Способ геоэлектроразведки Советский патент 1991 года по МПК G01V3/10 

1

(21)4769256/25 (22)19.12.89 (46)30.11.91. Бюл. №44

(71)Иркутский политехнический институт

(72)Г.С. Вахромеев, Н.О.Кожевников. С.П. Никифоров и И.В. Никитин

(53)550.837(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР N;1453352, кл. G 01 V 3/10,1987.

Руководство по применению метода переходных процессов в рудной геофизике / Под ред. В.Ф. Каменецкого. Л.: Недра, 1976, с. 6-8.

(54)СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

(57)Изобретение относится к способам импульсной индуктивной электроразведки и может быть использовано при изучении верхней части разреза (ВНР) для целей инженерно-геологических изысканий, при поисках электропроводящих геологических тел, а также для зондирования горизонтально слоистых сред. Цель изобретения - повышение разрешающей способности за счет детального расчленения по электропроводности верхней части исследуемого геологического разреза. Эта цель достигается тем, что возбуждают электромагнитное поле в земле им пул ьсом т ока, пропускаемым от источника токз, включенного в первый разрыв незаземленного генераторного контура измеряют затухающие колебания тока на шунте, включенном во второй разрыв -ене- раторного контура симметрично первому, и по форме этих колебаний судят об электропроводности ВЧР 1 ил.

сл

с

Изобретение относится к способам импульсной индуктивной электроразведки и может быть использовано при изучении верхней части разреза (ВЧР) для целей инженерно-геологических изысканий, при поисках электропроводящих геологических тел, а также для зондирования горизонтально слоистых сред.

Цель изобретения - повышение разрушающей способности за счет детального расчленения по электропроводности верхней части исследуемого геологического разреза.

На чертеже изображена схема установки для осуществления предложенного способа геоэлектроразведки.

Установка содержит незаземленный генераторный контур 1, источник 2 тока, шунт 3, к которому подключен .измерительный

прибор 4 (осциллограф), причем источник 2 тока включен в первый разрыз генераторного контура между точками 5 и 6, а шунт включен во йторой разрыв этого контура между точками 7 и 8

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Генеоаторный контур 1 раскладывают на дневной поверхности изучаемого массива горных пород В первый разрыв генераторного контура 1 между точками 5 и 6 включают источник 2 тока с коммутатором на выходе, позволяющим отключать источник 2 от контура 1 через выбранный оператором интервал времени. Во второй разрыв генераторного контура 1, который выполняют симметрично первому, между точками 7 и 8 включают шунт 3 с измерительным прибором 4 После отключения источника 2 от

О

о сл ю

Ьь

00

контура 1 pet истрируют с помощью измерительного прибора 4 затухающие колебания тока Ни шунте 3 по форме которых судят об электропроводимости ВЧР. Для установления связи параметров затухающих колебаний тока и ВЧР проведен анализ процессов, происходящих в генераторном контуре 1 после отключения источника 2 тока.

В литературе по электроразведке принято аппроксимировать петлю (генератор- ный контур 1) эквивалентной схемой параллельного колебательного контура с сосредоточенными индуктивностью L, емкостью С и активным сопротивлением R, В зависимости от соотношения между R, L и С переходная характеристика эквивалентной схемы петли ммеег вид колебательного либо апериодического процесса. В колебательном режиме собственная частота f0 определяется по формуле

fo 1/(27rvLTc )

Подобная аппроксимация справедлива при выполнении неравенства

«А,

(D

где а - характерный размер петли (длина стороны, радиус),

Я - длина волны с частотой f0.

В действительности провод петли в совокупности с подстилающей его проводящей землей представляет собой систему с распределенными параметрами. Эту систему с большой степенью приближения можно аппроксимировать двухпроводной длинной линией, вдоль которой распространяются волны тока I и напряжения U и напряжение связаны соотношением

U 7 -г -ZB

(2)

где ZB волновое сопротивление линии, которое в общем случае является комплексной величиной.

После коммутации тока провод петли оказывается разомкнутым и сопротивление между точками 5, 6 равно бесконечности. В точках 5 и 6 возникают отраженные волны, суперпозиция которых проявляется в виде стоячих волн тока. В рассматриваемом случае система петля - ВЧР образует типичный резонатор с распределенными параметрами. На основной резонансной частоте fo a точках 5 и 6 должны наблюдаться узлы тока, в точках 7, 8 - его пучность (подтверждено экспериментально) Поэтому для регистрации колебаний тока в петле необходимо использовать шунт 3, включенный в разрыв провода генераторного контура 1 между точками 7 и 8.

Причиной колебаний тока в петле, называемым звоном, является возникновение стоячих волн в системе провод петли - верхняя часть разреза (ВЧР). Легко показать, что основная частота колебаний fo (1 /Т) определяется по формуле:

fo 1/(2 тггк

(3)

где L - погонная индуктивность провода,

Гн/км;

С - погонная емкость, Ф/км; гк - радиус петли, км. Для проводов ГПМП и ГПСМП ,4- Ф/км, if 2,6 Гн/км.

