Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01V3/08 

:И двухканальный .фазометр, соединенный с радиоприемником. С помощью указанного устройства измеряются фазовые сдвиги возбуждающих сигналов двух частот в питающей линии Гз. Однако ввиду того, что фазовые углы ВП, обусловленные как поляризацией среды, так и поляризацией электродов от частоты не зависят, то оаздели- ь их не удается, в связи с чем по результатам таких измерений трудно судить о поляризуемости среды. Цель изобретения - исключение погрешностей измерений,обусловленных вызванной поляризацией металлических электродов. Поставленная цель достигается тем, . что, в способе измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, о аключакяцемся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с равныtm амплитудами гармонических составляющих , пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измеряют амплиту ду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, определяют разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой судят о поляризуемости пород В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключе ны первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отвода шунт и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первы отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, введены ключ , подкл ченный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов а также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двухчастотный избирательный №1лливрльтметр, причем один из входов дифферен циального усилителя подключен ко вто рому отводу первого добавочного резистора, второй вход дифференциально го усилителя соединен со вторым отво дом шунта, общая шина дифференциального усилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочны резистор выполнен в виде от.лавно-ступенчатого аттенюатора. На чертеже представлена блок-схем устройства для осуществления предлагаемого способа. . , Устройство содержит генератор 1 тока, к выходным клеммам 2 и 3 которого подключены шунт 4, первый добавочный резистор 5 и второй добавочны резистор 6. Между вторыми отводалм этих резисторов включен ключ 7. Второй отвод шунта и резистор соедине{В1 с двумя входгши дифференциального wnnntrperte я . V «MvriTiv т1мЛ впе иТ1ияп.- Ъго усилителя 8 подключен двухчастотый избирательный милливольтметр 9, нагрузочными клеммами 10 и 11 устойства, к котором подключается пиающая линия, служат второй отвод унта 4 и вторая выходная клемма 3. Способ осуществляется следующим браз.оМ. Электромагнитное поле в земле возбуждается токалад нескольких, преимущественно двух, частот, например, током прямоугольной формы, в спектре которого содержатся гармонические составляющие с убывающими пропорционально увеличению номера гармоники амплитудами (амплитуда тока третьей гармоники в 3 раза меньше амплитуды тока первой гармоники). При этом величина возбуждающего тока выбирается таким образом, чтобы уже для тока меньшей величины на электродах питающей линии происходило насыщение сигнала ВП. Как показывают результаты лабораторных и полевых измерений, при использовании железных штырей минимальная плотность тока должна быть эавна 300/400 мкА/см поверхности электрода. Соответственно, на второй частоте (первой гармонике) плотность тока должна быть в 3 раза больше. В этом случае составляющая сигнала на электродах, обусловленная поляризацией этих электродов, является постоянной, .независимой от силы тока как при указанных выше, так и при больших плотностях возбуждающего тока. Мнимые же составляющие сигналов, обусловленные поляризацией изучаемой среды и индукционными эффектами в этой среде, изменяются пропорционально величине возбуждающего тока. Если измерения проводятся на первой и третьей гармониках, то, как известно, фазовые углы ВП электродов и среды сохраняют постоянной свою величину независимо от частоты, а фазовые углы индукции увеличиваются пропорционально частоте возбуждающего поля. Поэтому 1п,и(и;)«| и|„+1„ Uy, + . (1) (шо)-1„и|„+ + 3lXn(2) где - мнимая составляющая,обус- ловлейная поляризацией питающих электродов мнимая составляющая индукционного происхожденияf мнимая составляющая, обусловленная Ьоляризуемостью изучаемой среды. В выражениях (1) и (2) мнимяе составляющие, ббусловленные поляризацией питавших электродов, равны несмотря на разную величину возбуждающего тока на первой и третьей гармониках ввиду насыщения ВП на электродах ия -чл fSnjTfctiiol г 1тптмлг тн тока. Мнимые же составляющие, обусловленные индукционными эффектеши, также равны, ибо интенсивность индукционных эффектов на третьей гармонике в 3 раза больше, чем на первой гармонике, но .