Способ морской геоэлектроразведки Советский патент 1984 года по МПК G01V3/06 

1 Изобретение относится к техническо физике и может быть применено при геоэлектроразведке .месторождений полезных ископаемых и инженерно-геологических работах в морских условиях методами вызванной поляризации и становления электрического . поля, Известны способы- электроразведки основанные на изучении явлений вызванной поляризации (ВП1, заключающиеся в том,что в землю посылают элек трический ток и измеряют напряжение поляризационного поля, вызываемого поляризующимся объектом П . В морских условиях вследствие требований к высокой экономичности морских работ целесообразен вариант измерегшй временной зависимости спада вызванной поляризации с измерением электрической составляющей поля, позволяющий исследовать полну кривую спада вызванной поляризации при наименьших оргшшзационных затратах. Поэтому способы, основанные на многочастотных амщхитудно-фазовы измерениях и/или измерениях составляющей магнитного поля, нетехнологи ны для морской электроразведки из-з трудности организовать измерения магнитной составляющей поля и практической невозможности осуществлять измерения в движении судна. Совместное влияние на измеряемые параметры (в .частности, на параметры кажущейся поляризуемости, в особенн типри ранней стадии спада поля ВП) двух различных по физическому характеру процессов (вызванной поля ризации и индукции) существенно усл няет интерпретацию полевых работ и обусловливает необходимость отделения части поля вызванной поляризации от процессов, вызванных электро динa ичecким установлением поля. Способы вызванной поляризации характеризуются сравнительно высокой разрешающей способностью и глубинностью, однако влияние поля становления вносит существенную погреш ность в определение мгновенных значений разности потенциалов поля вызванной поляризации. Известен способ геоэлектроразвед ки, согласно которому, с целью повьшаения точности измерения путем разделения поляризационных и индукционных эффектов, определяют разность абсолютных значений сигнала и 8 тот же промежуток времени после выключения импульсов токя разной дпит ел ьности, по которой судят о величине поляризационных эффектов 2J . Однако предпосылка о том, что индукционные эффекты (поле становления) не зависят от дпитепьности токовой посылки, имеет большие ограничения. Поле вызванной поляри-t зации и поле становления зависят от длительности возбуждающего токового импульса. Различие этого влияния дпя поля вызванной поляризации и поля становлеш1я зависит от закона спада величин, составляющих поля во времени. Закон спада вьшванной поляризации практически не зависит от удельных электросопротивлений сред, а полностью опр.еделяется ходом электрохимических процессов в горных породах. Процесс же становления определяется удельными электросопротивлениями сред и их распределением в пространстве . Поэтог:1у в одних случаях изменение длительности за;рядки больше влияет на наблюдаемые величины вызванной поляризации, а в других на компоненты поля становления. Чем ниже удельньш электросопротивления сред, тем,больше влияет на поле становления длительность импульса. При этом, чем больше длительности импульсов по отношению ко времени наблюдения , тем меньше различие меладу длительностями. В условиях моря разрез сложен сравнительно низкоомными средами - вода 0,2-1,5 Ом, порода 1-10 Ом. Длительности зарядки не должны быть большими (не более 510 с), учитывал, что измерения про- . водятся в движении. Поэтому в морских условиях данный способ неприменим.На суше он может быть применен с большими ограничениями только для выделения очень медленно спадающих во времени эффектов ВП. Быстро и умеренно спадающие во времени поля ВП, которые в настоящее время используются в полевой разведке по методу ВП, будут при такой методике наблюдений либо ослабляться либо исключаться. Таким образом, точность измерении эффектов ВП, а следовательно, и разрешающая способность такого способа невысокие, так как сигнал после короткого импульса содержит в значительной степени и эффекты становления поля (сп), а в разностном сигнале эффекты ВП сильно искажены. Известен ряд методических приемо позволяющих разделить поле ВП и поле СП, в частности применением ус танрвок, в которых индукционные эффекты отсутствуют либо минимальHbi, например .