Способ геоэлектроразведки Советский патент 1985 года по МПК G01V3/02 

1 1 Изобретение относится к геозифике и может быть использовано при проведении поисковых, изыскательских и картировочных геологических и инженерно-геологических работ преимущест веяно в районах с низкоомными геоэлектрическими разрезами и при глубинных электрозондированиях. Целью изобретения является повыше ние точности определения удельного электрического сопротивления горных пород. На фиг.1 изЪбражено расположение электродов симметричной электроразведочной установки по-линии наблюдения в начале подбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии; для этог случая вспомогательная внешняя -АВ заземлена на своих концах электродами А всп и всп 9 внутренняя линия представлена электродами М( и N, . На этой же фигуре в скобках указаноположение электродов оптимальной внутренней линии MN (электроды М ОТ1Т от ) и электродо .максимальной внешней линии (электроды АМОЦ-С и соответствующее случаю, когда при измерении разности электрических потенциалов с всп иМН, будет получено, что На фиг.2 изображено положение электродов электроразведочной установки при подборе оптимальной величи ны внутренней линии и максимальной величины внешней линии для случая, когда при первом замере разности электрических потенциалов с А8 д,. и получено uUpp bU дд„„ . На фиг.З изображено расположение электродов электроразведочной установки при подборе оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии для случая, когда при первом измерении с А8 HMNij ftg получено ьИпр и/дин На фиг.4 изображено расположение электродов электроразведочной установки при осуществлении серии измере НИИ -разности электрических потенциалов в процессе проведения электричес кого зондирования. На фиг.З изображены практически полученные кривые электрозондирования в одной и той же точке способом вер тикального электрического зондирования и предложенным способом. 2 Способ геоэлектроразведки осуществляют следующим образом. На основании заданной максимальной глубины исследования ( h ,,дд ), с учетом ожидаемого геоэлектрического разреза, задаются величиной максималь ного действующего расстояния зондирования ( 7 ) . Далее непосредственно на объекте .исследования разворачивают электроразведочную аппаратуру и приступают к выбору максималь- ной величины внешней линии (Аб;,) и оптимальной величины внутренней линии MU о„т) Для ускорения процесса определения этих величин первоначально проводят измерения с вспомогательной внешней линией (A6e(.f, ), равной удвоенной величине заданного максимального действующего расстояния зондирования ( зад ), т.е. ABacn 2f3aA , и внутренней линией МИ(| , равной 1/3 части внешней линии А6 ц, , при максимальном токе в питающей линии. Для производства измерений -устанавливают по линии наблюдения симметрично относительно центра установки О вспомогательную внешнюю линию АВ ц. , концы которой заземляют в точках Всп Bctt (фиг.1, 2 и 3). По этой же линии также симметрично относительно центра установки О устанавливают внутреннюю линию ,, , концы которой заземляют в точках Mt и N( (фиг. 1, 2 и 3).Одну из линий, например, принимают за питающую, с ее помощью возбуждают электрическое поле на объекте исследования, для чего в этой линии пропускают максимально возможный электрический ток, величина которого обусловлена мощностью генераторной группы аппаратуры, электрическим разрезом и условиями заземления, силу тока в питающей линии измеряют, и осуществляют измерение предельной разности электрических потенциалов (д И по в другой приемной линии,например во внутренней. В результате этого измерения может быть получено три случая, которые приводят к трем различным вариантам выбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии. Первый вариант (фиг.1) соответствует тому случаю, когда измеренная разность электрических потенциалов йИкр будет равна минимальной разности- электрических потенциалов & (1 H 31 .которую может измерять применяемая -аппаратура с заданной точностью,т.е этом случае определение максимальной величины внешней линии (Л6ма,) и оптимальной величи ны внутренней линии ( М« опт ) считают оконченным и принимают А8 макс есп ав МО„, ММ, / ЛВмак На фиг.1 это показано как совпадение заземлений А цеп всп внешней линии вС.