Способ геоэлектроразведки Советский патент 1982 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геофизике, связанной с изучением естественного электрического поля (ЭП) электрохимической природы, и может быть использовано на стадии детальных исследований для поисков и .раэведуси месторождений полезных ископаемых, решения задач инженерной геологии и гидрогеологии.

Известны способы измерения естественных электрических полей: способ градиента потенциала, способ потенциала способ с неоднократным измерением потенциала и температуры Земли, способ азимутальных измерений(1.

Все эти способы из-за анизотропности геологической среды не позволяют получать однозначной картины распределения поля ЭП.

Наиболее близким к предлагаемому является способ геозлектроразведки, в «котором измеряют разности потенциалов естественного электрического поля с помощью круговой установки относительно электрода, размещенного в центральной точке установки, по результатам измерений строят круговые диаграммы и судят о строений объекта исследования 2 .

Недостатком способа является то, что он не дает правильного представления о .структуре поля ЭП в пределах азимутального (кругового измерения),. так как в нем не учтено влияние температуры поверхностного слоя Земли на потенциал ЭП.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

10

Поставленная цель достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, заключающемся в измерении разности потенциалов естественного электрического поля с помощью азимутальной

15 установки относительно электрода, размещенного в центральной точке установки, по результатам измерений строят полярные круговые диаграммы и судят о строении объекта исследо20вания, перед измерением разности потенциалов естественного электрического поля дополнительно измеряют температуру в центре установки и в точках расположения перемещаемого

