Способ геоэлектроразведки Советский патент 1983 года по МПК G01V3/04 

(54) СПОСОБ геОЭЛЕКТРЮРАЗВЕДКИ

Изобретение огносится к: геоэлектроразвецке, в частности к электрическим метоцам исследования геологических тол месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано в полевой, скважинной и шахтной геофизике, а также при проведении инженерио- :троитель ных изысканий, археологических и палеонтологических раскопок. . Известен способ геоэлектроразвецкаг, заключающийся в создании электрического поля с помощью двух питающих элект родов, один из которых является точечным и помешчн в скважину, ;а второй выполнен линейным и размешен на цнев- ной поверхности параллельно простиранию слоев,и фиксированный его изолинией, измерений потенциала причем измерение потенциала производят во внещней зоне питающей установки за линейнь1м электродом, при этом кратчайшее расстояние между, скважиной и линейным электродом на поверквости выбирают не более р,5 f /2, а глубину погружения точечного электрода - в обратное зависимости в пределах 1,25-0,58/2, где t- длина линейного электрода. Характер неоцнороаности изучаемой геологической тслши определяют по форме регистрируемых аномалий потенциала электрического поля Ci.. Этому способу электроразведки присуши два существенных недостатка; вопервых, необходимость механического перемещения питающих электродов при сканировании исследуемой зоны геологи- , ческрй толщи, то в ряде случаев (например при 1юпш1ьаоввнии затак понированндй скважины, наличии сильно пересеченной дневной toBeiKHCKTH и т.п.) невозможно или чрезвычайно сложно осушествить, во- , яевьюокая разрешающая . собность измерений при выявлении тонкой, структуры йсюледуемой зоны геологичео кой толщи, обусловленная однородным характером электрического поля во внешней зоне пнтакяцей установки за линейным электродом. .3S6 Наиболее.близким по технической сущности к изобретению является способ геоэлекгроразвецки, заключающийся в зканировании исследуемой зоны геологической голщи силовыми линиями электрического поля центрального питающего йлектроца сконцентрированными в слой конечной толщины с помощью боковых концентрирующих электродов, симметрично расположенных относительно централь- ю 7, ного электрода и однополярньй с ним, при механическом перемещении системы из центрального питающего электрода . и боковьсх концентрирующих электродов и определении характеристик исследуемой геологической толщи по результата 4 измерений в ней па раме трон электрическог поля С 2 1. Разрещающая способность известного способа-геоэлектроразведки за счет применения сконцентрированных силовых линий вьппе, однако необходимость механического перемещения системы из питаю щего и концентрирующих электродов при сканировании исследуемой зоны геологической толщи ограничивает область применения этого способа геоэлекгроразвец- ки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа геоэлектроразведки, Цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразвёдки, заключающемуся в сканировании исследуемой зоны геологической толщи силовыми линиями электрического поля центрального питающего электрода, сконцентрированными в слой конечной, толщины с помощью боко., вых концентрирующих электродов, симмет рично расположенных относительно централь I него электрода и однополярных с ним, и определении характеристик исследуемой геологической толщи по результатам .измерений в ней параметров электри ческого поля, в процессе сканирования исследуемой зоны геологической толщи изменяют пространственную ориентацию слоя сконцентрированных силовых линий электрического поля центрального питаю щег.о электрода, причем изменение пространственной ориентации слоя сконцентр рованных силовых линий электрического поля центрального питающего электрода осуществляют путем изменения соотношения величин токов, стекающих с боковых концентрирующих электродов. На чертеже представлена схема реали зации предлагаемого способа геоэлектро разведки. 3 Схема включает систему из центрального питающего 1 и боковых концентри- рующих 2 и 3 электродов, нахопящуюся внутри исследуемой геологической толщи в питающей скважине 4, пересекающей дневную поверхность 5 этой толщи под УГЛОМ ot, измерительныйлрс)филь 6, рас-положенный в другой, параллельной питающей, скважине, и искомую неоднородность а также данные измерений и обработки 8-12. Способ осуществляется следующим образом. . Внутри или на границе изучаемой геологической толщи помещают систему из одного центрального питающего 1 и одной или нескольких пар боковых концентрирующих электродов 2 и 3, причем концентрирующие электроды 2 и 3 располагают вдоль граничащих в центральном электроде 1 двух прямолинейных питающих профилей, в общем случае располагаемых под произвольным углом между собой, На боковые электроды 2 и 3, концентрирующие силовые линии электрического поля, создаваемого постоянным по величине током центрального питающего электрода 1, подают пилообразноизменяклдие я однополярные с током центрального электрода импульсы тока с равными амплитудами и периодами колебаний от источника электрического поля, у которого клемма с полярностью, обратной поля1 ности электродов системы из центрального 1 и боковых электродов 2 и 3, подсоединена к общему питающему электроду, удаленному на бесконечность от этой системы { на чертеже не показаны). Знаки приращений токов, подаваемых на концентрирующие электроды 2, сжимающие си- ловые линии электрического поля центрального электрода 1 с одной стороны от слоя сконцентрированных силовых линий, противоположны таковым для электродов 3, прижимающих эти силовые линии с другой стороны от указанного слоя. Измерение параметров электрического поля в исследуемой зоне геологической толщи проводят вдоль прямолинейного измерительного профиля 6, располагаемого вне пределов сферы с центром в начале слоя сконцентрированных силовых линий, электрического поля центрального электрода и радиусом,.равным расстоянию от этого начала До ближайщего из концентрирующих электродов 2 и 3,. Для упрощения процесса интерпретации . результатов измерений измерительный профиль 6 располагают в плоскости, про599вб93«