Провод сам по себе обладает активным

сопротивлением R 2ягк R (R - погонное сопротивление провода), Кроме того, вследствие влияния проводимости подстилающих петлю пород активное сопротивление последней возрастает на величину A R , Поэтому суммарное активное сопротивление петли составляет R + AR , а затухание тока с основной частотой f0 описывается выражением

I (t) (cos Wot +

35

+

),

(4)

где (00 2 ж f о ; г -

R+AR L 2 л гк L - полная индуктивность петли;

10 - амплитуда импульса тока.

Из формулы (4) видно, что параметр т, определяющий скорость экспоненциального затухания высокочастотного звона, завмсит от A R, а следовательно, и от удельного сопротивления р проводящего полупространства.

Связь между параметрами гир определяет звон, как источник полезной

информации об удельной проводимости пород. Причем вследствие того, что период колебаний высокочастотных колебаний Т0 удовлетворяет условию

Т° In,

где tmin - минимально-возможное время регистрации переходных процессов, параметр t содержит информацию о верхней части paspesa. R традиционных модификациях нестационарной индуктивной электроразведки получение этой информации невозможно. Глубина исследования разреза с помощью звона сравнима с мощностью скин-слоя (глубиной проникновения (5):

д 12р/Шо 10

(5)

где fi0 магнитная проницаемость,

В низкочастотной части спектра, т.е. при

гк/а (о,з -1) (6)

AR определяется выражением

AR ((djUaa)o}3/2

)

Из выражения (7) вытекает, что в низкочастотной части спектра AR зависит от удельного сопротивления полупространства ().

Для петли с радиусом .Гк 100мто «б 10 Гц. При таких г и f0 условие (6) означает, что звон петли с гк 100 м информативен в интервале удельных сопротивлений 103 Ом м р оо . При использовании петли с г 10 м и f0 5 104 Гц звон информативен в интервале удельных сопротивлений 10 Ом -м р оо.

В дальней (волновой) зоне, т.е. в высокочастотной области спектра, определяемой исходя из условия

( Гк/б ) ( 1 - 3 ) ,

(8)

Д R не зависит от удельного сопротивления полупространства и определяется выражением

AR (4/7r) -(оъ/ло гк). (9)

С учетом формулы (3) выражение (9) преобразуем к виду

AR 4/Uo/(jrYL C). (10)

Расчеты по формуле (10) показывают, что в волновой зоне AR не зависит ни от размеров петли, ни от удельного сопротивления подстилающих петлю, пород и составляет 110 Ом - м. Волновая зона соответст0

вует относительно низким значениям удельного сопротивления1 для гк 100м волновая зона начинается при р , меньших нескольких сотен Ом м, для гк 10м- нескольких десятков,

При измерении звона информативным параметром является постоянным времени г

г L/( R + A R ) .

Чем меньше эта величина, тем быстрее происходит затухание высокочастотных колебаний. В геоэлектроразведке предстаеля- ют интерес зависимости вида

r f(/).

0

5

0

5

0

5

0

5

i экие зависимости, рассчитанные для гк 100 м и гк 10 м, показывают, что маленькая петля обеспечивает получение информации в более широком диапазоне изменения р, чем большая, а также то, что имеется области значений р , в пределах которой параметр т наиболее чувствителен к изменению удельного сопротивления. Для большой петли эта область попадает Б интервал 3 -102 Ом -м р 105 Ом м, для маленькой петли -30 Ом м р 10 Ом- м. Однако вследствие повышенной частоты собственных колебаний малая петля по сравнению с большой характеризуется меньшей глубинностью исследований.

Таким образом, регистрация на шунте 3, включенном в среднюю часть генераторного контура 1, формы затухающих колебаний тока, возникающих в системе генераторный контур 1 - верхняя часть геологического разреза с момента отктючения генераторного контура 1 от источника 2 тока, позволяет детально изучить электропроводность верхней части геологического разреза. При этом использование предложенного способа позволяет изучать геологический разрез непосредственно от дневной поверхности. Особенно это важно, когда гальваническое заземление технически выполнять трудно либо вообще невозможно.

Формула Изобретения Способ геоэлектроразведки, в котором возбуждают электромагнитное поле в земле импульсом тока, пропускаемым от источника тока, включенного последовательно в первый разрыв незаземленного генераторного контура, и регистрируют сигнал переходного процесса после отключения источника тока от генераторного контура, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности за

счет детального расчленения верхней части исследуемого геологического разреза, регистрацию переходного процесса проводят путем измерения затухающих колебаний тока на шунте, включенном последовательно Во второй разрыв генераторного контура, который выполняют симметрично относительно первого разрыва этого контура, определяют частоту оь и постоянную времени i спада затухающих колебаний тока и судят о величине удельного электрического сопротивления р исследуемой среды, исходя из соотношения

г -

2лтк1

Тп г FT+ Д R

где

7Г((Ыь)3/2Гк

15Y2

10

д - 2/j/ofejMo ,

fio - магнитная проницаемость среды;

L и R - соответственно погонная индуктивность и погонное сопротивление провода генераторного контура;. г - радиус генераторного контура.

д