Способ геоэлектроразведки Советский патент 1982 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к геофизической разведке электромагнитными полями импульсной формыИ может быть использовано для повышения глубинности поиска методами вызванной поляризаци (ВП) и переходных процессов. Известен способ геоэлектроразведки рудных месторождений методом ВП, заключающийся в том, что электромагнитное поле В земле вначале возбужда ют импульсами малой мощности, отыски вают на исследуемой площади .эквипотенциальные линии поля ВП и располагают на них приемные электроды. Зате последовательно возбуждают электромагнитное поле двумй мощными импульсами тока одинаковой длительности, по разной полярности и регистрируют поле ВП в обоих случаях l . Известен способ геоэлектроразведки, относящийся к методу, согласно которому регистрируют мгновенные зна чения поля ВП после вык.точения тока и определяют сумму мгновенных значений напряжений в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервале, равном длительности импульса поляризующего тока, затем дополнительно возбуждают электромагнитное поле в земле импульсом тока, увеличенным не менее, чем в полтора раза по отношению к первоначальной длительности, регистрируют нарастание напряжения поля ВП во время пропускания тока и по величине разности напряжений поля ВП, возбуждаемой импульсами разной длительности, знаку и изменению во времени, определяют минералогический состав поляризуюиГего объекта 2 . Известные способы предназначены для повьшения Лостоверности определения минералогического состава поляризукнцихся объектов и не дают увеличение глубинности и пойехоустойчивости поиска. Наиболее близким к предлагаемо является способ геоэлектроразведки, в котором возбуждают геологический разряд последовательностью знакопеременных прямоугольных импульсов тока со скважностью два, подбирают режим возбуждения и регистрируют в паузе между импульсами тока вторичные сигналы, по KOTOp JM судят о строении. геологического разряда. Причем длительностью отрицательного импульса ограничивают моменты компенсации

cyf/iMapnux сигналов от мешающего объекта L- .

Нсгдостатком этого способа является малая эффективность компе нсации меиающего объекта при случайном иэменении его параметров, а акже неполмое использование энергии зондирующего сигнала и дополнительной информации об объекте поиска и геологических помех. Это связано с тем , что один отрицательный импульс позволяет скомпенсировать лишь амплитудные изменения в переходной характеристике мешающего объекта, но не компенсирует случайных изменений параметра скорости спада сигнала помехи и мало эффективен при более сложном характере переходной характеристики мешающего объекта, чем одна экспонента.

Цель изобретения - увеличение глубинности поиска.

Эта цель достигается тем, что согласно способу гёоэлектроразведки, заключающемся в возбуждении геологического разреза последовательностью знакопеременных прямоугольных импульсов тока со скважностью два, подборе режима возбуждения и регистрации в паузе между импульсами тока вторичных сигналов, по которым судят о

строении геологического разрезка, дополнительно регистрируют в контрольных точках, расположенных в нормальной зоне, усредненную переходную характеристику нормального геологичес- 35 кого разреза и средне-квадратичное отклонение показаний контрольных приборов поточкам, соответствующее геопомехе и по времени соответствующие -шуму, по которым вычисляют им- 40 пульсную переходную характеристику

(ИПХ) нормального георазреза, коэффициент корреляции К к ожидаемой НПХ объекта поиска и ИПХ нормального георазреза, а также коэффициент дс отношения мощностей шумовой и геологической помех, затем среднее значение амплитуды возбуждающего тока изменяют по закону линейной комбинации, с учетом коэффициентов К и , зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального георазреза, путем возбуждения плавно нарастающего по амплитудерабочего импульса, с длительностью, . сопоставимой с постоянной времени объекта поиска, за которым возбужда- 55 ют серию компенсирующих знакопеременных импульсов с длительностью, в 10-20 раз меньшей длительности рабочего иМпульса, амплитуду и длительность компенсирующих импульсов регу- 60 лируют так, чтобы средний уровень геопомехи по контрольным точкам был минимальным, после чего с подобранным режимом производят рабочие изменения вдоль исследуемых профилей. 5

При этом рабочий импульс предпоч тительно формировать в виде серий низкочастотных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, но разной длительности и скважности.

Предлагаемый способ обеспечивает максимальное отношение мощности полезного сигнала от объекта поиска к средней мощности геологических помех и шумов вследствие согласования их амплитудно-частотных характеристик.

