Способ вертикального электрического зондирования и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01V3/02 

(St) СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при проведении геоэлектро- разведочных работ в комплексе геофизических методов.

Известен способ выполнения вертикальных электрических зондирований при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают электрическое поле с помощью питающей линии с фиксированным разносом и измеряют разность потенциалов между множеством пар точек, максимальное расстояние между которыми выбирают близким к разносу питающей линии. Для осуществления этого способа может быть использована любая многоканальная электроразведочная станция L1 J

Недостатком этого способа зонди -. рований является то, что при измерении вь1званной поляризации в результ ты измерений полностью входит погрешность, обусловленная изменением во времени собственных потенциалов электродов приемных линий.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ выполнения вертикальных электри ческих зондирований при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют Электрическое поле установкой Веннера (Шлюмберже)с постоянно

10 изменяющимся разносом, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации после выключения тока

15 измеряют на каждом разносе также с одной приемной линии, по величине сигнала во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление для всех разносов, а по от20ношению сигнала вызваннЬй поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуемость объекта. .Устройство для осуществления этого способа, содержит согла сующий блок, ко входам которого подключано несколько пар входных клемм, и измеритель: сигналов, вход которого подключен .к выходу согласующего блока . Недостатком этого технического решения является низкая точность измерения кажущейся поляризуемости объекта на больших разносах питающей линии, что обусловлено изменениями во времени собственных потенциалов приемных электродов. Так как при больших разносах питающих линий сигналы вызванной поляризации невелики (единицы милливольт), а изменения во времени собственной разности потенциалов приемных электродов, достигает величины долей единиц милливольт, то погрешность измерения кажущейся поляризуемости может достигать 100 и более. Цель изобретения - повышение точности измерений при больших разносах питающей линии .путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во -времени собственных потенциалов электродов приемной линии. Для достижения этой цели согласно способу вертикального электрическ го зондирования,заключающемуся в том Что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера (Шлюмберже)с постепенно изменяющимся разносом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каж дом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линии с одной приемной линии, по величине сигнала во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление объекта для всех разносов, а по отношению сигнала вызванной поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуемость объекта, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии несколько произвольных пар точек с наиболее благоприятными условиями заземления и преимущественно в направлении основ ной приемной линии располагают .между этими точками дополнительные при емные линии, определяют сумму сигна лов во время пропускания тока и сум 98 4 му сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий, соответствующих данному разносу питающей линии и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во время пропускания тока судят о кажущейся поляризуемости объекта. В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколько пар входных клемм, измеритель сигналов, один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока,и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов, введен многовходовый сумматор, входы которого соединены с выходами согласующего блока, а выход соединен со вторым входом измерителя сигналов. На фиг. 1 представлена схема расположения измерительной установки для одного из разносов питающей линии, большего 60-120 Mj на фиг. 2 - структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Как показано на фиг. 1, установка содержит питающую линию с питающими электродами А и Б, основную приемную линию с приемными электродами В и Г, расположенными на одной линии с электродами А и Б симметрично относительно центра питающей линии, и несколько дополнительных приемных линий с дополнительными приемными электродами Д и Е, Ж и К, расположен-, ными произвольно на участке в средней трети питающей линии АБ. Как показано на фиг. 2, устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор 1.тока, согласующий блок 2 ко входам которого подключены несколько пар входных клемм 3, измеритель сигналов, многовходовый сумматор 5 и блок 6 управления, причем входы сумматора 5 соединены с выходами согласующего блока 2, к первому входу измерителя сигналов подключен один из выходов согласующего блока 2, ко второму входу - выход многовходового сумматора 5, а блок 6 управления соединен с генератором 1 тока и измерителем сигналов. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