Г с заземлениями . «oiicc макс внешней линии А В д, с , и заземлений М( и N, внутренней линии М с заземлениями Ми внутренней линии (дg Таким образом, в этом случае считают что исходные размеры внутренней лини ( N gnf ) и внешней линии (АВ;,,) для проведения серии измерений электрозондирования заявленным способом определены. В этом случае максимальное практическое действующее расстоя ние зондирования ( г макс.пр будет равно Fj, „р 0,9г,ал . т.е. полученная глубина исследования будет меньше заданной глубины исследования на 6%, что является допустимым при проведения электрозондирования. Второй вариант выбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии соответствует тому случаю, когда измерен ная разность электрических потенциалов дИпр ;при А8 врп .MN,,,(g иОиакс T.e.i(j;,, окажется бЬльше A.U | Процесс выбора оптимальной величины внутренней линии этого варианта (фиг.2) состоит в том, что размер внутренней линии последовательно уменьшают (это соответствует заземлениям М, , N,,М N Мз, N , М4 , М S г z N9 ) и при каждом значении М4, MS внутренней линии при Ло и j мошс производят измерение предельной разности электрических потенциалов лИцр .д. При таком последовательном уменьшении внутренней линии ( MNj ) измеряемая предельная разность электрических потенциалов будет уменьшат ся и лри каком-то положении станет меньше 41ли равной lU ц,и(, . На фиг.2 стрелкой показано направление расста новки электродов М и N при последовательном уменьшении внутренней линии MN , а положение электродов Wj , Mij соответствует тому случаю, когда AUppj uf MMH В этом случае надо несколько увеличить внутреннюю линию для,достижения при измерении р венст 72 ва U О по а (J мин Это направление увеличений размера внутреннер линии (фиг.2) показано.стрелками 2, а положение электродов 5 соотпетствует случаю, когда iUyn Л L/ уцн , т.е. отвечает условию выбора оптимальной величины внутренней линии. После получения в процессе подбора равенства u(Jnp л 1/ yjjH подбор оптимальной величины внутренней линии ( М апг и максимальной величины внешней линии ( АВ глан считают оконченным. В этом варианте принимают А8, АВ, макс- всп -2. зад,а заММ(3(,т принимают то значение MN; , .при котором было получено равенство лУрр uU мнй (на фиг.2 оптимальному значению внутренней линии соответствует положение электродов MS и N5) . Б этом варианте для найденных такс опт максимальное практическое действующее расстояние зондирования будет находиться в интервале i aAi /H(, , т.е. в этом варианте практически полученная глубина исследовалтя будет меньше заданной глубишзт исследования не более, чем на 6%. I Третий вариант выбора оптимальной величины внутренней линии и максимальной величины внешней линии соответствует тому случаю, когда измеренная разность электрических потенциалов uUnp при АВ всп ММ,/,д и мollfc окажется меньше А il , т.е. AUnp- uU, . в этом варианте определяют с внешней линией , заемленной на концах электродами А всц sen (фиг.З), вспомогательную величину внутренней линии MN gjjj (фиг.З) путем последовательного увеличения размеров внутренней линии (на фиг.З это соответствует зазекпениям W-, , Я . Wi г бСП всп ) и проведения с каждой внутренней линией измерения предельной разности электрических потенциалов в приемной линии при J тающей линии. Это увеличение внутренней линии ведут до тех пор, пока не получает при измерениях равенство ,l np-4Uj v,4 Велшгина внутренней линии, при которой будет соблюдено это усовие, принимается за вспомогательную внутреннюю линию ( «М а... ). На фиг.З всп показана заземленной на концах электродами М . и М После этого вычисляют максимальную величину внешней линии по формуле: / акс-АВ,„.рф.З%аР% где d - отношение MN g(-f, / АВ g;;,, ;, I отношение г,ад /f всп . з.г&с равно: N :и вычисляют ле всп вое приближенное значение оптимальной величины вргутренней линии по формуле мм , « Р ММйс„ Однако формулы, по которым в этом варианте рассчитываются , и ЛЛМо„ ,, являются .