Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1985 года по МПК G01V3/10 

2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первьй, второй и третий датчики вьтолнены в виде соосных проводных рамок, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно уменьшающиеся определяющие размеры.,

3.Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что анализатор содержит предусилитель, устройства определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максимального от;рицательного значения сигнала, импульсные формирователи, собирательную схему, выход предусилителя подключен к выходам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройств через импульсные формирователи подключены к входам собирательной схемы, выход которой служит выходом анализатора сигнала.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генера-. тор импульсов тоха, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляклцим входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробируншщм и коммутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и разрешающей способности, оно содержит третий незаземленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответственно подключены к первому, сл .второму и третьему выходам коммутатора, четвертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управле4 ния и к выходу вычислителя,а выход- к управляющему входу измерителя. о о: со

Изобретение относится к техничес к5й физике, а более конкретно к техническим средствам индуктивной электроразведки по методу переходных процессов, и предназначено для использования при структурно-геологическом картировании, иззгч.ении особенностей глубинного строения ге логических структур, а также исследований естественных и искусстве ных объектов, залегающих под зем- ной поверхностью.

Известны устройства для индуктивной геоэлектроразведки, содержаnpie генераторное устройство, импульсные преобразователи измеряемого вторичного поля, измеритель переходных процессов и цифровой вычислитель физических параметров геологических объектов PJ .

Основным недостатком этих устройств является малая производительность при поисках структурньк неоднородностей в обследуемом районе. Это обусловлено тем, что в каждой -точке пространства производится полное изменение и регистрахщя импульсной реакции вторичного поля по множеству отсчетов в дискретные моменты времени, При картировании малых глубин эти устройства способны реализовать один отсчет на один зондирующий импульс, что требует для многоотсчетной регистрации подачи зондирующего цуга импульсрв, соответственно удлиняет время обследования каждой локальной геологической области и снижает производительность труда.

Наиболее близким к изобретению является устройство для индуктивной геоэлектроразведки, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальном входу коммутатора, снабженного управляювщм входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенног своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирующим и коммутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора iz .

Недостатки известного устройства заключаются в следующем. Автоматическая адаптация частоты следования и параметров импульсов цуга, реализованная в устройстве, к свойствам обследуемой геологической структуры несколько увеличивает производительность, но не изменяет требуемого числа дискретных отсчетов для анализа импульсной реакции вторичного поля. Это не позволяет использовать устройства в наиболее производительном - мобильном поисковом режиме работы с непрерывным анализом в процессе движения.

Дель изобретения - устранение отмеченных недостатков, т.е. увеличение производительности, а также

5

разрешающей способности устройства в заранее заданной области глубин посредством выявления и анализа значительно меньшего числа особых точек импульсной реакции вторичного поля с последующим переходом на требуемое число дискретных отсчетов после обнаружения локальной неоднородности обследуемой среды. При этом изменение сигнала в особых точках производится по одному зондирующему импульсу и соответствует требованиям экспрессанал/1за в заданном диапазоне глубин, а для детализации общей геологической структуры используется дополнительное зондирование, двумя и более импульсами первичного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу : цифрового вычислителя, подключенног своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирукщим и коммутирздапщм выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора, введены третий незазем ленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответст-. венно подключены к первому, второму н третьему выходам коммутатора, четвертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого.подключены к стробирующему входу схемы управления и к выходу вычислителя, а выход - к управляющему входу измерителя.

При этом первый, второй и третий датчики вьтолнены в виде соосных прводных рамок, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно уменьшающиеся определяющие размеры.

При этом анализатор сигнала содержит предусилитель, устройства определения времени появления максимального положительного значения

694

сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, импульсные формирователи, собирательную схему, выход предусилителя подключен к входам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максималь ного отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройств

через импульсные форьшрователи подключены к входам собирательной схемы, .выход которой служит выходом анализатора сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема анализатора сигнала.

Устройство для геозлектроразведки (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 незаземленные датчики, генератор 3 импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу 4 коммутатора 5, снабженного управляющим входом 6, а также аналогоцифровой измеритель 7 сигнала, снабженный сигнальным 8 и управляющим 9 входами. Кодовый выход измерителя 7 подключен к входу цифрового вычислителя 10, логический выход которого

подключен к входу схемы 11 управления, которая снабжена стробирую- щим 12 и коммутирующим 13 выходами, . причем последний подключен к управляющему входу 6 коммутатора 5. Кроме

того, устройство содержит третий незаземленный датчик 14, анализатор 15 сигнала с импульсным выходом и двухтактный вентиль 16 с импульсным выходом, снабженный первым

17, вторым 18 и третьим 19 входами. Датчики 1, 2 и 14 выполнены в виде соосных проводных рамок, например, квадратной формы, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно

уменьщающиеся линейные размеры I,, , Ци 1,4, т.е. L, i L, L ,.

