Способ геоэлектроразведки Советский патент 1981 года по МПК G01N3/06 

Изобретение относится к способам электроразведки рудных- месторождений на- переменном токе, основанным на излучении поляризуемости геологических сред. Известен частотный способ фазовых измерений эффектов вызванной поляризации, основанный на изучении фазовых частотных характеристик электрического поля, созданного заземленными источниками тока. Разделение полей поляризационного и индукционного происхождения осуществляют на основе различия формы их частотных характеристик. Фазовые частотные характерно тики (ФЧХ) полей ВП имеют один или несколько экстремумов и пологие низкочастотные и высокочастотные ветви. Положение экстремумов на оси частот дает информацию о геологических особенностях поляризукяцихся объектов. Фазовые частотные характеристики индукционных полей в области малого параметра электромагнитного поля (низких частот) прямо пропорционсшьно зависят от частоты. Пользуясь раз личием в крутизне ФЧХ полей, индукционные эффекты исключают из результатов измерений путем преобразования сигналов, измеренных на двух или тре частотных по специальному алгоритму СП . Недостатком способа является то, что он применим только в области относительно машых параметров поля. Известен способ разделения поляризационных и индукционных эффектов, в котором измеряют фазовую частотную характеристику суммарного поля, ссз- даваемого заземленным источником, питаемым гармоническим током 21. С целью увеличения глубинности и разрешающей способности методаВП изменяют взаимное положение приемных и питающих линий, образуя острые или тупые углы между ними. Угол между линиями меняют до тех пор, пока не изменится вид фазовой частотной характеристики, и по низкочастотной асимптоте судят о наличии поляризующихся объектов. Недостатком способа является его невысокая разрешающая способность в высокочастотной области. Это связано с тем, что в способе подразумевается применение относительно болыаих расстояний мезкду питающими и приемными .электродами, при которых велики и индукционные эффекты. Сближение электродов с целью исключения кндукции приводит к уменьшению глубинности исследований за счет увеличения вклада по ля, порожденного вмещающей средой, в измеряемый суммарный сдвиг фазы. Это позволяет применять способ при изучении частотных характеристик в широком диапазоне частот на этапе детального изучения выявленных аномалией с целью оценки их геологической природы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, в котором .используют приближенно потенциальную установку, у которой приемные электроды располагаются по разные стороны питающего электрода , причем один из приемных электродов размещаетсз в центре установки, а отношение п г строго фиксировано. Такая установка обеспечивает частичную компенсацию первичного поля и приемной линии 3 . Однако один из приемных электродов располагается в центре питающей линии, где.потенциал поля равен нулю Для того, чтобы разность потенциалов в приемной линии была близка к нулю (этим определяется компенсация поля и ослабление влияния вмещающей среды второй приемный электрод требуется удалять на бесконечность, что увеличивает сигналы - помехи, наводимые в приемной линии, и усложняет технологию работ. Кроме того, отношение п вМ/АМ фиксировано. Фиксация параметра п не позволяет в процессе измерений менять положение приемных электродов независимо от питающих, что не обеспечивает глубокой компенсации первичного поля. Дополнение фазовых измерений амплитуднЕлми при использовании известных установок не приводит к ослаблению индукционных влияний в методе ВП на переменном токе, Целью изобретения является повьняение разрешающей способности измерений при излучении геологических особенностей поляризующихся объектов. Поставленная цель достигается тем что по предложенному способу геоэлектроразведки по методу вызванной поляризации при возбуждении первичного поля заземленным источником и измерении амплитудно-фазовых характеристик суммарного поля при изменении взаимного положения питающих и приемных электродов изменяют взаимное расположение приемных и питающих линий до Тех пор, пока фаза суммарного поля на фазовой частотной характеристике не перейдет через значение совокупности дополнительных амплитуд.но-частотных и фазовых измерений судят о геологических особенностях поляризующихся объектов. Для пояснения теоретических предпосылок способа, рассмотрим идеализмрованную модель геоэлектрического разреза, состоящую из однородного поляризующегося полупространства с включением в виде поляризующегося объекта, не отличающегося по удельному сопротивлению от вмещающей среды. Разместим один из питающих электродов вблизи объекта и положим, что частота переменного тока настолько низка, что электрическое поле можно считать квазипотенциональным. Поляризуемость среды, учтем через комплексное сопротивление: :-Pu. 5u(-H где о соответственно поляризуемость и удельное сопротивление среды; i; - постоянная времени процесса поляризации среды; и - частота поля, На поверхности полупространства в окрестностях одного из питающих электродов, пренебрегая влиянием другого электрода, потенциал поля определяется выражением 0(1-1 ,U6n) где RelJen-wUgfT действительная и мнимая компоненты поля ВП, создаваемого локальным объектом, зависящие, в общем случае как от величины R , так и от частоты поля ш , Э - сила тока в питающей линии. Расположим приемные электроды на одной линии с питакхдим электродом по разные стороны от него на расстояниях R и RU Суммарное напряжение в приемной линии можно представить формулой,1л.г) Cf, - CeiUen-i b4n (-)+ReflU6n-i 3niuUen+uJr3j. Сдвиг фазы суммарного напряжения относительно тока определяется из выажения1 4 21T:jpo(-5-- )+ReuU6Ti RI 9. Рассмотрим знаменатель выражения (2), Первое слагаемое знаменателя определяется геометрическими параметрами устанопки (1 и RQ) и может быть как положительным так и отрицательным сколь угодно малым числом. Второе слагаемые зависит как от R и Rg: , так и от частоты поля. Можно подобрать

такие величины фиксированной астоте u/g , что

a3i3po(.)4ReuUBn 0, т.е. (4) N

Ц1

Т

При отключении частоты поля от

Шр в большую или меньшую сторону частотная характеристика фазы суммарного напряжения, монотонно изменяясь, переходит через значение - J (вследсвтие зависимости Reли ЦП от частоты).

Нетрудно показать, что в области частот, где близко К - , мгшман компонента напряжения, создаваемая локальным объектом, намного превышает мнимую компоненту напряжения,связанную с вмещающей средой. Для грубых оценок примем для вмешаюших иоинопроводящих пород 1х 0,02, - 1, а для локального объекта: йе&изп . С учетом выражения (3) и сделанных допущений перепишем выражение (1)

(йи|:-ил1&ийп- -0101«вйи5,п-,0(1-3(пливпОтсюда видно, что измеряемое напряжение при - равно, мнимой компоненте напряжения поля ВП от локального объекта с точностью 0,02%. Изменение реальной и мнимой компонент поля ВП от частоты не увеличивает указанную погрешность, поэтому частотная характеристикаJ nuUgf, определяется в основном электрохимическими процессами, связанными с изучаемым локальным объектом.

В однородном полупространстве цля получения сдвига фазы величиной достаточно обеспечить геометрическую симметрию в расположении приемных электродов относительно питамщего, поскольку линии равного потенциала точечного источника тока представляют собой окружности. В реальных условиях симметрия поля потенцигша как правило нарушается, что требует выполнения специальных операций, направленных на определение на местности такого положения приемных электродов вблизи питающего электрода,при котором фазовая частотная характеристика суммарного напряжения переходит череэ - .

При изменениях по данному способу осуществляются следующие операции.

1.В земле задается первичное электрическое поле с помощью источника в виде заземленной двухэлектродной линии, питаемой гармоническим током, причем один из электродов (основной) располагается в пределах исследуемой аномалии ВП.

2.Располагают приемные электроды по разные стороны основного питающего электрода, предпочтительно на одной линии с ним.

3.Измеряют фазовые частотные характеристики суммарного напряжения

в приемной линии при изменении взаим него расположения электродов.

. 4. Находят такое положение приемных электродов, при котором фазовая частотная характеристика су «иарного напряжения в используемсмм диапазоне частот переходит через значение-.

5. При достигнутом положении электродов измеряют дополнительно амплитудную частотную характеристику.

По совокупности амплитудных и фаoзовых измерений при таком положении электродов, когда фазовая частотная характеристика переходит череэ значение г судят о геологических осо- бенностях поляризующихся объектов.

5

Операция 4 обеспечивает в приемной линии компенсацию напряжения, связанного с вмещакяцей средой., .что позволяет приблизить приемнБЕе электроды к питающим и сииз«цсь Н4«Е кцИбнные влияния без потё Пинфррмавдш о по1груженных поляризующихся о6ъекта1Х. j

При найденной оптимальной раьстановке электродов можно построи сь частотную характеристику мнимойi компоненты напряЕжения в приемной линии

5 и судить по ней о геологических особенностях ПОЛ5ФЙЭУКВЦИХСЯ объектов.

Таким образом, удается снизить индукционные влияния на высоких .частотах, получить частотную характерис0тику вторичного поля ВП в широком диапазоне частот и увеличить разрешающую способность метцда при детализационных исследованиях.

На фиг. 1, 2 показана измеритель5ная установка для выполнения способа геоэлектроразведки в полевых условиях и даны результаты измерений при разных ее положениях.

Установка содержит основной 1 и

0 вспомогательный 2 питакнцие электроды генератор тока 3, неподвижный 4 и . ПОДВИЖНЕЙ 5 приемные электродел и амплитудно-фазовый измеритель 6.

Измерения выполнены на одной иэ аномалий вП. Измерительную установ5ку, показанная на фиг. 1, размещали на местности так, чтобы основной питающий электрод находился в пределах аномалии ВП. Приемные электроды размещались симметрично относительно

0 питающего электрода. Измеряли фазовую частотную характеристику (ФЧМ) суммарного напряжения в приемной линии в частотном диапазоне 0,3-156 Гц с помощью образца аппаратуры .

5

Вначале приемные электроды (в предложении однородности среды по сопротивлению) располагали симметрично относительно питающего электрода в позиции С . Характер ФЧХ в этой поoзиции показан на фиг. 2.1. Он отличается практической независимостью фазы от частоты,. Аналогично ведут себя амплитуда (iU) и мнимая компонента (3niu(J) напряжения , что объясняется

5 отсутствием достаточно глубокой компенсации напряжений в приемной линии создаваемых первичным полем источника тока. В дальнейшем подвижный приемный электрод занимал положение И , III, IV и т.д. отстающие друг от друга на местности на несколько сантиметров. В позициях III и IV фазовая частотная характеристика переходит через - jJ- соответственно на частотах 1,2 и 4,В Гц. С точки зрения реализации данного способа измерений пози ции III и IV равноценны. В одной из этих позиций измерения амплитуды поля являются обязательными, так как они позволяют в совокупности с фазовыми измерениями вычислить мнимую часть поля ВП (ее знак условно прини мается положительным) 3vnuU uU-SinV . в позициях III и IV частотная характеристикаОтаи имеет экстремум, положение которого на оси частот характеризует геологические особенности объекта 1. В качестве информативного параметра может быть использова на также величина, определяющая крутизну частотной характеристики (-3muU(5,))3muU(;E-,),где 3vnuU (SQ.) и 3miU() - напряжение н частотах Е/, и 3. При дальнейшем перемещении электрода в сторону вспомогательного пита ющего электрода ФЧХ суммарного напря жения целиком переходили в ойласгь значений Ч , лежащих между- -С-и - JT , напоминая по форме кривые W , полученные в позициях II и I (эти ФЧХ на фиг. 2 не показаны). Приведенные данные свидетельствуют .0 том, что при измерениях переход фазовой частотной характеристики через значение- четко определяется в реальных условиях. При положениях приемных электродов, отвечающим таки ФЧХ, на частотных характеристиках мнимой крмпоненты напряжения область экстремальных значений проявляется наиболее четко. При других положениях электродов, например в позиции . изучение частотной характеристики DvDuV) с достаточной для практики точностью осуществлять не удается. Дополнительными измерениями установлено, что характер графиков7,1), 3muU практически не зависит от размеров приемной линии, если она изменяется от 5 до 20 м и от угла между приемной и питающей линиями. Для осуществления данного способа могут быть использованы общеизвестные технические средства, например, серийная электроразведочная станция ИНФАЗ ВП (диапазон частот 0,3-78 Гц) или станция ЭВА-203 (диапазон частот 0,03-156 Гц). Формула изобретения Способ геоэлектроразведки по методу вызванной поляризации путем возбуждения первичного поля заземленным источником и измерения амплитуднофазовых частотных характеристик суммарного поля при изменений взаимного положения питающих и приемных электродов, отличающий ся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности измерений при изучении геологических особенностей поляризующихся объектов, изменяют взаимное расположение приемного и питающего электродов до тех пор, пока фаза суммарного поля на фазовой частотной характеристике не перейдет через значение - , и по совокупности дополнительных амплитудно-частотных и фазовых измерений при этом положении электродов судят о геологических особенностях поляризующихся объектов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Аладинский Ю.В. и др. Об одном способе определения фазбво-частотных характеристик вызванной поляризации/ Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1973, 7250-73. 2.Авторское свидетельство СССР 324601, кл. G 01 V 3/02, 1972. 3.Фролов В.Х. Основные положения приближенно-потенциального способа электроразведки. Труды СНИИГИМСА, вып. 215, Новосибирск, 1975, с. 7883 (прототип).

|cvj

N

tel-4 3ш

сэ

0

а 3

§

сэ

1-4.г

1