применением ортогональ ных дипольш 1х установок или установок, в которых источником ПОЛЯ служйт заземленная петля, а поле измер ется вдоль прямой, замьгкающей полупетлю. Однако в морских условиях такие установки с измерением магнит ной составляющей поля нетехнологичны и ими практически невозможно организовать измерения в, движении из-за помех, возникающих при буксировке судна. Наиболее близким к предлагаемому является способ геоэлектроразведки, согласно которому возбуждают электромагнитное поле импульсами Гтоком прямоугольной формы и измеряют в промежутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками. По разности или отношению сигналов, полученных приемными установками, судят о наличии и величине поля вызванной поляризации и поля, связанного с эл тродинамическими явлениями становления поля з . Однако во Взаимных приемных уста новках питающие электроды находятся в различных геоэлектрических уелоВИЯХ. Поскольку в приэлектродных зонах плотности тока высоки, то имеют место нелинейные явления, для которых принцип взаимности для поля вызванной поляризации не соблюдается. Это приводит к невозможности вычисления полей ВП и электродинами ческих -нолей в отдельности. В морских условиях реализация из вестного способа потребует создания очень громоздкой установки, посколь ку для одной из взаимных установок приемные электроды должны находиться ближе к судну, чем питазощие.0дйа для того, чтобы избежать возник- новения помех буксировки в приемной линии, необходима слабина не менее 200-300 м. Кроме того, для каждой из взаимных установок должна быть организована своя питаю щая линия. И, наконец, измерения должны проводиться поочередно (то с одной, то с другой из взаимных установок) , что при измерениях в ДВ1 женин приведет к снижению производительности в 2 раза. Если же организовать смещенные взаимные установки, т.е. организовать установки вида , ABM2N2 rAe-M,N4, j.приемные, а А и-В -чпитающие электроды, и проводить одновременные измерения после выключения тока в двух приемных цепях, то, учитывая необходимость слабины перед приемной линией , установка становится очень протяженной, что приводит к попаданию приемных линий в различные геоэлектрические условия . А это практически исключает возможность разделения поляризационных и индукционных эффектов и обуславливает низкую точность измерений поля ВП. Цель изобретения - повьппение точности и разрешающей способности измерений при одновременном йовыШении глубинности путем разд,еления эффектов становления поля и вызванной поляризации. Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектрораз- ведки, при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промежутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками, производят одновременную регистрацию значений напряженности вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей дипопьно-осевой ycTaHOBKaNffit при фиксированных разносах для каждого из измерительнь х диполей дипол-ьно-осевой установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина до поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным зна-чениям поля на приемных линиях соответственно дипольно-осевой установки при фиксиров.анных разносах и симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления. Взаимное влияние полей ноЬит ад- дитивньй характер для установок электрического типа. Зная величину.поля становления, одинакового для указанных режимов измерений на приемных линиях обеих установок, можно вьЕделить раздельное значение поля вызванной поляризации. Таким образом, цель изобретения достигается таким взаимным простран ственным расположением одной питающей и двух приемных цепей, при кото ром одна из приемных цепей регистрирует суммарное поле ВП и СП (внут реняя), а другая - процессы становления поля. Повышение точности достигается путем разделения полей ВП и СП, вли ние становления поля на измерения вызванной поляризации исключают, используя данные измерений на вынесенных приемных линиях дипольноосевой установки. Последующая корре ция результатов наблюдений обеими установками путем усреднения резуль татов измерений по профилю исключает влияние неоднородности среды. Повышение разрешающей способности обеспечивается возможностью регистрировать более слабые аномалии поляризующейся среды за счет того, что исключение влияния сигналов ста новления позволит регистрировать по вызванной поляризации на более ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен., Повышение глубинности обеспечивается на основе более точного опре деления величин становления путем и ключения влияния вызванной поляриза ции на результаты измерений с дипол но-осевой установкой. На фиг. I изображена установка 1ДЛЯ наиболее рационального и эконом ного в морских условиях варианта расположения приемных электродов; на фиг. 2 - зависимость величины сигнала ВП от разноса г дпя дипольно-осевой и симметричной установок; на фиг. 3 - принципиальная схема ап паратуры дпя измерений соптасно пре лагаемому способу. Дпя осуществления способа морско геоэлектроразведки применяют измери тельную установку, которая содержит вынесенную многоэлектродную дипольно-осевую установку , где питающие электроды А и В обозначены через I, 2, а измерительные диполи содер,жат электроды 3-12 и, внутрен нюю симметричную установку AMoNo В с, их общей питающей. Количество приемных линий дипольно-осевых уста новок и размеры разносов определяются в зависимости от геологических задач и геоэлектрических условий изучаемого разреза. Вся совокупность разносов дипольной установки возрастает- в геометрической прогрессии, что позволяет равномерно исследовать разрез по глубине. В смежных парах приемных электродов дипольной установки каждый первый электрод последующей пары совмещен с вторым электродом предшествующей смежной пары, т.