Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геоэлек- троразведке, в частности к методам сопротивлений, и может быть.использовано в полевой, скважинкой и шахтной геофизике, при проведении инженерно-строительных работ и палеонтологических раскопок, а также в шахтной электроразведке различного типа нарушений (разрывных, генетических, эрозионных и др.) угольных пластов в интервале между горными выработками при столбовых системах разработки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей геоэлектроразведки и поывшение производительности работ.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого способа геоэлектроразведки; на фиг,2 диаграммы величин и фаз токов для примера реализации способа (математическое моделирование); на фиг.З - графики приведенного потенциала нормального поля для диаграмм величин и фаз токов, приведенных на фиг.2; на фиг.4 - блок-схема предлагаемого устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

На обнажении пород в горной выработке, обычно в угольном пласте, заземляют систему из центрального 1 и бокового концентрирующего 2 и питающих 3 электродов, отнесенных от центрального на расстояние L, которое принимают равным расстоянию между параллельными выработками. Общий питаю1ций электрод 4 заземляют в бесконечности на растоянии не тменее 5 L от ближайшего к нему бокового электрода. На боковые электроды 2 и 3 подают переменный ток, причем фазы токов электродов 2 и 3 .-совпадают с фазой тока центрального электрода 1. Сумму модулей величин питающих токЬв, стекающих с электродов 1-3,принимают заданной величине

II, Uii,h-IVl 2 i-,|;. (1) ии Иг 4i 3 5

.11; (2)

где I - величина тока, .зависящая от переходного сопротивления заземления питающего электрода, определяемого удельным сопротивлением среды и конструкцией заземления.

При данном фиксированном положении питающих электродов измерение параметров электрического поля (например, потенциала) в исследуемой. зоне проводят в другой горной выработке 5, параллельной первой в пределах участка протяженностью ± L от

проекции центрального электрода на измерительный профиль (на фиг.1, участок аЪ).

Суммарный потенциал поля на измерительном профиле а t в точке 5

при отсутствии объекта разведки в интервале между выработками определяется-,,. P(. Ь N- -Р у i 4. Ч, Ч- г,. -4 . г;. If;-, (3)

где r;j -л(х-. - Xif+(yj - у. ) расстояние от i-ro положения питающего электрода (1 1,2,3) до точки 5; Х;У|; - координаты i-r.o источника (для электрода 1- X, О), V, 0; для электрода 2--Хг - L, Y2 0; для электрода 3-X, L; у, О);

х:у; - координаты j-й точки изме- рения потенциала; 1 - величины токов (со знаком фазы);

р - удельное электрическое сопротивление среды, определяемое по результатам параметрических измере-

НИИ.

Результаты расчетов по формуле (3) изображают в виде графика потенциала вдоль измерительного профиля. Из измеренных значений потенциада вычисляют вычисленные значения и получают график остаточных аномалий, по которому судят о наличии объектов разведки с аномальными физическими свойствами в- интервале между горными выработками.

Затем, задаваясь законом изменения величины и фазь токов питаюащх электродов 1-3, дискретно меняя величину и фазу приращений токов, сканируют исследуемую зону силовыми линиями электрического поля. При этом сумму модулей питающих токов сохраняют постоянной и равной I.

Ва фиг.2 изображены диаграммы 6-16 величин и фаз токов, питаюшлх электроды 1-3, а на фиг.З - соответствующие им графики приведенного

ДР ,

) потенциала электрического поля.

... Для каждой диаграммывеличин и фаз токов по формуле (3)вычисляют значения потенциала, покоторым строят

3

графики нормального поля, вычитая которые .из графиков измеренных значений потенциала в пределах участка аb получают графики остаточных аномалий.

Завершив полный цикл ия ерений, электроды 1-3 перемещают в новое положение, например, электрод 2 переносят в току 1, электрод 1 - в точку 3, а электрод 3 пер еносят на расстояние L от точки 3, -получают новое положение системы питающих электродов (с перекрытием L первой системы) и повторяют измерения потенциала с той же закономерностью изменения величин и фаз питающих токов,

Для осуществления способа используют низкочастотную электроразведочную станцию, содержащую генератор и приемнйк-микровольтметр, .

