Способ геоэлектроразведки Советский патент 1986 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к низкочастотной индуктивной геоэлектроразведке и может быть использовано для оп- ределения постоянной времени локальных проводящих объектов, создающих знакопеременные аномалии вторичного поля.

Цель изобретения - повьшение точности определения постоянной времени локальных проводящих объектов, соз- дающих знакопеременные аномалии, и производительности работ.

На фиг.1 приведены моделирования на физической модели в виде наклонного прямоугольника; на фиг.2 - ре- зультаты измерений на модели пласта с заданной постоянной времени.

При возбуждении поля незаземлен- ной петлей для определения постоянной времени локальных проводящих объ ектов измеряют амплитуду и фазу суммарного поля на некоторой раЗоЧей (оптимальной) частоте, выявляют ано

Значения постоянной времени опремалию измеряемых параметров поля, а

затем проводят многочастотньш измере- 25 Деляют по частотным характеристикам

кия в центре аномальных зон. К оп-

U ,f А или h Ср

Дпя пояснения физических предпосылок способа рассмотрим результаты моделирования, выполненного с квадратной незаземпенной петлей при длине стороны петли 2 50 см и с моделями пластов из дюралюминия и свин ца (фиг.1 и 2).

тимальной относят ту частоту f, на которой аномалия над искомыми объектами имеет наибольшую величину.

По данным многочастотных измерений строят частотные характеристики наблюдаемых величин, по которым определяют параметр с

объек

( Q

тов, где |Ug - магнитная постоянная; d - удельная электропроводность; Q - геометрический размер объекта, выражаемый в квадратных метрах.

jUodg Постоянную времени t-

локального проводящего объекта определяют по выражению

/V 1

-

Параметры od и С определяют по час тотным характеристикам фазы суммарного поля, измеряемым на каждом пункте профиля на всем частотном диапазоне aппapaтypы Для этой цели на частот

В использованном диапазоне частот форма аномалии фазового параметра (utf) не зависит от частоты для верти кально залегающих пластов ( ),

ной характеристике ойределяют частоту so так же как и тел с изомерным сече- экстремума фазы (fg) и вычисляют ис- цилиндр), и мало зависит комые величины по формулам

2

f

06 2и

t

(О

от частоты для пологозалегающих плас TQB ( 9 ; 30°), где б - угол наклона пласта.

При измерении магнитньрс полей можно измерить различные параметры,, в том числе и амплитудный параметр 4 А в двухчастотном поле:

(2)

Vi,

и

™«i.

няя и верхняя рабочие частоты; мнимые части суммарного магнитного поля на частотах f и f j, . На низких частотах мнимая часть суммарного поля пропорциональна сдвигу фазы суммарного поля относительно тока возбудителя, поэтому формула (1) эквивалентна следующему выражению :

А i-fi, .

(3)

где

.А Ц - фазовый параметр в двухчастотном поле; Cff и ср, - фазовые углы на соответ ствующих частотах. Величину ЬСр измеряют современными техническими средствами.

Значения постоянной времени опрееляют по частотным характеристикам

U ,f А или h Ср

Дпя пояснения физических предпосылок способа рассмотрим результаты моделирования, выполненного с квадратной незаземпенной петлей при длине стороны петли 2 50 см и с моделями пластов из дюралюминия и свин-- ца (фиг.1 и 2).

Размеры пластов по простиранию (Dnp) и (D „(,д) изменяют от 26 до 0,168 , а мощности (т) - о 0,168 до 0,004Р . Измерения фазового параметра Д(р вертикальной компоненты магнитного поля в двухчастотном поле вьл- полнены с аппаратурой, имеющей цену деления счетчика фазового параметра 0,01 , при изменении нижней рабочей частоты в диапазоне 2,4-156 Гц. Погрешность измерений составляет 0,05 .

В результате моделирования установлено следующее.

В использованном диапазоне частот форма аномалии фазового параметра (utf) не зависит от частоты для вертикально залегающих пластов ( ),

так же как и тел с изомерным сече- цилиндр), и мало зависит

so так же как и тел с изомерным сече- цилиндр), и мало зависит

от частоты для пологозалегающих TQB ( 9 ; 30°), где б - угол наклона пласта.

55 Для пластов с перечисленными условиями залегания оптимальные частоты, на. которых наблюдается наибольшая аномалия (йср), связаны с проводамостью и раэмераьш тел следующими соотношениями:

OB 0,9 Uff6m 2r;(4)

(5

,- ™™-,

удельная электропроводность

пластов; минимальный из размеров

Dnp и Впад;

7 0,38. В этом пункте на оптимал ной частоте, равной 78.Гц, 4Ц 0, а на частоте 4,8 Гц величина дер им 5 ет максимальное положительное значение ,22, Если принять, чт fg 4,8, то полученное по формуле (1) значение постоянной времени Г 42 мс будет только в два раза от 10 личаться от истинного.

