СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ДВУМЕРНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ Российский патент 2025 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к области геофизики, в частности к способам проведения геофизических исследований с использованием электрических или магнитных средств с измерением характеристик магнитного поля Земли [G01V 3/08, G01V 3/12, G01V 3/26].

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ [SU 1679880 А1, опубл. 15.09.1994], в котором возбуждают электромагнитное поле на исследуемом участке, измеряют сигналы неустановившегося поля в точках наблюдения, расположенных на нескольких разносах от источника возбуждающего поля, и получают зависимость сигналов становления поля от времени регистрации, по которой судят о строении изучаемого участка разреза, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, повторно измеряют сигналы неустановившегося поля в увеличенном диапазоне разносов, получают сигналы становления поля в каждом из этих диапазонов путем интегрирования по разносу сигналов неустановившегося поля на каждом фиксированном времени регистрации, при этом увеличение разносов производят до получения асимптотических значений проинтегрированных сигналов.

Основным недостатком прототипа является то, что о строении изучаемого участка судят по зависимости сигнала становления поля только от времени становления и не учитывают связь сигнала становления поля с взаимным пространственным положением источника и приемника поля.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения S и достоверности выделения аномалии типа «залежь».

Указанный технический результат достигается за счет того, что применяется способ выполнения двумерных зондирований, который характеризуется тем, что на подготовленном профиле развертывают установку, содержащую питающую линию АВ, подключенную к пульту генераторной станции постоянного тока, и приемные петли, которые подключают к многоканальной цифровой регистрирующей системе с использованием многожильного кабеля, после развертывания установки через питающую линию подают в землю прямоугольные разнополярные импульсы постоянного тока с бестоковыми паузами между ними, в момент включения и выключения каждого импульса в земле возникает переходной процесс становления поля, который индуцирует в каждой приемной петле ЭДС, процесс затухания вертикальной компоненты которой регистрируют цифровой многоканальной системой, накапливая репрезентативную выборку для статистической обработки, в результате чего получают зависимость изменения вертикальной компоненты ЭДС от времени становления поля и от взаимного расстояния между источником поля и его приемником, затем для каждого времени становления t строят экспериментальные зависимости амплитуды сигнала становления поля от расстояния r, определяют координаты максимума каждого из этих сигналов, по которым вычисляют значения S(t), и ими же нормируют полученные экспериментальные графики, далее, сравнивая каждый нормированный экспериментальный график с нормированным теоретическим графиком, по разностям между ними определяют местоположение искомой аномалии типа «залежь».

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан нормированный теоретический горизонтальный график изменения сигнала становления поля.

На фиг. 2 показан график изменения сигнала становления поля на основе экспериментальных данных (при времени становления поля t: 1) 0,8 с; 2) 1,4 с; 3) 2,0 с.

На фиг. 3 показана схема решения прямой задачи зондирования становлением электромагнитного поля.

Осуществление изобретения

В заявляемом изобретении под аномалией типа «залежь» понимаются аномальные эффекты в геофизических полях или значениях физических параметров среды, которые могут быть связаны с наличием залежи углеводородов (нефть, газ). В осадочном разрезе залежь углеводородов представляет собой высокоомную неоднородность, площадь которой составляет несколько десятков кв. км, а высота может достигать нескольких сотен метров. Зона влияния такого включения на электромагнитное поле в земле, как правило, превосходит и площадь залежи, и ее высоту. Основными свойствами этой зоны являются постоянство ее местоположения как по горизонтали, так и по вертикали. Очевидно, что и аномалия электромагнитного поля, связанная с этим влиянием (аномалия типа «залежь»), обладает такими же свойствами.