Решение задачи оптимизации указанного соотнсяиения при ограничении на энергию возбуждающего поля приводят к следующей форме импульса возбуждения (ИВ)

o(ft),(l.t)

где К(,( - t);K(. -t) - соответственно зеркальные импульсныепереходные характеристики (ИПХ) объекта i поиска и геопомех;

9

-отношение мощностей шума и геопомех

Т/2

-полупериод импульса возбуждения;

-текущее вре41мя ; J

Ko(t)K(t)dt

-коэффициент корреляции,

Реализовать такую форму можно способами амплитудно-временной или временной модуляции. В последнем случае зондирующий сигнал представляет последовательность низкочастотных ц высокочастотных импульсов с различной скважностью.

Вариант с временной модуляцией имеет преимущество перед амплитудновременным в простоте реализации на типовых коммутирующих приборах. В то же время амплитудно-временная модуляция позволяет лучше использовать энергетический 1 потенциал генератора.

На фиг.1-3 изображены эпюры возбуждающих импульсов для двух соседних полупериодов ИВ и си налов отклика в контрольных точкахI на фиг.4 устройство, реализующее способ в варианте метода вызванной поляризации.

Фиг.1 - испытатель.ный импульс а и его отклик б для получения переходной характ«еристики нормального георареза на одной из контрольных точек по измерениям в поисках времени t, tj,..., tv, . Фиг. 2 - оптимальный возбуждающий импульс .в и его отклик г для случая амплитудно-временной модуляции. Фиг.З - оптимальный возбуждающий импульс д и его отклик е для случая временной модуляции. Мощность геологической помехи вы числяют по результатам измерения ам плитуды сигнала георазреза, усредненной, по числу контрольных точек п и по числу временных выборок сигнала т т п РГП.И И ,), л г 1 Кг1 где h(t) - средняя по времени амплитуда выборки в паузе между испытательными импульсами в К-й контрольной точке, на i-й времен ной выборке, наблюда емая регистрирующим прибором; Ь„ 11 ,)/n - среднее арифметичес кое значение переход ной характеристики нормального георазреза в i-й временной выборке. - амплитуда выборки в К-точке в момент вре мени t . Среднюю мощность шумовых помех вычисляют с помощью выражения m п Ь ,)-}.,(у /mnL, где h. (t ) - текущее значение сигнала отклика в i-1 временной выбор ке и в К-й контроль ной точке i 1 - номер реализации; L - число импульсов воз буждения в реализации;hjt.) L h,e(t.)/i Импульсную переходную характеристику нормального георазреза вычисляют путем дифференцирования по времени зарегистрированной в контрольных точках усредненной переходной характеристики, в виде реакции на испытательный импульс а (фиг.1) d ) Кгп ft) 4t,r Число контрольных точек на нормальном георазрезе желательно брать больишм, однако с позиции сокращения времени подстройки режима можно ограничить тремя, одна из которых расположена вблизи питающей линии, а две другие справа и слева от нее, на .расстоянии 0,1-0,3 длины питающей /шнии. Длительность рабочего импуль са при амплитудно-временной модуляции, или суммарную длительность низ кочастотной серии импульсов при вре менной модуляции tp выбирают в соот ветствии с длительностью ИПХ объекта поиска. Среднее значение амплитуды наращивают к концу этой серии по закону, соответствующему разности зеркальных функций от ИПХ объекта поиска и нормального георазреза с учетом коэффициента . На фиг.1-3 указанные ИПХ взяты в виде экспоненциально затухающих функций. Длительность компенсирующей серии импульсов 1 выбирают в 10- 20 раз меньше tp, с таким расчетом, чтобы эти импульсы за счет скинэффекта замыкались в основном в верхних слоях георазреза и скрмпенсировали переходные электромагнитные и электрохимические процессы, вызванные в этих слоях предшествующим рабочим импульсом. Их среднее значение по времени должно иметь отрицательное значение по сравнению со средним значением рабочего импульса. Так, если ИПХ геопомёх описывается одной экспонентной, то для ее компенсации на всем времени наблюдений 11 -t m достаточно одного первого отрицательного импульса высокочастот ной серии, и процесс компенсации сводится к изменению амплитуды либо длительности этого импульса до тех пор, пока на контрольных приемных линиях сигнал в паузе на указанных временах в среднем не станет минимальным. При работе методом переходных процессов указанная последовательность импульсов подводится к возбуждающей петле (рамке), а контрольные сигналы снимаются с приемных рамок., расположенных в заведомо нормальной зоне. В этом случае компенсируются сигналы, обусловленные токовихревыми процессами в наносах. Энергетический выигрыш за счет согласования возбуждающего импульса с задачей поиска реализуется лишь в том случае, если в паузах импульсами энергия источника не расходуется, например, на балласт, а накапливается каким-либо реактивт ным устройством - аккумуляторами, конденсатораг-м и т.д. Способ характеризуется следующими операциями: возбуждением геологического разреза последовательностью прямоугольных импульсов тока, со скважностью два, регистрацией усредненной по контрольным точкам переходной характеристики нормального .геологического разреза, вычислением коэффициентов корреляции ожидаемой ИПХ объекта поиска и полученной усредненной ИПХ.нормального георазреза, а также коэффициента отношения мощностей шумовой и геологической помехи, изменением среднего значения с1мплитуды возбуждающего тока по закону ли ойной комбинации зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального геораэроэс путем возбуждения плавно нарастающего по амплитуде рабочего, импульса с длительностью, сопоставимой с постоянной времени.объекта поиска, за которым следует серия компенсирующих знакопеременных иг-тульсов с длительностью, в 10-20 раз меньше длительности рабочего импульса, подбором амплитуды и длительности компенсирующих импульсов так, чтобы средний уровень геопомехи .по контрольным точкам был минимальным, последующими рабочими измерениями с подобранным режимом вдоль исследуеr-bijc профилей.

