Способ электромагнитных зондирований Советский патент 1983 года по МПК G01V3/08 

сд

:

Изобретение может применяться для изучения геологи еского, строения осгшочного чехла при наличии в нем непроводящих экранов, для выяв ления неоднородностей в геоэлектрическом разрезе, связанных с залежами нефти и газа, а также для изучения верхней части разреза и детального расчленения горизонтальнослоистых сред при решении инженерно-геологических задач.

Сущность частотных зондирований и зондирований по методу становления поля как модификаций злектромагнитных зондирований соответствено при гармонически меняющемся и неустановившемся электромагнитном поле, заключается в измерении кажущегося удельного опротивления в зависимости от длины волны или парметра становления. Распространение гармонических колебаний злектромагнитно го поля сопровождается изменением их амплитуд и появлением фазовых сдвигов по отношению к фазе тока питания. Неустановившееся и гармоническое электромагнитные поля содержат одну и ту же информа цию о геоэлектричёском разрезе, характеризуя разрез по глубине. Наиболее полные сведения о продольном и поперечном удельных сопротивлениях могут быть получены при коктлсировании зондирования частотного или становлением поля с изменением разносов. . .

Задачей морской электроразведки является определение электрических характеристик и мощностей геоэлектрических горизонтов с достаточной разрешающей способностью для точного расчленения разреза по глубине.

Известен способ электромагнитных зондирований, характеризующийся высокой разрешающей способностью (метод переходных процессов МПП), в котором возбуждают электромагнитное поЛе с помощью незаземленной петли в виде прямоугольных импульсов тока и в паузах между этими импульсами в за.данные моменты времени после выкдючения тока измеряют параметры нестационарного электромагнитного поля, по которым судят о строении геоэлектрического разреза Ч

Однако МПП предназначен для обнаружения локальных хорошо проводящих тел при индуктивном возбуждении поля и не обеспечивает исследования горизонтально-слоистых структур с удельным электросопротивлением более высоким,чем сопротивление перекрывающей водной толщи. При этом аномальный эффект в способе МПП уменьшается при увеличении удельного электросопротивления исследуемого объекта.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ электромагнитных зондирований, характеризующийся высокой разрешающей способностью, пригодной для детального изучения структур, согласно которому возбуждают электромагнитное поле с помощью измерительных электродов, размещенных на Профиле, измеряют электрическую или магнитную составляющие электромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени tj, начиная с момента включения тока в питающей цепи,, или с заданной дискретной последовательностью длин волн i , а по результатам: измерений судят о строении геоэлектрического разреза.

Электроды размещены на профиле с заданной последовательностью

разносов г,, г,,..., г;Гц,

(где i 1, 2, ,.., п - число разносов; j 1,2,.../ m - количество длин волн), при этом измеряют на каждой последовательной паре разносов разность фаз сигналов для каждой из заданных длин волн. Набор длин волн устанавливают для каждой пары разносов таким образом,чтобы

р.- « выполнялось условие -- -2-

«ЛИЛ

для набора длин волн (т г 3),приче набор возбуждаемых длин волн изменяют до получения максимальной разности фаз для каждой пары разносов. По измеренным разностям фаз судят о строении геологического разреза 2 Недостатком способа является неоднозначность измерения регистрируемых параметров из-за слишком высоко чувствительности к вертикальнЕ неоднородностям разреза, а также к изменениям частоты зондирования 60 разноса г в том случае, если измерения осуществляются с погруженной установкой, используемой в морской электроразведке.

Целью изобретения является повышение детальности расчленения.

