Способ геоэлектроразведки Советский патент 1987 года по МПК G01V3/10 

11

изобретение относится к элсктро- Р13зведке с применением переменного электромагнитного поля, в частности к способам регистрации составляющих вектора вторичного магнитного поля вихревых токов в проводящей среде, возбуждаемых первичным полем рамки с переменным током, и определения по ним строения и электрических свойств среды.

Целью изобретения является повьте ние достоверности геоэлектроразведки за счет измерения трех ортогональных составляющих вторичного поля.

На фиг,1 приведена схема взаимно- Г-о расположения рамок; на фиг.2 - 5 - векторные диаграммы; на фиг.6 - Пример реализации способа,

Антенная система состоит из генераторной рамки 1, первой - третьей Приемных рамок 2-4 и штатива 5.

Антенная система может быть повернута относительно среды в горизонтальной- плоскости (вокруг вертикальной оси штатива) и вокруг оси а-а . Между осью Генераторной рамки и дневной поверхностью имеется угол V5 изменяемый в процессе компенсации первичного поля и проведения измерений. Расстояние между генераторной р амкой 1 и третьей приемной рамкой А 0,2 м.

Поворот рамок относительно дневной поверхности на 90° обеспечивает изменение фазы вектора напряженности вторичного магнитного поля составляющей, перпендикулярной моменту генераторного диполя и лежащей в одной вертикальной плоскости с ним, на 180°, изменение амплитуды составляющей, совпадающей с направлением момента генераторного диполя, в два раза при условии, что в исходном состоянии угол ме жду генераторной рамкой дневной поверхностью равен 90 или 0°.

Поворот рамок относительно дневной поверхности на 180° обеспечивает изменение фазы горизонтальной составляющей, лежащей в плоскости генераторной рамки, на 180. При полной компенсации первичного поля в рамках изменение фазы вторичного поля на противоположную не влечет изменения напряжения на выходе приемника, а изменение амплитуды составляющей поля в определенное чигло раз вызывает из- .менение напряжения на выходе приемника в такое же число раз.

.3287772

Если первичное поле не скомпенсировано полностью, то напряжение на выходе приемника пропорционально сум

ме векторов напряженностеи первичного

и вторичного полей, и указанные соотношения между напряжениями на выходе приемника при повороте рамок не соблюдаются.. Это. дает нозможность, с равнивая сигналы на выходе приемника в исходном и повернутом положениях рамок, добиться путем подбора величины компенсирующего-сигнала в каждой из рамок полной компенсации первичного

поля независимо от величины вторичного поля. . Теоретическое обоснование пре дла- гаемого способа геоэлектроразведки заключается в следующем.

Составляющая вгорнчного магнитного поля, перпендикулярная моменту генераторного диполя и .пежащая в одной вертикальной с ним плоскости, равна

, . 7

(1)

Н, sin24 .

Горизонтальная составляющая вторичного поля, лежащая в плоскости генераторной рамки равна

Hj,M йгпЧ il (п,г)в6пЧп. (2)

Составляющая, совпадающая с направлением момента генераторного диполя, равна

1.

(3)

(1+з1п2Ч) ,

где М - момент ген°ераторного диполя;

- угол наклона диполя к дневной 0 поверхности;

d, - функция геометрических и электрических параметров среды; I, - функция Бесселя Первого рода; п - переменная: разделения; 5 г - расстояние от генераторного

диполя до точки приема. Как видно из выражения. (1), изменение угла V на 90° ведет к изменению знака функции З1п2 на противополож- 0 ный, а фазы составляющей И на 180°. Изменение угла Ч на 180 согласно вы-, ражению (2) влечет изменение знака функции sin на противоположный а . фаза составляющей Н на 180 « Соглас - 5 но в ыражению (3) и при условии, что S первоначально принят О, изменение его на 90 вызывает изменение 1функции .oT;0 до 1, что, в свою очередь, ведет к изменению Hj в два раза.

Реализация способа поясняется век- торньп и диаграммами напряжений, приложенных к входу приемника и пропорциональных напряженностям первичного и вторичного полей (фиг.2а,5,Ь , г,

где Ц

пер

- напряжение, пропорциональное напряженности первичного поля;

Ц

т

- напряжение пропорциональное напряженности вторичного поля; напряжение компенсации; U,

к pei - результирующее напряжение, представ- ляющее собрй сумму напряжений, действующих на входе приемника),

На фиг.3 д аны векторные диаграммы для случаев, когда изменение угла Ч на 90 или 180 приводит к изменению фазы, вторичного поля, а значит, и пропорционального ему напряжения U на 180. Если первичное поле скомпенсировано не полностью (фиг.2), т.е.