точными только в том случае если при переходе сАВц HMNg, к АВ макс и W Н опт нб происходит изменение кажущегося удельного электрического сопротивления при его определен с этими линиями. В большинстве практ ческих- случаев при таком переходе произойдет изменение кажущегося удел -ного электрического сопротивления, в этом случае формулы для вычисления iwovKc опт являются приближенными Поэтому величину М N j,, уточняют пу тем проведения измерений, для чего величину внешней линии делают равной мокс (из. фиг.З она представлена электродами А макс и В „дкс ) а внут реннюю линию берут равной ММ , (на фиг.З она представлена заземленными электродами М , и N| ), и производят измерения предельной разности электрических потенциалов при максимапьном токе О макс питающей линии. Если при этом измерении будет получе но uU.np , то заА8д, MN|3.j принимают вычисленные значения В этом случае имеют рр ад, , т.е. практически полученная глубина исследования точно равна заданной гл бине исследования. Если окажется, что i {Jinp й-U мин , то не меняя величины . jnpoизводят последовательное уменьшение линии MN и измерение предельной разности электрических потен1щалов, эти измерения ведут до тех пор, пока при каком-то значении М N не получают равенство ft U пр uU это значение внутренней линии принимают за MWoDr 5 за А В берут вычисленно значение. В этом случае имеет .п эад практически полученная глубина исследования будет больше заданной глубины исследования (на фиг.З этот случай не показан). Если же окажется, что и I-) спр мин то не меняя величины А6 махе производят последовательное увеличение внутренней, линии (на фиг.З это показано положением электродов М,, , , М, , Nj , М , Nj и стрелкой 1) -и поиск того значения внутренней линии, при котором будет в пропессе измерения получено равенство uU по iJ цт На фиг.З процессы этого поиска отражены стрелками 1 и 2, а положение электродов М и N соответствует оптимальной величине внутренней линии, дополнительно это отражено обозначением этих электродов как Мдпт NonT . В этом случае имеют по , S поэтому необходимо убедиться, что соблюдается неравенство г ,atc ОР 0,94F эад , для чего вычисляют значения г ,,oiKr пр по формуле: f waKc onr где заЛб „д, и MdKc пр2 принимаются вычисленное значение BMQKC найденное значениеMNg. Если бу.g детполучено, чтог,о,юпр 0,9428 :; эдд то подбор А8 ОРТ- счита-. ют оконченным. Если же будет получено f макс пр 0 0428гадд то принимают найденные значения Д 8 иММопг за вспомогательные, т.е. за ASg, и MNgcn и повторяют подбор величин мате Итерационный поиск этих величин ведут до тех пор, пока не получат выполнение условия: макспр 0,94 г После /выбора оптимальной величины внутренней линии ( ММопт ) и максимальной величины внешней линии С 6макс) производят серию измерений самого электрозондирования, для че-., го определяют все размеры внешней линии, при которых будет прюизводиться электрозо щирование. Эти размеры по каким-пибо сообралсениям, например удобства при проведении работ или по другой причине, могут быть заранее заданы. В этом случае при элек.трозондировании можно использовать -только такие размеры внешней линии. которые равны или меньше ДВ макс I минимальный размер внешней линии мин ) должен быть такой величины чтобы соблюдалось условие 1/3 Лймии мин Тогда для каждого используемого разноса, в том числе и для маы вычисляют действующее расстояние зондирования по формуле: . - АВ--MM p. ..J . 2 где ABj :-j -Й разнос внешней линии ; j - соответствующее ABj действующее расстояние зондирования при внутренней линии М N, Если принять А 8 Ч ABi -а все последующие уменьшающиеся размеры внешней линии нумеровать в возрастающем порядке: А 8j« А EL ., .А В j , то получим Г fJ4i . Если размеры внешней линии для электроэондирования не заданы, то могут быть заданы (или необходимо задать) все действукщие расстояния зондирования с учетом того, что он должны быть меньше действующего ра стояния зондирования, соответствую щего А В макс и ЛМопт Например, де ствующие расстояния зондирования м гут быть вычислены по формуле: Г,%, Tj - ( ,2,3,... и т.