Способ геоэлектроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к технической физике и может быть использованолри геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне.

Цель изобретения - повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных.

На фиг. 1 приведены диаграммы напряжения и тока в генераторно-приемном контуре; на фиг. 2 - эквивалентная схема генераторно-приемного контура: на фиг. 3 - диаграммы сигналов в генераторно-приемном контуре при подключении дополнительного источника постоянного напряжения; на фиг. 4 - диаграммы собственных переходных процессов в генераторно-приемном контуре.

На фиг. 1 изображена диаграмма 1 напряжения на эквивалентной емкости генераторно-приемного контура и диаграмма 2 тока в индуктивности этого контура. Как показано на фиг. 2, эквивалентная схема генераторно-приемного контура содержит индуктивность 3, активное сопротивление 4, емкость 5, ключ б, источник 7 постоянного напряжения Е. имеющий внутреннее сопротивление 8. На фиг. 3 изображены диаграмVI

ОР

о

мы 9 и 10 сигналов, получаемых после подключения к генераторнр-приемному контуру источника 7 постоянного напряжения, а также диаграмма 11 ЭДС неустановившегося сигнала на выходе генераторно-приемно- го контура, на фиг. 4 - диаграмма 12 собственно переходного процесса в генера- торно-приемнрм контуре, получаемая при использовании предлагаемого способа, и диаграмма 13 переходного процесса при использовании известных с пособрв геоэлектроразведки.

Предлагаемый способ осуществляют исходя из следующих теоретических предпосылок, подтвержденных экспериментальным путем.

Генераторно-приемный контур представляет собой колебательную систему, в которой при отключении тока в момент времени to 0 возникают затухающие колебания (фиг. 1, диаграммы 1 и 2). Полагая закон убывания тока при отключений экспоненциальным с постоянной времени тг, можно получить систему уравнений, описывающих вроцесс изменения тока l(t) в индуктивной ветви (индуктивность 3 на фиг. 2) контура и напряжения uc(t) на его наружной емкости

6тЫ) Г° } : Wib-3;R e-f..(((.n

HV4 . ,

+;

r-dt-o

«cob

.l,t/frr

1

r

+ 1 -RC

Tr

TL-R

Q/

CR

0)

2n

VM -iyl

T

L - величина индуктивности 3;

С-величина емкости 5;

R - величина сопротивления 4;

Q - добротность генераторно-приемно- го контура; ..;.,.-.

I-сила тока, протекающего через контур перед его откл ючением;

t-текущее время;

со-частота собственн ых кол еба н и и ге- нераторно-приемногр контура;

Т-период этих колебаний.

Учитывая примерный порядок величин

параметров реальных генераторно-приемных контуров с размером сторон 20-100 м

(1 300-1500 мкГн; 0 400-2000 пф;

Ом) и полагая время выключения генератора 5 тока т г -д

систему уравнений .-

получим упрощенную

1

fL(t) le ( YQ i- RQ

(1+2

тг

)

xsin cot};

Uc(t) -I R e (1 + ±) cos G) t - Q

xsin 0) t.(2)

Ход полученных зависимостей представлен на диаграммах 1 и 2 фиг. I.

В момент времени ti порядка четверти периода собственных колебаний контура, когда напряжение на нем близко к максимальному U -QIR, з ток через индуктивную ветвь близок к нулю, к нему подключают источник 7 напряжения Е, как показано на фиг. 2, через ключ 6. В качестве внутреннего сопротивления 8 источника 7 можно рассматривать сопротивление замкнутого электронного ключа б.. Начинается экспоненциальный процесс разряда конденсатора 5 и перераспределение тока в индуктивности 3 с начальными условиями

Ucfti) U, lt(ti) г, которые описываются следующей системой уравнений (при t ti):

..bii .UcH)t(uv6)e С.ЕЗ

.j-tj

«L

(-rfr-Hv)--b-:

fe l--:-.(3)

где т с r-c (r - величина сопротивления 8);

ii - сила тока в индуктивности 3 в момент времени t,

U - напряжение на емкости 5 в момент времени ц.

Для реально осуществимых электронных ключей сопротивление 8 может быть определено и составляет величину порядка единиц Ом. При этом будет соблюдаться условие Тс -Т L

Характер описываемых зависимостей

иллюстрируется на фиг. 3. При некотором соотношении начальных величин h. U оба экспоненциальных процесса (фиг. 3, диаграммы 9 и 10) могут одновременно проходить через ноль. В этот момент времени t2

отключают источник 7 напряжения Е. Тогда при t t2 генераторно-приемный контур будет регистрировать полезный сигнал при полном отсутствии собственных переходных процессов в нем. Если источник 7 оставить подключенным, получим ЭДС неустановившегося сигнала, показанную на диаграмме 11 фиг. 3. Описанный способ обеспечивает минимальное время выключения тока/близкое к теоретически достижимому, равному примерно четверти периода собственных колебаний контура, а следовательно, позволяет начинать регистрацию полезного сигнала с времени, несколько большего четверти периода собственных колебаний генераторно-приемного контура, что в 3-5 раз меньше, чем даже для режима выключения тока, близкого к критическому, который также трудно осуществим на практике. Таким образом, при использовании предлагаемого способа для реальных устройств начальное вре мя регистрации будет на порядок меньше.

