Известно также устройство для электроразведки по методу ВП, в котором для увеличения производительности исследований используют систему (множество) потенциальных электродов, подсоединенных к измерителю сигналов 2, . Точность измерений с этим устройством невысока. Предлагаемое устройство для измерения вызванной поляризации, в котором входной ток, поступающий на землю с известной частотой, амплитудой и длительностью измеряетс в виде наведенного потенциала на множестве последовательно расположенных потенциальных электродов. Каждый электрический сигнал по ступает На вход схемы дифференциального усилителя и через него на устройство обработки и регистрации электрических сигналов. В более ограниченном аспекте схема дифференциального усилителя осуществляет измереirae разности потенциалов между каждой последовательно расположенной парой разнесе1П1ы друг от друга электродов, затем каждое из таких дифференциальных измерений относится к импульсу входного тока, имеющего заранее заданные характеристики частоты, амплитуды и длительности. Выходные данные получаются в любых из нескольких параметров, поступающих на цифровое сштывание, .многоканальную запись на магнитную ленту и (или) составленную или цифровым способомо построенную графическую форму. Предлагаемое устройство пригодно для ис пользования в импульсном и частотном вариантах метода ВП и обеспечивает большую точность измерений за счет увеличения соотнощения сигнал/юум и кроме того, возможность многоканальной обработки информации, что позволяет производить наблюдения по профилю с большой скоростью и, следователь но, с затратами, т.е. увеличивает производительность труда и надежность инфор мации.. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для достижения указанной .цели в устройстве для измерения вызванной поляризации, содержащем токовые электроды, соединенные с генератором сигнала, множество потенциальных электродов, с которыми с помощью многожильного кабеля связано измерительное усгройство и регистратор, измерительное устройство выполнено в виде многоканального дифференциального усилителя, вхо ды которого связаны с выходам многожильного кабеля и блока усрешгениа сигналов, вход которого непосредственно соединен с вы ходом многояашьного диффе/.нциального уси лителя, а выход - со вхо. регистратора. На фиг. 1 изображена схема размещения электродов; на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - схема предлагаемого соединения; на фиг, 4 - блок-схема цифровой усредняющей схемы; на фиг; 5 блок-схема другого типа системы. Как изображено на фиг. 1 , около точек 1-12 на некотором удалении расположен грузовик 13 и связанное с ним оборудование, помещенное вдоль линии наблюдения на поверхности земли , лежащей над исследуемым полупространством 15. Грузовик может представлять собой любое передвижное полевое транспортное средство, в котором установлено все необходимое электронное оборудование для измерения параметров вызванной , поляризации. Возбуждение электромагнитного поля в земле осуществляется токовыми электродами 16 и 17, соединенными через кабели 18 и 19 с оборудованием в грузовике. Приемный кабель 20 соединяет грузовик с множеством электродов 21, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и контактирующих с земной поверхностью, .Приемный кабель представляет собой десятижильньш кабель, составленный из множества отрезков кабелей 22, последовательно соединенных через ряд контактов 23. Тогда отрезок кабеля 24 обеспечивает многоканальную связь между грузовиком и первым контактом. Каждьш из потенциальных электродов включает в себя одножильный кабель 25, который также предназначен для соединения в соответствующий контакт. Указанные контакты расположены так, что облегчают быстрое соединение и разъединение и дают возможность грузовику быстро перемещаться вдоль линии наблюдения, как будет описано ниже более подробно. Во время работ на профиле через токовые электроды 16 и 17 возбуждают переменный ток заданной формы, т.