5 987550 На объекте исследований, который представляет собой участок земли, где необходимо определить его геологическое строение (мощности слоев горизонтально-слоистого разреза, удель ное сопротивление слоев и их поляризуемость) возбуждают и измеряют элек тримеское поле установкой Веннера (Шлюмберже)с постепенно изменяющимся разносом питающей линии. Первоначально разнос питающей Линии выбирают минимальным, равным, например 3 м а длину приемной линии выбирают равной 1 м (установка Веннера) или менее 0,5 м (установка Шлюмберже). При чем приемные электроды располагают на .одной линии с питающими и симметрично относительно центра питающей линии. Через питающую линию пропуска ют импульс постоянного тока, измеряют его величину, измеряют также сигнал в приемной линии во время прО пускания тока и сигнал вызванной поляризации (после выключения или во время пропускания тока) . Зная коэффициент установки К, силу тока I в питающей линии и сигнал ЛУ на выходе приемной линии во время пропускания тока, по стандартной формуле () определяют кажущееся удель ное сопротивление среды, соответству ющее данному разносу питающей линии, а по отношению сигнала вызванной поляризации (ВП) к сигналу во время пропускания тока определяют кажущуюся поляризуемость среды. После этого многократно увеличивают разнос питающей и приемной лини так, чтобы их соотношение оставалось постоянным, и для каждого разноса определяют кажущееся сопротивление и кажущуюся поляризуемость. По мере увеличения разноса питающей ли нии до 60-120 м сигнала ВП уменьшается до единиц милливольт (например, при разносе питающей линии.120 м, разносе приемной линии kO м, удельном сопротивлении 5 0мм,,поляризуемости 1 и поляризующем токе 10 А сигнйл ВП составляет 2 м В), а точность его измерения резко падает в виду непостоянства во времени собственных потенциалов приемных электродов. Это непостоянство вызывается, в основном, двумя причинами: во-первых, изменением температуры электродов, во-вторых, изменением концентрации электролита внутри сосуда элек трода за счет высачивания электролита через пористую керамику сосуда. Так как температура электродов постепенно достигает температуры почвенного слоя в точках, где располагаются приемные электроды (температура в различных точках почвы может быть различной на 5-10 . и более), а степень высачивания электролита зависит от пористости, влажности и других характеристик почвенного слоя, то потенциал каждого из приемных электродов изменяется по случайному закону, так что за время, прошедшее от компенсации поляризации электродов до измерения сигнала ВП, собот венная разность потенциалов приемных электродов может измениться на десятые доли милливольта, погрешность измерений за счет этого увеличивается и при разностях питающей линии, больших 60-120 м, может составить десятки процентов. Согласно предлагаемому способу при достижении амплитуды ВП величины единиц милливольт (а это обычно на. блюдается на разносах, больших 60120 м) при каждом разносе питающей линии отыскивают на участке в пределах средней тррти питающей линии несколько пар произвольно расположенНЫХ точек с наиболее благоприятными условиями заземления и располагают между этими точками дополнительные приемные линии. Точкам с наиболее благоприятными условиями заземления соответствуют точки поверхности земли, где почвенный слой представлен влажными глинами и суглинками, черноземом, влажные засоленные участ ки поверхности земли, участки с И1Нтенсивным травяным покровом и т.д. Кроме того, эти точки выбираются также исходя из уровня одинаковой освещенности их солнцем. Собственный потенциал приемных электродов, расположенных в таких условиях, является наиболее стабильным, а изменение во времени разности собственных потенциалов пары электродов при этом оказывается минимальным. Точки, межу которыми располагают приемные лиНИИ не обязательно должны располагаться на одной линии с питающими электродами и симметрично центру пипающей линии, они могут быть расположены так, как показано на фиг.1 (дополнительные приемные электроды Д.и Е, Ж и К), причем угол между линией, соединяющий основные приемные элеюроды В и Г, и линией, сое диняющей каждую пару дополнительных приемных электродов, может достигать 20-30 и более. Длина дополнительных приемныхлиний может изменяться от 10 до 301 длины питающей линии. Число дополнительных приемных линий сос тавляет, как правило, А-3 и более. После отыскания точек с наиболее благоприятными условиями.заземлений и расположения в них дополни тельных приемных линий через питающую линию АБ пропускают импульс тока, измеряют его амплитуду, измеряют сигнал во время пропускания тока на выходе основной приемной линии ВГ (по результатам этих измерений, как и при использовании малых разносов питающей линии, определяется кажущееся удельное сопротивление), измеряют сумму .сигналов во время про пускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий (в. Г, Д, Е и Ж, К в приведенной на фиг, 1 установке), определяют отношение суммы сигналов ВП к сумме сигналов во время пропускания тока, которое принимают за величину кажущейся поляризуемости для данного разноса питающей линии. Возможность определения величины кажущейся поляризуемости для данного разноса питающей линии по отношению указанных двух сумм сигналов подтверждается экспериментами, результатами теоретических расчетов и базируется на следующей закономерности изменения электрического поля в присутствии горизонтально-слоистых поляризующихся сред. При каждом фиксированном разносе питающей линии и изменении разноса приемной линии в пределах от 10 до 30 от длины 1итающей линии глубинность исследований практически не меняется. При .1зменении длины приемной линии в ука аанных пределах изменяется и величина сигнала во время пропускания тока и величина сигнала ВП, но их отношение для каждого геоэлектрического разреза свое) постоянное. Результаты экспериментальных измерений над трехслойным разрезом для рассмотренного примера ( м, fk 5 0мм, л) приведены в табл. (результаты измерений для каждой дли ны приемной линии даны как среднее значение из 20 независимых замеров7. При проведении рядовых наблюдений с одним разносом приемной линии, равной 0 м, измеренная амплитуда сигнала во время пропускания тока составляет 203 мВ, амплитуда сигнала ВП - 2,44 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 1,21 оказывается завышенной по сравнению с истинным значением на 20, При измерениях предлагаемым способом суммарный сигнал с четырех приемных линий во время пропускания тока (при рядовых, однократных наблюдениях) равен бЮ мВ, амплитуда сигнала ВП - 6,35 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 1,04| оказывается завышенной по сравнению с истинным значением всего на %, т,а. при использовании предлагаемого способа погрешность измерений уменьшается примерно в 5 раз. Точно в таком же порядке измерения выполняются и на всех других разносах питающей линии, больших 60-120 м. Экспериментами подтверждено, что при использовании 4-5 дополнительных .