Поставленная цель достигается согласно способу электромагнитных зондирований, при котором возбуждают электромагнитное поле, с помощью измерительных электродов, размещенных на профиле, измеряют электрическую или магнитную составляющие электромагнитного поля на заданной послдоват льности разносов в заданные мменты времени tf, начиная с момента включения тока в питающей цепи, или с заданной дискретной последовательностью длин волн Т(. и по результатам измерений судят о строении геоэлектрического разреза, измерения проводят в моменты времени, соотве ствующие постоянному для всех разносов отношению параметра становления ti или длины волны к величине разноса, на котором производится и мерение. const,( Это означает, что где i r fi-if tt - моменты времени измерений р, - среднее удельное электросопротивление верхнего сло |U - магнитная проницаемость ва куума. Зондирование по данному способу возможно при варьировании длины вол ны Л (в варианте частотных зондиро ваний с измерением амплитуд), анало гичному условию (1) const где li Ы- угловая частота. Отношение временного аналога дли ны волны С J к разносу г для всех разносов выбирается из анализа теоретических кривых, равных 1:3 а диапазон разносов выбирают от толщины верхнего слоя h горных пород до удвоенной толщины водного слоя. Результаты измерений представляют в виде эффективных сопротивлений {равных произведению измеренной разности потенциалов на каждом разносе при соблюдении условия (1). и (2) на коэффициент установки. Повышение разрешающей способ|ности, т,е, детальности, достигаетс благодаря тому, что измерения проводят на серии разносов с соблюдением условия (.1), Ч.ТО обеспечивает получение полной кривой зондирования, и на этой основе -. возможность подетального исследования сло ев горизонтально-слоистой среды и и измерения. Выбор на каждом разносе li «; соотношения -тгг const или con дает возможность проводить измере-; ния в оптимальном временном интервале переходного процесса, в которо сигнал определяется высокочастотными составляющими его спектра и уже достаточно интенсивен для его уверенного определения. На фиг,1 изображено расположение питающих и приемных электродов, на фиг, 2 - структурная схема измерительной аппаратуры. Измерительная аппаратура, содержит питающие 1 и 2 и приемные 3-12 электроды, источник тОка 13, коммутатор 14, управляющее устройство 15 каналы усиления и регистрации 1б., ,,,,16п, предварительный усилитель 17, фильтр 18, нормирующий множитель 19/ ключ 20, накопитель 21 и регистратор 22, Электромагнитное поле возбуждают посредством источника электрического (заземленная линия) или магнитного типа (незаземленный контур) последовательностью прямоугольных импульсов тока 3. Дпительность р возбуждающих импульсов -j в два и более раз больше максимального запаздывания момента времени измерений (для обеспечения затухания поля от каждого предшествующего цикла возбуждения) , Измерение производится с донной установкой набором приемных линий 3-12, расположенных на некотором расстоянии от питающего диполя 1-2, Начиная с момента включения тока. Измерения разности потенциалов нестационарного поля производятся в п точках с соблюдением для каждой условия (1) или (2) на серии разносов,. Результаты измерений представляют в виде эффективных сопротивлений,. равныхпроизведению измеренной разности потенциалов на коэффициент установки (равный для дипольной установки К ЙрЗ) , Кривую полного становления (зондирований) изображают в билогарифмическом масштабе. Интерпретация данных зондирования производится с помощью специально рассчитанных палеток путем совмещения экспериментальных кривых с теоретическими, Способ осуществляют следующим образом, Измерения производят с помощью многоканальной косы,представляющей собой многожильный кабель в рези- новом или полиэтиленовом шланге, каждая из жил которого выводится на внешней электрод, представляющий собой свинцовое кольцо, охватывающее кабель по внешней его поверхности. Датчики могут буксироваться по дну или укладываться на дно с помощью судов или подводных аппаратов, Два электрода 12 используются для возбуждения поля, остальные 3-12 для приема сигналов, В частном случае каждый второй электрод предшествующей приемной пары является первым электроде последующей приемной пары (фиг,1). При этсм расстояния 2-3, 2-5, 2-7, 2-9 и т.д. от второго питающего электрода 2 до первого из каждой пары приемных электродов 3-12 возрастают в геометрической прогрессии с шагом.Рекомендуются следующие расстояния, равные соответственно 1-1,41-2-2,82, -4-5,66-8-11,3-16-22, -6-32-49,4-64, В данном варианте используется всего 13 приемных электродов, которые образуют 12 приемных пар. Эта установка обеспечивает зондирование от глубин по горным породам 0,5 м до 15 мм. При данной выборке разноfсов по условию соотнесения -тр- 2 f- 1 временные аналоги t.j длин волн долж ны изменяться от-2 до 128 м. При ве личине удельного электросопротивления пород морского дна 40 мм время регистрации состаавляет 0,05; 0, 0,1} 0,.4l; 0,2, 0,82, 0,4; 0,566; 8 1,13} 1,6J 2,26, 3,4; 4,94 см. В случае использования гармонического источника наблюдения необходимо, выполнять- на следующем набор частот f 40;20;10; 5; 2,5у 1,25 0,625V 0,3125, 0,1562; 0,0781, 0,0 0,0195, 6,00977 МГц. Поле становления источника импульсного тока, расположенного на дне в области времен t, связанных с расстоянием между источником и прие ником г и удельными электропровод НОСТЯМИ воды и горных- пород «Jfl и 6 характеризуется соотношением Ot 0,2-5, Gjj и 6i - удельные электропровод ности воды и дна. Это соответствует значению отно шения -р-« 1:10 при отиошении Изменение удельного электросопротивления более высокоомной нижней среды, соответствующей породам мор кого дна, приводит к резким измене ниям величин эффективного сопротив ления при величинах L 2 г. Чем меньше отношение -р j тем больше за висит эффективное сопротивление о удельного электросопротивления нижней среды. Напротив, при увели0чёнии отношения различия между кривыми, соответст;вующими различным Удельным электросопротивлениям р падают. Физически это- объясняется тем, что электромагнитные волны, распространяющиеся по среде с низким удельньм электросопротивлением быстро затухают и величина поля в точке приема в.основном определяется электромагнитными волнами, распространяющимися по среле с боль шим удельным электросопротивлением в данном случае по нижней . При низких частотах эффект затухания не проявляется и поэтому в правой части эффективные сопротивления очень слабо зависят от удельного электросопротивления среды со сравнительно высоким удельным электросопротивлением. Наряду с эффектами затухания действует эффект неравномерного растекания тока по средам с раздичным удельным электросопротивлением. За счет этого эффекта влияние среды малого электросопротивления проявляется во всем диапазоне длин волн или их временных аналогов. В области больших длин волн и их временных аналогов 4 г эффекты затухания гораздо ниже, чем эффект неравномерного растекания и в этом случае основное влияние нарезультаты измерений оказывает низкоомная среда (морская вода). В случае малых длин волн Я, 3 г влияние неравномерного растекания сохраняется примерно на прежнем уровне, но эффекты затухания возрастают экспоненциально, поэтому здесь большее влияние на результаты .измерений оказывает Среда с более высоким удельным электросопротивлением (породы морского дна). Анализ теоретических кривых показывает, что целесообразно отношение (1) выбирать равным в интервале от 1 до 3. Аппаратура в варианте временных изменений становления поля (фиг.2) обеспечивает посылку через погруженные в воду электроды токовых импульсов прямоугольной формы с длительностью,-в 2 раэа превышающей максимальные запаздывания момента измерений. Управление коммутатором токов 14 осуществляется управляющим устройством 15. Измерения проводятся с помощью 12 измерительных каналов 16-i, каждый из которых п одключен к паре приемных электродов. Измерительный канал состоит из предварительного усилителя 17,фильтра 18, нормирующего усилителя 19, ключа 20, накопителя 21, регистрато-. ра 22, Лосле предварительного усиления в усилителе сигнал фильтруется фильтром, отсекаются частоты, большие чем Y, f J (где tn - VMнимальные запё1здывания) , и меньшие, чем (где Т - период посылки). С помощью нормирующего усилителя 19 сигнал усиливается с коэффициентом усиления, пропорциональным коэффициенту сйответствующей дипольной установки. Ключ 20 служит для выборки игнала с расчетным запаздыванием, выборки по отношению к переднему фронту тбкрвого импульса/ установленным из условия (1) или (2). На накопителе 21 происходит сглаживание последовательностей выборок. Сглаживание значения регистрируются регистратором 22. Может быть организована по.очередная регистрация накопленных по многим каналам измереннй, .