е. . Величина питающей линии АВ устанавливается в зависимости от глубины залегания границ раздела и должна в 1,5-3 раза превышать их дпз достижения достаточной глубинности симметричной установки. Наличие одной общей питающей цепи устраняет необходимость коммутации пиТаюшнх цепей, что позволяет производить непрерывные измерения разности потенциалов на профиле наблюдений. Измерение значений разностей потенциалов на внутренней приемной MgNp и вынесенных приемных линиях проводят одновременно в промежутках между питaющи {и импульсами на поздней стадии становления поля в соответствии с условием t 0,623 - , (1) рс где, t - время измерений; р - кажущееся сопротивление; г - разнос-дипольно-осевой установки. Указаиньй выбор времени измерений определен исходя из достижения максимальной глубинности метода становления поля. Измерения производят в режиме разнополярных импульсов, обеспечивающего помехоустойчивость измерений. -Дпительность импульса Т может из меняться от 0,1 до 10 с в зависимости от размеров косы и геоэлектрического разреза. В условиях низкоог«1ого разрезай больших размеров косы длительность токовых посылок должна быть достаточно продолжительной, чтобы завершились процессы становления. Длительность импульсов зарядки оптимапьно может быть выбрана исходя из уровня помех и глубинности в диапазоне 1-10 с, длительность пауз равна длительности импульсов. в первом приближении сигнап, принимаемый с вынесенной установкой с 71 разносом в 2 раза большим глубшм до поляризующегося слоя, не содержит эффектов ВП и равен Ел. Это дает возможность его использования в качестве сигнала становления, а так же возможность исключения влияния становления на величину суммарного поля ВП и СП, наблюдаемую с внутренней приемной линией Mj, Ng. Поско ку при одновременной регистрации переходных процессов с внутренней и .внешней линий они будут находиться в различных геоэлектрических условия нов меньшей степени,чем это наблюдалось бы в известном, cnqсобе, то целесообразно выполнить до полнит ел biibie действия для устранения этих различий. Необходимо осуществить пространственный сдвиг измерений рассматривая совместно измерения с симметричной и дипольной установка ш AMgNoB и АВМ N с совпадающие центрами, а также рассматривать не единичные кривые, а среднее арифметическое совокупноети кривьгх на некотором отрезке, ско зящем по пт офнлю, что позволит изба виться от влияния случайных неоднородностей разреза. Длина отрезка должна выбираться в зависимости от требующейся детальности наблюдений и размеров случай 1ых неоднородносте характерных для участка работ, влия ние случайных неоднородностей разреза ослабляют, находя среднее из ряда измерений на скользящем по про филю отрезке. Способ осуществляют следующим об разом. Для морских инженерно-геологичес ких исследований используют установ ку AMgNjjBM-Nj , , с числом приемных линий , в которой размеры питающей и приемной линий имеют соотношения: ABiBN(при г , Н - глубина до поляризующегося слоя) а для симметрично установки для обеспечения достаточ ной величины сигнала выбирают ,AMg-MoNo Nt,B. При региональных инженерно-геоло гических работах для изучения вер ней части разреза с ориентацией на глубину исследований порядка 75100 м целесообразно применение уст .новки А150МО 150-Мо 150В150МЛ50 « , ВМ; ВЯ;.,. 2,,5; 5; П 10; i; 20; 28; 40; 56; 80; 112; 160-, 224; 320; 450; 640 м. Для боле детальных работ требуется больше наблюдений. При детальных инженерногеологических работах следует при- . менять донную установку ABM-N,BM BN.,. 1,25; 1,75; 2,5 и далее те же размеры, что и при региональных работах до величин, определяемых необходимой глубинностью. Линия BM-N увязывается в единую косу, питаюЕций электрод 8 удерживается на плаву поплавками. Питающий электрод А буксируется независимо. Отдельно буксируется внутренняя измерительная линия МрМд С помощью внутренней линии ре-, гистрируют в основном процессы вызванной поляризации, а с помощью внешней - процессы становления. Про цесс становления (напряженность электрического .