е. заданной частоты, амплитуды и длительности и измеряют между последовательно расположенными потенциальными электродами 21, расположенными вдоль приемного кабеля 20. Таким образом, первая разность напряжений EI получается из напряжений, замеренных между позициями 4 и 5, разность напряжений Ег- замерена между позициями 4 и 5, разность напряжений ЕЗ получена между позициями 5 и 6 и так далее до коночного потенциального электрода 21 из используемых. В настоящем оборудовании используются шесть каналов и, следовательно, на фиг. 1 снимаются только напряжения между позициями с 3 по 9. Диаграмма, изображенная на фиг. 1 под поверхностью земли 15, является обычным (идеализирЬванным) способом изображения . данных вызванной поляризации. Полученные данные: удельное сопротивленне р, частотный эффект в процентах (ЧЭ) или величина металл-фактора для данного токового диполя и данного потенциального диполя изображают ся точкой пересечения линий с наклоном 45° проходящих через средние точки двух диполе Таким образом, шесть величин измеренных данных (удельные сопротивления, ЧЭ или металл-фактор), которые получены для данного токового диполя и первых щести потен циальных диполей изображаются на линии 26 с наклоном 45°, которая идет от позиций то кового диполя 1 и 2. После проведетгая измерений в этой позиции грузовик 13 переме тится на следующую позицию, а разностные напряжения EI -Eg будут сниматься последов тельной цепочкой диполей, расположенных ме ду позициями 4-10. Данные, полученные на этой следующей позиции, вычершваются на пунктирной линии 27, параллельной линии 26 и сдвинутой относительно нее на. одну позицию вдоль линии наблюдения. Благодаря соблюдению общих условий пространственного распределения потегщиального .поля, каждый диполь можно рассматривать как целое .число пространств между позициями. Таким образом, все измерения для п 1 изображаются но второй горизонтальной линии 28, все измерения для п 2 изображаются вдоль второй горизонтальной линии 29 и так далее для п 3, 4, 5 и 6 измерения изображаются соответственно ИО: горизонтальным линиям 30-33. Чем больще разделение между токовыми-и потенциальными диполями, тем более глубоко изучается залегающий объект. Важно отметить, что зависимость между уровнями величины и действительной физической глубиной нелинейна. Кроме того, эта зависимость определяется геологией. Иными словами, хотя .значение .п 6 явно соответствует объекту, залегающему на большей глубине, чем значение п 3, нео.бязательно первая глубина вдвое больше второй, как это можно было бы заключить из графика на фиг. 1. Другой важный фактор состоитв том, что при увеличении расстояний между токовыми и потенциальными диполями и объ ем пространства, охватываемого измерением, увеличивается как в шириг1у, так и по горизонтали. Таким образом, график псевдоглу бины указывает лишь на большие относитель ные положения аномального объекта, и для определения относительных глубин залегания необходимы дополнительная интерпретация и эмпирическое моделирование. Устройство (фиг. 2) генерирует переменный ток через питающий диполь в землю С помощью генератора 34 сигналов. Измерительное устройство 35 включает в себя указанные выше на фиг. 1 последовательно располрженнь1е потенциальные электроды, приемный кабель и схемы многоканального усиления, анализа и выходные схемы, а генератор сигналов содержит генератор 36 цифровых сигналов, который управляет сигналами тока в генераторном диполе, по частоте, амплитуде или длительности. Этот управляющий сигнал затем поступает на предусилитель 37 для усиления. Сигнал с выхода предусилителя 37 подастся lia вход усилителя 38 мощности (генератор тока). Указанный выше генератор цифрового сигнала позволяет ПОЛУЧИТЬ сигнал на выходе любой формы: синусоидальной, прямоугольной, ступенчатой, пилообразной формы и т.д. Преимущество генератора цифрового сигнала заключается в том, что имеется возможность- точно повторить форму и длительность сигнала. В качестве приведенных выше предусилителя и усилителя мощности можно выбирать любой Промышленный ток в зависимости от потребностей в соответствии с конкретными задачами, причем характеристики усилителей зависят от .требуемого входного сигналя. В общем случае для измерения ВП на глубину в несколько десятков метров усилители должны работать в диапазоне примерно от 0,005 До 5 Гц с выходной мощностью порядка 1 кВт при минимальной двойной амплитуде напряжения 500 В. Может оказаться желательным более высокое напряжение и мощность сигнала при более низких частотах, особенно для обеспечения более глубокого изучения. В качестве усилителя 38 мопшости в суиюствующих на сегодня полевых системах наблюдения используются роторный усилитель, т.