Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01J3/06 

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к способам проведения геофизических исследований с использованием регулируемого источника электромагнитного поля, и предназначено для изучения динамических процессов во времени в Земной коре.

Способ является усовершенствованием способа, в котором возбуждают с помощью регулируемого источника электромагнитного поля в исследуемой среде последовательно на двух заданных частотах, осуществляют в точках измерения прием на этих частотах и измерение первой и второй геометрических разностей потенциалов электрического поля, по которым рассчитывают картируемый параметр.

Способ геоэлектроразведки предназначен для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей в условиях наличия поверхностных локальных неоднородно- стей, от искажающего влияния которых он, в отличие от известных способов геоэлектроразведки, основанных на измерении сопротивлений, свободен. Специфика поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей такова, что достаточно применение установок размером не более 10 километров. При таких размерах установок сигналы на входах приемных датчиков сравнительно большие по амплитудам и их регистрация не представляет собой технической трудности, Но для выявления предвестников землетрясений существует необходимость исследо sj

0

ixg

s|

i

ваний в волновой зоне, что влечет на собой применение разносов установки, превышающих среднюю длину волны в разрезе, при этом возникает техническая проблема регистрации слабых сигналов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и избирательности выявления предвестников землетрясений. Указанная цель достигается тем, что в точках измерений осуществляют прием синфазной с ЭДС источника составляющей сигнала, а рассто яние отточек измерения до источника задают не менее двадцати километров.

Выделение синфазной составляющей отношения вторых разностей потенциалов электрического поля к первым обеспечивает регистрацию сигналов на входе датчика второй разности потенциалов на уровне около одного микровольта и менее, а также усиливает подавление влияния на картируемый параметр приповерхностного изменения продольного сопротивления, связанного с метеоусловиями и другими факторами.

Способ осуществляется с помощью устройства. В геоэлектроразведке в качестве устройства для измерения электромагнитного поля используются электроразведочные станции ЦЭС-2, ЦЭС-3, ЦЭС-МГД (аналоги), низкочастотная аппаратура АНЧ. Все известные устройства для геоэлектроразведки на переменном токе состоят из источника переменного тока, питающего горизонтальный электрический диполь АВ, и приемника, включающего в себя приемный датчик, (например, диполь МЫ для измерений первой разности электрических потенциалов) и регистратор (регистратор, как правило, включает в себя предварительный усилитель для усиления сигналов, поступающих от приемного датчика).

В качестве прототипа устройства взята низкочастотная аппаратура АНЧ, состоящая из источника переменного тока, питаю- щего горизонтальный электрический диполь АВ, и приемника, включающего в себя приемный датчик ММ и регистратор.

К недостаткам прототипа как и аналогов следует отнести их низкую помехозащищенность от промышленных и теллургиче- ских помех, при применении разносов установок более двадцати километров.

Предлагаемое устройство содержит горизонтальный дипольный двухчзстотный источник переменного тока и приемник, в состав которого входят датчик первой и второй разностей электрических потенцилов, в приемник которого дополнительно введены делитель, синхронный детектор, накопитель, блок управления, причем выход датчика второй разности потенциалов соединен со входом делимое делителя, выход датчика первой разности потенциалов соединен со входом делитель делителя, выход которого соединен сигнальным входом синхронного детектора, опорный вход которого соединен с выходом блока управления, а выход синхронного детектора соединен со входом накопителя, выход которого соеди0 нен с регистратором,

На чертеже изображено предлагаемое устройство, где 1 и 2 - заземления питающего диполя АВ, заземляемые в грунт 3 и питаемые генератором 4 переменного тока,

5 предназначенного для работы на двух заданных частотах ол и 5 - радиопередатчик с антенной б для передачи фазы электродвижущей силы генератора, предназначенной для управления синхронным

