Способ геоэлектроразведки Советский патент 1989 года по МПК G01V3/12 

количество приёмников поля в одной установке;

отношение расстоя-ния от центра генераторной установки до точки, в которой осуществляют .суммирование результатов измерений, к расстоянию от центра генераторной установки до точки наблюдения,

1. СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, основанный на возбуждении и регистрации в среде неустановившегося электромагнитного поля с помощью установки, включанлдей источник поля и группу приемников поля, расположенных в ближней зоне -источника, перемещаемой вдоль профиля после выполнения измерений на заданной базе, отличающийся тем, что, с целью повьшения разрешающей способности разведки, измеряют минимальное время регистрации сигнала становления поля (t ддц„) в точке наблюдения с максимальным разносом, задают минималйную кратность перекрытий баз при емников поля (К), равную двум, выбирают расстояния между соседними источниками поля (или их центрами), исходя из соотношения 1 I i tMrtH L K- --lfr- К Ij (иУ где |U, о - ожидаемые средние значения соответственно абсолютной магнитной проницаемости и электропроводности разреза, устанавливают базу группы приемников поля не менее величины , (К-1)L, измеряют неустановившееся электромагнитное поле на временах, превышающих , сравнивают результаты измерения на участках перекрытия без установок, и, если расхождение между собой измеренных нормированнь1х , сигналов в общих точках соседних установок превосходит величину , где коэффициент Стьюдента, D - максимальная ошибка измерений сигналов в каждой установке, увеличивают кратность перекрытий, уменьшают значение L в соответствии с формулой