так как ток третьей (гармоники в 3 раза меньше, чем ток первой гармоники, то мнимые составлякадие индукционного происхождения оказываются одинаковыми. Разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот- определяется только поляризуемостью среды и не зависит от поляриза ции электродов . |„и(1,) - 1(и;д) . (3) Данный параметр может служить мерсЛ поляризуемости среды, так как для неполяризующейся среды он равен нулю.. Помимо указанного выше параметра ВП может быть получен также относительный параметр ВП - фазовый угол ВП. Для этого полученную разность мнимых составляющих, соответствующую уравнению (3, нормируют путем деления ее на разность амплитуд сигналов возбуждающего поля первой и второй частот, например на разность амплитуд напряжений первой и третьей гармоник на питающих электродах.Этот параметр также характеризует только ВП изучаемой среды. Для повышения точности измерений может быть использована третья частота. В этом случае, если мнимая составляющая, обусловленная поляриза цией питающих электродов, оказывается зависимой 4DT плотности тока, этот факт будет отмечен и может быть устр иен. Устройство для реализации способа работает следующим образом. Генератор 1 тока, вырабатывает то прямоугольной формы, в котором содер жатся первая и третья гармоники. Напряжение с выхода генератора подается на выходные клемгФ 2 и 3. Последо вательно в питающую цепь включен шунт 4, падение напряжения на котором повторяет, форму питающего тока. На делителе, образованном добавочным резисторами 5 и 6, создается падение напряжения, форма которого повторяет форму питающего напряжения, вырабаты ваемого генератором 1. Бели ключ 7 разомкнут, то дифференциальный усилитель 8 работает в режиме масштабного усиления сигнала с выхода шунта 4. При этом с помощью избирательного лливольтметра 9 измеряется амплитуда 1возбуждающего сигнала первой и второй частот (или их разность). Избирательный милливольтметр представляет собой стандартный милливольтметр с последовательным переключением рабочих часрот и возможностью промежуточного за покинаиия сигнала одной из частот с тем, чтобы впоследствии непосрпдственно измерить разность сигналов двух частот.х После замыкания ключа 7 дифферент Циальный усилитель 8 работает а режиме вычитания сигналов, поступающих на два его входа. При этом, если реактивность цепи, подключенной к клеммам 10 и 11, равна нулю, форма сигналов на .шунте 4 и добавочном резисторе 5 один$1кова, и, изменяя коэффициент деления выходного напря.жения с помощью плавно-ступенчатого резистора 6, можно х(обиться нулевых показаний милливольтметра 9 как. на первой, так и на второй частотах.При наличии ВП питающих Электродов и изучаемой среды с помощью аттенюатора 6 может быть скомпенсирована только активнаякомпонента возбуждающего сигнала, а мнимая компо- . нента измеряется с. помощью избирательного милливольтметра 9 как минимальное значение сигнала, который не может быть скомпенсирован с помощью аттенюатора 6. Разность мнимых составляющих возбуждакяцего сигнала, определяющаяся выражением (3), также, считывается непосредственно с выхода измерителя 9 и служит мерой поляризуемости среды. Формула изобретения 1.Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле тока по меньшей мере двух частот с разнымя амплитудами гармонических составляющих, пропускаемыми через зазем-: ленную токовую линию, и измеряют амплитуду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, обусловленных вызванной поляризацией заземлений линий, определяют, разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой судят о поляризуемости пород. 2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисто1яд и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй шлходной клеммой соединен первый отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, отличающеес я тем, что, с целью повьшенйя точности измерений, .в него введены ключ, подклю ченный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов, а также последовательно соединенные дифференциальньЕй усилитель и двухчас готный иэбид)ательный милливольтметр, причем один из входов дифференциального усилителя подключен ко второму отводу первого добавочного резистора второй вход дифференциального усилителя соецине.н со вторым отводом шунта, общая шина дифференциального усилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора. 98 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 627428, кл. G 01 V 3/02. 2. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации, Л., Недра, 1972, с. 71. 3. Авторские свидетельство СССР 433438, кл. G 01 V 3/02, 1974 (прототип).