Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в геоэлектроразведке при выполнении съемок методом радиокомпорации и пеленгации (радиокип) для решения задач геологическог о картирования, поисков месторождений различных руд и т.д.

Цель изобретения - повьшение точности и информативности измерений.

На фиг.1 изображена общая структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - вариант выполнения измерителя сигналов при выполнении фазовых измерений; на фиг.З - то же, при выполнении амплитудных измерений; на

фиг.4 - подробная функциональная схема устройства для осуществления

способа при выполнении амплитудно- фазовых измерений; на фиг.З - диаграмма сигналов, поясняющих работу предлагаемого устройства.

Устройство для осуществления способа содержит (фиг.1) первый приемник электромагнитного поля, состоящи из канала 1 сигнала рабочей частоты, канала 2 сигнала высокой частоты, выход которого подключен к входу демодулятора 3, измеритель 4 сигналов, один вход которого подключен к выходу канала 1 сигнала рабочей частоты, а второй вход - соединен с выходом демодулятора 3, а также второй приемник 5 электромагнитного поля, вход которого соединен с входом модулятор радиопередатчика 6.

При проведении фазовых измерений измеритель 4 сигналов выполнен (фиг.2) в виде двух фильтров 7 и 8 нижних частот (ФНЧ), двух усилителей 9 и 10 низкой частоты (УНЧ), входы которых соединены с выходами фильтро 7 и 8 нижних частот, а выходы - с двумя входами фазометра 11.

При проведении имплитудных измерений измеритель 4 сигналов выполнен (фиг.З) в виде двух ФНЧ 12 и 13,, УНЧ 14, автоматического регулятора 15- усиления (АРУ), а также последовательно соединенных детектора 16,, ФНЧ 17 и регистратора 18, причем вькоды ФНЧ 12 и 13 подключены соответственна к входам УНЧ 14 и АРУ 15, вход управления УНЧ 14 с.оединен с вьпсодом АРУ 15, а выход УНЧ 14 подключен к входу детектора 16.

Устройство для амплитудно-фазовых измерений (фиг.4) содержит последовательно соединенные первую приемную антенну 19, усилитель 20 рабочей частоты (УРЧ) и смеситель 21, к второму входу которого подключен выход первого гетеродина 22, последовательно соединенные вторую приемную антенну 23, усилитель 24 высокой частоты (УВЧ) и смеситель 25, к второму входу которого подключен выход второго

гетеродина 26, избирательный усилитель 27 (ИУ), к двум входам которого подключены выходы смесителей 21 и 25, а к вьгкоду - входы ФНЧ 28 и фильтра 29 верхних частот (ФВЧ), детектор 30,

преобразователь 31, ФНЧ 32 и 33, выходы которых подключены к двум входам амплитудно-фазового измерителя 34 (АФИ), причем входы детектора 30 и преобразователя 31 подключены соответственно к выходам ФНЧ 28 и ФВЧ 29, а выходы - к входам ФНЧ 32 и 33, а вход детектора 30 и второй выход преобразователя 31 соединены с двумя другими входами АФИ 34.

Устройство содержит последовательно соединенные антенну 35, УРЧ 36, смеситель 37, усилитель 38 промежуточной частоты (УПЧ), детектор 39, фильтр 40 полосовой частотный (ФПЧ),

мо,йУлятор 41, усилитель 42 мощности (УМ) и передающую антенну 43, а также генератор 44 высокой частоты (ГВЧ) и гетеродин 45, причем выходы последнего и ГВЧ 44 подключены к вторым

входам соответственно смесителя 37 и модулятора 41.

На фиг.5 показана диаграмма сигнала 46 рабочей частоты, получаемого на выходе второго приемника 5 электромагнитного поля и демодулятора 3, диаграмма сигнала 47 рабочей частоты, получаемого на выходе канала 1 сигнала рабочей частоты, диаграмма сигнала 48, излучаемого в воздух радиопередатч1-гком 6, и последовательность импульсов 49, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между сигнешами 6 и 47, формируемых в фазометре 11 или АФИ 34.

50

Предлагаемый способ осуществляют

следующим Ьбразом.