Изобретение относится к области электромагнитных методов геофизической разведки полезных ископаемых и может быть использовано при поисках и разведке нефти и газа. Известен способ геоэлектроразведки по методу становления поля, в котором, с целью увеличения достоверности результатов измерений, осущест вляют многоразностные измерения по системе общей глубинной точки. Недостатком известного способа является то, что спектр сигнала зависит от разноса, В частности, с уве личением разноса максимум спектральной плотности сигнала смещается в область больших дпин волн (низких частот, .больших времен становления поля), что обусловливает различную толщину скин-слоя на разных разносах Суммирование сигналов, зарегистрированных установками с разными разноса ми, приводит к осреднению информации как по глубине, так и в плане, что ухудшает разрешающую способность и детальность геоэлектроразведки. Известен способ геоэлектроразвед ки,в котором, с целью ослабления искажающего влияния наклонных грани раздела, измеряют параметры становл ния поля электрического диполя встр ньши или взаимно встречными установ ками, а результаты измерений осредняют,. Недостатком этого способа явля ется то, что ослабление искажений результатов измерения происходит лишь при пологих углах наклона гран раздела и при расположении установк точно вкрест простирания структур При больших же углах наклона искажа щее влияние практически не ослабляется. К такому же результату приводит и расположение установок не в крест простирания структур. Известен также способ геоэлектроразведки, основанный- на возбуждении в среде неустановившегося электромагнитного поля, установленной с жесткой базой, например, генераторной рамкой или заземленной линией и регистрации поля группой приемников поля, например, приемных рамок, включенных встречно, в ближней зоне. Недостаток этого способа заключается в том, что установки располагают по профилю или по площади произвольным образом через некоторые расстояния, выбираемые в зависимости от масштаба съемки, либо случайным образом,, например в зависимости от рельефаместности. При этом соблюдают только одно условие; расстояние между установками выбирают обратно пропорциональным масштабу съемки,то есть, чем крупнее масштаб съемки, тем меньше расстояние между установками. Возможны даже перекрытия соседних установок (то есть в одной и той же точке профиля или на участке профиля располагается несколько пунктов наблюдения). При этом результаты измерений в соседних установках являются совершенно независимыми. Применяемые иногда осреднения результатов измерений по соседним или перекрывающимся точкам наблюдений приводят лишь к сглаживанию определяемых параметров разреза, к получению неравноточной информации вдоль профиля, что влечет за соб.о понижение детальности и разрешающей способности разведки. Независимые определения параметров разреза в соседних установках, даже близко расположенных, также приводят к ухудшению непрерывности прослеживания параметров разреза, особенно в сложных геологических условиях. Цель изобретения - повышение разрешающей способности разведки. Цель достигается тем, что в из-. вестном способе гёозлектроразведки, ; основанном на возбуждении и регистрации в среде неустановившегося 5 электромагнитного поля с помощью ус тановки, включающей источник поля и группу приемников поля, расположе ных в ближней зоне источника,и пере мещаемой вдоль профиля,- после выпол нения измерений на заданной базе из меряют минимальное время регистраци сигнала становления поля () в .точке наблюдения с максимальным раз носом, задают минимальную кратность перекрытий баз приемников поля (К), равную двум, выбирают расстояние L между соседними источниками поля (или их центрами), исходя из соотношения14 . где fU О известные средние значени соответственно магнитной проницаемос ти и электропроводности разреза, ус танавливают базу группы приемников поля не менее величины (K-l)L, измеряют неустановившееся электромагнитное поле на временах, превышающих -мйн сравнивают результаты измерений на участках перекрытия без установок и, если расхождение между собой средних значений измеренных нормированных сигналов в общих точках соседних установок превосходит величину , где t об - коэффициент Стьюдента, D - максимальная ошибка измерений сигналов в каждой установке, то увеличивают кратность перекрытий уменьшают значение L в соответствии с формулой (1), вновь измеряют сигна лы и .сравнивают результаты измерений на участках перекрытия, повторяют эти операции до тех пор пока расхождение измеренных сигналов в общих точках соседних установок будет не более величины t, после чего результаты измерения на участках многократного перекрытия баз установок суммируют. Предпочтительно минимальное время регистрации становления поля определять путем возбуждения тока в источнике импульсами в виде дельтафункции и измерять время максимума сигнала. Кроме того, расстояние между приемниками поля выбирают в соответствии с соотношением: К где Д1 - расстояние между приемниками поля; 1 п - количество приемников поля в одной установке; - отношение расстояния от центра генераторной установки до точки, в которой осуществляют суммирование результатов измерений, к расстоянию от центра генераторной установки до точки наблюдения. Под кратностью перекрытия баз приемников поля будем понимать максимальное число участков баз наблюдения, расположенных в пределах одной и той же части профиля. На фиг, 1 представлена установка для.реализации способа; на фиг, 2 - результаты расчета электромагнитного поля над наклонным слоем. Сигнал становления поля при измерении на конечном удалении от источника формируется путем наложения двух типов электромагнитных полей. Первым типом поля является плоская неоднородная электромагнитная-волна, распространяющаяся в точке наблюдения сверху вниз и формирующая волновую стадию становления поля. Это поле влияет максимальным образом на сигнал становления на ранних временах, поскольку плоская волна устанавливается практически мгновенно (точнее.со скоростью света) в верхнем, полупространстве (в воздухе), Второй тип поля образуется за счет возникновения интенсивных . вихревых токов вблизи источника после выключения (или включения) в нем тока и последующего распространения полей вихревых токов по земным слоям. В начальные моменты времени это поле практически не влияет на измеряемый сигнал становления в точке, находящейся на некотором удалении от источника. Начиная с некоторого момента времени, это поле достигает точки наблюдения и.начинает преобладать над полем.плоской неоднородной волны На- зовем этот момент времени минимальным временем становления поля в ближней зоне (tJ,ц), которьй характеризует нижнюю (или левую) границу временного диапазона сигнала в ближней зоне. На временах, больших t(, сигнал становения поля принципиально отличается . от сигнала при по характеру зависимости от свойств среды и от разоса. В частности, с увеличением электропроводности среды сигнал при ,j,j увеличивается, а при ttft меньшается. Чем больше разнос установки, тем большее время необходимо для того, чтобы вихревые поля в земных слоях достигли точки наблюдеиия и, следовательно, тем большим будет время tд,ц. Определив каким-либо способом величину, t, на максимальном разносе используемой установки, находят временной диапазон становления поля в ближней зоне для всех других точек наблюдения;