В заявляемом изобретении для реализации способа, достижения технического результата и выполнения полевого эксперимента используют двумерную установку 3C-2D, под которой понимается устройство, включающее в себя:

Питающую линию АВ заземленную на концах (пункт возбуждения, ПВ), в которой создают искусственное электромагнитное поле с целью изучения геологического строения земной коры, и нескольких десятков приемных петель (ПП), располагающихся вдоль профиля, перпендикулярного линии АВ и проходящего через ее середину. Петли могут располагаться как по обе стороны от линии АВ (центральная установка), так и с одной (фланговая установка). С целью выполнения условий ближней зоны источника, необходимо чтобы максимальное удаление ПП от ПВ не превышало удвоенной мощности изучаемых отложений. Численные параметры двумерной установки 3C-2D (длина АВ, размеры приемной петли, их количество, шаг между ними, длительность токового импульса и паузы между импульсами в каждом конкретном случае определяются особенностями геоэлектрического разреза изучаемой территории и геологическими задачами исследований. Так, например, для многих районов Западной Сибири глубина залегания опорного геоэлектрического горизонта составляет порядка 3000 метров. Следовательно, максимальное удаление ПП от ПВ не должно превышать 6000 метров. Длина линии АВ равна 2000 метров, приемная петля представляет собой квадрат со стороной равной 100 метрам. При этом каждую приемную петлю подключают к пульту многоканальной цифровой регистрирующей системы через специальную многожильную косу. Шаг между геодезическими пикетами равный 100 метрам удобен как для разбивки профиля, так и для шага между приемными петлями, количество которых составляет 30-60.

Аппаратурный комплекс, состоящий из многоканальной цифровой регистрирующей системы с максимально возможным динамическим диапазоном, с дискретизацией по каналу не более 0,001 - 0,002 секунд, с записью на стандартный носитель и, согласованной с этой регистрирующей системой, генераторной станции постоянного тока (генгруппа), позволяющей для повышения уровня сигнал-помеха, накапливать знакопеременные импульсы тока.

В заявляемом изобретении для определения основных свойств теоретического графика используется прямая задача зондирования становлением электромагнитного поля, которая была решена В.А. Сидоровым [1] для следующих условий:

1. S - плоскость, эквивалентно имитирующая реальный геоэлектрический разрез, которая расположена в непроводящей безграничной среде, совпадая с плоскостью X, Y произвольно ориентированной прямоугольной системы координат.

2. Точечный источник электромагнитного поля (вертикальный магнитный диполь Q с моментом М), который помещен в точке А (фиг. 3) и поднят над S - плоскостью на высоту h.

3. Точка В, в которой находится приемник, удалена от источника на расстояние АВ=r на высоте |Z| над S-плоскостью.

В начальный момент времени источник скачком выключается, возникает вихревое поле, вектор-потенциал которого, определяющий все компоненты неустановившегося поля для точки В, записывается в виде:

где М - момент источника равный произведению площади источника на силу тока, - толщина скин-слоя реального геоэлектрического разреза, эквивалентно замещенного S - плоскостью, μ=4π*10^-4 Гн/км, а верхний индекс вектор-потенциала обозначает тип источника поля.

Компоненты неустановившегося поля в упомянутой выше работе В.А.Сидорова [1] определены только для частного случая |Z|=h, т.е. когда S-плоскость и плоскость, на которой находятся источник и приемная точка параллельны. В общем же случае эти плоскости не параллельны и угол между ними равен φ.

При этом:

где - параметр проводящей плоскости, t - время становления, a Z - высота приемного пункта над S - плоскостью.

Обозначим и тогда можем записать выражение для горизонтальной компоненты напряженности неустановившегося электрического поля в виде:

В соответствии с принципом взаимности оно справедливо и для случая, когда источником поля является короткая линия АВ или электрический диполь АВ, а вместо измеряется затухающая вертикальная составляющая ЭДС, индуцированная в горизонтальной приемной рамке:

где М - момент короткой линии АВ, равный произведению длины линии на силу тока в ней, q - эффективная площадь приемной рамки (произведение числа витков на ее геометрическую площадь), r - расстояние между источником тока и приемным пунктом и S - суммарная продольная проводимость геоэлектрического разреза, эквивалентно замещенного S - плоскостью.

Из (3) следует, что при r=0 и Далее с ростом r, линейно растет, достигая максимума при r=m_s:

С дальнейшим ростом r, сигнал становления уменьшается, затухает.