i Способ позволяет повысить чувствительность морской электроразведки к неоднородностям удельного электросопротивления пород морского дна в горизонтально-слоистой среде, с величиной удельного сопротивления по горньм породам большей, чем удельное: сопротивление водной среды. Разведка верхней части морского дна при инжеиёрно-геологическнх работах на шельфе сможет обеспечить возможность 1трЬгноза прочности Грунтов, в частности для определения мощности верхнего слЬя неконсолидированных горных пород и для прогноза несущей способности грунтов при укладке на дно сооружений и аппаратов. Основанием для прогноза является тесная корре-ляционная сяязь относительного удельного сопротивления водонасыщеиных грунтов с их пористостью (коэффициент корреляции составляет 0,95-0,98)

Проведение измерений с устано%- кой, состоящей из гор изонтальной

.петли и приемного электрического днполя, расположенного на определенном расстоянии от петли, технически эвт руднительно. Возможность переведения измерений в движении с такой уста5 :но9Кой исключена.

. Использование дипольно-осевой усЧ тановки, источника и приёмника эяекТ1 йческого типа обеспечивает возмож 0 йость измерений в движении 6 доста:точной разрешающей способностью, что повышает производительность электро;| аэведочных работ и раавиряет воз|м6жности применимости в морской ts электроразведке метода электро-магнйтных зондирований.

По сравнению с известными предлагаемый способ отличается наряду с большей разре111аю1 1ей способностью .большей информативностью при сохранении глубинности, высокой пройзво|(ительностью измерений, возможностью использования в районах с трудными условиями заземления.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ, при которсда возбуждают электромагнитное поле, с псмлоцью измерительных электродов, размещенных на профиле, измеряют электрическую или магнитную составляющие элек-, тромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени, начиная с включения тока в питающей цепи, или с заданной дискретной последова- тельностью длин волн и по результатам измерений судят о строении геоэлектрй 1еского разреза, о т л ич a ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения детальности расчленения разреза, измерения проводят в моменты времени, соответствующие постоянному для всех разносов отношению параметра становления или длины волны к величине разноса, на котором производится измерение.