Каждый из трех датчиков 1, 2 и 14 устройства соответственно подключен к-первому 20, второму 21 и третьему

22 выходам коммутатора 5, четвертый выход 23 которого подключен к входам измерителя 7 и анализатора 15.

Структурная схема анализатора 15 сигнала (фиг. 2) содержит предуси-

литель 24, например, типа решающего усилителя с дифференциальным входом и униполярным выходом, устройство 25 определения времени появления

максимального положительного значения сигнала, устройство 26 определения времени появления максимгшьно отрицательного значения сигнала, импульсные формирователи 27.и 28 для образования коротких импульсов в моменты перехода в насыщение устройств 25 и 26 и собирательную схему 29, выход которой служит выходом анализатора 15. Вьшолнение устройст 25 и 26 может быть различным. На фиг, 2 представлено их вьшолнение в виде операционных усилителей 30 и 31, в цепь отрицательной обратной связи которых соответственно включены пик-детектор 32 сигн-ала положительной полярности и пик-детектор 33 сигнала отрицательной полярности.

. Устройство для геоэлектроразведки работает следующим, образом.

Коммутатор 5 по сигналу схемы 11 управления подключает систему трех датчиков 1, 2 и 14 таким образом, что часть их оказывается генераторн ми, а один из датчиков - приемным. Датчики, выполняющие роль генераторных, подключаются к выходу генератора 3 импульсов тока, а приемный датчик подключается коммутатором 5 к его четвертому выходу 23. Для экспресс-анализа геологической структуры на заданной глубине коммутатор 5 подключает к выходу генератора 3 датчик 1, последовательно и противофазно с которым подключается датчик 14, а приёмным датчиком служит датчик 2, выход которого коммутатором... 5 подключается к его выхо ду 23« Для дополнительной детализацин общей геологической структуры вне исследуемой зоны глубин коммутатор 5 производит последовательный перебор следующих переключений системы датчиков; генераторным служит датчик 1, приемным датчик 2, генераторным служит датчик 2, приемным датчик 14. Здесь также на генераторный датчик подаются импульсы тока с выхода генератора 3, а прием ный датчик подключается к выходам

23 коммутатора 5.-И, следовательно, к входам измерителя 7 и анализатора 15 сигнала.

Анализатор 15 определяет время появления максимального положительного значения сигнала и затем время появления максимального отрицательного значения сигнала на выходе приемного датчика 2i. Соответствующие импульсы с выхода схемы 29 проходят через двухтактный вентиль 16 под управлением логического сигнала с выхода вычислителя 10 и подаются на управляющий вход 9 измерителя 7 для осуществления мгновенной выбррки, запоминания и последующего кодирования. Соответствующие кодовые значения экстремальных значений сигнала поступакгт на вход цифрового вычислителя 10.

Работа устройств 25 и 26 в анализаторе 15 происходит следующим образом.

Пик-детекторы 32 и 33 способны соответственно отслеживать нарастание положительного и отрицательного сигналов и запоминать их максимумь. При этом усилители 30 и 31, обладающие большим внутренним усилением, работают в линейном режиме. В области схода сигналов после достижения соответствующих максимумов разница между входным сигналом усилителей и напряжением их отрицательной обратной связи с выходов пик-детекторов возрастает. Усилители 30 и 31 скачком переводятся в режим насыщения.

Этот переход улавливается пороговь1ми импульсными формирователями 27 и 28, в результате чего формируются импульсы, момент ,которых согласован с моментом достижения входным сигналом экстремальных значений.

