Способ геоэлектроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геофизическим методам исследований геологической среды, а именно к геоэлектроразведке методами внезапной поляризации (ВП) и блуждающих токов (ВТ) при проведении площадных сьемок с целью поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геофизических изысканиях.

Известен способ геоэлектроразведки методом БТ при проведении профильных наблюдений, в котором измеряют электрические параметры поля блуждающих токов в двух базисных и полевом пунктах, рэсло- ложенных на профиле наблюдений, одновременно шестью приемными линиями за два промежутка времени и по ним определяют характер изменения удельного электрического сопротивления вдоль исследуемого разреза. Недостатком этого способа

является низкая информативность измерений, поскольку производите изучение геологической среды только по удельному электрическому сопротивлению, и низкая производительность измерений при проведении площадных измерений методом БТ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, которым возбуждают в земле электромагнитное поле импульсами постоянного тока, измеряют первичное и вторичное электрические поля двумя взаимно перпендикулярными приемными линиями в каждом пункте наблюдений и по ним определяют параметры удельного электрического сопротивления и поляризуемости исследуемой среды.

Недостатком этого способа является низкая помехозащищенность измерений. когда электрические помехи становятся соизмеримы или превышают регистрируемые полезные сигналы.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности измерений.

На чертеже показана схема установки для осуществления предлагаемого способа.

На схеме показаны базисные пункты наблюдений 1-3, а также полевой пункт 4 наблюдений и профили 5.наблюдений. В зависимости от конкретной решаемой геологической задачи выбирают оптимальный планшет съемки, определяют необходимую расстановку питающих электродов и размеры приемных линий,. Месторасположение базисных пунктов выбирают в нормальном поле как в пределах планшета сьемки, так и за его пределами. Сначала выполняют режимные наблюдения поля блуждающих токов. Для этого в базисных и полезных (обычно выбранных в двух, трех пунктах планшета сьемки, где возможны максимальные отклонения нормального поля блуждающих токов) устанавливают приемные нелоляризующиеся электроды двух взаимно перпендикулярных приемных линий (причем в каждом пункте одна из приемных линий ориентирована вдоль профилей и дает х-составляющие. а другая перпендикулярная (им. -у-состэвляющие поля БТ) с целью излучения характера поля БТ на исследуемой территории.

Интерпретацию полевого материала по методу БТ выполняют путем вычисления величины параметров электрического поля БТ в полевом пункте по результатам измерений этих же параметров в трех не лежащих на одной прямой базисных пунктах, которые определяютср из уравнений

БТ, измеренные в базисных пункта, соответственно;

xi и yi, X2 и у2. хз и уз, х и у - координаты базисных и полевого пунктов соответствен- но;

pi ,р2,р$ величины удельного электрического сопротивления в базисных пунктах соответственно, которые определяются по предварительным (априорным) исследова- ниям.

Вводят следующие обозначения:

42

ДЕ

бтбХ( (}

LE

ЬТ6Х

23

&F

.. СЬ

6Г6Х-2

6Т6Х2

ДЕ

&ТБХ.Э

ДЁБТ6Х ;

5 « ДЕБТ6Ч1 Л ДЕ6ГБЧ. « ДЕвтБчг

Vli-- Ъ --- --- ,2

(2)

Ъ-тг- К-ттг,

0 ьсьтбуэ В результате режимных наблюдений из уравнений (1) получаю т нормированные

0 величины х- и у-состэвляющих приращений напряженности поля БТ в полевом пункте и коэффициенты q из соотношения (2) в различные промежутки времени. Из N полученных различных промежутков времени

5 режимных наблюдений поля БТ можно получить до N(N-1)/2 пар промежутков времени с отличными один от другого величинами коэффициента q, характеризующими нестационарность поля БТ. Поскольку на поверх0 ности проводящего полупространства по результатам измерений за два различных промежутка времени геоэлектрическая среда по удельному электрическому сопротивлению в полевом пункте наблюдений

5 характеризуется двумерным тензором второго ранга, его компоненты определяются п.о формулам

Изобретение относится к геофизическим методам исследований геологической среды, а именно к геоэлектроразведке методами вызванной поляризации и блуждающих токов при проведении площадных сье- мок с целью поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геофизических изысканиях. Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерений путем одновременного измерения в Каждом полевом и по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой базисных пунктах наблюдений параметров первичного и вторичного электрических полей и поля блуждающих токов двумя взаимно перпендикулярными приемными линиями на основе использования линейной интерполяции поля между базисными пунктами и повышенной точности накопленных значений первичного и вторичного полей в базисных пунктах. 1 ил., 1 табл. fe