В базисной точке, которую, исходя из анализа геологических данных, выбирают на участке нормального фона, S5 т.е. на участке со сравнительно однородным геологическим строением, располагают приемник электромагнитного поля рабочей частоты, с помощью ко

3

торого принимают сигнал рабочей частоты. При этом в зависимости от тог какую компоненту электромагнитного поля предусмотрено измерять в полевых точках, устанавливают в то или иное положение приемную аг генну в базисной точке. Например, если предусматривается регистрировать сумманую горизонтальную составляющую магнитного поля, то в базисной точке о приемной рамки устанавливают горизотально и поворачивают ее вокруг вертикали, добиваясь максимального выходного сигнала приемника электроманитного поля. Если же регистрируют составляющие магнитного поля по ося X и , то ось рамки в базисной точк ориентируют по этим направлениям (з ось X принимают направление профиля наблюдений).

Принятый сигнал рабочей частоты усиливают и модулируют им колебания более высокой частоты. Промодулиро- ванньш высокочастотный сигнал излучают в воздух с помощью установленного в базисной точке радиопередатчика .

В полевых точках с помощью одной приемной антенны принимают сигнал рабочей частоты (обычно ту же компоненту поля, которая принимается и в базисной точке), а с помощью другой приемной антенны - промодулирован- ,ный высокочастотньй сигнал, излучав- мьй радиопередатчиком в базисной точке. Оба этих сигнала усиливаются, высокочастотный сигнал демодулируют и из него выделяют сигнал рабочей частоты, соответствующий сигналу, приня тому в базисной точке..Демодулирован ный сигнал используют в качестве опорного: он позволяет автоматически регулировать усиление сигнала рабоче частоты, принятого в полевых точках (при амплитудных измерениях), или из мерять фазовый сдвиг регистрируемой компоненты электромагнитного поля.

Для того, чтобы опорньй сигнал не бьш искажен за счет влияния конечного значения проводимости участка земли между базисной и полевыми точками, высокую частоту, на которой излучается сигнал в базисной точке, следует выбирать в 20-30 раз и выше, чем частота рабочего сигнала. .

Излучаемый промодулированный по амплитуде синусоидальным напряжением сигнал записывается в виде

15

20

j ю

5

0

и А(1 где А + М cos sit) cos (О t,

(1)

амплитуда промодулированного высокочастотного колебания; Сд) - несущая частота; Я - модулирующая частота; М - коэффициент модуляции. Амплитудно-модулированный сигнал (1) содержит в своем спектре составляющие трех частот: Со;С04О исо-Й. Расчеты показывают, что условием неискажающей передачи модулирующего напряжения (с фазовым сдвигом, не превышающим сотых долей градуса) яв- ляется пренебрежимо малая разница в величинах указанных трех частот. Таким условием при работах в районах, удельное сопротивление которых составляет не. менее 200-100 Ом, являются

СО +Oi1 ,03 + 1,05w;

СО -n г 0,97 - 0,95w , (2)

откуда следует, что соотношение несущей (высокой) и модулирующей (рабочей) частот должно быть большим 20- 30. Если частота рабочего сигнала равна 15 кГц, то несущую целесообразно выбрать равной 450 кГц и выше. Если же рабочая частота равна 500 кГц, то несущая должна иметь частоту 15 мГц и выше.

5

0

5

0 5

Полученные предлагаемым способом результаты измерений интерпретируются обычньм способом: вьщеляются участки повьшенных и пониженных значений напряженности поля или фазовых углов, по характерным, точкйм графиков вьзде- ляют границы распространения тех или иных пород, а по абсолютным значениям аномальных эффектов оценивают удельное сопротивление этих пород, пользуясь теоретически рассчитанными графиками для моделей геоэлектрического разреза.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Первый приемник электромагнитного поля (фиг.1) размещают в первой полевой точке (или на борту самолета). Этот приемник двухканальный: он содержит канал 1 сигнала рабочей часто-- ты, канал сигнала высокой частоты 2 и демодулятор 3. В этой же точке располагают измеритель 4 сигналов. Каждый из каналов 1 и 2 представляет собой стандартный радиоприемник прямого усиления или в некоторых случаях супергетеродинного типа (без детекторов) .

На базисной точке постоянно устанавливают второй приемник 5 электро- магнитного поля и радиопередатчик 6, Приемник 5 также выполнен по стандартной схеме радиоприемника прямого усиления, он может содержать на выходе детектор и стрелочный прибор (для контроля амплитуды принимаемого сигнала) , но к модулятору радиопередатчика 6 подключен выход усилителя переменного напряжения (до детектора), так что на вход модулятора радиопере датчика 6 поступает усиленный сигнал рабочей частоты, принятый в базисной точке. Форма сигнала на выходе приемника 5 и канала 1 показана на диаграммах 46 и 47 (фиг.5),

Радиопередатчик 6 излучает в воздух амплитудно-модулированные колебания (диаграмма 48, фиг.5).