е. разновидность генератора постоянного тока. Токовый сигнал с якоря генератора тока, т.е. усилитель 38 мощности поступает непосредственно на один из токовых электродов и через токосъемник 39 - на другой. Токосъемник 39 служит для снятия опорного напряжения, пропорционального TOKV на выходе генератора тока для пропускания по линии 40 на измерительное устройство, как будет описано ииже. Токосъемник 39 представляет собой индуктивное устройство. Каждый из токовых электродов генераторного диполя создают следующим образом. На поверхности земли выкапывают ямку или группу ямок в определенных местах иа поверхности, пропитывают ямку соленой водой, выкладывают дио и стенки ямки :}лектропроводной фольгой, например, алюминиевой, засыпают назад вынутый грунт ямки поверх
фольги и прикрепляют соответствующие соединительные кабели для подачи тока ппи помощи съемного зажима или крокодала. В измерительном устройстве измеряемый
потенциал ия каждом из потенциальных электродов поступает по отдельному проводу многожильного приемного кабеля и по соединительному кабелю на вход шестиканального усилителя 41. Каждый канал усилителя 41 может иметь одинаковую конструкцию и тнп, выбранный из многих известных стандартных усилителей. Важнейшими требованиями к усилителям являются: дифференциальный выход, высокая чувствительность и высокий коэффициент подавления помех в режиме совмест.ной работы, превьпиаюший 100 дБ. Усилитель 4 представляется как шестикана.чышя схгма, однако можно задаться другим числом каналов в соответствии со структурой системы и положения 1ютенииалыН)1х датчиков, шсло которых зависит от выбора. Шестиканальная система была признана практической для работы в молевых условиях, где и будет работать описываемая система. Каждый канал усилителя 41 принимает дифференциальный сиг-нал с соответствующих последовательных пар потенциальных электродов. Таким образом,
воспринятые потенциалы Ei-Er, будут усиливаться на дифференциальных усилителях по шести соответствующим каналам усилителя 41. Выходной сигнал ня выходе усилителя 41, содержащий шесть усиленных разностей потенциалов (потенциаль Ej-E), подаются по многожильному кабелю 42 на каждьп1 из канялов семика {ального цифрового усреднителя 43 и на семИканальный магнитный регистратор 44. Семиканальный цифровой усреднитель
43содержит пссколько блоков, как буд,ет онисаио ниже, причем шесть каналов принимают даффсренщтальное 1гапряжение с выхода усилителя 41, а седьмой канал принимает опорный сигнал с указанного вьние то осъемника. Этот токосъемник может представлять собой, например, магнитный модулятор, вырабатывающий напряжение на линию 40, которое пропорционально действительному току, подаваемому на землю. Опорное напряжение на линии 40 также поступает в канал магнитного регистратора 44. Магнитный регистратор
44может представлять собой распространенный многоканальный магнитофон с частотной модуляштсй типа, достаточно широко распространенного в геофизической разведке.
На фиг. 3 схематически изображена часть приемного кабеля 20, в частности, новая внутренняя разводка контактов 23, позволяющая осушсств.гять быстрое неремсчцение станции системы наблюдения без необ:;одимости перемеп1Г1Н1я к:1беля. Каждый из контактов
23имеет идентичную разводку проводов и каждый из отрезков кабеля 20 и соединительный кабель 24 также имеют идентичную разводку проводов. Каждый из соединительных контактов 23 содержит изогнутые соединители, внутренние контакты которых распо ложены в щахматном порядке и отмечены буквами А-В, В-С, С-Д и т.д., причем соединение ведет назад на контакт А. Конкретный потенциальный электрод 2 Ь станции и его провод 2.; также соединены с соединением J-A, Эта конфигурация имеется в каждом соединительном контакте 23. Она позволяет грузовику 13 (фиг. 1) непрерывно перемещатьJ ся от одной позиции к другой для Следующего эт.чна в последовательности и каждый раз соединение соединительного кабеля 24 с первым соединительным контактом 32 в линейном расположении позиций будет подтверждать, что семь снимаемых потенциалов с расположения позиций присутствуют на контактах с А по G на коНце соединительного кабеля
24со стороны грузовика для ввода в дифференциальные усилители измерительного устройства 41. Таким образом, те потенциальные электроды, которые расположены на заданном числе позиций от грузовика 13, всегда будут появляться на одних и тех же входах измерительного устройства 41,