Из (4) для каждого конкретного времени становления легко определяется значение S:

Если пронормировать сигнал становления (и теоретический, и экспериментальный), по его максимуму, а расстояние r по параметру m_s то получим (для каждого времени становления):

Таким образом, нормированный сигнал становления зависит только от нормированного расстояния и, следовательно, является эталоном для любых геоэлектрических разрезов, которые могут быть эквивалентно представлены проводящей плоскостью. Заметим, что точность определения S по соотношению (5) является наибольшей по сравнению с другими способами, поскольку сигнал становления здесь не подвергался никаким промежуточным преобразованиям.

Определим теперь траекторию распространения неустановившегося поля от источника до точки приема, которая, как обычно, «скрыта» в знаменателе выражения (1). С учетом принятых выше обозначений запишем:

Первый множитель полученного выражения является полным аналогом той части уравнения продольного годографа отраженной волны, которая описывает геометрию ее распространения. Это означает, что:

- все компоненты неустановившегося поля распространяются, практически, по тем же законам, что и отраженная волна;

- параметр проводящей плоскости m представляет собой эхо-глубину залегания S-плоскости под источником электромагнитного поля и S - плоскость, в данном случае, служит «отражающим электромагнитным горизонтом»;

- как и отраженная волна, неустановившееся поле распространяется (фиг. 3) по пути L=AC+CB, причем середина отрезка АВ является эпицентром точки «отражения» С, которая служит точкой записи результатов измерений, а параметр m_s - суть ее эхо-глубина.

Второй множитель при r≤2m и ϕ<15°, т.е. в ближней зоне источника и обычных, для любых электромагнитных зондирований, геоэлектрических условиях, не превышает 1,02 и характеризует кривизну линий АС и СВ, отмечая тем самым некоторое отличие в условиях распространения неустановившегося поля и упругих волн.

Способ выполнения двумерных зондирований характеризуется тем, что на заранее подготовленном геодезистами профиле развертывают питающую линию АВ и приемные петли с шагом между ними кратным шагу геодезических пикетов. Затем через заземленную линию АВ в землю вводят импульсы постоянного тока. В момент включения или выключения каждого импульса в земле начинается переходной процесс, который в каждой приемной петле данного зондирования индуцирует ЭДС, вертикальная компонента которой за время становления (t) убывает до 0.

Данный процесс на всех подключенных петлях, одновременен и регистрируется цифровой многоканальной системой. Таким образом, одновременно получают информацию о характере временного и пространственного изменения сигнала становления поля.

Накопив достаточное для статистической обработки количество разнополярных импульсов, сдвигают двумерную установку 3C-2D на расстояние, кратное шагу между геодезическими пикетами и снова проводят описанный выше цикл измерений. Сдвигая таким образом установку 3C-2D вдоль всего исследуемого профиля, в итоге получают достоверную информацию об основных особенностях изменения на всем профиле, где t - время становления поля, r - расстояние между источником и приемной петлей.

Далее строят зависимости амплитуды сигнала от расстояния для каждого времени становления, каждого выполненного двумерного зондирования, определяют максимальные значения сигнала и соответствующих ему расстояний. По ним вычисляют, прежде всего, значения S(t) и затем нормируют экспериментальные графики, которые сравнивают с нормированной теоретической зависимостью. Но экспериментальный горизонтальный график изменения сигнала становления, в отличие от теоретического, отягощен искажениями, вызванными неоднородностями геоэлектрического разреза изучаемой площади (профиля), в частности, аномалиями типа «залежь». Заявляемый технический результат достигается тем, что предлагаемый способ выделения аномалии типа «залежь» использует сравнение этих двух графиков на каждом конкретном времени становления и построение временных разрезов разностей для каждого зондирования.

Затем суммируют все временные разрезы с учетом реального местоположения каждого выполненного зондирования. Аномалии типа «залежь» на этом интегральном разрезе будут иметь один знак, протягиваться по горизонтали на расстояние примерно равное размеру залежи и, значит, фиксироваться несколькими двумерными зондированиями на одних и тех же пикетах профиля, в одном и том же интервале времен становления.