и Utf, регистрируемые на выходе

пер приемника результирующие напряжения в

исходном и повернутом состояниях рамок не равны Upj,. При полной компенсации первичного поля U результирующие напряжения равны между

ной рамок лежат в одной вертикальной плоскости и взаимно перпендикулярны, вторая приемная рамка располагается на расстоянии 1,5 м от генераторной рамки так, что ее ось совпадает с линией пересечения генераторной и первой приемной рамок, ось третьей приемной рамки совпадает с осью генераторной рамки. Кроме этого, изготавлиtO вают три блока амплитудно-фанзовой

компенсации (АФК) по одному на каждую приемную рамку. Через блок АФК часть сигнала с выхода генератор.а подается на вход приемника. Подключение выхо-,

15 дов блоков АФК осуществляется совместно с соответствующими приемными рамками.

Измерения проводят следующим образом.,

20 Антенную систему фиксируют на штативе так, что угол Y между осью генераторной рамки и дневной поверхностью 45 . К входу приемника подключают

собой и равны напряжению U

т

первую приемную рамку и первый блок 5 АФК. Подбором амплитуды и фазы компенсирующего сигнала добиваются минимальных показаний измерительного прибора приемника. Затем на вход прием- йика подключают вторую рамку и второй диаграммы для случая, когда изменениезо блок АФК и осуществляют аналогичные угла -т от О до 90 приводит к изменению вторичного поля и пропорциона- . .- пп

На фиг.4 и 5 приведены векторные

операции. После этого угол У изменяли на 90° и считьшают показания прибора приемника при подключенной первой рамке и первом блоке АФК. Измерз Ч на 180 относительно исходного его значения и подключив вторую рамку и второй блок АФК к входу приемника, считьшают показания прибора. Антенную систему поворачивального ему напряжения и. в два раза, При неполной компенсации первичного поля отношение результирующих напряжений при углах и не равно Двум (фиг.4). При полной компенса- ции (фиг.5) ,-2Uj.

Первичное поле в приемных рамках

зависит от момента генераторного ди- оют в исходное состояние, сравнивают,

поля расстояния между Генераторнойотсчеты в исходном и повернутом попо,и приемной рамками и их взаимногожениях антенной системы и изменяют

расположения и не зависит от положа-регулировки блоков АФК, чтобы полуния рамок относительно дневной повер-читб одинаковые показания прибора

хностн. В силу этого после проведе- приемника в исходном и повернутом пония компенсации первичного поля рамки могут занимать любо.е, необходимое для измерений, положение относительно дневной поверхности.

|ля практической реализации способа используют аппаратуру АЭММ-ЗС. Вместо входящих в .комплект аппаратуры передающей и приемной антенн изготавливают антенную систему, состоящую из жестко скрепленных меяду собой передающей И трех приемньгх рамок. Приемные рамки по отношению к передающей ориентированы следующим образом: оси генераторной и первой прием

ной рамок лежат в одной вертикальной плоскости и взаимно перпендикулярны, вторая приемная рамка располагается на расстоянии 1,5 м от генераторной рамки так, что ее ось совпадает с линией пересечения генераторной и первой приемной рамок, ось третьей приемной рамки совпадает с осью генераторной рамки. Кроме этого, изготавливают три блока амплитудно-фанзовой

компенсации (АФК) по одному на каждую приемную рамку. Через блок АФК часть сигнала с выхода генератор.а подается на вход приемника. Подключение выхо-,

дов блоков АФК осуществляется совместно с соответствующими приемными рамками.

Измерения проводят следующим образом.,

Антенную систему фиксируют на штативе так, что угол Y между осью генераторной рамки и дневной поверхностью 45 . К входу приемника подключают

первую приемную рамку и первый блок АФК. Подбором амплитуды и фазы компенсирующего сигнала добиваются минимальных показаний измерительного прибора приемника. Затем на вход прием- йика подключают вторую рамку и второй блок АФК и осуществляют аналогичные . .- пп

операции. После этого угол У изменяли на 90° и считьшают показания прибора приемника при подключенной первой рамке и первом блоке АФК. Изменйв yгoл Ч на 180 относительно исходного его значения и подключив вторую рамку и второй блок АФК к входу приемника, считьшают показания прибора. Антенную систему поворачива

ложениях. Повороты антенной системы, и подстройку блоков АФК первой и второй рамок проводят до достижения это-. го равенства.

Зафиксировав антенную систему в исходном положении так, что угол Ч 0 и подключив к входу приемника третий блок и третью приемную рамку, изменяют угол Ч на 90° и регулировкой С блока АФК добиваются увеличения показаний прибора приемника в два раза при изменении угла У на 90.

Результаты замеров приведены в таблице.

Практическое опробование способа проводят после выполнения компенсации Первичного поля путем профилирования установки иад неоднородностью в виде 20 металлической трубы диаметром около 0,5 м, находящейся на глубине 1,5 м, После обнаружения металлической трубы и определения направления ее оси, антенную сист1ему ориентируют так, что 25 линия а - в , соединяющая центры генераторной и второй приемной рамок, па- раллель на оси трубы, а ось генераторной рамки параллельна дневной поверхности (фиг.6).30

Расстояние t от .установки, до проекции оси трубы на дневчую поверхность 2 м, а высота расположения антенн иад поверхностью h 0,5 м. Изме35

40

ряют величины составляющих И, и Hj.. (соотйетственио 300 и 3 30 уел. ед.).