Цифровой вычислитель определяет значение градиента продольной электропроводности среды на глубинах, функционально связанных с экстремаль ными значениями измеренного сигнала вторичного поля. Затем коммутатор осуществляет переключение системы датчиков 1, 2 и 14, тем самым определяются дополнительные положительные максимумы сигналов, соответствующие дополнительным глубинным точкам. Цифровой -вычислитель вьивляет аномалию градиента проводимостей в исследуемой зоне глубин. Его логический сигнал в этом случае производит переключение 11 управления для генерации серии импульсов на выходе 13 для возбуждения регистрационного цуга зондирующих импульсов тока посредством генератора 3. В этом случае двухтактньй вентиль 16 переключается по входу 19 логическим сигналом вычислителя 10 на синхрони зацию работы измерителя 7 с выхода 12 схемы 11 .управления для многоотсчетной регистрации. Сигналы анализатора 15 в этом режиме двухтактным вентилем 16 блокированы. В случае, если анализатор, измеритель и вычислитель не выявляют по виду сигнала аномалию проводимое тей исследуемой среды, описанный пр цесс экспресс-анализа осуществляетс автоматически, в том числе и при мобильном поисковом движении. Таким образом, полезный эффект от введения отличительных признаков в предлагаемом устройстве заключает ся вповышении производительности и регистрации только параметров локал ных областей с аномалией слойной пр водимости, а также в том, что допол нение устройства третьим датчиком 1 анализатором 15 сигнала и вентилем позволяет повысить разрешающую способность в заданном определяющими размерами датчиков диапазоне глу бин. Это соответствует эффекту электрической лупы для ускоренного и детального анализа части . глубинной области при сохранении возможности анализа проводимостей вне этого диапазона глубин посредст вом коммутации системы датчиков 1, 2 и 14 к генератору 3 и выходу 23. Полезный эффект в данном устройстве обусловлен следующими количественными зависимостями и достигается следующим образом. -, Продольная электропроводность «среды обратно пропорциональна мгновенному значению токового сигнала, измеренному на выходе 23 коммутатора 5, т.е. - zлри условии, что численное значение множителя Р , а следовательно, и значений .7 , можно однозначно поставить в соответствие конкретной глубине Н . Упомянутая однозначность возможна для экстремальных значений сигналов Z -1-), когда желаемое значение глубины может быть определено по номограмме, предварительным выбором соотношенияd определяющих размеров приемного Lj, и генераторного L f рамочных датчиков. При этом номограмма представля ет собой корневой годограф уравнения ,2 о-в1й4йв l -l«-l n CotC-TFF -7 f ° CQ-t)36h 1слм) + 3«,Ь ta-t) ta-n) Сс|-1)ПзбЬ ам)4-36Ь (а-П Сач-О гбЬ %h значение F рассчитывается по формуле .., с) а значение При использовании рамочных датчиков 1 и 14 с их противофазным включением в качестве генераторных а дат чика 2 - в качестве приемного на выходе 23 наблюдается токовый знакопеременный сигнал, имеющий два экстремума 2« и 2 , которым соответствуют два значения электропроводности 5i и 52 и два значения глубиныН,иНг вычисление которых производится по формулам (1) - (4). Проводимость толщи в интервале глубин Н,и Kj о-ределяется как разность S --Sg, При использовании датчика 1 с размером Lr li,B качестве генераторного, а датчика 14 с размером 1,,в качестве приемного по положительному экстремуму сигнала опре- деляется значение 5 на глубине И обследуемого интервала глубин Ид-N2-При другом состоянии коммутатора 5 в качестве генераторного используется датчик 1, в качестве приемного - датчик 2 с размером 1, сигнал имеет в этом случае единственный положительный экстремум, которому у.оответствует электро- проводность 5 на глубине И ниже обследуемой области . Вычислитель 10 определяет величину и знак градиента электропроводности в облас9ти глубин , jHi-Hg и сравнивает полученные данные и при проведении аномалии, например, при появлении отрицательного градиента электропроводности вырабатывает логический сигнал, который по входу переключает вентиль 16 на пропускание сигналов с выхода 12 схемы 11 управления. В последнем случае производится прерьшание поискового режима непрерывного движения носителя, на котором размещено предлагаемое устройство, и полная многоотчетная регистрация токового сигнала Z(t вторичного поля на выходе 23. Тем самым процесс поиска зоны аномальной электропроводности осуществляется с максимально возможной производительностью по четырем точкам. Кроме того, при противофазном включении рамочных датчиков 1 и 14 в качестве генераторных создается о лабленное потокрсцепление магнитног поля генераторного датчика с приемным датчиком 2, что способствует подавлению собственных переходных процессов и-более точному опредер1

/7 I

15 9 аению электропроводности исследуемой среды в зоне глубин Н,- Kg , т.е. улучшению разрешающей способности устройства.. Предлагаемое устройство может найти применение при поисках рудных месторождений полезных ископаемых, структурно-геологическом картировании, а также при решении инженерно-технических задач при эксплуатации гидромелиоративных систем, в частности, для оперативной локализации участков гидромагистрапей, имеющих участки воды. Использование устройства для геоэлектроразведки при поисках рудных месторождений полезных ископаемьк по сравнению с известным, например серийно-вьтускаемой аппаратурой - Цикл-2, позволит повысить производительность исследований в 3 - 4 раза за счет рационального распределения времени изучения электропроводимости разрезов в диапазоне заданных глубин. При этом существенно увеличивается качество и достоверность оценки элек тропроводимости геологических образований в заданном диапазоне глубин.