0 детектором приемника; 7,8.9 - приемные заземления Mi NM2 датчиков первой и второй осевых разностей потенциалов, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга на общей оси (из них 7 и 9 - боко5 вые, 8 - центральное); 10,11,12 - входные повторители, выполненные на охваченных 100% обратной связью операционный усилителях с полевыми входами, подключенными к приемным заземлениям MI, NMa 13 0 дифференциальный усилитель 4 (стр. 138- 140). предназначенный для получения первой разности потенциалов AUMiMa между заземлениями Mi и М2 для подавления синфазных сигналов - помех между заземлени5 ями МтМа и шиной-корпусом 14 приемника; 15 - первое сопротивление заданной величины R, соединяющее выход повторителя 10 с инвертирующим входом дифференциаль-. ного усилителя 13; 16 - равное по величине

0 первому сопротивлению 15 второе сопротивление, соединяющее выход повторителя 12 с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 13; 17-сопротивление обратной связи дифференциального усили5 теля 13, равное по величине первому сопротивлению 15; 18 - равное по величине второму сопротивлению 16 делительное сопротивление, соединяющее неинвертирующий вход дифференциального усилителя 13

0 с шиной-корпусом 14 приемника; 19 - выход дифференциального усилителя 13, являющийся выходом сигнала первой разности потенциалов AUvtiM2 между заземлениями Mi и М2 (элементы 7,9,10,12,13,16,17 и 18

5 составляют датчик первой разности потенциалов); 20 - повторитель, выполненный на охваченном 100% обратной связью опера- ционномусилителе, неинвертирующий вход которого подключен к общей точке равных

между собой сопротивлений 21 и 22 приемного датчика второй разности; 23 - аналогичный усилителю 13 дифференциальный усилитель (предназначенный для получения

второй разности потенциалов A2 UwiNM2 между заземлениями MiNM2 и для подавления синфазных сигналов -помех между заземлениями MiNM2 и шиной-корпусом приемника), неинвертирующий вход которого подключен к центральному заземлению N повторитель 11, а инвертирующий вход - через повторитель 20 к общей точке сопротивлений 21 ч 22 приемного датчика второй разности 24 - выход дифференциального усилителя 23, являющийся выходом сигнала второй разности потенц. алов

A2 UMiNM2 между заземлениями MiNM2 (элементы 7-12,20,21,22 и 23 составляют датчик второй разнос и потенциалов); 25 - делительный блок для деления поступающей на его информационный вход 26 делимое с выхода 24 усилителя 23 второй разности потенциалов на первую разность потенциалов, поступающую на информационный вход 27 делитель ; 28 - синхронный детектор, информационный вход 29 которого соединен с выходом делительного блока 25, а управляющий вход 30 - с выходом блока 31 управления фазовым детектором; 32 - радиоприемное устройство с приемной антенной 33 для приема фазы электродви- жущей я силы источника, выход которого подключен ко входу блока 31 управления фазовые; детектором; 34 - накопитель сигналов, поступающих с выхода синхронного детектор 28; 35 - регистратор.

Способ реализуется следующим путем. Установлено, что за несколько часов (примерно за сутки) перед землетрясением земная кора в зоне этого землетрясения подвергается упругим напряжениям, что вызывает изменение продольного электрического сопротивления осадочного чехла. Таким образом, осадочный чехол является своего рода тензометрическим датчиком упругого напряжения кристаллической части земной коры.

Между тем в поле гармонического электрического диполя в области разносов г, превышающих длину волны Я в земле, электрическая компонента Е оказывается связанной только с продольным электрическим сопротивлением, поскольку электрическое поле при г А (г - разнос установки, А- длина волны) поляризовано почти горизонтально. При этом поперечная анизотропия не влияет на величину Е. С другой стороны, картируемый параметр исключительно чувствителен к изменению продольного сопротивления разреза, при этом отсутствует искажающее влияние на него поверхностных неоднородностей, связанных, например, с метеоусловиями (выпадение осадков в ло- 5 кальных зонах, промерзание грунта и пр.. что делает непригодными для режимных наблюдений предвестников землетрясений традиционные способы электроразведки, в том числе и способы сопротивлений).