.Величина Н при указанной ориентации рамок и расположении установки Над однородной средой должна быть равна О согласно выражению (1), так как угол .

Однако в.рассматриваемом случае величина Н. не равна О, поскольку хроме вторичного поля среды осуществ™ ляет. е.ще и вторичное поле линейного j проводника (трубы). Измеренная величина И. равна только вторичному полю, создаваемому проводником. Величина Н.. представляет собой сумму составляющей HJ обусловленной вторичным по- д лём проводника и Н. , обусловленной вторичным полем среды, в которой находите; проводник. Для учета влияния среды величину Н измеряют на значительном удалении от трубы (более 20м), де ее влияние не сказьюается. Бели- ина Н составляет 30 усл. ед. . Глуоина залегания проводника h, округ которого существует э.пектромагнитное поле, независимо от способа его возникновения (поле вокруг проводника может существовать вследствие пропускания по нему тока от генератора или вследствие возбуждения полем . генераторной рамки), может быть определена из выражения

где

« . flHi

н:

W

расстояние от проекции проводника на дневную поверх™ ность до точки измерение ;

Н, - горизонтальная составляющая поля, в данном случае Hj}

Hg - вертикальная составляю В;ая поля, в данном случае Н, .

С учетом изложенного выражение для определения глубины проводника приводят к виду

- N 5)

и по HeNiy определяют глубину залегания трубы ,1,5м.

Таким образом, измерение трех составляющих по предлагаемому способу позволяет обнаружить вытянутый проводящий ,объект, определить направление его главной оси и глубину залегания.

Формула изобре.тен и я

Способ геоэлектроразведкй, заклю- чающийся в измерении составляющих вторичного магнитного поля с исполь- зованием жестко связанных между собой генераторной и приемных рамок распо-. ложенньпс на поверхности изучаемой среды так, что плоскость генераторной рамки составляет угол с дневной поверхностью, и определенш строения и электрических свойств среды путем сопоставления характера распределения

71

и абсолютных значений измеренных и заданных .амплитуд составляю1аих вторичного магнитного поля, о т л и - чающий, с я тем, что, с целью повышения достоверности геоэлектроразведки за счет измерения трех орто гональных составляющих .вторичного по ля, предварительно производят компен .сацию первичного поля в приемной рам ке, для чего угол между плоскостью генератор ной рамки и дневной поверхностью изменяют на 90, производят амплитудно-фазовую компенсацию таким образом, чтобы сигнйл на выходе приемной рамки в исходном и повернутом положениях оставался неизменным, и измерйют составляющую вторичного поля, перпендикулярную моменту генераторной рамки и лежащую в одной вертикальной плоскости с ним, дополнительно измеряют горизонтальную сос- тавля ющую вторичного, поля, лежащую в плоскости генераторной рамки, пред287778

варнтельно произведя компенсацию первичного поля в соответствуклцей приемной рамке путем изменения угла между плоскостью генераторной рамки и дневной поверхностью на 180° и производит амплитудно-фазовую компенсацию таким

образом, чтобы сигнал на выходе приемной рамки в исходном и повернутом

положении оставался неизменньм, а

также измеряют составляющую, которая совпадает, с моментом генераторной рамки, предварительно произведя ком- пейсацию первичного поля в соответ- 5 ствующей рамке путем изменения угла между плоскостью генераторной рамки и дневной поверхностью от О до 90 или наоборот и производят амплитудно- фазовую компенсацию таким образом, чтобы сигнал на выходе приемника изменялся в два раза, а о строении и электрических свойствах среды судят по величинам трех составляющих вторичного магнитного поля.

20

Изобретение относится к электроразведке с применением электромагнитного поля. Целью изобретения является повьппение достоверности геоэлектроразведки за счет изменения трех ортогональных составляющих вторичного поля. Для реализации данной цели в способе герэлектроразведки с использованием жестко связанных между собой генераторной и приемных рамок применяют следующую технологию измерения: производят компенсацию первичного поля в приемной рамке, для чего угол , между полостью генераторной рамки и дневной поверхностью изменяют на 90, добиваясь с помощью компенсаторов неизменного сигнала на выходе приемника в ИСХОДНОМ и повернутом состояниях, и измеряют составляющую вторичного поля; аналогично измеряют составляющую вторичного поля, перпендикулярную моменту генераторной рамки и лежащую в Одной вертикальной плоскости с ним; при этом угол изменяют на 180°, аналогично измеряют составляющую вторичного поля, совпадающую с моментом генераторной рамки, изменяя угол от О до 90°, при этом компенсация сигнала на выходе приемника изменяется таким образом, чтобы в одном из положений он был в два раза больше, чем в другом. 6 ил., 1 табл. сл с sj

Jm

Фиг. г

ФигЗ

Ifnep

UH

/

/

,1 I

t/./,,

VQ

Фиг. 6

Редактор О.Головач

Составитель Е.Поляков

Техред М.Ходанич Корректор.Л.Пилипенко

Заказ 3486/49 Тираж 730 Подписное ВНШШИ 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