В полевых точках этот амплитудно- модулированный сигнал принимается ка налом 2 первого приемника электромагнитного поля, усиливается, демодули- руется с помощью демодулятора 3, на выходе которого получают тот же сигнал, который поступает на вход моду- лятора радиопередатчика 6 (диаграмма 46, фиг.5). Если каналы 1 и 2 выполнены по схеме приемника прямого усиления, то демодулятор 3 содержит детектор и ФНЧ, с помощью которого исключают из выпрямленного сигнала высокочастотную составляющую, а низкочастотную составляющую подают на второй вход измерителя 4 сигналов. Таким образом, на два входа измери- теля 4 поступают два сигнала (диаграммы 46 и 47, фиг.5).

Измеритель 4 сигналов выполняют по стандартной схеме. При выполнении фазовых измерений (фиг.2) он содержит на входе два одинаковых ФНЧ 7 и 8, которые используются для более полного подавления высокочастотных составляющих, два одинаковых УНЧ 9 и 10, с помощью которых амплитуда рабо чего и опорного сигналов доводится ;до уровня, достаточного для нормальной работы фазометра 11. В последнем выполненном по стандартной схеме, фомируется последовательность импульсо (диаграмма 49, фиг.5), причем длителность импульсов пропорциональна фазовому сдвигу между поступакищми на

вход, фазометра 11 сигналами и непосредственно измеряется последним.

При выполнении амплитудных измерений (фиг.З) измеритель содержит на входе два одинаковых ФНЧ 12 и 13, имеющих то же назначение, что и при фазовых измерениях, и один УНЧ 14, который является управляемым. Коэффициент усиления УНЧ 14 автоматически регулируется с помощью АРУ 15, на вход которого поступает опорный сигнал от ФНЧ 13. АРУ 15 также выполнен по стандартной схеме и позволяет исключить влияние вариаций измеряемого ДВ или СДВ-радиополя, так что на выходе УНЧ 14 сигнал по амплитуде не изменяется при -вариациях измеряемого сигнала в 2-3 раза и более.Усиленньй сигнал постоянной амплитуды выпрямляется детектором 16, постоянная составляющая отфильтровывается ФНЧ 17 и регистрируется с помощью регистратора 18 (содержащем, например, аналого-цифровой преобразователь и кассетный цифровой магнитофон на борту самолета).

При выполнении амплитудно-фазовых измерений (фиг.4) предлагаемое устройство работает следующим образом.

В полевых точках сигнал рабочей частоты принимается антенной 19, а модулированный сигнал высокой частоты - антенной 23. Эти сигналы усиливаются усилителями УРЯ 20 и УВЧ 24 и подаются на смесители 21 и 25,к вторьм входам которых подключены выходы гетеродинов 22 и 26. К выходам смесителей 21 и 25 подключены -два входа ИУ 27, имеющего гребенчатую форму передаточной характеристики. ИУ 27 из сигналов на выходах смесителей 21 и 25 выделяет составляющие первой промежуточной частоты. ИУ 27 используется для основного усиления измеряемых сигналов. С помощью двух фильтров - ФНЧ 28 и ФВЧ 29, сигналы первой промежуточной частоты отделяют друг от друга.

К выходу ФВЧ 29 подключен преобразователь 31, который выполняет две функции: он преобразует частоту опорного сигнала до значения промежуточной частоты рабочего сигнала, так что на два входа АФИ 34 с выхода ФНЧ 28 и второго выхода преобразователя 31 (с выхода полосового фильтра блока 31) поступают синусоидальные сиг20

25

71233076

налы одинаковой частоты для измерения фазового сдвига между ними, а также он служит детектором опорного сигна- fia, так что на два других входа АФИ 34 с выходов ФНЧ 32 и 33 поступают , постоянные напряжения рабочего и опорного сигналов для измерения амплитуды рабочего сигнала (опорный сигнал в данном случае используется для автоматической регулировки усиле- ю НИЛ рабочего сигнала с целью устранения влияния в,ариаций измеряемых сигналов) .

АФИ 34 выполнен по стандартной схеме, содержащей фазометр и изме- 15 ритель постоянных напряжений.