10 Учитывая, что осадочный чехол, как правило, имеет толщину несколько километров и электрическое сопротивление его значительно меньше сопротивления кристаллической части земной коры, то для полного

5 проникновения поля во всю его толщу необходимо применять такую низшую частоту возбуждения, чтобы длина волны А составляла единицы, или, по крайней мере, первые десятки километров.

0 Для выполнения условия г А требуется применять соответственно установки размером г, равным, как минимум. 20 километрам. При таких больших размерах установки величины сигналов вторых разностей потен5 циалов несозмеримо малы по сравнению с сигналами-помехами, к числу которых относятся, в частности, промышленные и теллурические помехи.

Для исключения влияния помех при

0 больших разносах необходимо осуществлять не только частотную фильтрацию полезного сигнала, но и фазовую, применяя при этом являющийся высокоизбирательным синхронный детектор с накопителем.

5 Синхронный детектор с накопителем пропускает в регистратор сигнал только заданной частоты О) и фазы р.

Синхронизацию сигналов приемника с электродвижущей силой источника возбуж0 дения осуществляют при помощи радиосвязи или иным путем, например, при помощи проводной связи. Связь приемника с источником необходима для синхронизации синхронного детектора с электродвижущей

5 силой источника. Как показали экспериментальные исследования, картируемый параметр наиболее чувствителен к латеральному изменению электрического сопротивления среды при максимальном подавлении влия0 ния поверхностных неоднородностей при синфазном измерении полезных сигналов, т.е. при р 0.

Учитывая, что при больших разносах 5 величины сигналов второй разности потенциалов малы по сравнению с сигналами- помехами, то приходится применять операцию деления в приемнике непосредственно в процессе измерения, с тем, чтобы

в дальнейшем результат деления проявить на фоне помех накоплением.

Способ опробован для выявления предвестников землетрясений. Предвестник землетрясений выявляется аномалией картируемого параметра за несколько часов до наступления землетрясения.

Формула изобретения 1, Способ геоэлектроразведки, при котором возбуждают с помощью регулируемого источника электромагнитное поле в исследуемой среде последовательно на двух заданных частотах, осуществляют в точках измерения прием на этих частотах и измерение первой и второй геометрических разностей потенциалов электрического поля, по которым рассчитывают картируемый параметр, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности избирательности выявления предвестников землетрясений, осуществляют в точках измерений прием синфазной с ЭДС источника составляющей сигнала, а расстояние от точек измерений до источника задают не меньшим 20 км.

2. Устройство для геоэлектроразведки,

содержащее горизонтальный дипольный двухчастотный источник переменного тока, приемник, в состав которого входят датчики первой и второй разностей электрических потенциалов, регистратор, отличающ е е с я тем, что приемник содержит делитель, синхронный детектор, накопитель, блок управления, причем выход датчика второй разности потенциалов соединен с входом Делимое делителя, выход датчика

первой разности потенциалов соединен с входом Делитель делителя, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора, опорный вход которого соединен с выходом блока управления, а

выход синхронного детектора соединен с входом накопителя, выход которого соединен с регистратором.

Использование: при проведении геофизических исследований для изучения динамических процессов во времени в земной коре. Сущность изобретения: возбуждение электромагнитного поля в исследуемой среде осуществляют при помощи источника переменного тока на двух заданных частотах. На заданном расстоянии от источника, которое составляет 20 км и более, измеряют на обеих частотах отношения вторых геометрических разностей потенциалов электрического поля к первым, выделяя из этих соотношений только синфазную с электродвижущей силой источника фазовую составляющую. Устройство состоит из горизонтального дипольного источника переменного тока, приемника, включающего датчики первой и второй геометрических разностей электрических потенциалов, делительного блока, синхронного детектора, накопителя и регистратора. 2 с. п.ф-лы, 1 ил. (л с

Ye

г/ Л 7/ / - / ч/ / е/ / % / / / т 7 7 / 7

Ь00