Генератор (фиг.4) состоит из автономного источника 17 питания, содержащего батарею аккумуляторов, соединенного с преобразователем 18 напряжения постоянного тока в переменный низкой стабилизированной частоты, выходного повышающего трансформатора 19, регуляторов 20-22 то- .ка, фазоинверторов 23-25, измерителей

При включении генератора постоянное напряжение акку гуляторной батареи 17 преобразуется преобразователем 18 в переменное П-.образное за- 5 данной частоты и амплитуды и подает ся через регуляторы 20-22 тока и фазоинверторы 23-25 в выходные цепи 31-34, 32-ЗЛ и 33-34. Задавая знак фазы и амплитуду тока 1, регулятором О 2Q тока в цепи центрального электрода 1, регуляторами 24 и 25 тока в цепях концентрирующих электродов 2 и 3 устанавливают дискретно согласно заданному закону токи 12 и 1л равны15

20

ми или отличными по амплитуде, как от тока, питающего .центральный элект род 1, так и между собой, с фазами, совпадающими или противоположными фазе в цепи центрального электрода

Суммарное значение тока (Ij + + (Ijl + 11з| const устанавливают по показаниям измерителя 29 тока в общей цепи reiicpaTOpa - клемме 34, подключенной к электроду 4. При этом фазы на выходах 31-33 устанавливают с помощью фазоинверторов 23-25 одинаковыми .

При исследовании нарушенности массива -в интервале между горныьт

26-29 тока, измерителя 30 напряжения, 30 выработками (фиг.1) заземляют питаювыходных клемм 31-34 и переключателя 35 выходных клемм. Регуляторы 20-22 выходного тока предназначены для установления в выходной цепи трансформатора 19.заданных значений тока. Фазоинверторы 23-25, подключенные каждый к своей вторичной обмотке трансформатора 19, служат для изменения фазы тока в выходных цепях к

щие электроды 1-4 в стенке горной выработки (находящейся внутри исследуемого массива), проводами присоединяют указанные электроды соот- 35 ветственно к клеммам 31-34 генератора. В совокупности электроды 1-3 образуют питающий профиль (на фиг.1 с питающим профилем совмещена ось X прямоугольной системы координат).

электродам 1-3 (клеммы 31-33) относи-40 Измерительный профиль яЬ располагают

тельно фазы тока в цепи центрального электрода 1 (клемма 31). Фазоинверто,- ры 24 и 25 позволяют установить величину фазы, сдвинутую на 180 относительно фазы, устанавливаемой фа- зоинвертором 23. Измерители 26-29 тока предназначены для определения величины тока в(выходных цепях, соответственно: измерителей 26-28 тока к питающим электродам 1-3, и изме- рителя 29 - в цепи электрода 4, отнесенного в бесконечность. Показания измерителя 29 тока равны алгебраической сумме токов, питающих электроды I-3 .

Выходные клеммы 31-34 служат для подключения выходных цепей генератора к питающим электродам 1-4.

,330684

При включении генератора постоянное напряжение акку гуляторной батареи 17 преобразуется преобразователем 18 в переменное П-.образное за- 5 данной частоты и амплитуды и подается через регуляторы 20-22 тока и фазоинверторы 23-25 в выходные цепи 31-34, 32-ЗЛ и 33-34. Задавая знак фазы и амплитуду тока 1, регулятором О 2Q тока в цепи центрального электрода 1, регуляторами 24 и 25 тока в цепях концентрирующих электродов 2 и 3 устанавливают дискретно согласно заданному закону токи 12 и 1л равны

ми или отличными по амплитуде, как от тока, питающего .центральный электрод 1, так и между собой, с фазами, совпадающими или противоположными фазе в цепи центрального электрода .

Суммарное значение тока (Ij + + (Ijl + 11з| const устанавливают по показаниям измерителя 29 тока в общей цепи reiicpaTOpa - клемме 34, подключенной к электроду 4. При этом фазы на выходах 31-33 устанавливают с помощью фазоинверторов 23-25 одинаковыми .