д.) где J4, 5 j -е действующее рас стояние зондирования и следу ющее за ним5 2 - знаменатель геометрической прогрессии размеров действу ющих расстояний зондирования, выбираемый исходя из желаемой детальности расположения точек на бланке эле трозондирования. Если принять А6, и соответствунщее ему , то геометрическая прогрессия значений г; ,у дет убывающей, и если взять, например, 2 0,8, то легко рассчитать все остальные значения действую1цего расстояния зондирования. Действительно, в этом случае имеют ftC.c-WNo , Г макс и т.д. где г действующее расстояние зо щирования, соответствующее А 6 и MN , и т.д. - действующие расстояния зондирования, соответствующие последователь но уменьшающимся внешним линиям АВл , АВ3 т.д. при ММ опт. Далее для каждого заданного действу ющего расстояния зондирования определяют величину внешней шинии (Bj) по формуле: -lU ,-4rJ. С каждым шагом определения величины внешней линии ее значения будут по вехшчине приближаться к оптимальной величине внутренней линии. Количество внешних линий берут таким, чтобы отношение оптимальной величины внутренней линии к минимальной внешней линии (А8(иии) лежало в интервале 1/3-1, т.е. 1/3 MNon-r /АЬмин Ь или 1/ЗАВд,„,сМН получакнциеся точки значений кажущегося удельного электрического сопротивления равномерно или по определенному закону распределялись на билогарифмическом бланке электрозондирования. Отношение MNg / ит является наибольшим отношением внутренней линии к внешней в предложенном способе электроразведки, так как числитель дроби М N опт есть значение постоянное при проведении электрозондирования, а знаменатель А8 /цкн есть наименьшая .величина внешней линии.Таким обра- зом,наибольшее отношение внутренней лиНИИ к внешней лежит в интервале l/3-rl . Серию измерений электрозондирова- ния осуществляют с выбранной оптимальной внутренней линией и с определенными размерами внешних линий. Для этого после определения всех размеров внешних линий сразу все внешние линии устанавливают по линии наблюдения симметрично центра установки О путем устройства заземлений на концах этих линий (на фиг.4 они обозначены парами электродов А( и 3 , А и Вд и т.д. до Д ддин и 8 пин подсоединяются к электроразведочной аппаратуре, ранее к которой уже была присоединена оптимальная внутренняя линия (на фиг.4 она обозначена электродами М о(, и N опт ) . В этом случае измерения ведут с использованием постоянной оптимальной внутренней линии или одновременно на всех внешних линиях при использовании многоканальной электрораэведочной аппаратуры, или при использовании одноканальной аппаратуры производят последовательное присоединение внешних линий к аппаратуре в процессе электрозондироания, чем достигают изменение растояния между точками заземления внешней линии от значений до значений А В мин или наоборот. При использовании одноканальной электроразведочной аппаратуры можно не устанавливать все внешние линии сразу, а только одну. В этом случае электрозондирование ведут используя постоянную оптимальную внутреннюю ли нию, начиная с меньшей линии или с .большей, а после проведения измерени на ней последовательно переходят на большую (пеньшую) ближайшую по 1величине внешнюю линию, чем также дости1гают изменения расстояния между точ ками заземления внешней линии. Электрические измерения производят следующим образом. При использовании в качестве регистратора многоканальной измерител ной аппаратуры, внутреннюю линию Мопт (точки заземления Мопт и NQ на фиг.4) делают питающей и присоединяют ее электроды к генератору, а элек троды всех пар внешних линий (А, и В, , Д, И Б, , АЗ и 8 ... А Вц,д на фиг.4) присоединяют в цепь измерения разности электрических потендиалов. Затем через внутреннюю (MNonf) питающую линию пропускают . электрический ток 3 масс У тока измеряют и измеряют одновременно во никающую разность электрических потенциалов между парами электродов всех размеров внешних линий ( А, и В, , Aj и Вз , А и БЗ ... АМИК и 8 мин фиг.4). Таким образом, сери измерений проводят при постоянной величине внутренней линии и при пер менных размерах внешней линии. При использовании одноканальной измерительной аппаратуры, например аппаратуры АЭ-72, измерения проводя на одном из размеров внешней линии оптимальной внутренней линии. При этом за питающую линию может быть взята любая линия, внутренняя или внешняя, а за приемную линию беретс другая линия. С помощью заземленной питающей линии, например внешней, в земле возбуждают электрическое по ле, при этом измеряют силу электрического тока в питающей линии и из меряют разность электрических потен циалов на электродах другой линии, например внутренней, причем проводя .