Таким образом, заявленный способ выполнения двумерных зондирований обеспечивает повышение точности определения S разреза и достоверности выделения аномалии типа «залежь» многократной регистрацией разными зондированиями в одном и том же пространственно-временном интервале профиля зоны аномального поведения вертикальной компоненты ЭДС становления поля.

Пример реализации изобретения.

Реализация способа выполнения двумерных зондирований была подтверждена полевым экспериментом. В ходе эксперимента было выполнено 3 зондирования, каждое из которых представляло собой центральную установку с выносом. Приемные горизонтальные 25-витковые квадратные петли со стороной 100 метров с шагом 250 метров располагались по обе стороны питающего диполя АВ=2000 метров, ориентированного перпендикулярно линии профиля. Максимальное и минимальное удаления приемных петель от линии АВ составили, соответственно, 4250 метров и 500 метров. На каждом крыле зондирования располагалось по 16 приемных петель, измерения на которых выполнялись синхронно 4 станциями ЦЭС-2 (по 4 канала в каждой станции). Результаты измерений на одном из зондирований изображены на фиг. 2 в виде графиков для различных времен становления. На графиках отчетливо видны экстремумы и их смещение в сторону больших расстояний при увеличении времени становления, характеризующим увеличение глубины исследования. Что отражает повышение точности определения S разреза и достоверности выделения аномалии типа «залежь» на 10%.

Список использованных источников

1. В.А. Сидоров Импульсная индуктивная электроразведка, М; Недра, 1985.

Изобретение относится к области геофизики, в частности к способам двумерных зондирований. Технический результат: повышение точности определения S разреза и достоверности выделения аномалии типа «залежь». Сущность: на подготовленном профиле развёртывают установку, содержащую питающую линию AB, подключенную к пульту генераторной станции постоянного тока, и приёмные петли, которые подключают к многоканальной цифровой регистрирующей системе. Через питающую линию подают в землю прямоугольные разнополярные импульсы постоянного тока с бестоковыми паузами между ними. В каждой приёмной петле регистрируют процесс затухания вертикальной компоненты ЭДС , накапливая репрезентативную выборку для статистической обработки. В результате получают зависимость изменения вертикальной компоненты ЭДС от времени становления поля и от взаимного расстояния между источником поля и его приёмником. Затем для каждого времени становления t строят экспериментальные зависимости амплитуды сигнала становления поля от расстояния r, определяют координаты максимумов сигналов, вычисляют значения S(t) и нормируют полученные экспериментальные графики по максимуму сигнала. Сравнивая каждый нормированный экспериментальный график с нормированным теоретическим графиком, по разностям между ними определяют местоположение искомой аномалии типа «залежь». 3 ил.

Способ выполнения двумерных зондирований, который характеризуется тем, что на подготовленном профиле развертывают установку, содержащую питающую линию АВ, подключенную к пульту генераторной станции постоянного тока, и приемные петли, которые подключают к многоканальной цифровой регистрирующей системе с использованием многожильного кабеля, после развертывания установки через питающую линию подают в землю прямоугольные разнополярные импульсы постоянного тока с бестоковыми паузами между ними, в момент включения и выключения каждого импульса в земле возникает переходной процесс становления поля, который индуцирует в каждой приемной петле ЭДС, процесс затухания вертикальной компоненты которой регистрируют цифровой многоканальной системой, накапливая репрезентативную выборку для статистической обработки, в результате чего получают зависимость изменения вертикальной компоненты ЭДС от времени становления поля и от взаимного расстояния между источником поля и его приемником, затем для каждого времени становления t строят экспериментальные зависимости амплитуды сигнала становления поля от расстояния r, определяют максимумы каждого из этих сигналов, по которым вычисляют значения S(t), и ими же нормируют полученные экспериментальные графики по максимуму сигнала, далее, сравнивая каждый нормированный экспериментальный график с нормированным теоретическим графиком, по разностям между ними определяют местоположение искомой аномалии типа «залежь».