Во втором варианте способ характеризуется формированием рабочего импульса в виде серии низкочас- . тотных прямоугольных -импульсов одинаковой амплитуды, но разной полярности и скважности.

Пример . Устройство, реализующее данный способ., содержит генеатор 1 прямоугольных испытательных мпульсов тока со скважно.стью два, подсоединенный по выходу к -датчику ервичного поля - питающей линии 23 через переключатель 4 рода работ, а по управляющем:/ входу - к блоку 5 временной синхронизации, выход которого подсоединен к входу генера-тора б рабочих импульсов и генераора 7 .компенсирующих импульсов, соеиненных по выходу с устройством слоения токов 8) приемные датчики .9,10/ 11, расположенные в контрольных точ ках, подсоединенные к стробирующи-м элементам 12,13 и 14, выходы которых соединены с, последовательно включенными линейным сумматором 15., стробирующим элементом 16, фильтром 17 нижних частот, дифференцирующей .цепью 18, переключателем 19 рода работ и осциллографом 20; устройство 21 возведения в квадрат (квадратор, соединенный по входу с линейным суматором, а по выходу с последовательно включенными вычитающими устройством 22, интегратором 23, и регистра тором 24 мощности шумовых помех; устройства 25,26 и 27 вычитания сигналов, соединенные по одному входу с выходом стробируюдах элементов по другому входу с. выходом .фильтра нижних частот, а-по выходу - с квадраторами 28,29 и 30, соединенными с входом второго линейного сумматора 31; второй интегратор 32, соединеный по входу с- линейРйлм сумматором, а. по выходу - с регистратором 33 мощности геологической -помехи, делителем 34 сигналов к регистратором 35 отношения мощностей шумовой и геологической помех.

Управление pexHNKss производится перек.пючателями 4 и .19 рода работ.

регуляторами амплитуды соответственно рабочих 36 и компенсирующих 37 импульсов, регулятором 38 положения синхроимпульсов.

. Способ реализуется следующим образом.

Переключатели рода работ 4 и 19 устанавливают в положение 1. При этом питающая линия подсоединяется генератору 1 испытательных импульсов тока, синхронизируемому блоком 5 синхронизации. Наблюдаемые сигналы принимаются контрольными датчиками 9,10 и 11 и через стробирующие элементы 12,13 и 14, включаемые между импульсами тока, подаются на линейный сумматор 15, а далее через стробирующий элемент 16, фильтр 17 нижних частот, дифференцирующую- цепъ 18 контакт 1 переключателя 19 на вертикальный вход осциллографа 20, С эк- рана осциллографа оператор считывает импульсную переходную характеристику нормального геологического разреза, усредненную по трем контрольным точкам Kj.(t)..