серию таких измерений при разных размерах внешней линии и постоянной величине внутренней линии MNgm- . Серию измерений обычно начинают с минимального или максимального размера внешней линии и проводят с последовательным ее увеличением (уменьшением). В процессе измерения разности электрических потенциалов следят, чтобы соблюдалось условие, что измеренная разность электрических потенциалов на j -м разносе, () была равна или больше iUnAHN j Если в ходе измерения на каком-то разносе будет получено ь Uj U миц 5 то увеличивают силу тока, возбуждающего электрическое поле, вплоть до значения 3 макс котором проводился подбор А6 /цдкс и М N опт , это обеспечит выполнение условия uLI; U и мин По измеренной величине силы тока в питающей линии и разности электрических потенциалов в приемной -линии для каждого размера внешней линии вычисляют кажущееся удельное электрическое сопротивление (/з.) по формуле: iU; - где iU; - измеренная разность электрических потенциалов в приемной линии; , k - коэффициент электроразве- дочной установки; j - сила тока в питающей ли. НИИ; и - кажущееся удельное электрическое сопротивление. Данные электрозондирования представляют в виде графика, который строят в двойном логарифмическом масштабе, по одной оси откладывают кажущиеся удельные электрические сопротивления (р), а по другой соответствующие им действующие расстояния зондирования (:), а не полуразнос внешней линии Аб/2, как это делается в методе вертикального электрического зондирования (фиг.5). Благодаря такой последовательности измерений без изменения величины внутренней линии, т.е. при измерении с оптимальной внешней линией, при электрозондировании получают информацию о строении и параметрах геоэлектрического разреза с разных глубин: при максимальном размере внешней линии (электроды А/MfltKc , И В|цдк(. на фиг. 4) с максимальной глубины,I а при минимальном размере внешней линии А В длим (электроды на фиг.4) с. минималь ной глубины, при промежуточных размерах внешней линии (электроды Д и 8 , А,и 8 и другие на фиг.4) с промежуточных глубин; при этом область -осреднения определения глубины уменьшается от значения AS/ycij.;для наибольшей глубины до значения Л1N (jj, для наименьшей глубины, а сам геоэлектрический разрез оказывается равномерно (или по определен ному закону) освещенным по глубине, так как последовательность размеров внешней линии в серии измерений выбирается из условия равномерного (или по определенному закону), с нужной степеньюдетальности,изменени действующего расстояния зондирования При проведении электрозондирован по какому-либо участку или профилю во многих случаях нет необходимости на каждой точке электрозондирования подбирать /IБ д,д HMNanv. - Более целесообразно выбрать Д6 ;,,-;j, иМН(,д один раз для -всего участка и все электрозондирования проводить с одинаковыми и , для этого подбор надо провести в той части участка (профиля), где при А В/(дщ, ожидаются наименьшие значения кажущегося удельного электрического сопротивления. Если такие участки не известны, то подбор АВ,,, и МКдтможно провести при менее жестких ус ловиях, например при дИпр 5ьО мин Однако во всех случаях при пройзводстве электрозондирования надо следить, чтобы в серии измерений выполнялось условие, что измеренная разность электрических потенциалов uUj была бы больше или равна минимальной разности электрических по- тенциапов, которую может измерять применяема;, аппаратура с заданной точностью при уровне помех, существующих на объекте исследования, т.е дЦ uU д,(ик . В тех точках, где это условие не выполняется, увеличивают силу тока, возбу кдагогдего электрическое поле. Если даже при максимально возможной силе этого тока (З-макс. это условие не выполняется то в этих точках .