Точное значение величин f можно получить, используя результа

Y измерений в интервале -0,

(символы 6 и относятся соответственно к вертикальному и горизонтапь- ному пластам).

Наиболее представительными для «, « -чо г,

л 5 -0,32. Здесь график Qi/ на частоте

штастов являются величины г, и Vp- ,

: поскольку в формулу (5) входят значения m и d. .

Для пластов с углами падения больше 30 и меньше 90 оптимальная час9,7 Гц идет ниже графиков фазового параметра на всех других частотах, указывая на то, что частотные харак теристики имеют экстремум именно на 20 частоте 9,7 Гц. Используя эту особенность, получаем значение 20,6 мс, совпадающие с истинным с вполне допустимой погрешностью. В Y

9,7 Гц идет ниже графиков фазового параметра на всех других частотах, указывая на то, что частотные характеристики имеют экстремум именно на 20 частоте 9,7 Гц. Используя эту особенность, получаем значение 20,6 мс, совпадающие с истинным с вполне допустимой погрешностью. В Y

тота f (J, определенная в центре аномальной зоны, принимает промежуточные значения между fj, и f и не может быть использована для оценки постоянной времени t . Правильное опре-., интервале -0,8 Т -0,32 величи- деление частоты возможно по данньш . 8 „з„е„„ет- . измерений на флангах аномалии по из- з,5 ш до 0,5 ш. Кроме это- ложенному способу. указаншш интервал располагается

На фиг.1 показаны зависимости параметра U (| от пунктов наблюдения над пластами с разной проводимостью и разными условиями залегания. Приведенные зависимости оцифрованы значением частоты (Гц)., на которой они получены. Размеры пластов одинаковы

(DnaA ° ™ 0.16О. 35 Результаты измерений (фиг.1я) отмежду пунктом с наибольшим отрица- 30 тельным значением аномального поля

Y

на частоте 4,8 Гц (7- - -0,25) и

У пунктами, где аномальное поле прибУчлижается к нулю (- -0,90).

Частотные характеристики фазового

У

У

носятся к пласту из дюралюминия с ве- параметра в промежутке от -г 0,25

личиной Тр 20 мс (значение tp определено при горизонтальном залегании пласта). Наибольшая величина аномалии

Y фиксируется при j -0,8 на частоте

f, Гц, qi - абцисса. Если для определения постоянной времени i исдо I

-0,90 изменяются следующим образом. В пунктах с координатами от

Y Y

7 0,25 до -7 -0,29 экстремум

находится на частоте 19 Гц; при

LfC-fJit iaififl lll- - л jyninv jri f .xA jr -1f. f,.

, ,., 7 -0,30 экстремум частотной харакпользовать формулу (1), то полученное 5 f,

зцачение этой величины будет в 4-8 раз меньше истинного значения Ср . Аналогичная картина наблюдается над ппастом из свинца (фиг.16), для

которого 5 мс, а величина f нес-50 в зависимости от расположения пункта колько больше 156 Гц. Более достовер- наблюдения и составляет 9,7 Гц. При

теристики занимает положение между

Y частотами 19 и 9,7 Гц; при -г -30

частота экстремума Д( не изменяется

ные величины о. получают, если используют результаты измерений в области положительных экстремумов кривых (f , где значение- фазового пара- метра на оптимальной частоте переходит через нуль. Эта область (фиг.1) включает пункт с координатой

7 0,38. В этом пункте на оптимальной частоте, равной 78.Гц, 4Ц 0, а на частоте 4,8 Гц величина дер име- 5 ет максимальное положительное значение ,22, Если принять, что fg 4,8, то полученное по формуле (1) значение постоянной времени Г 42 мс будет только в два раза от- 10 личаться от истинного.

Точное значение величин f г можно получить, используя результаты

Y измерений в интервале -0,

«, « -чо г,

9,7 Гц идет ниже графиков фазового параметра на всех других частотах, указывая на то, что частотные характеристики имеют экстремум именно на частоте 9,7 Гц. Используя эту особенность, получаем значение 20,6 мс, совпадающие с истинным с вполне допустимой погрешностью. В Y

интервале -0,8 Т -0,32 величи- . 8 „з„е„„ет- з,5 ш до 0,5 ш. Кроме это- указаншш интервал располагается

между пунктом с наибольшим отрица- тельным значением аномального поля

Y

на частоте 4,8 Гц (7- - -0,25) и

У пунктами, где аномальное поле прибУчлижается к нулю (- -0,90).

Частотные характеристики фазового

У

аметра в промежутке от -г 0,25

до I

-0,90 изменяются следующим обв зависимости от расположения пункта наблюдения и составляет 9,7 Гц. При

теристики занимает положение между

Y частотами 19 и 9,7 Гц; при -г -30

частота экстремума Д( не изменяется

использовании этой частоты можно получить значение постоянной времени, близкое к истинной ее величине.