где Д ЕБТПХ и Д Евтлу - определяемые в результате линейного интерполирования нормированные величины х- и у-составляю- щих приращений напряженности поля БТ в полевом пункте по результатам измерений х- и у-составляющих того же поля на базисных пунктах А ЕБТБ, и A EBTbyf. Д ЕбТБхд и ДЕьтбу, ДЕвтбх и Д ЕБТБ/-;- - и у-состэвляющие приращения напряженности поля

где у™. УУУ, VVx. Wv компоненты тензора # Д ЕБТПХ и Д Евтпу - х- и у-составляющие приращения напряженности электрического поля БТ. измеренные на полевом пункте приемными линиями Пх и Пу соответственно.

Индексами (1) и (2) в выражениях (3) обозначены соответствующие величины, полученные в первом и втором промежутках времени.

Имея тензор V, вычисляют его главные (максимальное и минимальное) значения

Virsl V.rV,/,,,)1.,)1,,-,

(4 и их направления относительно оси х

,, Ч i Vicu + Vux i Vx4-4V OPct5 1л II o«to -т tt-n . I 3 Vij-Vyy

ftl

где n - 0 или 1.

Затем определяют величины параметров fr.ipm ш - среднегеометриче- с кое значение j), характеризующее электропроводимость среды в полевом пункте наблюдений, и Vbaxc/VViHH - отношение главных значений тензора тр, характеризующее анизотропность по электропроводности в данном пункте.

Таким образом, в результате режимных наблюдений получают до N(N-1)/2 значений соответствующего интерпретируемого параметра методом БТ (. ин. ipm, VbaKc/VtaH и т.д.). по которым определяют относительную погрешность наблюдений для каждой 1-й пары промежутков времени, по формуле

Pi- -100%.

где $ - величина соответствующего интерпретируемого параметра поля БТ. полученная при обработке результатов наблюдений 1-й парой промежутков времени;

1

V 2 $-среднеарифметическая

величина этого же параметра, определенная из п его значений.

Если величина Р для i-й пары промежутков времени не превышает допустимую погрешность полевых работ методом БТ, то коэффициенты q для этих двух промежутков времени удовлетворяют критерию линейно- сти изменения приращений напряженности поля блуждающих токов на исследуемом планшете съемки. Проводя указанным образом обработку результатов режимных наблюдений, определяют те диапазоны изменений значений коэффициентов q. при которых соблюдается условие линейности .поля БТ. В противном случае, если не удается обнаружить такие диапазоны изменений коэффициентов q, или же промежутки вре- мени, при которых наблюдаются необходимые (требуемые) значения коэффициентов q. редки и непродолжительны (что может резко отразиться на производительности работ), следует уменьшить расстояние меж0

0

5 0

5

5

0

5 0 5

ду базисными пунктами и повторно провести приведенные операции по установлению месторасположения базисных линий.

Установив рабочие диапазоны изменений коэффициентов q для исследуемого планшета съемки при выбранных базисных пунктах, предварительно определяют параметры вторичного электрического поля в ба- зисных пунктах путем многократного возбуждения в среде электрического поля, пропуская через питающую линию импульсы тока в том же временном режиме, который предусматривается при проведении профильных исследований всего планшета съемки, и тем самым получают высококачественный накопленный сигнал вторичного поля в базисных пунктах.

Профильные (рядовые) измерения поля БТ и суммарного электрического поля (первичного, вторичного и поля блуждающих токов) проводят по всему планшету съемки одновременно всеми каналами измерительной аппаратуры. При этом сперва выполняют регистрацию параметров поля БТ в течение определенного промежутка времени, достаточного для выполнения исследований методом БТ. Затем возбуждают в земле электромагнитное поле, пропуская через питающую линию импульс постоянного тока, и измеряют параметры суммарного электрического поля всеми приемными линиями как в процессе пропускания тока, так и после его выключения.

При интерпретации результатов профильных измерений поля БТ определяют промежутки времени, при которых коэффициенты q принимают значения, входящие в рабочие диапазоны, затем из уравнений (1) получают интерполированные величины к х- и у-состэвляющих приращений напряженности поля блуждающих токов в данном полевом пункте, с использованном которых определяют компоненты тензора по формуле (3) и вычисляют величины интерпретируемых параметров VVouc, Ьин. V и АРПриращения напряженности поля ВП о полевом пункте за требуемый промежуток времени ДТ при пропускании импульса тока или после его выключения, определяют по выражениям

Д ЕвПпх Д Епх - Д ЕБТПХ.;

Дс ВПпу ДЕпу- ДЕБТпу.(6)

где Д ЕВППХ и Д Евппу - х- и у-составляющие приращения напряженности вторичного электрического поля в полевом пункте;

Д Епх и Д ЕПу - х- и у-составляющие приращения напряженности суммарного электрического поля, измеренные в полевом пункте наблюдений.