В полевых условиях этот момент времени может быть измерен путем возбуждения тока в источнике поля в виде дельта-пункции и измерения максимума (по абсолютной величине) сигнала, Импульсом тока в виде дельта-функции йожет быть короткий токовый импульс, длительность которого, как показывают расчеты, должна быть меньше в 5- 10 раз (в зависимости от точности измерений) предполагаемого значения мин лабораторных условиях t(,H мойсет быть определено путем дифференцирования измеренного сигнала,

Измерение минимального времени становления поля необходимо дг1я того, чтобы определить временной диапазон, в пределах которого возможно суммирование результатов измерений. Из- . вестно, что процесс становления поля делится на ближнюю, промежуточную и дальнюю зоны при любом конечном разносе между источником и приемником При этом дальняя зона описывается ранними временами (ранними стадиями) процесса становления поля, промежуточная зона - средними, а ближняя зона - поздними стадиями. Характер зависимости сигнала становления доля от свойств геоэлектрйческого разреза и разноса различен для указанных стадий.

Определим минимальное время tд,J,ц как время, разделяющее стадии становленйя поля в ближней и промежуточньис зонах, Дпя достижения поставленной цели необходимо измерить это время и суммировать сигналы на временах, равных и превышакицих ,ц , Если суммировать сигналы на временах, меньших t, то вследствие разной зависимости сигналов от разноса и электропроводности среды, результат суммирования не будет отражать истинного значения параметров исследуемой среды. Например, в дальней зоне электрического диполя при измерении электродвижущей силы (ЭДС) в горизонтальной рамке над однородным полупространством зависимость сигнала от электропроводности и разноса выражается формулой

31 qsinQ 1

(3)

Е,. D327

Е«;. ЭДС в дальней зоне;

где

I - момент диполя; .

q - площадь приемной рамки;

G - электропроводность среды;

г - разнос;

б - угол между осью диполя и на правлением на точку наблюдения, которая показывает, что с ростом электропроводности и разноса сигнал уменьшается, В ближней зоне имеет место другая зависимость

Е:,;,

S

Г(4)

где |U - абсолютная магнитная проницаейость;

t - время становления поля, то есть с ростом электропроводности и разноса сигнал увеличивается. Отсюда следует, что сумма сигналов (Е, + + ) является нелинейной функцией разноса, а изменение суммарного сигнала вдоль профиля будет отражать не столько фактическое распределение электропроводности среды и мощности слоев, сколько нелинейное изменение разноса, .

Измерить минимальное время (t.) можно различными приемами. Поскольку всякая граница характеризуется максимальным градиентом, то граница промежуточной и ближней зон, определяющая -мйИ методе становления поля, должна иметь максимальное значение производной от сигнала йо времени. Следовательно, время t( будет являться временем максимума амплитуды производной по времени от сигнала, В полевых условиях измерить это время можно, включая, например в измерительный канал дифференцируняцую цепочку : или исйользуя кратковременные импульсы тока в генераторной рамке или заземленной линией,