Семиканальный цифровой усреднитель 43 со схемой считывания, изображенной на фиг. 2, изображен более подробно на фиг, 4, Таким образом, цифровой усреднитель 43 включает в себя входной мультиплексор 45, сигнал на вход которого поступает с линии 40, и многожильный кабель 42. Иными словами, входной управляющий сигнал с токосъемника 39 поступает по проводу 40 на вход одного канала мультшшексора 45, а сигнал с выхода
дифференциальных усилителей измерительного устройства 41 поступает на соответствующие последовятельные входы мультшшексора 45. Мультиплексор 45 может представлять собой известный мультиплексор с разделением времени, обеспечивающий мультиплексированный , во. времени аналоговый сигнал, поступающий по линии 46 на буферный усилитель 47, Скорость мультиплексирования и переключения управляется входным сигналом на проводе 48 с мультиплексного счетчика и управляющей схемы 49., которая, в. свою очередь, управляется сигналом с выхода системь. счет чика 50 тактовой частоты и генератора 51 тактовой частоты. В системах типа описываемой генератор 51 представляет собой известную схему генератора, работающую с. частотой 4 МГц, которая. затем делится счетчиком 50 тактовой частоты, сигнал с выхода которого поступает на мультиплексный счетчик и управляющую схему, при этом обестгсчивается заданная частота мультиплексирования. Сигнал с выхода счетчика 50 тактовой частоты посту пает также на схему 52 счета щклов измерений, который может управляться переклю чателем 53 длнтелыюсти цикла для получения сигнала на выходе по проводу 54, поступающего на устройство 55 программного управления. Устройство 55 программтюго управления работает сипхрогпю со счетчиком 50 тактовой частоты пои поступлении выходного сигнала тактовой частоты по проводу. Устройство 55 программного управления обеспечивает пентралыюе управление и синхронизацию всего устройства. Таким образом, устройство 55 центрального или главиого программного управления запускают цифровой генератор 36 сигнала (фиг. 2) для запуска работы полевой части системы. Переключатель .53 длитель ности цикла представляет собой ручку на пульте оператора, служащую для управления числом на счетчике 52 числа циклов, посредством 4eio-осуществляется управление длитель ностью работы системы генератора 34 сигнала . Измеренные сигналы после мультигглексирования и прохождения через буферный усилитель 47 поступают на аналого-цифровой пре образователь 56, с которого цифровые сигналы поступают на линию 57 и умкожительную схему 58, а также на умножитель-регистр 59 множителя, который задает коэффициент умножения в умножителе 58. Умноженныецифровые величины помешаются затем в регистр 60 произведения для сдвига в последовательном сумматоре 61 ив вдклической последовательной памяти 62., Умножитель 58, регистр 60 произведения, последовательный сумматор 61 и последовательная, память 62 в действительности осущест вляют цифоовую обработкгу данных всех канялов мультиплексных данных с вь1ходного сигналя цифроапялогового преобразователя 56. Таким образом, каждый канал данных умножается и интегрируется в заданном поомежут ке времени в реальном маещтабе времени, Схема 63 согласования является известной сх мой, в которой следующие друг за другом блоки мультиплексных данных сначала умножаются посредством последоватетгьно идущих сигнаяов с выхода, регистра множителя 59 и умножителя 58 на заданный коэффиииент для запоминания соответствующегорасположения во времени канала даннь1Х в регистре 60 произведения. После этого снова блоки данных в последовательном коде, выходящие из регистра 60 произведения через последовательный сумматор 61, проходят этяп временного 1у«тегрирова1шя, в то время как последовательная память 62 непрюрьгано сдвигает назад просуммированные данные в заданном промежутке времею. Коррелированный во времени токовый управляющий сигнал, как и коррелированный сигнал для каждого из тактов разности потенциалов (Е,-Ее), поступает по линии 64 на вход схемы 65 выбора индикации. Схема 63 согласования представляет собой устройство для обработки в полевых условиях данных частотных измерений, так как один выходного сигнала выдаст Щ1ФРОВУЮ величину, .