поля E(t)) на сравнительно поздней стадии не зависит от расположения приемного диполя по отношению к питающему, о чем сви детельствует известная зависимость процесса спада поля становления для установки электрического типа с параллельным расположением питающего и приёмного диполей 10,5 - л. о ( I Л1 -(U- . S .«.н.в. где 3 . дипольный момент; t - время; Мд - магнитная проницаемость вакуума;ро - кажущееся сопротивление. Поэтому на поздней стадии, описываемой выражением (l) , поле становления , измеряемое внутренней и вынесенной установками, будет одинаково. Напряженность электрического поля ВП, измеряемого внутренней установкой, совпадает по направлению с поляризующим полем и, следовательно, противоположна полю становления. Напряженность поля ВП, измеряемого с вынесенной установкой, значительно ниже, чем измеренного с внутренней установкой. На фиг,2 приведены результаты расчетов разностей потенциалов поля вызванной поляриза1.1и и ВП с разносами (индекс кривой) для двухслойной среды с различными соотношениями удельных электросопротивлений о РТИЖней и верхней среды, равной нулю поляризуемостью верхней среды и равной 1% поляризуемостью нижней при заданном разносе п и глубине Такой геоэлектрический разрез хара терен для морских условий. Интересн особенностью поля ВП такого разреза является наличие отрицательных значений напряженности при разносах дипольно-осевой установки, меньших удвоенной; мощности верхнего слоя. В области разносов, равных удвоенно мощности верхнего слоя, значение напряженности поля ВП меняет знак на положительный. Таким образом, при определенном выборе расстояния вынесенной приемной установки от питающей, равном удвоенной глубине до поляризующегося слоя, можно добиться равенства нулю поля вызванной поляризации и наблюдаемые эффекты будут связаны только со становлением поля. Поскольку глубина залегания поляризующихся пород может изменяться то наблюдения следует производить с несколькими вынесенньтми приемными линиями, образующими многоэлектродную дипольно-осевую установку с разносами в пределах удвоенной глубины до поляризующегося слоя. Используя значения поля становления , измереиные с вынесенной установкой, можно ввести поправки в величины, измеренные с внутренней установкой, с целью исключения из них эффектов, связанных с полем ста новления, что обеспечивает повышение точности определения параметров вызванной поляризации. По измеренным значениям поля на внутренней и вынесенных приемных ли ниях определяют раздельно количественные величины поля вызванной поля ризации и становления, что в просте шем случае определяется как алгебра ческая сумма (разность) измеренных значений, соответственно на внутрен ней и вынесенных приемных линиях, а в общем случае неоднородных разрезов по результатам измерений с да ной установкой можно определить раз дельно величины значений поля вызванной поляризации и становления,, например решением системы уравнений составленной исходя из .закономерностей пространственного распределе ния поляризационного и электродинам ческого полей. Для простейшего варианта установ АМдМрВМ-М,Ма с совмещенными первым и вторым электродами соответственно второй и первой пары приемных электродов с разносами г, -у-, г, --ЛВполе становления, измеряемое одновременно на всех трех разносах, одинаково, а поле поляризации изменяется в зависимости от расстояния по линейному в билогарифмическом масштабе закону ) вп где об - коэффициент. . В таком случае по данным измерений на внутренней симметричной установке и на двух разносах Р, и Г вынесенной дипольной установки получают данные дпя решения системы трех уравнений, в которых неизвест№1ми являются Е, Едд (ri) и(Л . Большей точности можно достигнуть, организуя установку АМд NOВМ,М,М,. В этом случае кривая зависимости Egn от г апроксимируется в билографическом масштабе параболой, количество не,извест1й1х I и уравнений для их определения становится равным 4. Системы таких уравнений для раздельного определения попей ВП и СП составлены и разработань приемы их решения методом скорейшего спуска. Устройство Для реализации способа 1Г. З содержит усилители 15 и 16, блоки 17 и 18 стробирования, интегрирующие ячейки 19 и 20, сумматор 21 и регистратор 22. В устройстве для реализации способа сигналы, поступающие с приемных линий МрНв..