Аналогичные особенности в изменении фазового параметра наблюдаются и над моделью из свинца (фиг.б), В связи с меньшей проводимостью пласта

оптимальная астота для этой мод{гли близка к 156 Гц. Переход лq; через нуль на этой частоте происходит в

Y

пункте с координатой Y 0,21, а максимальное положительное значение ucf в этом пункте наблюдается на частоте 39 Гц и составляет 1,2. Частота экстремумов частотных характеристик9 обеспечивающая правильное определение значения Ср 5 мс, может быть найдена по положению восходящих ветY

ней графиков й( в интервале -0,

-0,4 (fg 39 Гц). В этом интервале величина oqJ на частоте 39 Гц изменяется от 0,3 аCf. На модели из свинца, так же как и модели из ;:иоралюминия, начиная с некоторого пункта н,аблюдений (в данном случае

Y при - -0,36), частота экстремума

10

Щ (39 Гц) не зависит от расположения пункта наблюдения, а ее использование дает правильное значение пос тоянной времени.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что наиболее информативными являются частотные характеристики ЛСр полученные не в центре аномальной зоны, а на ее фланге, на участке профиля, где зна- чени} фазового параметра изменяются от 0,3&Ц . Интервал профиля с

1233072 .6

чей частоте, значения которой в каждом районе известны по опыту предшествующих работ.

Определяют пункт на профиле, где 5 фазовый параметр на нижней рабочей частоте переходит через нуль, и в этом пункте (принимаем его за исходный) осуществляют многочастотные измерения фазового параметра.

По частотной характеристике, имеющей, как правило, колоколообразную форму, определяют частоту f наибольшего положительного значения аномального поля фазового параметра.

На частоте выполняют измерения фазового параметра последовательно в пунктах профиля, начиная от ис- ходного пунктй до пункта с наибольшим отрицательным значением аномального поля фазового параметра.

Переместившись в том же направлении до следующего пункта, проводят в нем многочастотные измерения и определяют частоту экстремума f пара- 25 метра йСр т.е. частоту, при которой значения фазового параметра максимальны по величине в данном пункте.

Осуществляют операции, аналогичные предыдущей операции на следующих пунктах профиля и определяют час15

20

30

тоты экстремумов

3

.. .

П-1

до тех пор. пока достигнут равенства f , f и

По формуле (1) определяют постоянинформативными частотными характерис- ную времени локального проводящего

тиками фазового параметра располагается между пунктом с наибольшим отрицательным значением аномального поля и пунктами, где аномальное поле приближается к нулю. Характерным признаком информативных частотных характеристик является независимость частоты экстремума от расположения пункта наблюдения.

При измерениях по предлагаемому способу осуществляется следующая последовательность операций.

На участке работ, где обнаружена аномалия повышенной электропроводимости, раскладьтается незаземленная петля, питаемая двухчастотным током, так, чтобы аномальная зона располагалась в центре петли.

По профилю, проходящему через середину аномальной зоны, осуществляются измерения фазового параметра в двухчастотном поле с помощью автономной рамки и фазометра на нижней рабообъекта

с

2

TfF

40

45

50

55

II -ft

В качестве примера конкретного полнения способа рассмотрим резуль таты измерений на модели пласта с вестной величиной постоянной време Cj. 20 мс. Рабочая нижняя частот для этого пласта находится в преде лах 39-78 Гц. На фиг.2а приведена висимость значений фазового параме ра в двухчастотном поле от пунктов наблюдения, полученная в поле незаземленной петли на частоте 39 Гц, из которой следует что величина фазового параметра ра на нулю в пункте с координатой Y I

исходный,, проведены многочастотные измерения ипо частотной характери тике (фиг.26, кривая 1) определена частота f 4,8 Гц, на которой на блюдается наиболее положительное

0,28. В этом пункте, принятом

тоты экстремумов

3

.. .

П-1

до тех пор. пока достигнут равенства f , f и

По формуле (1) определяют постоянную времени локального проводящего

объекта

с

2

TfF

II -ft

В качестве примера конкретного выполнения способа рассмотрим результаты измерений на модели пласта с из- вестной величиной постоянной времени Cj. 20 мс. Рабочая нижняя частота для этого пласта находится в пределах 39-78 Гц. На фиг.2а приведена зависимость значений фазового параметра в двухчастотном поле от пунктов наблюдения, полученная в поле незаземленной петли на частоте 39 Гц, из которой следует,, что величина фазового параметра равна нулю в пункте с координатой Y I

исходный,, проведены многочастотные измерения ипо частотной характеристике (фиг.26, кривая 1) определена частота f 4,8 Гц, на которой наблюдается наиболее положительное

