Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке Советский патент 1983 года по МПК G01V3/08 

ел

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в геоэлектроразведке при выполнении вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) методами сопротивлений и вызванной поляризации (ВП).

Известен способ выполнения вертикальных электрических зондировани в геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований размещают питающую линию, расстояние между концами которой превышает трехкратную глубину исследований, и одновременно измеряют сигнал между множеством пар точек расположенных симметрично относительно центра питающей линии, причем отношения максимального расстояния между точками измерений и длине питающей линии выбирают близким к единице 1.

Недостатком этого способа ВЭЗ являются высокие погрешности измерений, обусловленные нелинейной Вызванной поляризацией приэлектродных зрн под действием пропускаемого через них тока.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выполнения вертикалных электрических зондирований в геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований размещают питающую линию, соединенную с питающими электродами, расстояние АВ между которыми превышает трехкратную максимальную глубину исследований, пропускают через питающую линию ток и измеряют в два циклаток и сигналы на выхода приемных линий, который подключают к группе приемных электродов, расположенных на объекте исследований 2.

Недостатком этого способа являются также высокие погрешности измерений, обусловленные нелинейной вызванной поляризацией приэлектродных зон под действием пропускаемого через них тока. Так как основным признаком этого способа является измерение сигналов с приемных линий, подсоединенных к приемным электродам, расположенных вблизи питающих электродов, причем предусматривается располагатьближайший к питающему электроду приемный электрод на расстоянии 0,0002 АВ а самый удаленный - на расстоянии 0,33 АВ, то на результаты измереНИИ существенное влияние оказывает поле нейтральной вызванной поляризации, возникающее в приэлектродных зонах при пропускании через них ток Как показывают результаты экспериментальных исследований и расчетов, выванная поляризация верхних слоев ге электрического разреза, слагающих приэлектродные зоны, довольно низкая (коэффициент поляризуемости обычно не превышает 0,2-0,3% и сигнал нелинейной вызванной поляризации может в несколько раз превышать полезные сигналы вызванной поляризации в приэлектродных зонах. Ввиду этого асиммитотические значения поляризуемости верхних слоев оказываются существенно отличными от истинных значений поляризуемости этих слоев, что приводит к погрешностям определения мощности слоев, а также к неправильному определению строения изучаемого объекта.

Цель изобретения - снижение погрешностей, обусловленных нелинейной поляризацией приэлектродных зон под действием пропускаемого через них тока.

Для достижения этой цели согласно способу выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке, заключающемуся в том, что на объекте исследований размещают питающую линию, соединенную с питающими электродами, расстоние АВ между которыми превышает трехкратную максимальную глубину исследования , пропускают через питающую линию ток и измеряют в два цикла ток и сигналы на выводах приемных линий, которые подключают к группе приемных электродов, расположенных на объекте исследования, располагают в одном из циклов измерений ближайший к питающему электроду приемный электрод на расстоянии не менее 0,005-0,01 АВ и не более 0,1-0,2 АВ, в другом цикле заглубляют один из питающих электродов в исследуемый объект на глубину не более 0,5-0,6 м, пропускают через питающую линию ток не более 2-3 А и располагают ближайший к этому питающему электроду приемный электрод на расстоянии не менее 0,20,3 м и не более 0,05 АВ, и по полученным параметрам судят о глубинном строении объекта исследований.

На чертеже изображены эксперименальные данные зондирований с примеением предложенного fl и известного 2 способов.

Сущность способа заключается в ледующем.5

На объекте исследований в заданых точках, где требуется определить глубинное строение участка, распоагают заземленную питающую линию, расстояние АВ между заземлениями Q которой превышает трехкратную макимальную заданную глубину исследований. Если, например, необходимо изучить строение геологического разреза на глубину до 150 м. расстоя- jj ние АВ выбирают не менее 500 м. Вблизи одного из заземлений А или В рас- полагают генераторно-измерительный блок, например стандартную генгруппу ЭРГГ-67 и многоканальную .прием- JQ ную электроразведочную станцию. Вертикальное электрическое зондирование выполняют в два цикла, рчередность которых не играет роли для решения поставленной задачи. В первом 25 цикле измерений, например, питающий электрод, вблизи которого расположен генераторно-измерительный блок, заглубляют в исследуемый объект на глубину не более 0,5-0,6 м, например на глубину 0,25 м, и располагают вблизи этого питающего электрода первую группу приемных электродов, состоящую из электродов, преимущественно неполяризующихся. В качестве питающего элек- 5 трода целесообразно использовать металлический, лучше медный, штырь радиусом 1-2 см. Расстояние от питающего электрода до ближайшего к нему приемного электрода должно быть не менее 0,2-0,3 м, например равное 0,25 м. Приемные электроды располагают на расстоянии,м: 0,3; 0, 0,6; 0,9; 1.; 2; 3; ,5; 6; 9 (при м и использовании 5 10-канальной измерительной станции;). Измерения наиболее целесообразно выполнять по схеме потенциала, т.е. измерять потенциал каждого из приемных электродов, расположенных на 50 расстояниях 0,25-6м, относительно общего наиболее удаленного приемного электрода, расположенного на расстоянии 9 м от питающего электрода. В этом случае проще производится 55 обработка результатов измерений, а в многоканальной станции не Tpe6yetся принимать специальных мер для

развязки каналов и борьбы с утечками между каналами и отдельными приемными линиями.