Поскольку напряженность суммарного электрического поля Е существенно больше, чем приращение напряженности поля блуждающих токов А ЕБТ, которое, в свою очередь, соизмеримо с величиной приращения напряженности вторичного поля ДЕвп, тс вторичным полем, сопутствующим блуждающим токам, можно пренебречь.

Приращения напряженности поля БТ промежуток времени ДТ представленные в выражениях (6), определяются подформулам

А ЕБТПХ AjBTnx + АЕвтпу;

А ЕбТпу ух ДЕБТпх + VVV А ЁБТпу. (7)

Приведенные в формула (7) нормированные величины х- и у-составляющих приращения напряженности поля БТ в полевом пункте за промежуток ДТ получают из уравнений (1), при этом х- и у-составляющие напряженности поля БТ в базисных пунктах определяет то формулам

А ЕбТБх А ЕБХ - А Евлх1.

А ЕбТБу А сБу1 - А ЕвПБу, А ЕбТБх2 А ЕБх2 - А ЕвПБх2. А ЕБТБу2 А ЕБу2 - А ЕвПБу2,-(8)

А ЕбТБхЗ А Евхз - А Евпвхз,

А ЕБТБуЗ - А ЕбуЗ - А ЕвПБуЗ,

где АЕвх и АЕву1, ДЕвх2 и Д Еву2. А ЕБХЗ и А ЕбуЗ - х- и у-составляющие приращения напряженности суммарного поля за проме жуток времени , измеренные на базисных пунктах соответственно;

А ВЕРБ и А Евпву. Д ЕБ-БХ и Д Евпьу. А Ез,.-.: -. L-:- -;.. - х- -составляющие пр1фэ цен; я напряженности поля ВП на соответствующих оэзисчых линиях, которые определены го результатам предварительных :12 . ЈООНИЙ при МЧСГО-р -ГНОМ ВОЗбуЖV .J : Г. iuL-Or:C rL РОЛЯ.

;.- :js ,.1Еность возбуж- ns.- o:о г.. г ос :зарпетьных измерг- Htr .-. : .I:SK г. ;--г.пряженности БН -; г;:... „-., х г. ;.-. отлячз-зтся от иитенсг. .сти пол- при профильных на- блюдснн;:.. эт. значения приводят к единой вел:1М мо .: ;. .-. но чечия величины на- пря :енчост 1 поля ВП пои предварительных измег- - ж з еег/ -п1-:1/ отношения i:n з.. .,-;. г,;;1 псоФильных на- блюде - -х -ч-:е.с.и.рнгсти при предвари- тельнь х Лзглесб:-1:.-.ч-.

Ичтеттрьтзцию измерений методом ВП пС О Згод- ;- г1/тем определения пара- -;аж а. я уде ть ч ore сопротивления рг, р.-, ;.-:.г ктеризующих первичное г, r.pi r ;. п.1й кахущейсз поляризуемое ти гь промечутск времени А Т. Дт/ю Д . . .--|/ ьтсрлчнсе поле в по; левом п /нктк. н;.1гтюдений, по формулам

.

Р

(9)

ПьйЕ

Ы1п

С05КгдЕ

ВП ПХ - ПК

ВП гк

тг

4-Е

10

15

ПГ

йЕ

6П Л

Ел

5in(X2

ЛЕ

ftnnx ЕНЧ/

П1

&F

ftn nij ЕПХ

п nij

20

25

30

оэ

0

45

55

где Jn и En - величины плотности тока и напряженности первичного поля в полевом пункте;

а и ой - углы между векторами напряженности первичного поля и плотности тока(п)и векторами приращения напряженности вторичного лоля (А Е впп) и напряженности первичного поля (En) в полевом пункте наблюдений;

Епх и ЕПу - х- и у-составляющие напряженности первичного поля в полевом пункте;

jnx и jny - х- и у-составляющие плотности тока в полевом пункте соответственно.

Имея значения приращения напряженности поля В Л на полевых приемных линиях, вычисленных по выражениям (6) с учетом формул (7) и (8), получают необходимые зависимости, характеризующие исследуемую геоэлектрическую среду по поляризуемости - переходную характеристику ВП. приращения кажущейся поляризуемости при пропускании тока на спаде и т.д.