ходящей через концентрирующие электро- ческого псм1я в каждой точке измерений цы 2 и 3, иливблизи ее, перпендикуляр- на измерительном профиле 6 соответственно оси симметрии системы из центрального 1 и боковых электродов 2 и 3.

При любом j-ом фиксированном поло- 5 носгей . этих измерений, жении в исследУемой геологической толщеЗатем опре(еляюг значения функций электродов 1 - 3 измерение параметров электрического поля- в каждой точке иэг мерений на измерительном профиле 6 производят при токах концентрирующих электродов 2 и 3 удовлетворяющих равенству. Kni KBiкВ-Г кп-1 отличному от нуля при всех значениях i из интервала целых чисел при . гае:, и 3 - токи кон.... центрирующих электродов соответственн jпервого (2) и второго (3) прямолиней ных профилей, задаваемые при i-ом за мере на измерительном профиле 6, знак, обозначающий целую часть следую щего за ним числа, - угол, под кото рым видна из центрального электрода наименьшая по размерам поперечного сечения неоднородность в исследуемой зоне геологической толщи из подлежащих обнаружению и определению координат их залегания. Для упрощения процесса обработки и интерпретации данных измерений токи концентрирующих электродов желательно изменять в срответствии с условиями: КП t r b-i+l K&- i KB i кп4-«-1 n-i где C и С 2 -- постоянные величины, ti-коэффициент пропорциональности. По величинам 8 экспериментальных измерений градиента потенциала dUijjH йЦ.й.диц,. электрического поля для /соответственно i-ro и i-ro замеров в каждой точке измерений измерительного профиля 6 формируют величины 9 экс периментальных разностей Яц,.ц,значений градиента потенциала электрического поля, а по априорным данным о структуре и физических свойствах исследуемой геологической толщи путем расчёта и моделированияформируют величи ны ди,, идиД.. Ди,., . эталонных г 1 М/- .. «« . JL . измерений градиента потенциала электри-

но для 1 -го и - i-го замеров и формирую.г величины 10-ти эгалонйых раэабсолютного 11 AF. F.-F, и относительного 12 Mi сЭ Vimax расхождения экспериментальных и этапов, ных разностей 9 и 1О при отличных от нуля максимальных значениях эталонных разностей F. , после чего фиксируют максимальные значений ФУ-Чккий относительного расхож ден 12, выделяют среди всех значений дР«Т,аибольщее значение ЛР тяахМг ъ/ Л рСПГИ-.«„ .-.. ., сравнивают величину u« imdx- предварительно заданным цоверигельным уровнем расхождения ЛР.д и по превышении этой величины доверительного уровня считают, что угла Ч. , образованного биссектрисой угла между обоими прямолинейными профилями с концентрирующими электродами 2 и 3 и вектором, проведенного из центрального электрода 1 в центр проекции неоднородности 7 на плоскость, проходящую через эти профили, равно значащ нию Ц йгла , соответствующего этому наибольщему значению А определяемого по формуле HVi-JcillilfKBl, масштабный коэффициент, равный Jr- : J 180°. Для определения величин удаления центра проекции неоднородности 7 на плоскость, в которой расположены профили с концентрирукяцими электродами 2 и 3, от измерительного профиля 6 и профилей с концентрирующими электродами 2 и 3 определяют длину 1iy-tij| участка между проекцией центрального электрода 1 на измерительный профиль 6, когорь й выявляют по точке h- перехода кривых 8 измерений градиента потенциала через ноль при значении угла Vj О:- и по точке tirt проекций пентра неоднорооности на измерительный профиль б, в которой i М значение угла V равно V . После этого по формулам re,.r,in(|--yf) e.u-s; соэ V Y У% И где 8-J и 2 - величины удаления центра проекции неоднородности 7 на плоскость, в которой расположены профили с концентрирующими электродами 2 и 3 соответственно, от ближайшего из этих профилей и измернтельного профиля 6; г - дли на {яднуса - вектора, проведенного из цвнгральиого электрода 1 в центр проекцни неоанородности 7 на плоскость, в которсй распопсжвны прс))или с концентри руюшими электродами 2 и 3; L, - величива удаления измерительного профиля 6 от центрального электрода 1; е., - величина удаления центра проекции неоднородности 7 на плоскость расположения кониентрирукших электродов 2 и 3 от прямой линкк, проходящей в этой плоскос тн через центральный электрод 1 параллельнр измерительному профилю 6, находят искомые величины. Для проверки предлагаемого способа геоэлектроразведки было приведено физическое моцелированид, при котором к двуме(Х( модели из элес тропроводной бумаги с удельным электрическим сопротивлением ЗОО ОММ, имитирующей неограниченную однородную геологическую -апщу, пгжжималась система оцнополяр - , токовых, электродов, содержащая центральный питающий электрод 1 и (2) и второй (З) прямолинейные , профили с концентрирующими электродами 2 и 3, с удаленным на бесконечность обшим токовым электродом другой полЯрности, и медный диск диаметром Д - O,15t « O,25L. 2 см, где о 4 см расстояние между центральным 1 в ближайшим к нему концентрирующим электродом 2 или 3; t ° 13 см - длина прямолинейных профилей с концентрируюшимн электродами 2 и 3; L. 8 см расхтоянне между скважиной 4 и параллельным ей профилем измерений 6. Центр медного диска отстоял аг профилей с концентрирующими электродами 2 и 3 .L -.ь и . 5 см. на расстоянии 6