Из условий iifc) 0 и Uc(t2) 0 можно рассчитать момент времени t2, определяющийся системой уравнений

- )

Г L Л

t

2nQ

г R

находим, что

1| 2 я U V1 + TF) Приравнивая последние выражения, можно-найти необходимые соотношения начальных условий переходных процессов I I R , г с UTL

обеспечивающие одновременное их прохождение через нулевое значение.

Используя соотношения (5) и (2), найдем формулу для определения момента времени ti

(5)

C0t,2ff

i

ад

Ъ.

A-2Q

2Q

так как т L тс, отсюда

ti

(6)

2 2 я где п 1, 2 ... - произвольное целое число. Временная задержка для исключения систематических ошибок измерений за.счет конечного времени отключения тока может быть вычислена путем интегрирования соотношения (2), а за счет постоянства коси- нусоидальной формы среза тока определяется выражением

/

0) U2Q + Uoi2Q сс f

(oiZ-HQ2)- 2Q

которое для реальных упрощено

1 Т

д - s

2я

5Способ осуществляют следующим образом.

Определяют период собственных колебаний контура Т, добротность Q эквивалентного колебательного контура, амплитуд U и 10 полярность .наибольшего первого выброса ЭДС самоиндукции, например, путем наблюдения на экране осциллографа затухания . колебаний напряжения на генераторно-приемном контуре, а также сопротивление до- 15 полнительного источника г и силу тока в генераторно-приемном контуре I.

Определив эти значения, можно рассчи- по формулам (4) и (6) моменты времени ti,t2wAt.

20 Далее пропускают через генерзторно- приемный контур ток I, в момент времени to . этот ток отключают, возбуждая таким образом нестационарное электромагнитное поле, в момент времени ti подключают к

25 генераторно-приемному контуру источник 7 постоянного напряжения Е, в момент времени г отключают этот источник, а ЭДС неустановившегося электромагнитного поля измеряют с задержкой At начала отсчета

30 относительно момента to начала выключения тока, причем величина At используется для введения поправки при определении времени регистрации сигнала. По полученным результатам измерений судят о гео35 электрических характеристиках изучаемого разреза.

На фиг. 4 показан процесс отключения тока при реализации предлагаемого способа (диаграмма 12) и процесс отключения то40 ка по известному способу (диаграмма 13) в режиме, близком к критическому. Из фиг. 4 видно, что собственные переходные процессы (от to до т.2) в генераторно-приемном контуре при работе предлагаемым спосо45 бом составляют по продолжительности 1/4 периода собственных колебаний контура, в то время как в известном способе собственные переходные процессы занимают время, не меньшее периода собственных колеба50 ний. Такое сокращение длительности собственных переходных процессов в контуре позволяет уменьшить начальную глубину исследований до единиц метров.

Известность момента начала проведе55 ния измерений (без собственных процессов, т.2) повышает достоверность способа.

Геологическая эффективность способа определяется возможностью исследования верхней части разреза.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ геоэлектроразведки, заключающийся в возбуждении нестационарного электромагнитного поля путем выключения тока I в генераторно-приемном контуре, измерений ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой At начала отсчета относительно момента to начала включения тока, по которому оп- ределяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повы- шении достоверности получаемых данных, перед измерением ЭДС неустановившегося поля определяют период Т собственных колебаний, добротность Q эквивалентного генератор но-приемного. контура, максимальную

амплитуду U и полярность ЭДС самоиндукции, затем подают на тенераторно-прием- ный контур постоянное напряжение Е в момент времени ti с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура, отключают его в момент времени tz, а моменты времени ti и t2 и задержку At начала отсчета определяют из условий

t0+ |

ti + t

Т 2л

Т 2я Т

arctg 2Q;

UTln(

In

где г - внутреннее сопротивление источника, от которого подают на генератор- но-приемный контур постоянное напряжение Е.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне. Цель изобретения - повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных. Эта цель достигается тем. что в известном способе геоэлектроразведки, при котором возбуждают нестационарное электромагнитное поле путем отключения тока И-в генераторно-приемном контуре и измеряют ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Д t начала отсчета относительно момента to начала выключения тока, дополнительно определяют период Т собственных колебаний, добротность Q эквивалентного контура, максимальную амплитуду U и полярность ЭДС самоиндукции, затем подают на контур постоянное напряжение Е от источника с внутренним сопротивлением г в момент времени ti с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции, отключив его в момент времени ta. а моменты времени ti Л2 и задержку Л t начала отсчета определяют из выражений ti to + Т/2 - -Т/2 п arctg 2Q. t2 ti + Т I r In (1 + л U), At Т/2 л . 4 ил. сл с

ФИГ. 2

ФИГ. 3

„I-

3-R

Фиг.Ч

V V

13

Y

Ч