Одновременно, с помощью квадратора 21, вычитающего устройства 22, интегратора 23 и регистрирующего прибора 24, измеряется средняя дисперсия (мощность Рщ шумовых помех как средне-квадратичное отклонение сигналов во временных циклах -наблюдений повторяющихся с периодом зондирующего импульса Т/2.

В этом же режиме с помощью вычитающих устройств 25,26 и 27, квадраторов 28,29 и 30, сумматора 31, интегратора 32, регистратора 33 производится измерение.мощности геологической помехи Рт , а с помощью делителя 34 и регистратора 35 измеряется среднее отношение мощностей шумовой и геологический помех Рщ

После-этих измерений переключатели 4 и 19 рода работ переводят в . -положение 2 и тем самым подсоединяют питающую линию 23 кгенераторам сигнальных импульсов 6 и компенсирующих импульсов 7, через устройства 8 сложения их токов.

На экране .осциллографа 20 наблюдается усреднеаная по контрольным точкам переходная характеристика нормального георазреза. Далее регулятором 38 на блоке 5 синхронизации устанавли.вают нужную последовательность импульсов синхронизации, а регулятором 36 амплитуды устанавли;вают необходимые весовые коэффициенты, рассчитанные согласно формуле

ni.)4ft,)-,(ft.

Импульсную переходную характеристику объекта поиска берут из заранее составленных таблиц ИПХ ожидаемых объектов поиска,кот-Ффициент корреляции К, рассчитыв 1ЮТ с noMomf.n опе1зации временной свертки К -Г .t; )Кгг, ft-, )Jt коэффициент берут по показаниям регистратора 35. После этого с помощью регулятора амплитуды 37, наблюдая за картинкой переходного процесса по экрану осциллографа 20, подбирают форму переходного процесса в койтрольных точ ках, минимально уклоняющуюся по амплитуде от нулевой оси. На этом процесс настройки оптимал ного режима генераторного устройства считается законченным и могут быт-ь начаты рабочие измерения вдоль исследуемых профилей. Использ.рвание способа обеспечивает снижение уровня геопомех, вызванных электромагнитными и электрически ми процессами в наносах; рациональное распределение энергии генератора возбуждающего тока в зависимости от вида искомого объекта и помех, т.е. оптимальное согласование возбуждающе го сигнала с задачей поиска; расшире ние динамики приемно-измерительных устройств по амплитуде. Все это приводит к увеличению гл бинности поиска. Формула изобретения 1. Способ геоэлектроразведки,заключающийся в возбуждении геологического разреза последовательностью знакопеременных прямоугольных импул сов тока со скважностью два, подбор режима.возбуждения и регистрации в паузе между импульсами тока вторичных сигналов, по которым судят о строении геологического разреза, от. л.и чающийся тем, что, с целью повышения глубинности поиск регистрируют в контрольных точках, расположенных в нормальной зоне, усредненную переходную характеристи ку 1ормал).ного геологического разре за и средне-квадратичное отклонение показаний контрольных приборов по точкам, соответствующее геопомехе и по времени соответствующее шуму, по которым вычисляют импульсную neper ходную характеристику (ИПХ) нормального георазреза, коэффициент корреляции К к ожидаемой ИПХ (нормального георазреза) объекта поиска и ИПХ нормального георазреза, а также коэффициент отнсяиения мощностей шумовой и геологической помех, затем среднее значение амплитуды возбуждающего тока изменяют по закону линейной комбинации, с учетом коэффициентов К и , зеркальных ИПХ объекта поиска и нормального георазреза, путем возбуждения плавно нарастающего по ciMплитуде рабочего импульса с длительностью, сопоставимой с постоянной .времени объекта поиска, за которым возбуждают серию компенсирующих знакопеременных импульсов с длительное тью, в 10-20 раз меньшей длительности рабочего импульса, амплитуду и длительность компенсирующих импульсов регулируют так, чтобы средний уровень геопомехи по контрольным точкам был минимальным, после чего с подобранным режимом производят рабочие измерения вдоль исследует лх профилей. 2. Способ ПОП.1, отличающ и и с я тем, что рабочий импульс формируют в ви,де серии низкочастотных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, но разной длительности и скважности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 301661, кл.С 01 V 3/02, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 310212, кл.С 01 V 3/02, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР № 642662, кл.С 01 V 3/02, 1979 (прототип).

I

i

/-Ч - л

I

Т,

k

I

M

Ж

/

f Ь i n

ГР

I

J