необходимо проводить подбор и WMonr Проводились опытные электроэрндирования, результаты которых показали, что кривые электрозондирований, полученные предложенным способом и способом вертикального электрического зогщироваиия, являются полностью идентичным. На фиг.5 изображены кривая вертикального электрическо1 о зондирования и кривая электрозо1здирования с оптимальной внутренней линией, полученные на одной и той же точке электрозондированяя, при выполнении разносов по одной и той же линии. Вертикальное электрическое зондирование выполнено при двух значениях внутренней линии М М 0,4 м, MN 4,0 м, при этом перекрыв антще измерения были проведены при значениях действующего расстояния зо щирования Pj j равных 6,6 и 8,0м. Точки кривой вертикального электрического зондирования обозначены кр гжкаьш i, при значениях 7; 6,6 и 8,0 м эта кривая имеет разрыв и сдвиг. г . Электрозо1щирование предложенным способом (способом электрозондкрования с оптимальной внутренней линией) выполнено при 4,0 м и Д8.|цо(; 136 м. Кривая этого способа (фиг.5) обозначена крестиками 2, Сравнение кривых обоих способов электрического зондироаанкя показывает, что их правые части полностью совпадают, а левая часть кривой 1 (способа вертикального электрического зондирования) сдвинута в сторону меньших значений р (каж. щегося удельного электрического сопротивления) после разрыва кривой. Кривая 2 не имеет разрыва л, как видно, в левой своей части повторяет все изломы кривой 1, и лежит Bbmie на величину сдвига. Таким образом, можно констатировать, что после приведения левой части кривой 1 к правой ее части, она займет то же тположение, что и кривая 2 (в преелах точности измерения), т.е. разаботанный способ по результатам из ерения кажущегося удельного электриеского сопротивления полностью дентичен способу вертикального элекрического зонд1фования, и для интерретации его кривых зондирования ожно полностью использовать все риемы и способы, применяемые при

интерпретации кривых способа вертикального электрического зондирования .

Использование предложенного способа по сравнению с известными позволяет повысить точность определения кажущегося удельного электрического сопротивления за счет того, что

при всех измерениях разности электри ческих потенциалов в приемной линии эта разность электрических потенциалов всегда больше, чем минимальная разность электрических потенциалов, которую может измерять применяемая аппаратура с заданной точностью при уровне помех, существующем на объекте исследования.

AHUHfA,)

Аначс г Aj Мопт

SHUH ffonrlBit flj BZ

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ путем возбуждения электрического поля при помощи заземления питакщей линии и проведения серии измерений: разностей электрических потенциалов при .помощи приемной линии для различных расстояний между парными точками заземления одной из линий, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности определения удельного электрического сопротивления горных пород в высокопроводящих разрезах, размеры оптимальной измерительной линии при постоянной длине вспомогательной питающей линии АВ g устанавливают в результате серии из. мерений разности электрических потен1(алов при последовательном увеличении или уменьшении расстояния между : измерительными электродами внутренней линии от размеров /з) добиваясь минимально возможного в пределах погрешно.сти измерений устойчивого значения разности потенциалов, размеры максимальной линии А В устанавливают из соотношения рлГм% Jp, А6 АВ всп ДЛСЯКС где j - отношение длин вспомогательных внутренней к внешней линии; Р отношение заданного максимального Действующего расстояния зондирования зад действующего расстояния зондирования соответствующему вспомога(Л тельным внутренней и внешней линиям, найденные величины длин оптимальной с внутренней и максимальной внешней линий принимают за промежуточные, если полученное максимальное действующее расстояние зондирования не ..„.(,.Hf). удовлетворяет условию г, САд 00 X г определяют оптимальные раззал меры измерительной линии из соотношеxj ния MN Р MN gju и итеррационно вторяют операции определения длин оптимальной внутренней и максимальной внешней линий до тех пор, пока не .будут выполнены вьш1еуказанные соотно шения для AAN g и А8

РкЮмм WOOD