приемных линий погрешность измерений уменьшается не менее, чем в 3-5 раз за счет того, что суммарный сигнал ВП в значительно меньшей степени изменяется при изменении во времени собственных потенциалов электродов вследствие случайного характера изменения этих потенциалов. Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом, С помощью генератора 1 управляемого от блока 6 управления, на каждом разносе в питающую линию пропускают импульсы тока, например, длительностью 15 с. Величину тока ста- . билизируют или фиксируют по показанию амперметра. При малых разносах к входнь1М клеммам 5 подключают толь ко одну приемную линию. В согласующем блоке 2, представляющем собой н сколько масштабных и дифференциальных усилителей, предназначенном для согласования высокого выходного соп тивления приемных линий с низким вх ным сопротивлением измерителя сигна лов 4, производится также предварительное усиление сигнала и компен сация собственной, разности потенциалов электродов. С первого выхода блока 2 усиленный сигнал подается на первый вход измерителя k сигналов. Сумматор 5 в данном случае отключают с помощью переключателя ряда работ (на чертеже не показан). С помощью измерителя k сигналов, ко торый представляет собой одноканаль ный или двухканальный аналогово-цифровой преобразователь с регистратором, производится измерение сигнала во время пропускания тока и сиг нала ВП. Сигнал разрешения измерений, согласованный с сигналом управления генератором 1, поступает на измеритель с выхода блока 6 управленияПри разносах питающей линии, боль ших 60-120 м, ко всем входным клеммам 3 подключают выходы основной и , вспомогательных приемных линий, а выход сумматора 5 подключают ко второму входу измерителя k. По команде из блока 6 управления генератор 1 вырабатывает импульс тока в питающей линии, во время пропускания тока с первого выхода блока 2 сигнал, соответствующий основной приемной линии, поступает непосредственно уа Измеритель t, где производится его измерение. Кроме того, сигналы всех приемных линий после прохождения их через блок 2 согласования, поступают на входы многовходового сумматора 5, представляющего собой станг дартный, преимущественно инвертирующий сумматор на операционном усилителе. Суммарный сигнал с выхода сумматора 5 поступает на второй вход измерителя k, где производится его измерение. При измерениях сигнала ВП на первый вход измерителя сигнал не поступает, а измеряется только суммарный сигнал, поступающий с выхода сумматора 5. По полученным данным определяется кажущееся удель ное сопротивление и кажущаяся поляризуемость для каждого разноса питающей линии. Сравнивая полученные результаты с результатами теоретических расчетов, получают истинные значения параметров изучаемых гео i электрических разрезов - мощности слоев, их удельные сопротивления и поляризуемости. Технико-экономическая эффектианост применения предлагаемого технического решения заключается в увеличении точности измерений при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов приемных электродов. Как показывают результаты экспериментов, точность при этом увеличивается не менее, чемв 3-5. При использовании известного устройства для такого же увеличения точности измерений на каждом разносе выполнялось не менее 5-7 самостоятельных циклов измерений с последующим осреднением результатов измерений. При этом после каждого цикла измерений выдерживалась пауза, длительность которой равнялась не менее 5 длительностей импульса тока, что приводило к значительным затратам времени на выполнение ВЭЗ. Использование предлагаемого технического решения позволяет исключить.дополнительные циклы измерений, что приведет к сокращению затрат времени на каждый ВЭЗ примерно в 1,7 раз. Формула изобретения 1, Способ вертикального электрического зондирования, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера (Шлюмберже) с постепенно изменяющимся разносом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной при-емной линии, сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линии с одной приемной инии, по величине сигнала во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление, объекта ля всех разносов, а по отношению сигнала вызванной поляризации к сигалу во время пропускания тока на оответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуемость объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измереНИИ при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей обусловленных изменением во времени собственных потенциалов электродов приемной линии, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии не- сколько произвольных пар точек с наиболее благоприятными условиями заземления и преимущественно в направлении основной приемной линии располагают между этими точками дополнительные приемные линии, опреде ляют сумму сигналов во время пропус кания тока и сумму сигналов вызваннбй поляризации со всех приемных линий, соответствующих данному разносу питающей линии, и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во врем-яипропускания тока судят о кажущейся пол ризуемости объекта. 012 2. Устройство для осуществления способа по п. 1,содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколько пар входных клемм, измеритель сигналов, один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока, и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введ- н многовходовый сумматор, входы которого соединены с выходами согласующего блока, а выход соединен со вторым входом измерителя сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 802886, кл. G 01 V 3/02, 1981. 2,Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации, Недра, 1980, с. 155-162, 208-210 (прототип) .