0,28. В этом пункте, принятом за

значение аномального поля Д( 0 ,95° На частоте 4,8 Гц .последовательно выполнены измерения в пунктах профиля, начиная от исходного пункта

Y (j 0,28) до пунктов с координатами

Y

js , равными -0,083 и -0,7. Они показали, что наибольшее отрицательно значение аномального поля на частот

Y 4,8 Гц наблюдается при -г 0,083

(bCf -1,8 ), Начиная с пункта, имеюYщего координату -7 -0,17, и далее

Y в пунктах с координатами j 0,25;

-0,33 и -0,42 выполнены повторные многочастотные измерения (фиг,26, кривые 2-5 соответственно), УстаYновлено, что при j 0,17 частота

экстремума находится в промежутке между частотами 19 и 39 Гц, т.е. f i 29 Гц (кривая 2). В последующих пунктах (кривые 3-5) частоты экстиемумов не изменяются, так что f f f| 9,7 Гц. Значение этой частоты использованр для опре- деления постоянной времени

21 мс.

Ошибка в определении истинного значения с составляет 5%.

Реализация способа может быть осуществлена с помогцью известных технических средств.

Рассмотрим частотнзто характеристику Cf , измеренную по известному способу (фиг.26, кривая 6). Эта характеристика получена в центре аномальной зоны, выявленной на нижней рабочей частоте в пункте с координаY

той - 0,04. Как видно и-з приведенных данных, экстремум частотной характеристики наблюдается на частоте

f- 39 Гц. Величина постоянной времени Т 5 мс, что в четыре раза меньше его истинной величины.

Таким образом, предлагаемый спо- 5 соб существенно повьшгает точность определения постоянной времени, используемой при оценке размеров и проводимости рудных залежей, создающих знакопеременные аномалии 4Cf . 10

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, основанный на возбуждении переменного маг15 нитного поля незаземпенной петлей, измерении фазового параметра в двух- частотном поле в пунктах по профилю на нижней частоте, вьщелении аномальных его значений по профилю и по20 следующих измерениях фазового параметра на заданных частотах в пзгнктах с аномальными значениями фазового параметра на нижней рабочей частоте, отличающийся тем, что,

5 с целью повышения точности определения постоянной времени локальных проводящих объектов и производительности труда, измерения фазового параметра на заданных частотах проводят

0 в исходном пункте, в котором значение фазового параметра на нижней частоте равно нулю, определяют частоту наибольшего положительного значения ано мального поля, после чего на этой частоте выполняют измерения фазового параметра последовательно в пунктах профиля, начиная от исходного пункта, до пункта с наибольшим отрицательным значением аномального поля, затем проводят повторные измерения на заданных частотах в последующих пунктах профиля в том же. направле- - НИИ до тех пор, пока частота экстремума фазового параметра не переста- нет зависеть от расположения пункта 5 наблюдения, и по значению этой частоты определяют постоянную времени локального объекта.

5

uf 0.-1

0,8

-0,

-1,2-1

Ч

V

.

-Qfy

a

/1-а,з2г

Изобретение относится к области низкочастотной индуктивной геоэлектроразведки и может быть использовано для определения постоянной времени локальных проводящих объектов, создаю1 (их знакопеременные аномалии вторичного поля. Цель изобретения - повышение точности определения постоянной времени локальных проводящих объектов, создающих знакопеременные аномалии, и повышение производительности работ. Способ основан на возбуждении переменного магнитного поля незаземленной петлей, измерении фазового параметра в двухчастотном поле JB пунктах по профилю на нижней частоте, выделении аномальных его значений по профилю и последующих измерениях фазового параметра на заданных частотах в пунктах с аномаль- ными значениями фазового параметра на нижней рабочей частоте. Измерения фазового параметра на заданных частотах проводят в исходном пункте, в котором значение фазового параметра на нижней частоте равно нулю, определяют частоту наибольшего, положительного значения аномального поля, после чего на этой частоте выполняют измерения фазового параметра последовательно в пунктах профиля, начиная от исходного пункта до пункта с наибольшим отрицательным значением аномального поля, затем проводят повторные измерения на заданных частотах в последующих пунктах профиля в том же направлении до тех пор, пока частота экстремума фазового параметра не перестанет зависеть от расположения пункта наблюдения, и по значению этой частоты определяют постоянную времени локального объекта. 2 ил. (Л ю со со о Ю

i

/JV

I -o,e

-0.4

3

KS

W,

-V

. я ;/ /

- / / VVs/ /

V г

7« /

/

N /

- /56

tjji

. 7.-

,

/Ч/

.;

fjr/i««w

xgti tai)

/ -err;

SigfffH

Редактор И.Дербак

Составитель Л.Воскобойников Техред О.Гортвай Корректор М.Самборская

Заказ 3786 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная, 4