В геоэлектроразведке для повышения соотношения сигнал/прМеха и увеличения точности и разрешающей способности измерений применяется способ накопления сигналов за счет многократного возбуждения токовых импульсов при неизменном расположении установки. В данном изобретении предлагается помимо этого способа накопления использовать способ пространственного накопления, реализуемый путем переме щения установки вдоль профиля таким образом, чтобы существовали участки перекрытия установок, в пределах которых имелись бы измерения в одних и тех же точках наблюдения при различном положении источника поля. Минимальной кратностью перекрытия установок будет кратность, равная двум, то есть в одних и тех же точках наблюдения измерения выполняются при положениях источника поля. Расстояние между источниками поля вдоль профиля при двукратном перекрытии может быть выбрано приближенно, исхо дя из известных по геологической сит ации (ожидаемых) средних значений электропроводности G и магнитной про ницаемости Д исследуемого разреза. Знание этих величин ( U и G ), а значения t позволяет оценить минимальную эффективную длину волны, фор мирующую сигнал становления поля в момент прихода в точку наблюдения вдоль земных слоев полей вихревых токов. Расстояние между источниками поля не должно превышать половины эффективной длины волны с тем, чтобы в точках наблюдения регистрировались одинаковые эффективные фазы электромагнитного колебания. Близким аналогом длины волны в неустановившемся режиме является величина- | 56 ( и, следовательно, расстояние L между источниками при двукратном перекрытии выражается следующим соотношениемЕсли произошла ошибка в выборе величины L (например, за счет неточной оценки электропроводности(э )j то измерения от двух источников поля будут различаться существенно, что свидетельствовать о регистрации разных эффективных фаз электромагнитного колебания. Значительные расхождения измерений в одних и тех же точках от двух источников будут наблюдаться особенно в условиях сложного геоэлектрического разреза, при наличии локальных иеоднородностей, когда эффективная длина волны будет определяться размерами этих неоднородностей, В условиях горизонтально-слоистой среды расхождение может быть минимальным и не превьшать ошибки измерений. Если обозначить максимальную ошибку измерений в одной и той же точке от двух источников через D, то доверительный интервал измерений выразится произведением , где t коэффициент Стьюдента, определяемый надежностью измерений. Расхождение измерений от двух источников, не превьшающее доверительного интервала, будет свидетельствовать о регистрации одинаковых эффективных фаз электромагнитного колебания. При расхождениях, больших величины , необходимо увеличить кратность наблюдений (К) и обратно пропорционально уменьшить смещение источников поля L вдоль соответствии с формулой профиля в -Я 1А tMrtH . ; Эту операцию повторяют до тех пор, пока расхождение измеренных значений в общих точках соседних установок будет не более величины , что позЬолит затем суммировать нормированные результаты измерения, вследствие чего повышаются точность измерений и разрешающая способность. Кроме того, суммирование при многократных перекрытиях уменьшает искажакицее влияние от неоднородностей разреза засчет сложения сигналов, завьш1енных и заниженных искажением (то есть сложения искажений с разными знаками) вследствие различного расположения установки относительно этой неоднбродности. Практически операцию выбора кратности перекрытий осуществляют разными путями. В частности, можно отработать весь профиль с двукратным перекрытием, определить в его пределах участки, где расхождение измерений превосходит величину , отрабЪтать эти участки с четырехкратным ерекрытием, вновь определить расхождение и отработать методикой с шестикратным перекрытием до тех пор, пока не выполнится условие минимума величины расхождения, что будет свидетельствовать о надежном прослеживании (с надежностью, определяемой коэффициентом Стьюдента t) геоэлектрических комплексов или слоев в разрезе. Возможно сразу выбрать оптимальную KP iTHOcTb перекрытий на участке профиля с наиболее сложными геологическими условиями, повторяя вьшеописанные процедуры на ограниченном интервале профиля. При этом на других участках профиля с простыми геологическими условиями выбранное максимальное перекрытие излишним не будет а повысит надежность измерений и улу шит детальность расчленения разреза/ Наконец, возможен вариант диффере цированного выбора кратности