В зависимости от решаемых задач строят карты изолиний для исследуемой территории или графики зависимостей вдоль игг.лед -:г. ь:х профилей различных параметров (в частности, в методе БТ-1/Цэкс. #W а также УЬ и (/w-.cA v-HH в методе ВП - Дуд, и р.р- с. ть.:. %-2w/i; + Д/д- и f% +pfr.

Е случае когда- количгство базисных пунктов превышает три, интерпретацию результатов измерений выполняют приведенной методикой С использованием различных трех не лежащих на одной прямой базисных пунктов с последующим осреднением получаемых параметров, что появоляет повысить точность исследований.

В таблице приведены значения параметров электрических полей (в условных единицах) за четыре промежутка времени, наблюдаемые на всех восьми приемных линиях. В 3-м столбце цифрами обозначены следующие промежутки времения: (1) и (2) - дояропускания импульса тока через питающую линию (до возбуждения электрического

поля), при которых производят измерения поля ВТ. (3) - во время пропускания тока, (4) - после выключения импульса тока в питающей линии. Значения приращений напряженности поля БТ за эти промежутки времени представлены в 4-м столбце. До включения импульса постоянного тока путем измерения на всех приемных линиях за первые два промежутка времени определены компоненты тензора р: VVx 0,775; - 0.016; VVx °-016: VV 0.051; VVv - 0,616 (согласно выражениям (3) с использованием (1), по которым вычислены следующие величины: - 0,782; ии 0,609 по формулам (4), - 10.7° по выражению (5). а также - 0.690 и макс/ кн 1,283. В 5-м и 6-м столбцах приведены величины плотности тока и напряженности первичного поля в полевом пункте наблюдений, полученные при пропускании тока через питающую линию, по которым получены параметры кажущегося сопротивления: / 44,6 Ом-м и pv - 0.6 Ом м (согласно первым двум выражениям (9). В 7-м столбце таблицы приведены значения приращений напряженности суммарного электрического поля, измеренные за промежутки времени (3) и (4). а в 8-м столбце - приращения напряженности вторичного поля за эти же промежутки времени. Имея значения приращений напряженности поля ВП (8-й столбец) и напряженности первичного поля (6-й столбец) в исследуемом полевом пункте, по последним двум выражениям (9) вычисляются приращения кажущейся поляризуемости за промежутки времени (3) - 5,86%: ,16%и(4)Д 5.23%;Дг 0.13%.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого способа заключается в увеличении помехозащищенности измерений, что позволяет изучать геоэлектрическую среду методом вызванной поляризации при наличии меняющихся во времени электрических помех. Благодаря использованию способа увеличивается эффективность электроразведочных методов при поискорэзведочных изысканиях в лро- мышленно развитых районах, что способствует сокращению объема проверочных буровых и горнопроходческих работ.

Формула изобретения Способ геоэлектроразведки, заключающийся в том. что возбуждают в земле электромагнитное поле импульсами постоянного

тока и измеряют две взаимно перпендикулярные составляющие первичного и вторичного электрических полей в каждом полевом пункте наблюдений, по которым определяют параметры удельного электрического сопротивления и поляризуемости исследуемой среды, отличающийся тем. что. с целью повышения помехозащищенности измерений, предварительно измеряют электрические параметры поля блуждающих токов одновременно по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой базисных и полевом пунктах, в каждом из которых устанавливают две взаимно перпендикулярные приемные линии, для каждого зарегистрированного импульса блуждающих токов определяют отношение компонент поля, измеренных в базисных пунктах, линейно- интерполированное значение поля в полевом пункте и вычисляют компоненты

тензора V- связывающие наблюденные компоненты поля блуждающих токов в полевом пункте с интерполированными, исходя из точности площадной съемки выбирают интервал отклонения параметров уот их средних значений и соответствующий этому интервалу рабочий диапазон изменения отношения компонент блуждающих токов в базисных пунктах, многократно пропускают ток и измеряют с накоплением параметров

перви.чного и вторичного полей в базисных пунктах, проводят наблюдение поля блуждающих токов в каждом рядовом пункте площадной съемки, вычисляя значения компонент тензора для этого пункта для импульсов из рабочего диапазона, а определение параметров хажущегося электрического сопротивления и кзхущейся поляризуемости в каждом рядовом пункте площадной съемки проводят по разности

наблюденных в этом пункте значений первичного и вторичного полей и значений поля блуждающих токов для этого пункта, вычисленных на основе определенных ранее компонент тензора V Для этого пункта и

значений первичного и вторичного полей в базисных пунктах.

+

+

4

-j-4 5