моделью, а также данные других исследований указывают на высокую точность и достоверность определения координат

центра неоднородности при широком диапазоне значений углов видения 4j , что позволяетСделать вывод о возможности использования предлагаемого способа геоэлектроразведки в условиях затрудненности или.невозможности механических перемещений внутри или на границе исследуемой геологической толщи. Это в свою очередь, указывает на возможность существенного повышения рентабельности. ЙЗ,8 В табп. 1 приведены данные, о значениях токов . и ,Концентрирующих электродов 2 и 3 соо.тветственно первого (2) и второго (3.) профилей из этих электродов и угла Ц« , с которыми проводилось моделирование. Величина тoкe Эцэ центрального электрода 1-была задана равной 8 мА. . По результатам измерений градиента потенциала ДОц,. и ли ф электрического поля,проведенных соответственно на мо-. далях с неоанбродностью и без нее, с помощью дискретно пере мешаемого по Измеригельному профилю 6 измерительным двухэлек г родным зондом с длиной в 1 см при различных значениях углов Ч и f; была составлена таблица; В табл. 2 прэдставлены зависимости максимальных зна-чений функций отклонений ЛРуТ от величины углов У(огн и fj . | Анализ данных показал, что величина uF принимает максимальные значения лР;.Мах при равенстве или близости углов УФ и i, , например Liin ,. In -t (, О { J.у о при ф 18° випно из табл.2), и по превышении этой величины некоторого доверительного уровня ДРдо const,допустим 2 0%-го уровня,можно определять координаты Ц , 8 и Р„ залегания неоанородности в исследуемой зоне геологической толщи. Результаты моделирования с описанной в частности буровых работ, за счет дрлговременного использования затампонированных скважин, поверхностных элекро- разведочных работ за счет уменьшения трудоемкости техпроцесса сканирования земных недр при сильно пересеченной дневной поверхности и т.п. Использование предлагаемого способа геоэлектроразведки в народном хозяйстве позволит существенно повысить техникоэкономическую эффективность геолого- разведочных работ при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых на основе расширения функциональных возможнОстей в исследовании земных недр.

I Формула изобретения

1, Способ геоэлектроразведки, заклю- чакщийся в сканировании исследуемой: зоны геолЬгической толщи силовыми ли- 35 ВИЯМИ электрического поля центрального питающего электроаа, сконцентрированными в слой конечной толщины с помощью боковых концентрирующих электроцов, симметрично расположенных относительно в центрального электроаа и оцнополярных с ним, и определении характеристик иослеауемой геологической толщи по результатам измерений в ней параметров электрического поля, отличаю, щий- 4S с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в процессе сканирования исследуемой зоны геологической толщи .изменяют пространственную ориенТаблица2

тацию слоя сконцентрированных силовых линий электрического поля центрального питающего электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,

1. Авторское свидетельство СССР N9 7379ОЗ, кл. Q 01 V 3/01. 2. Итенберг С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М., Недра, 1972, с. 70-72 (прототип).