25 электрода азимутальной установки, по результатам измерений температуры определяют радиус круговой установки, на котором температура в точке стояния центрального электрода и в точ30ках стояния перемещаемого электрода одинакова в течение времени, затрачиваемого на азимутальное измерение или меняется в этих точках на одина ковую величину. Необходимость именно азимутальны измерений для получения полной, реальной картины распределения поля ЭП, что особенно важно на стадии де .тальных исследований, доказывается следующим образом. Как показывают исследования физических свойств .горных пород, все они обладают одной общей особенностью - анизотропией. Анизотропия физических свойств приводит к анизотропии геофизических полей, в том числе и поля ЭП. Признать фак зависимости поля ЭП от направления.. значит признать необходимость рассмотрения его как тензорного поля, а тензорное поле на поверхности наблюдения однозначно определяется двумерным тензором второго ранга. Последний является сложной фигурой, представляющей собой геометрическое место точек концов вектора, выходящего из центра произвольно выбранной системы координат. Из определе ния поля ЭП, как тензорного поля, вы текает рациональный способ его реги страции на плоскости наблюдения. Это азимутальные измерения относительно некоторой опорной точки, сов мещенной с центром координатной сис темы отсчета. Азимутальные измерени на плоскости есть вращающаяся систеfiia двух координат (X, if) , где двумерный тензор (азимутальная диаграмма) инвариантен по отношению к повороту осей координатной системы, а составляющие его меняются, в результате чего вектор напряженности поля ЭП имеет различную величину в различных направлениях (азимутах) и однозначно характеризует поле ЭП .на поверхности наблюдения. Для доказательства тензорной структуры поля ЭП и, следовательно, необходимости азимутальных измерений для однозначного его описания, рассмотрим некоторый объем реальной геологической среды с произвольно распределенным в ней полем ЭП. Для этого представим три пересекающиеся плоскости, проходящие через одну и ту же точку А, в которой определим число составляющих поля ЭП, однознач но характеризующих его. Здесь кажда из трех плоскостей есть направление в котором соответствующим образом распределены свойства среды, а следовательно, и поле ЭП обозначим его символом П. Рассмотрим разрез, представленный площадкой л Sj,, перпендикулярной оси К , и разложим Поле Пх / действукедее на этом разрезе в точке А, на составляющие его компоненты П ; , П jj П 2. Первый индекс у знака поля П (х, у, z) обозначает направление компоненты поля Пх, а второй (х) - направление нормали к поверхности (этот индекс совпадает с индексом рассматриваемой площадки л S). Таким образом, поле Пц, действующее на площадке ДЗх, с учетом единичных векторов (i, j, k)( направленных по осям координат, будет равно; + + -L- (1) Точно также получаются и другие составляющие поля П.. Ориентировка площадок в общем случае может быть произвольной. Тогда поле П , действующее на произвольно ориентированной единичной площадке, внешняя нормаль к которой имеет направление п, связано с составляющими Пх, Пч, , П -соотношением: , ПргП,со5(п/)+П,соз(п,У)+П cos tn,z), (1) где cos (rt,x) , cos(n,y), cos(n,z) направляющие косинусы. Отсюда урав-. нение (1) для произвольно ориентированных площадок запишется такi ()(05(r,,z) (Э) или в более общем виде; где Hj может принимать значения (п,х) ; cos (г),у) ; п cos(п,z) . Девять величин Пху, HXV, и т.д. полностью характеризуют рассмотренное поле ЭП в точке А, .а/ следовательно, в любой точке геологического про- странства, и могут быть записаны . в виде матрицы: П,-гГх п г 1п Пу п Это и есть тензор второго ранга поля П . А поскольку этот тензор будет меняться от одной точки пространства к другой, то само поле П будет представлять собой тензорное поле, создаваемое в каждой точке пространства девятью числами. На поверхности наблюдения это поле будет однозначно характеризоваться двумерным тензором второго ранга, получение которого возможно только с помощью азимутальных наблюдений относительно опорной (центральной точки). Предлагаемый способ предназначен для расшифровки природы локальных аномалий ЭП, полученных способом потенциала в ходе производственной стадий работ. Опорный (нулевой) электрод заземляют в непосредственной близости от точек наблюдения, на которой способом потенциала отмечена аномалия ЭП. Выбор расстояния между опорным и измерительным электродами производят с учетом влияния температуры поверхностного слоя Земли на величину потенциала ЭП. Для этого необходимо произвести серию измерений температуры в точке стояния опорного электрода и в предполагаемых точках стояния измерительного электрода. На основе этих измерений выбирается рас стояние, на котором температура почвы в точке стояния опорного электрода и в точках стояния измерительного электрода одинакова или в течение азимутального измерения, занимаемого 10-15 мин, меняется на одинаковую величину. Производят азимутальные измерений ЭП, например, с неизменным радиусом круговой установки по азимутам: О 45;90; 135; 180; 225; 270 и 315°. Обработка результатов сводится к построению полярной диаграммы (двумерного тензора второго ранга). Для этого откладывают значения соответствующим азимутам, выходящим из центра диаграммы (центр диаграммы соответствовал положению опорного электрода) ,и соединяют концы отложенных значений ди прямыми линиями. Построенная таким образом диаграмма обладает рядом интерпретационных признаков: определенной формой, площадью, знаком потенциала различных частей диаграммы, осями анизотропии, по которым с достаточно высокой точностью можно судить и принадлежности локальной аномалии ЭП к изометрическому объекту или к вытянутому, обладающему высокой электрохимической активностью, т.е. предмету поиска кварц-молибденовым жилам. Положительные результаты и при выделении предлагаемым способом зон интенсивной трещиноватости горных пород. Использование предлагаемого способа измерения естественных полей обеспечивает по сравнению с известными получение однозначной картины распределения поля ЭП, связанной с особенностями геологического строения объекта, что особенно важно на стадии детальных геофизических исследований при расшифровке геофизических аномалий;, повышение объективности и качества получаемой информации; повышение эффективности геофизических работ методом естественного поля; экономический эффект. Связанный с возрастающей вероятностью правильного решения поставленной геологической задачи, которая приводит к сокращению дорогостоящих буровых, горнопроходческих и других специальных работ. Формула изоб1:)етения Способ геоэлектроразведки, согласно которому измеряют разности потенциалов естественного электрического поля с помощью азимутальной установки относительно электрода, размещенного в. центральной точке установки, по результатам измерений строят полярные круговые диаграммы и судят о строении объекта исследования, отличающийся- тем, что, с целью повышения точности измерений, перед измерением разности потенциалов естественного электрического поля дополнительно измеряют температуру в центре установки и в точках расположения перемеща ого электрода азимутальной установки, по результатам измерений температуры определяют радиус круговой установки, на котором температура в точке стояния центрального электрода и в точках стояния перемещаемого электрода одинакова в течение времени, затрачиваемого на азимутальные измерения, или меняется в этих точках на одинаковую величину. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Семенов А.А. Электроразведка методом естественного электрическрго 1974 с. 172Недраполя. л., 190. 2. Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки, ч. 1. Из-во МГУ,. 1970, с. 100, 188 (прототип).