и обозначенных на фиг. 3 через 13, б Г У ливаются соответственно усилителями 15 и 16, стробируются в блоках 17 и 18 соответственно с заданным временем, отсчитывае№.1м от заднего фронта возбуждающего импульса, например, через 0,1 с после выключения тока, время стробирования 0,1 с. После стробирования происходит накапливание сигналов на интегрирующих ячейках 19 и 20. Разность сигналов с внутренней приемной линии MAN. , измеряющей суммарное поле ВП и СП, и вынесенных приемных М tjj , измеряющих только иоле становления, определяется в сумматоре 21 и дает величину выделенного сигнала поля вызванной поляризации. На регистраторе 22 регистрируются сигналы, поступаюи1ие с бло-ков 19 и 20. Согласно предлагаемому способу морской геоэлектроразведки применением установки с одной внутренней и вынесенной приемными линиями при определенном, в пределах удвоенной глубины поляризующегося слоя, разносе вынесенной дипольной установ .ки достигается возможность полного разделения зффектов вызванной поляр зации и становления поля. Для устранения этих различий осуществляют пространственный сдвиг измерений, рассматривая совместноизмерения с симметричной и дипольной установками с сопадающими центрами. Непрерывные измерения и однородность верхней части морского геоэлектрического разреза обеспечивают осреднение результатов измерений вдоль профиля наблюдений, что в еще большей степени обеспечивает возможность точного разделения полей становления и поляризации, так как. осуществляется сглаживание и вы равнивание величин разности потенциалов полей ВП и становления, измеряемых с внутренними и вынесеннь1ми приемными линиями. Возможность разделения взаимно сопутствую щих поляризационных и индукционных эффектов устраняет интерпретацион ньГе трудности при обработке результатов электрозондирований становлением поля и вызванной поляризации и на этой основе обеспе чивает получение достоверных данных об изучаемом геоэлектрическом разре зе, что повышает геологическую эффе тивность электроразведочньт работ. Применение предлагаемого способа да возможность достоверно охарактеризо вать геоэлектрический разрез и дает литологическую характеристику геоэл горизонтов. Комбинирование обоих методов ВП и СП с исключенными эффектами вза- имного их влияния расширяет возможности интерпретации результатов измерений и повышает тем самым раз решающую способность и информатив8-12ность геоэлектроразведочных исследований. За счет достижения больших токов при Коротких линиях питающей линии обеспечивается увеличение точности определения сигнала становления и увеличение глубинности метода не менее чем в 2 раза. Исключение влиякия ВП на результаты наблюдений поз- БОЛИТ наблюдать поле становления в течение более длительного времени после выключения тока и, следователь но, дополнительно увеличить глубинность исследований. При использовании предлагаемого способа обеспечиваются необходимые производительность и технологичность морской электроразведки методом ВП, так как использование линейной установки позволяет все измерения осуществлять в движении. Кроме того, обеспечиваются значительное снижение веса и размеров косы за счет уменьшения количества питакнцих линий ,(с 4-8 до 1) и простота конструкции набортной аппаратуры, так как отсутствует необходимость коммутации питающих линий. Анализ данных измерений, проведенных при морской электроразведке при поиске нефти- с использованием четырехэлектродной установки, свидетельствует, что результаты измерений существенно искажены взаимным влиянием ВП и СП. Низкую точность измерений базовым способом, обусловленную отсутствием возможности разделения зффектов ВП и становления , иллюстрируется тот факт, что при времени регистрации 1,43 с кажущиеся сопротивления колеблются по профилю от 2,75 до 12,8 Ом, в то время как по каротажным данным удельные электросопротивления среды на этом участке составляют 2-4 Ом. Эффективность предлагаемого способа при поисках залежей углеводо-родов в море значительно повьшена за счет возможности выделения более слабых аномалий,ВП, поскольку исключение сигналов с ановления позволит регистрировать ВП на ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен. вп sn () 0,007 0,ОООР, 700 2S6 f

СПОСОБ МОРСКОЙ геОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промезкутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками, отличающий с я тем, что, с целью повы -- fe iTjiZjfc %I -II ;X.- шения точности и разрешающей способности измерений при одновременном повышении глубинности путем разделения эффектов становления пОля и вызванной поляризации, произбодят одновременную peгиcтpalц ю значений напряженности вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей дипольно-осевой установками при фиксированных разносах для каждого из измерительных диполей дипольноосевой установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина дс поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным (Л значениям поля на приемных линиях соответственно, дипольно-осевой устайовки при фиксированных разносах и . симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления.