Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01V3/10 

(54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ И УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при поисках электропроводящих, рудных тел, а также металлических : предметов, например, металлопроводов в археологии.

Известен метод переходных процессов (НПП) и устройство геоэлектроразведки, основанные на возбуждении в земле импульса первичного электромагнитного поля и изучении электрической или магнитной составляющей вторичного неустановившегося поля, воз буждаемого электропроводяви1ми объектами. Эти способы включают в себя возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного электрического или магнитного поля, преобразование вторичного электрического или магнитного паля в электрический сигнал измерение его мгновенного значения спустя время задержки tg после момента выключения первичного поля. По совокупности измеренных мгновенных значений сигнала вторичного поля судят о физических свойствах и элементах залегания геологических объектов 1 1 . ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Известные способы и устройства обладают низкой помехозащищенностью и слабой избирательностью.

Известен способ измерения скорое ти протекания переходного процесса электрической системы, в котором разность величин сигналов в граничных точках выбранного временного Интервала, деленную на величину этого

to временного интервала, получают путем фильтрации составляющих спектра выходного сигнала, частоты которых

2п-1 удовлетворяют равенству f ,

15

где п 1,2,3...,At величина выбранного временного интервала, и их суммирование в момент окончания выбранного временного интервгша.

Сущность этого способа заключает20ся в том, что разность сигнешов определяют путем свертки сигнала во временном интервалге Т с весовой функцией

S

25

(2n-l)ft

cos

м--

и измерения преобразованного в результате свертки сигнала в момент окончания временного интервала Т 2,

30

Свертка усиленного сигнала во временном интервале Т, задержанном относительно времени t с весовой функцией

(t-to) +

де Ч - фаза сигнала, реализуется помощью преобразователя, в качестве оторого могут быть использованы акивный или пассивный фильтры .

Трудность применения этого спосоа в геоэлектроразведке заключается том, что при геофизических исслеованиях необходимо реализовать значительное число членов ряда для обеспечения указанной точности измерений. Это условие трудно реаизуемое .

Наиболее близким техническим реением к предлагаемому является способ индукционной геоэлектроразведки, реализованный в аппаратуре МПП-3, который помимо первых двух операций включает вырезку сигнала спустя время задержки t, после момента выключения первичного поля, вырезку сигнала в момент времени Т, где Т - временный интервал, на котором осуществляют измерение разности значений сигнала вторичного поля, образование разности амплитуд указанных вырезок, накопление этих разностей при периодическом повторении измерительного цикла и регистрацию накопленной величины. Способ реализован в устройстве, состоящем из импульсного генератора, нагруженного на проволочную петлю, и соединенных последовательно индукционной рамки, входного коммутатора, усилителя, первого стробирующего каскада с элементом памяти, второго стробкр кядего каскада, вычитающего каскада, накопителя и регистратора. Устройство имеет синхронизатор, который связан с импульсным генератором и подключен к стробируюиЕим каскадам. Синхронизатор снабжен переключателем задержек t и переключателем длительности временных интервалов Т,

Способ и реализукяцее его устройство обладают весьма низкой помехоустойчивостью, обусловленной тем, что полосу пропускания усилителя приходится расширять до величины, обеспечивающей окончание собственного переходного процесса в усилителе к моменту первой вырезки t. Кроме того, указанное устройство обладает низкой разрешающей способностью, так как оно позволяет измерять мгновенные значения суммарного сигнала от комплекса объектов и не обладает избирательностью по , отношению к сигналам, возбуждаемым каждым геологическим объектом в отдельности t4j.

Цель изобретения - повьпчение помехоустойчивости и разрешающей способности геоэлектроразведки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе геоэлектроразведки, который включает возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного поля в электрический сигнал, вырезку сигнала в момент окончания временного интервала Т, начало которого задержано относительно момента выключения первичного поля на время tg, и регистрацию амплитуды вырезанного сигнала во временном интервале времени измерения Т генерируют вспомогательный сигнал вида

А (t - to ) +4 где А - амплитуда сигнала; t - текущее время; Ч - начальная фаза, определенная как ч 0 при измерении электрической составляющей поля и как f 7t/2npH измерении магнитной составляющей поля,

перемножают принимаемый сигнал с вспомогательным, интегрируют произведение этих сигналов и по амплитуде вырезанного сигнала судят о напряженности вторичного поля, возбуждаемого в момент t от тех геологических объектов, постоянные времени Т которых лежат в предела K TSITS , где К и .- числовые коэффициенты, зависящие от величины погрешности измерений. Указанные отличительные операции способа эквивалентны свертке сигнала в выбранно временном диапазоне.

Изучение вторичных полей от протяженных объектов выполняют при неизменном отношении времени задержки временного интервала к его длительности.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства,которое помимо импульсного генератора подключенного к датчику первичного поля и соединенных последовательно: датчика вторичного поля, входного коммутатора, усилителя, стробирующе каскада, накопителя и регистратора, а также синхронизатора, подключенного к стробирующему каскаду и генератору, снабженному переключателем временных задержек, включенному между синхронизатором и усилителем, и переключателем длительности временных интервалов, связанным с усилителем, синхронизатором и накопителем, содержит включенный между усилителем и стробирующим каскадом преобразователь, осуществляющий свертку сигнала с весовой функцией, например, резонансный- контур, связанный с переключателем временных интервалов,и соединенный через ключ с синхронизатором. Кроме того, переключа тель временных интервалов соединен с импульсным генератором и накопите лем. Для увеличения производительно ти измерений переключатель временных интервалов целесообразно соединить с регулятором усиления усилите ля. На фиг. 1 представлена передаточ ная функция, характеризующая связь меледу амплитудой вырезки преобразованного сигнала и напряженностью вторичного поля; на фиг. 2 - структурная электрическая схема устройства, реализующего способ. Изобретение основано на следующе утверждении. Пусть напряженность вторичного магнитного Н (t) или электрического E(t) поля представляет собой суперпозицию экспонент, т.е. где С- постоянная времени, пропорциональная электропроводности,магнитной проницаемости площади эффективного сечения проводника, а каждая экспоненциальная составляюща обусловлена определенным геологическим объектом и характеризует его свойства. Тогда мгновенное значение отклика, измеренное в момент окончания временного интервала Т на выход линейного коммутируемого преобразователя, работа которого описывается в математической форме интегра лом свертки U(VT) 9in;fC 4o-T (2 при регистрации магнитной составляющей , или 0,(Л.) |-(to-t--r) при регистрации электрической соетавлякицей, где и, и Ug - электрические сигналы на выходе магнитного и электрического датчиков вторичного поля, оказывается пропорционным напряженности соответствующего вторичного поля в момент Т. В указанных выражениях коэффициенты а и и а характеризуют свойства датчиков.Интегрирование дает равенства nfeyfec - -). (). тогда зависимость )%f S К(1-)) (5) п характеризует связь между измеренной величиной и (tn + Т) и определяемой величиной H{TO). Величина К называется передаточной функцией. Из формы передаточной функции (фиг.1) еле-: дует, что способ обладает повышенной разрешающей способностью за счет избирательности по отношению к телам, постоянные времени которых близки к 0,35 Т. Отклонение передаточной функции от максимального значения можно считать удвоенной систематической погрешностью измерений, обусловленную изменениями постоянных времени исследуемых объектов. Так, например, для K.. , где К, 0,28 и К2 0,5 наибольшее отклонение передаточной функции от максимального значения не превышает 3%, а предельная погрешность измерений составляет ±15%. На пр ктике длительности временных интервалов Т следует выбирать, пользуясь выражением (4), принимая во внимание диапазон изменения постоянных времени исследуемых объектов и допустимую погрешность измерений. Вторичные поля от проводящих сред, протяженность которых значительно превосходит расстояние между датчиками первичного и вторичного полей, аппроксимируются степенной функцией H{t) Н или E(t) Е-|р-, (б) где параметр р характеризует физические свойства среды. В этом случае передаточная функция зависит лишь от отношения / Р вследствие чего измерение вторичных полей от протяженных сред следует производить при неизменном отношении . Способ обладает повышенной помехоустойчивостью за счет того,что операция отфильтрования из сигнала гармонической составляющей сужает полосу пропускания приемного тракта. При этом выигрыш в помехоустойчивости зависит от постоянных времени исследуемых объектов, возрастая с их увеличением, и колеблется от 2,5 до 10. Устройство, реалиэуклдее способ, состоит (фиг.2) из импульсного генератора 1, подключенного к датчику 2 первичного поля и включенных последовательно: датчика 3 вторичного поля, входного коммутатора 4, связанного по цепи управления с импульсным генератором, усилителя 5 с регулятором б усиления, преобразователем 7 с ключом 8, стробируклцего каскада 9, накопителя 10 и регистратора 11. Кроме того, устройство содержит синхронизатор 12, связанный по цепи управления с импульсным генератором и снабженный переключателем 13 задержек и переключателем 14 временных интервалов Синхронизатор управляет ключом 8 и стробирующим каскадом 9. Переключатель временных интервалов связан с импульсньом генератором,преобразователем, накопителем и вместе с переключателем задержек 13 с регулятором усиления усилителя.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный генератор 1, нагруженный на датчик первичного поля 2 вырабатывает периодическую последовательн9сть импульсов тока,длительность которых устанавливается переключателем 14 временных интервалов. Задним фронтом зондирующих импульсов импульсный генератор запускает синхронизатор 12, управляющий временным циклом работы прибора. Кроме того, импульсный генератор управляет работой коммутатора 4, который подключает датчик 3 вторичного поля ко входу усилителя лишь на время паузы между импульсами первичного поля.