Через питающую линию пропускают импульс тока, величина которого не должна превышать 2-3 А. Во время пропускания тока измеряют силу тока, пропускаемого через питающую линию, и сигналы на выходах всех приемных линий. По этим данным определяется величина кажущегося удельного сопротивления для каждого из приемных элек тродов путем деления измеренной ве- -. личины потенциала каждого приемного электрода на силу тока и умножения получаемого результата на коэффициент установки, определяющийся по стандартным формулам по известным расстояниям от приемных до питающих электродов. После выключения тока измеряют сигналы вызванной поляризации на выходах всех приемных линий и по отношению этих сигналов к сигналам на выходе тех же приемных линий во время пропускания тока определяют коэффициент кажущейся поляризуемости для каждого из разносов. На этом один из циклов измерений заканчивается.

Таким образом,,основные режимы осуществления этого цикла следующие: питающий электрод должен быть загублен в исследуемый объект на глуину не более 0,,6 м (преимущест,венно на глубину 0,15-0,25м) ,ближайший к этому питающему электроду приемный лектрод должен располагаться на расстонии не менее 0,2-0,3 м и не более 0,05 АВ, а ток через питающую линию должен быть не более 2-3 А. Если выбрать режим осуществления измерений в данном цикле, выходящим за рамки указанных выше пределов, то поставленная задача не сможет быть решена. Так, при увеличении глубины погружения питакйцего электрода в исследуемый объект свыше 0,5-0,6 м, становится недопустимо большой приэлект родная зона, в которой проявляются процессы нелинейной вызванной поляризации, а также может возникнуть не контролируемая погрешность, обусловленная вводом тока через питающий электрод не только в первый, но и во второй слой изучаемого объекта-. Это связано с тем, что, согласно известному и предлагаемому способам, приемные электроды необходимо располагать столь близко к питающему 5 электроду, что этот питающий электрод нельзя рассматривать как точечный, т.е. как электрод бесконечно малого размера, а нужно учитывать конкретные размеры питающего электрода. Этот учет, как показывают ре зультаты исследований, может быть произведен только в том случае, есл глубина погружения питающего электрода в исследуемый объект не превы шает мощности первого исследуемого слоя. Как показывает опыт проведения инженерно-геологических изысканий , кровля второго слоя, который обязательно необходимо выделить при интерпретации результатов, залегает на глубине не более 0,5-0,6 м выше лежащий первый слой, как правило, является неоднородным, особенно в связи с изменением влажности почвенного слоя, поэтому он детально не расчленяется, а измеряются обобщенные, интегральные характеристики этого слоя. В результате опытов получены экс периментальные данные о зависимости минимального расстояния от питающего электрода, на котором погрешность измерений, обусловленная влия нием нелинейной вызванной поляризации в приэлектродной зоне, не превышает 20, при изменении глубины погружения питающего электрода в зе лю (диаметр железного питающего эле трода 2 см, сила тока, пропускаемог через питающий электрод, равна 2 А) где h - глубина погружения электрод - расстояние от питающего до ближайшего приемного электрода (второй приемный электрод установлен на рас стоянии 9 м от питающего электрода, длина питающей линии 500 h, м {.,м 0,10,05 0,2 . 0,10 0,3 0,17 0,5 0,35 0,7 0,83 1,02,15 Как следует из этой зависимости, при увеличении глубины погружения электрода свыше 0,5м резко увеличивается зона, в которой существенную роль играют процессы нелинейной вызванной поляризации, что объясняется также возникновением поля ВП из-за поляризации питающего электрода, который становит (ря как бы заряженным рудным телом 5 вокруг которого наблюдается интенсивное поле ВП, причем с увеличением глубины погружения электрода увеличивается поверхность, на которой происходят интенсивные электрохимические реакции, а поле ВП убывает все медленней по мере удаления от электрода. Минимальное расстояние в 0,20,3 м, на котором устанавливается ближайший к питающему электроду приемный электрод, выбирается исходя из того, что глубинность исследований с данной установкой при малых расстояниях от питающего до приемного электрода близка к этому расстоянию. Так как минимальная мощность первого слоя, которую можно проследить хотя бы на расстоянии 5-10 мм от питающего электрода, составляет 0,2-0,3 м, бесполезно уменьшать меньше этого значения расстояние между питающими и приемными электродами: в этом случае даже при небольших смешениях положения питающего и приемного электродов (например, на расстоянии 1 м при выполнении контрольного зондирования) будут получены совершенно иные результаты, обусловленные резкой неоднородностью почвенного слоя мощностью 0,2-0,3 м. Максимальное расстояние 0,05 АВ, на котором в первом цикле измерений может располагаться первый электрод определяется, с одной стороны, минимально допустимой мощностью верхнего слоя пород, который можно не исследовать при решении поставленной геологической задачи, и,с другой стороны возможностью правильной интерпретации графиков вертикального электрического зондирования, на которых отсутствует левая, асиммитотическая ветвь.определяющаяся параметрами верхнего слоя пород. Так, например, при картировании нефтеносных площадей методом ВП выделяются зоны с вкрапленностью пирита, образовавшегося в результате взаимодействия углеводородов, выделяющихся из нефте-газоносных залежей, с вышележащими породами. Эти зоны расположены на глу- бинах 50-100 и более метров; поэтому при зондированиях малые разносы могут быть не использованы. Однако при отсутствии левой ветви графиков ВЭЗ ВП, когда измерения выполняются сразу с большими разносами, резко увеличивается неоднозначность результатов интерпретации, т.е. не имея левой ветви кривой зондирования, можно подобрать два и более совершенно различных раз реза , под которыми будет получена одна и та же правая ветвь графиков ВЭЗ. Опыт интерпретации экспериментальных графиков ВЭЗ ВП показывает, что даже при изучении только глубинных слоев разреза минимальный разнос AM не должен быть больше 0,05 АВ, иначе во,зможны большие погрешности определения характеристик этих глубинных слоев.