Если измеряемые сигналы имеют дос- таточно большую амплитуду, часть элементов из рассмотренной схемы можно исключить. Так, канал приема рабочего сигнала, как указывалось, может быть вьтолнен по схеме приемника прямого усиления. При этом можно исключить смеситель 21 и гетеродин 22, выполнить ИУ 27 двухканальным, оба канала которого настроены на рабочую частоту, а частоту настройки гетеродина 26 выбрать таким образом, чтобы промежуточная частота на выходе смесителя 25 также была равна рабочей . Тогда в качестве преобразователя 31 можно использовать детектор, такой же, как и детектор 30, а сигнал на вход фазометра АФИ 34 следует подавать не с второго выхода преобразователя 31, а с его входа. Таким образом, получают самую простую и надежную схему устройства, которое перемещают по полевым точкам.

В базисной точке сигнал рабочей частоты принимают антенной 35, усиливают УРЧ 36, преобразуют в сигнал более высокой частоты с помощью смесителя 37 и гетеродина 45. Сигнал проежуточной частоты с выхода- смеситея 37 выделяют и усиливают с помощью ПЧ 38, выпрямляют детектором 39 и одают выпрямленньш сигнал на ФПЧ 40, настроенньй на рабочую частоту. Синусоидальное напряжение рабочей астоты с выхода ФПЧ 40 поступает на одулятор 41. На второй вход модулятора 41 поступает высокочастотный игнал, вырабатываемый генератором 4. Промодулированный высокочастотный

30

35

то ве го кл те ФП пр кл ду

ва ба УР ют

Ф

то чт ра в (п щ и ния рен при тро тый выс кот сиг час сиг чей кой мен

40

45

50

55

вед тро .сос сиг сиг вых нит тем изм чик под эле емн при час лят

сигнал усиливается усилителем 42 мрщности и-излучается в воздух антенной 43. рителя сигналов.

20

25

, ю 15

30

5

Если рабочий сигнал в базисной точке имеет достаточно высокий уровень, из устройства, устанавливаемого в базисной точке, может быть ис- . ключен ряд блоков: смеситель 37, гетеродин 45, УПЧ 38, детектор 39 и ФПЧ 40. При этом получают приемник прямого усиления: выход УРЧ 36 подключают непосредственно к входу мо-- дулятора 41.

В тех случаях, когда ni- едусматри-. вается контроль амплитуды сигнала в базисной точке, к выходу ФПЧ 40 (или УРЧ 36 в упрощенной схеме) подключают детектор и стрелочный прибор.

Формула изобретения

1. Способ геоэл€ктроразведки методом радиокип, заключающийся в том, что сигналы электромагнитного поля рабочей частоты синхронно принимают в базисной (неподвижной) и полевых (передвижных) точках, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и информативности измерений, в базисной- и полевых точках принимают одноименные компоненты электромагнитного поля, передают принятый в базисной точке сигнал на более высокой частоте в полевые точки, в которых из этого высокочастотного сигнала вьщеляют составляющую рабочей частоты и измеряют относительно нее сигналы электромагнитного поля рабочей частоты, причем соотношение высокой и рабочей частот выбирают не меньшим 20-30.

2. Устройство для геоэлектроразведки, содержащее два приемника электромагнитного поля, каждый из которых .состоит из каналов приема и усиления сигналов рабочих частот, и измеритель сигналов, вход которого подключен к выходу первого приемника электромагнитного поля, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено радиопередатчиком, к входу модулятора которого подключен выход второго приемника электромагнитного поля, а первый приемник снабжен дополнительным каналом приема и усиления сигнала высокой частоты, выход которого через демодулятор соединен с вторым входом измеHepi ii nftitHM VHtKmpontnHurmnto поля

Изобретение относится к области технической физики и может быть применено в геозлектроразведке при выполнении съемок методом радиокип для решения задач геологического картиро.вания. Цель изобретения - повышение точности и информативности измерений. Сигналы электромагнитного поля рабочей частоты синхронно принимают в базисной (неподвижной) и полевых (перед-зижных) точках, причем в базисной и полевых точках принимают одноименные компоненты электромагнитного поля, передают принятый в юазисной точке сигнал на более высокой частоте в полевые точки, в которых из этого высокочастотного сигнала вьщеляют составляющую рабочей частоты и измеряют относительно нее сигналы электромагнитного поля рабочей частоты, причем соотношение высокой и рабочей частот выбирают не меньшим 20-30. Устройство, реализующее данный способ, содержит два приемника электромагнитного поля и соединенный с первым приемником измеритель сигналов, к входу второго приемника подключен радиопередатчик. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. сл CD

От Ьлока 1

CLH

От блока 2

.

11

Фиг.2

/

18

Фмг. J

6

tf7

4i

.

фиг. 5

Составитель И.Абрамова Редактор И.Дербак Техред О.Гортвай Корректор М.Максимчшинец

Заказ 2765/47 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