Сигнал вторичного поля усиливается усилителем 5 и поступает на вход преобразователя 7. Ключ 8 разряжает реактивные элементы преобразователя, освобождая их от запаса энергии предыдущего измерительного цикла. Спустя время задержки to после окончания импульса первичного поля ключ 8, управляемый синхронизатором, размыкается, и преобразователь начинает отфильтровывать из сигнала гармоническую составляквдую, частота которой обратно пропорциональна длительности временного интервала Т. В момент времени t + Т стробирующий каскад, управляемый синхронизатором, производит кратковременную вырезку отфильтрованной гармонической составляющей сигнала, которая поступает на наполнитель. После осуществления вырезки синхронизатор 12 замыкает ключ 8, который разряжает реактивные элементы преобразователя, подготавливая его к следующему измерительному циклу. Число накапливаемых вырезок устанавливается переключателем 7 временных интервалов. По прошествии заданного числа измерительных циклов регистраT( 11 фиксирует накопленную величЛну, которая, будучи осреднена по числу измерительных циклов, характеризует напряженность вторичного поля в момент t,. Преобразователь может быть реализован либо как сочетание генератора весовой функции, перемножителя и интегратора, либо с помощью пассивного четырехполюсника, импульсная характеристика которого совпадает с весовой функцией

При переключении временных интервалов Т следует изменить частоту отфильтровываемой гармонической составляющей, в связи с чем преобразователь связан с переключателем временных интервалов. Кроме того, переключатель временных интервалов связан с импульсным генератором таким образом, что при изменении длительности временного интервала изменяются длительность и частота следования импульсов первичного поля. Для выравнивания помехоустойчивости при измерении вторичных пол от различных объектов переключатель временных интервалов связан с накопителем. Эта связь обеспечивает уменьшение числа измерительных Цикл при увеличении длительности временного интервала.

Возможность избирательного измерения вторичных полей позволяет предусмотреть необходимую величину коэффициента усиления усилителя при изменении t и Т. Поэтому для увеличения производительности полевых измерений переключатель задержек и переключатель временных интервало связаны с регулятором усиления усилителя.

Формула изобретения

1. Способ геоэлектроразведки,включаюс4ий возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного поля в электрический сигнал, вырезку сигнала в момент окончания временного интервала Т, начало которого задерживают относительно момента выключения первичного поля на время t,H регистрацию амплитуды вырезанного сигнала, отличающийся тем,что, с целью повышения помехоустойчивости и разрешающей способности, в выбранном временном интервале времени измерения Т генерируют вспомогательный сигнал вида

Л (t-to) +у

где А - амплитуда сигнала;

t - текущее время;

Ч - начальная фаза, опредеяемая как 4 0 при измерении электрической составляющей поля

и как Ч 2- при измерении

магнитной составляквдей поля, перемножают принимаемый сигнал со вспомогательным, интегрируют произведение этих сигналов и по амплитуде вырезанного сигнала судят о напряженности вторичного поля, возбуждаемого в момент t от тех геологических объектов, постоянные времени С которых лехсат в пределах

К. Т r K2.I , где К и К 2 коэффициенты, зависящие от величины погрешности измерений.

2.Способ ПОП.1, отличающ и fi с я тем, что, с целью исследования вторичных полей от протяженных объектов, отношение величины времени задержки временного интервала к его длительности сохраняют неизменным.

3.Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее импульсный генератор, пoдключeнн ri к датчику первичного поля, и соединенные последоват.ельно: датчик вторичного поля, входной коммутатор, усилитель стробирующий каскад, накопитель и регистратор, а также содержащее синхронизатор, подключенный к стробирующему каскаду и генератору,переключатель временных задержек,который включен между синхронизатором и усилителем и переключатель . длительности -временных интервалов.

O.lt

о.ъ о.г01

связанным с усилителем, синхронизатором и накопителем, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и разрешающей способности, в нем между усилителем и стробирующим каскгщом включен преобразователь, осуществляющий свертку сигнала с весовой функцией, например, резонансный контур, связанный с переключателем временных интервалов и соединенный через ключ с синхронизатором.

Источники информации, принятые во внима:ние при экспертизе

1.Якубовский Ю.В. Электроразч ведка. М., Недра, 1973, с. 266278.

2.Авторское свидетельство СССР № 432463, кл. G 05 Ь 23/00, 1974.

3.Харкевич А.А. Борьба с помехами. М., Наука, 1965, с. 86-88.

4.Авторское свидетельство СССР № 270122, кл. 21 g 30/02, 1970 (прототип).

X Г/

ft

J Фиг f