Ограничение силы тока в 2-3 А при измерениях в первом цикле обусловлено резким возрастанием погрешностей измерений, обусловленных процессами нелинейной поляризации в прэлектродных зонах при увеличении силы тока, пропускаемого через электрод.

В,результате- опытов получены зависимости погрешностей измерений ВП при расположении приемного электрода на расстоянии 0,6 м от питающего электрода, заглубленного в землю на 0, м {в качестве истинного, значения параметра ВП выбрано значение, полученное при измерениях с силой тока. Пропускаемого через тот же электрод, равной 0,05-0,1 А, по 10 замерам).

Сила тока, А Погрешность

a,t 1,5

0,25 . 1,3 0,52,1

1,02,7

2,0i,l

3,08,3

,016,7

6,037,5

Таким образом, при увеличении силы тока сверх оговоренного выше в заданном диапазоне глубин исследования не может быть получена допустимая погрешность измерений, обусловленная процессами нелинейной поляризации в приэлектродных зонах (не более 0%)..

После окончания первого цикла измерений приемные электроды удаляют от питающего электрода, причем наиболее целесообразно ближайший питающему электроду приемный электрод расположить в той точке, в которой в первом цикле расположен самый удаленный электрод, относительно которого производилось измерение потенциала остальных приемных электродов ( в приведенном выше примере в очке на расстоянии 9 м от питаюшего электрода). Следующие приемние электроды располагают на расctoянии 1, 20, 30, , 60, 90, , 200 и 250 м, причём в данном цикле целесообразно измерять потенциалы каждого из приемных электродов, расположенных на расстоянии

9-200 м относительно общего наиболее удаленного приемного электрода,находящегося в центре питающей линии на расстоянии 250 м от питающего электрода.

Во втором цикле измерений питающий электрод заглубляют на м или устанавливают второй электрод на расстоянии м от первого, и чЪрез питающую линию пропускают второй

импульс тока, величина которого может достигать 10-20 А. Во время пропускания тока измеряют силу тока и сигналы на выходах всех приемных лиНИИ. По этим данным определяется величина кажущегося удельного сопротивления для каждого из разносов путем деления величины потенциала каждого приемного электрода на силу тока и умножения на коэффициент установки, определяющийся по стандартным формулам по известным расстояниям от приёмных до питающих электродов.

После выключения тока измеряют сигналы вызванной поляризации на

выходах приемных линий и по отношению этих сигналов к сигналам на выходах также приемных линий во время пропускания тока определяют коэффициент кажущейся поляризационности

для каждого из разносов.

Во втором цикле измерений бли жайший к питающему электроду приемный электрод должен располагаться на расстоянии не менее 0,005-0,01 А8

и не более 0,1-0,2 АВ. Минимальное расстояние 0,005-0,01 АВ выбирается также исходя из возможности получения допустимой погрешности измерений, обусловленной нелинейной поляризацией в приэлектродных зонах-. Так как во втором цикле приемные электроды удалены значительно дальше, чем в первом цикле, то для получения минимального допустимого измерения сигнала ВП этот сигнал должен быть не менее 0,3 мВ, а при гидрогеологических исследованиях 1 мВ , -ила тока должна быть в 5-10 раз больше и достигать 20 А.