пропорцисиапы1ую взаимной связи напряжения с нулевым сдвигом токового управляющего тракта, а остальные каналы выдают велишны. пропорциональные взаимной связи с Нулевым сдвигом токового управляющего тракта стносительно каждого одного из трактов разности потенциалов. Привязанные во времени выходные цифровые данные воспроизводятся затем схемой 66 считывания привязки. Таким образом, первомачальпо преобразованные данные по линии .57 ппступают на регистр 67 аналого-цифрового преобразователя, после чего они сдвигаются на схеме 65 выбора индикации, которая также получаег данные, привязанные во времени, по линии 64. Перекишюй переключатель - переключатель 68 выбора индикации предназначен для управления 65 выбора индикации - для задания в схеме 69 выбора канала либо аналого-цифровых данных, Сх:ема 69 выбора каиала содержит логическую схему, которая при управлении от ручного переключателя 70 выбора канала выбирает нужтп н канал информации для выходного сигнала га линии 7J, Иными словами, при помощи переключателя 70 выбора канала выбираются данные либо токового управляющего тракта, либо одного из выбранных потенциальных трактов на линии 71. Выходной сигнал на линии 71 сначала сдвигается на младщий разряд и для того, чтобы обеспечить соответствующее преобразоBaiffle, необходимо поедусмотреть схему 72 инвертирования последовательности. Схема 72 инвертирования последовательности содержит известную схему регистра, например, триггерноге регистра, которая накапливает цифровые данные На входе в прямом направлении и инвертирует их таким образом, что данные на выходе выбранного каиала на проводе 73 расположены старщим разрядом вперед для .ввода в преобразователь 74 из двоичного кода в код POD, Таким образом, преобразователь 74 преобразует двоичную последовательность в цифровук, последовательность в коде BCD иа лииии .75, Данные в коде BCD на линии 75 поступают затем на регистр 76 индикации для сдв га и для управления схемами 77 управления считыванием, управляющими цифровыми устройствами 78 считывания на светоизлучающих диодах. Данные в коде BCD по линии 75 подаются также на схему экспоненциального счетчика 79, который в соответствии с велич ной счета выдает периодический сигнал на схему 80 управления считыванием для управления еще одним устройством на светоизлучаюишх диодах - экспоненциальным устройство 81 считывания. Полевая схема на фиг. 1 по своей сути представляет собой многоканальную систему измерения вызванной поляризации, позволяющую производать одновременное измерение со множеством разнесенных в пространстве потенциальных электродов в заданное время. Длительность выбирается в соответствии с требованиями конкретного наблюдения, харак теристиками местности, электрическими шума ми и т.д. После размещения на профиле оборудования ток подается в землю по токовым электродам 16 и 17. Управляющий сигнал возбуждается цифровым генератором 36 сигнала (фиг. 2) и подается через предусилитель 37 в роторный усилитель мощности или генератор тока 38. Генератор 36 цифрового сигнала применяется для генерирова1|)ия стабильного синусоидального сигнала с частотой в диапазоне 0,005 и 8 Гц. Предполагаются, что найдутся такие области применения, где приложенный токовый сигнал будет иметь заданную частоту, линейно изменяющуюся во времени, для исследований, связанных с исследованием частотных характеристик рязличных материалов. Длительность входного напряжения, соответствующего току,,различна, зависит от требований конкретных измерений и прямо связана с необходимым временем усреднения, требуемь м для измерительного устройства 35. Обычно возбуждают ток между токовыми электродами 16 и 17 с частотой 0,1 Гц в течение времени порядка 10 мин, причем в течение этого времени непрерывно измеряют напряжения EI -Eg с системы дифференциальных электродов, которые поочередно поступают в мультиплексор 45 (фиг. 4) и привязываются во времени при помощи схемы 63 согласования (привязки) (фиг. 4), после чего индуцируются при помощи схемы 66 считывания (фиг. 4) и (или) записьтаются па многоканальном аналоговом магнитофоне 44 (фиг. 2). В последующем применяют циклы измере ния той же 1шительности при частоте входнр,ГО тока 1,0 Гц, а затем и .