перекры тий профиля, когда операции сравнения расхождений и выбора величины смещения L повторяются в процес се отработки профиля. Выбор величины кратности перекрытия без приемников поля оп ределяется геоэлектрическими условиями и уровнем помех. При горизонтальном залегании границ раздела суммирование сигналов при многократном перекрцтии позволяет увеличить соотношение сигнал/помеха за счет Накопления и тем самым повысить точность и разрешающу способность зондирования. То есть, в случае горизонтально слоистой сред увеличение кратности перекрытия улуч шает помехоустойчивость измерения сигнала и тем самым увеличивает точность и разрешающую способность. В случае наличия наклонных границ раздела в среде или горизонтальных неод нородностей в разрезе, увеличение кра ности перекрытия дополнительно улучшает и детальность разведки вследствие уменьшения.искажающего влияния. Пример 1. Система наблюдений изображенная на фиг. 1, содержит генераторную установку, выполненную в виде заземленной, линии 1, перемещаемой соответственно в положения 2-5)и двенадцать приемников поля 6. 17 (например, индукционных датчиков, измеряющих производную по времени от горизонтальной составляющей магнитной индукции), расположенных на базе .1. Установку перемещают вдоль профиля А на постоянную величину L таким образом, чтобы установка занимала последовательно положения 18-22 (на фиг. 1 условно эти положения установки снесены с линии профиля). На участке Б профиля .наблюдается максимальное число перекрывающихся баз приемников, равное, четырем (то есть К-4) ..... Предположим, что система наблюдений, изображенная на фиг. 1, используется для картирования наклонной поверхности высокоомного опорного горизонта и профиль наблюдений проходит вкрест простирания опорного горизонта. В этом случае в каждой точке наблюдения, расположенной в пределах участка перекрытия Б, сигнал регистрируется 4 раза, при этом дважды сигнал измеряется от генераторных установок, центры которых расположены по восстанию опорного горизонта, и дважды по падению горизонта. Последующее суммирование сигналов в каждой точке наблюдения приводир к уменьшению влияния наклонного залегания горизонта так же как при встречных зондированиях. При этом,, в отличие от встречных зондирований, чем больше кратность наблюдений, тем сильнее ослабление искажений. Причем при больших углах наклона опорного горизонта измерения встречными установками мало ослабляют искажение, а многократные перекрытия практически устраняют искажающее влияние наклона. Покажем это на следующем примере. П р и м е р 2. На фиг. 2 изображены рассчитанные графики горизонтальной составляющей магнитной индукции (Ви) электрического диполя над наклонным тонким слоем (с углом наклона 30°) для различных способов измерения. При профилировании известным способом (без перекрытий) измег ренные значения магнитной индукций (кривые 23), плавные в пределах одной установки, приобретают разрьшы при переходе от одной установки к другой. При этом кривизна и наклон участков кривых 23 меняются в зависимости от глубины погружения плоского проводящего слоя... При измерений взаимно встречными установками (кривая 24) график несколько сглажен по сравнению с предыдущим, однако по-прежнему искажен, . особенно на участках приподнятого и. погруженного залеганий слоя. При двукратном t перекрытии (кривая 25) график магнитной индукции нелрерьшен и ближе к линейному, а при четырехкратном перекрытии график (кривая 26) практически линейный и наилучшим образом отображает поведение поверхности проводящего слоя, В случае, если профиль наблюдений и соответственно установки располаг гают не вкрест простирания структуры. то ослабить искажающее влияние накл ;Иа при многократном перекрытии возм но путем использования, например, встречного включения измерительных рамок, расположенных по разные стороны от генераторной линии. Сочетание многократных перекрытий с встреч ным включением измерительньос рамок позволит уменьшить искажения при пр изЬольном расположении профиля и установок относительно простирания структурных элементов. В процессе многократного профилирования перемещают установку с жесткой базой вдоль профиля на величину L, определяемую из соотношения -iiF 14 tMHH (U5 Поскольку велич;ина смещения установки L является разностью разносов перекрывающихся точек, эта разность не должна превьпиать разноса, обеспечивающего регистрацию процесса ста ковления на временах, больших t Правая часть выражения () при однократном перекрытии есть не что иное как разнос (), обеспечивающий из.