91

Лри такой силе тока, как показывают результаты экспериментальных работ, только за пределами зоны в 0,0050,01 АВ погрешности измерений, обусловленные нелинейной поляризацией приэлектродных зон, не превышают 10, т.е. максимальной погрешности, допустимой существующими нормативными документами.

Максимальное расстояние в 0,10,2 АВ выбирается исходя из условия того, что приемные электроды в средней части АВ, на расстояниях более 0, АВ от питающих электродов (за исключением одного общего электрода, относительно которого проводятся измерения потенциала остальных электродов) устанавливать не следует, ибо при дальнейшем увеличении этого расстояния глубинность исследований не может быть увеличена, и никакой новой информации из результатов этих измерений извлечь не .удастся. Если максимальное расстояние выбирать большим 0,2 АВ, то на участке между точками, расположенными на расстояниях 0,2 АВ и 0, АВ от питающего электрода, должны быть расположены все приемные электроды. Однако при изменении разноса в пределах данного участка расстояний глубинность исследований изменяется сравнительно мало. Ввиду этого, как показывают теоретические расчеты и результаты полевых работ, для получения нормального графика ВЭЗ достаточно на этом участке использовать всего три приемных электрода, в то время как на участке от 0,01 АВ до 0,2 АВ для получения необходимой детальности исследований следует расположить не менее восьми электродов. Следовательно, второе ограничение в выборе расстояния от питающего электрода до ближайшего приемного электрода во втором цикле измерений обусловлено необходимостью получений одинаковой детальности измерений при разных расстояниях от питающего до приемных электродов. Так как по результатам измерений во втором цикле измерен потенциал того электрода, который был общим электродом в первом цикле измерений, то в процессе отработки можно рассчитать потенциалы всех электродов, используемых для измерений в первом цикле, относительно потенциала электрода, расположенного в центре питающей линии

2210510

(потенциал этого электрода, как из.вестно, при измерениях над горизонтально-слоистым разрезом равен нулю). В этом случае дальнейшая интерпретация результатов измерений проводится точно так же как и при использовании известного способа: графики наблюдений сравниваются с теоретическими гррафиками потенциальных зондирований, рассчитанными для геоэлектрических разрезов с заданными параметрами, добиваются их совпадения и таким образом получают данные о глубинном строении

5 изучаемого объекта.

Технико-экономическая эффективность применения предложенного способа заключается в снижении погрешностей , обусловленных нелинейной

20 поляризацией приэлектродных зон под. действием проходящего через них точа. Благодаря этому можно использовать предлагаемый способ при изучении строения зоны аэрации и уровня грунтовых вод. Как показывают экспериментальные полевые работы, известный способ неприемлем для решения этих из-за высокого уровня погрешностей, обусловленных

30 нелинейной поляризацией приэлектродных зон.

При сравнении графиков ВЭЗ ВП, полученных с использованием известного l3 и предлагаемого 2j способов

JC (см.чертеж) на малых разносах наблюдается существенное расхождение этих графиков, с хорошим совпадением их на больших разносах.

В таблице приведены результаты

Q количественной интерпретации измерений с использованием известного и .предлагаемого способов, а также данные о строении участка по результатам бурения и отбора керна.

Таким образом, результаты измерений с использованием предлагаемого способа позволяют очень точно определить параметры слоев зоны аэрации , что невозможно получить при использовании известного способа.

При расчете экономической эффективности в качестве объекта сравнения используется способ ВЭВ с ус тановкой Веннера, по сравнению с которым предложенный способ позволяет повысить производительность труда в 2,5 раза.

i

)9 i &i& ii

4

Ч

§

S

yv

«

СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ В ГЕОЗЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ, заключающийся в том, что на объекте исследований размещают питающую линию, соединенную с питающими электродайи, расстояние АВ между которыми превышает трехкратную максимальную глубину исследования, пропускают через питающую линию т.ок. и измеряют а два цикла ток и сигналы на выводах приемных линий, которые подключают к группе приемных электродов, расположенных на объекте исследования, о т я и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения погрешностей, обусловленных нелинейной поляризацией приэлектродных зон, под действием пропускаемого через них тока, располагают в одном из циклов изме.рений ближайший к питашцему электроду приёмный электрод ,на расстоянии не менее 0,0p5-0i01 АВ и не более 0,1-0,2 АВ, в другом цикле заглубляют один из питающих электродов в исследуемый объект на глубиi ну не более 0,5-0,6 м, пропускают через питающую линию ток не более (Л С 2-3 А и располагают ближайший к этому питающему электроду приемный электрод на расстоянии не менее 0,20,3 м и WB более 0,05 по полученным параметрам судят о глубинном строении объекта исследований.