других частот, выбранных в указанных выше пределах крайне низких частот. Обработка, осуществляемая схемой 43 цифрового усреднения, эквивалентна прохождению сигнала через фильтр с очень узкой полосой пропускания, соответствующей частоте поляризующего тока. Добротность фильтра будет возрастать с увеличением времени записи. Таким образом, для каждого тклл измерения при данной частоте с помощью цифрового усреднителя будет считываться ряд отсчетов (в приведенном примере семь), которые пропорциональны токовому сигналу, а также разности потенциалов, связанной с сигналом возбуждения. Цифровые величины, считываемые цифровыми устройствами 81 считывания, посредством последовательных переключений переключателя 70 выбора канала запоминаются затем для вычисления сопротивлений, частотного эффекта и металл-фактора. Например, параметр вызванной поляризации в частотном способе ВП или частотный эффект (ЧЭ) выражается, следующей формулой:. 1 WWH 1 X 100%, где означает взаимную корреляцию; fp и fin - две входные частоты (низкая и высокая); V - разность потенциалов между выбранными электродами тип, а I - входной ток. Кроме величин ЧЭ, из известного алгоритма вычислений и (или) вычислений с помощью ЭВМ можно легко ПОЛУЧИТЬ другие связанные параметры: удельное сопротивле1ше, металл-фактор и другие специализированные параметры, используемые в различных двухразмерных и трехразмерных представлениях..;. На фиг. 5 изображен другой вариант, который может хорошо показать общую тенденцию использования устройств метода вызванной поляризации. Это обусловлено тем, что появляются различные типы мини-ЭВМ с повышенной надежностью, обладающие способностью работы в передвижных полевых установках или автомобилях. На фиг. 5 показана полевая схема 82, рабочие составляющие системы 83 питания и измерительное устройство 84 - то же, что и показанное на фиг. 2. Главное отличие состоит в том, что ЭВМ 85 специализированного типа может быть использована для управления генерированием входного токового сигнала, а также осуществлять взаимную корреляцию и цифровые вычисления, распечатку или другой выбранный вывод обработанных параметров вызванной поляризации. ЭВМ 85 может быть использована для быстрых вычислений всех данных в методе ВП на постоянном и переменном токе.
Указанное вычислительное оборудование может быть универсальной машиной с малым быстродействием и ограниченной памятью;
можно также использовать различные специализированные ЭВМ, построенные специально для использования в геофизической разведке. В любом случае использование ЭВМ намного -облегчит изучение наведенной поляризации благодаря тому, что система может быть полностью автоматизирована и синхронизирована во всех отношениях, т.е. начиная с возбуждения требуемого входного токового сигнала, включая промежуточные этапы взаимной корреляции и увеличения отношения сигнал/шум, и кончая окончательными вычислениями информации в ;нобых форматах и зависимостях..
Это уие;гичивает скорость и надежность при определениях наличия и места залегания месторождений.
Использование предлагаемого устройства дает возможность выявления относительных данных пластов под поверхностью земли, ийформация обладает более высокой достоверностью благодаря повышенной способности к дифференциации в присутствии щумов и естественных помех. Одновременная обработка последовательно и пространственно связанных данных во времени позволяет производить усреднение и повышает производительность
труда.
Формула изобретения
Устройство для измерения вызва1той поляризации, содержащее токовые электроды, соединеннь1е с генератором сигнала, множество потешдаальных электродов, с которым с помощью многожильного кабеля связано измерительное устройство и регистратор, о г л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерении, измерительное устройство выполнено в виде многоканапыюго дифференциального усилителя, входы которого связаны с выходами многожильного кабеля и блока усреднения сигналов, вход которого непосредственно соединен с выходом многоканального дифференциального усилителя, а выход - с входом регистратора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Hallof Р. G. ludmed polarization case histories and technical papers. Me Phar. Geophysical Ltd, 1970.
2.Комаров B. H. Электроразведка методом вызванной поляризации. Л., Недра, 1972, с. 192, 198-206 (прототип).
28 у /
/......
.k--s
.-------
/
|:...-.Хи..:- /7
Фиг, f:
36
J7
/
0 Г8 J7
4d
4
/ 42 z / чь с/ X /P Q cf о g 4. J. .1 J. f L i ; /1 //itvl уг. 2
83
ff I
/ /
fff 7