При исследовании нарушенности массива -в интервале между горныьт

выработками (фиг.1) заземляют питающие электроды 1-4 в стенке горной выработки (находящейся внутри исследуемого массива), проводами присоединяют указанные электроды соот- ветственно к клеммам 31-34 генератора. В совокупности электроды 1-3 образуют питающий профиль (на фиг.1 с питающим профилем совмещена ось X прямоугольной системы координат).

в другой выработке (начало координат совмещают с точкой заземления центрального электрода 1),

Включением генератора в цепи питающих электродов 1-4 создают электрическое поле в массиве горных пород. Фазоинверторами 23-25 устанавливают одинаковые фазы тока и регуляторами 20-22 тока - одинаковые вели- чины питающих токов в цепях 31-34, 32-34, 33-34, в сумме равные заданной величине I. Величину I определяют следующим способом: устанавлива ют регуляторы 21 и 22 тока на нуль, тогда электрическое поле в массиве создается, только электродами I и 4. Подключают измеритель 30 напряжения ключом 35 и измеряют величину напряжения в цепи электродов 1 и 4. Затем регулируя питающий ток регулятором 20, устанавливают его максимальную величину, соответствующую максимальной величине питающего напряжения, и по показаниям измерителей тока (I) и напряжения (U) определяют сопротивление заземления

R, f (А)

и через него удельное электрическое сопротивление среды.

Устанавливают величину тока в цепи центрального электрода 1 равной I, 1/3 I, а затем эту же величину в цепи боковых концентрирующих электродов 2 и 3. Измеритель 29 тока должен при этом дать показание, равное

1

3

этого производят измерения потенциала на отдельных точках измерительного профиля. Затем, устанавливая заданные значения фаз и величин тока, сканируют силовыми линиями электрического поля, производя дальнейшие измерения, аналогично описанному,

О наличии объекта разведки и его положении в интервале между профилями судят по расхождениям измеренных и рассчитанных значений потенциала или разности потенциалов.

Формула изобретения

1. Способ геоэлектрораэведки, заключающийся в сканировании исследуI, + Ij + 1, 3 .I I. После

емой зоны массива силовыми линиями электрического поля центрального питающего электрода при изменении

5 пространственной ориентации силовых линий поля путем изменения соотношения токов боковых питающих электродов , симметрично расположенных относительно центрального электрода, и

0 определения характеристик исследуемого массива по результатам измерений в нем параметров электрического поля, отличающийся, тем, что, с целью расщирения функциональ5 ных возможностей и повышения производительности, в процессе сканирования одновременно изменяют фазу и величину ток а на центральном и боковых электродах, при этом сохраняют пос0 тоянство суммы модулей питающих токов.

2. Устройство, для геоэлектроразведки , содержащее автономный источник питания, преобразователь пос5 тоянного тока в переменный низкой частоты и повьшгающий трансформатор, отличающееся тем, что вторичные обмотки повышающего трансформатора через регуляторы тока под0 ключены к фазоинверторам, один из

выходов которых через измеритель тока соединен с выходными клеммами, подключенными к питающим электродам, а другие выходы - к общей точке,

5 которая через измеритель тока соединена с выходной клеммой, подключенной к электроду, отнесенному в бесконечность.

10

Ол

.,,.0.5 J Л- 7 .-/./25 s

л 75 «

%2.J

/

IS

Изобретение относится к геоэлектроразведке, в частности к методам сопротивлений, и может быть использовано в полевой, сквалсинной и шахтной геофизике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей геоэлектроразведки и повышение производительности работ. На обнажении пород в горной выработке заземляют систему из центрального и бокового концентрирующего и питающих электродов, отнесенных от центрального электрода на расстояние, кото- . рое принимают равным расстоянию между параллельными выработками, Обпцгй питающиГ электрод заземляют в бес- , конечности. На боковые электроды подают переменный ток, причем фазы токов электродов совпадают с фазой тока центрального электрода. При данном фиксированном положении lпiтaю- щих электродов параметры электрического .тока (потенциала) в исследуемой зоне измеряют в другой горной выработке, параллельной пер- вой., в пределах участка от проекции центральпого электрода на измерительный профиль. 1 з.п, ф-лы, 4 ил. ( (Л d to со с;о о О5 00