения кажущегося удельного электрического сопротивления;

- уменьшение влияние высоты приемной и измерительной линии над поверхностью грунта на значения кажущихся удельных электрических сопротивлений, что особенно важно при проведении работ на снежном покрове.

Изобретение относится к методам бесконтактной электроразведки, применимым при плохих условиях гальванических заземлений (снежный покров, мерзлые и скальные грунты, искусственные твердые покрытия), и может быть использовано при поисках и разведке полезных ископаемых, инженерно-геологических изысканиях под строительство. Технический результат: повышение точности определения удельного электрического сопротивления для относительно проводящих сред. Сущность: возбуждают электрическое поле частотой от 300 Гц до 30 кГц при помощи токовой линии AB, расположенной над поверхностью земли. Измеряют разность фаз между током I в линии AB и напряжением электрического поля в измерительной линии MN и амплитуду этого напряжения. Значение реактивной компоненты напряжения электрического поля определяют по результатам измерения разности фаз и амплитуды напряжения. Рассчитывают кажущиеся удельные электрические сопротивления по значению реактивной компоненты напряжения в измерительной линии MN. 4 ил.

Способ бесконтактной электроразведки, включающий возбуждение электрического поля частотой от 300 Гц до 30 кГц с помощью питающих электродов, отличающийся тем, что измеряют разность фаз между током в питающей линии и напряжением электрического поля в измерительной линии, по результатам измерений вычисляют реактивную компоненту напряжения электрического поля в измерительной линии и по полученным данным рассчитывают значения кажущегося удельного электрического сопротивления.