мерение становления поля в диапазоне времен большем tf, то есть 14 t MHtiJ поскольку он определяет границу ближ ней и промежуточной зон при заданной электропроводности среды. Одновремен .но отметим, что, по аналогии с гармо ническими электромагнитными полями, величина г равна примерно половине минимальной длины волны () среде, то есть Величина смещения L установки вдоль профиля должна быть меньше половины минимальной длины волны в ере де, что обеспечивает регистрацию соседними установками в каждый момент времени одинаковых фаз электромагнит ного колебания. Для многих видов установок, напри мер для установок с автономными генераторными и приемными рамками, для установки линия конечной длины горизонтальное магнитное поле и др. на разносах, не превьш1ающих половины минимальной длины волны в среде, сиг налы совершенно не зависят от величины разносов, что еще более упрощает суммирование их при выполнении условия (1). Отметим также, что в дальней зоне при Го - {14 д „ /G/U зависимость сигг нала от разноса приближается к степенной и становится возможным суммирование сигналов при различных разносах с учетом их степенной зависимосг ти. Однако, в этом случае суммирование возможно лишь в ограниченном временном диапазоне до t juSH, где S, Н - суммарная продольная проводимость и мощность излучаемой толщи, хотя сигнал регистрируется в более широком диапазоне от t : jUSH до t«aKc(SH. Выбор длины базы приемников поля (1), равной или большей величины (K-l)L, обеспечивает их перекрытие в соседних установках и, последующее суммирование, Для упрощения технологии производства работ смещение всей установки и расстояние между точками, в которых 9существляется суммирование сигналов, выбирают кратными. В этом случае точки суммирования будут располагаться в одних и тех же координатных пунктах. При многократных перекрытиях суммирова ние сигналов можно осуществлять в перекрывакяцихся пунктах наблюдения (в точках расположения приемников поля), в точках записиV (в точках, расположенных на половине разноса) и в любых других точках между генераторной и приемной установками в зависимости от решаемой геологической задачи. В частности, точкой записи в геоэлектроразведке в случае разнесенных установок считается середина разноса источника и приемника поля. В этом случае кратность величины смещения установки и величины половины разноса обеспечит суммирование по общей точке записи. В пределах одной установки расстояние между точками суммирования А X и расстояние между пунктами наблюдения (приемниками поля) Л1 в общем случае связаны между собой соотношением , (7) где Г - отношение расстояния от ценра генераторной установки до точки, которой осуществляют суммирование змерений, к расстоянию от центра геераторной установки до точки наблюдеия (точки расположения приемника поля). Еслк обозначить через п количество приемников пол.я в одной установке, то величину t nul будем считать базой суммирования, Исходя из соотношения (1) и определезшя.пснятия базы суммирования, найдем (K-l)L Целесообразно подбирать величины М и L кратными таким образом, чтоб выполнялось соотношение (2), что упрощает разбивку профилей и точек на местности и последующую обработку ма териалов вследствие уменьшения объема подготовительньпс операций при т пографической разметке профиля, при оборудовании генераторных устано вок и приемников поля. Способ позволит существенно повысить эффективность геоэлектроразведки благодаря увеличению разрешающей способности измерений, т.е. детальности при изучении геоэлектрического разреза. Это достигается, как указывалось ранее, увеличением кратности перекрытий и последующим суммирова|нием сигналов. Кроме того, способ позволяет получать практически непрерьшную информацию об изменении параметров геоэлектрического разреза благодаря указанному выбору величины перемещения установки вдоль профиля. Особенно эффективно способ .может быть использован при поисках неструктурных ловушек нефти и газа. Кроме того, использование способа позволит существенно повысить производительность работ в геоэлектроразведке при реализации многокан шьной регистрации и соответственно экономическую эффективность. В данном способе вследствие существенного сгущения сети наблюдений вдоль профиля и наличия участков многократного перекрытия становится возможным использование многоканальной станции, Например, применение 24-.. канальной станции (на базе сейсмической станции) позволит отрабатывать за полевой сезон 2400-3600 точек.