Способ электромагнитных зондирований

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ, при которсда возбуждают электромагнитное поле, с псмлоцью измерительных электродов, размещенных на профиле, измеряют электрическую или магнитную составляющие элек-, тромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени, начиная с включения тока в питающей цепи, или с заданной дискретной последовательностью длин волн и по результатам измерений судят о строении геоэлектрй 1еского разреза, о т л ич a ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения детальности расчленения разреза, измерения проводят в моменты времени, соответствующие постоянному для всех разносов отношению параметра становления или длины волны к величине разноса, на котором производится измерение.

Ф

М5В.G01V 308

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Ab ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИЦЕТВВСТВУ (21) 3471018/18-25 (22) 15.07.82 (46) 07,11.83. Бюл. 9 41 (72) В.A. Белаш (71) Всесоюзное морское научнопроизводственное объединение инженерной геологии "Союэморинигеология" (53) 550.,837 (088.8) (56) 1. Электроразведка. Справочник геофизика, N. "Недра", 1980,. с. 202-208.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3246882/18-25, (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОИАГНИТНЬИ

ЭОНДИРОВАНИИ, при котором возбуждают электромагнитное поле, с помощью измерительных электролов, размещенных на профиле, измеряют электричес кую или магнитную составляющие элек-, тромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени, начиная с момента включения тока в питающей цепи, или с заданной дискретной последовательностью длин волн и по результатам измерений судят о строении геоэлектрического разреза, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

-повьиаения детальности расчленения разреза, измерения проводят в моменты времени, соответствующие постоянному для всех разносов отношению параметра становления или длины вол- Е ны к величине разноса, на котором производится измерение.

1053041

40

60

Изобретение может применяться для изучения геологического строения осадочного чехла при наличии в нем непроводящих экранов, для выяв"ления неоднородностей в геоэлектрическом разрезе, связанных с залежа5 ми нефти и rasa, а также для изучения верхней части разреза и детального расчленения горизонтальнослоистых сред при решении инженерно-геологических задач.

Сущность частотных зондирований и зондирований по методу становления поля как модификаций электромагнитных зондирований соответственно при гармонически меняющемся н 15 неустановившемся электромагнитном поле, заключается в измерении кажущегося удельного сопротивления в зависимости от длины волны или параметра становления. Распространение 2 » гармонических колебаний электромагнитного поля сопройождается изменением их амплитуд и появлением фазовых сдвигов по отношению к фа-.. зе тока питания. Неустановившееся 25 и гармоническое электромагнитные поля содержат одну и ту же информа- . цию о геоэлектрическом разрезе, характеризуя разрез по глубине. Йаиболее полные сведения о продольном и поперечном удельных сопротивлениях могут быть получены при комплексировании зондирования частотного или становлением поля с изменением разносов.

Задачей морской электроразведки является определение электрических характеристик и мощностей геоэлектрических горизонтов с достаточной разрешающей способностью для точного расчленения разреза по глубине.

Известен способ электромагнитных зондирований, характеризующийся высокой разрешающей способностью (метод переходных процес- 45 сов МПП), в котором. возбуждают электромагнитное поле с помощью незаземленной петли в виде прямоугольных импульсов тока и в паузах между этими импульсами в за.данные моменты времени после выключения тока измеряют параметры нестационарного электромагнитного поля, по которым судят о строении геоэлектрического разреза f1) .

Однако МПП предназначен для обнаружения локальных хорошо проводящих тел при индуктивном возбуждении поля и не обеспечивает исследования горизонтально-слоистых структур с удельным электросопротивлением более высоким,чем сопротивление перекрывающей водной толщи. При этом аномальный эффект в способе МПП уменьшается при увеличении удельного электросопротивления исследуемого объекта.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ электромагнитных зондирований, характеризующийся высокой разрешающей способностью, пригодной для детального изучения структур, согласно которому возбуждают электромагнитное поле с помощью измерительных электродов, размещенных на профиле, измеряют электрическую нли магнитную составляющие электромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени t начиная с момента включения тока в питающей цепи,. или с заданной дискретной последовательностью длин волн hI, а по результатам измерений судят о строении геоэлектрического разреза.

Электроды размещены на профиле с заданной последовательностью разносов т, г,..., т,, ..., гп, (где i = 1, 2, ..., n — число разносов; j = 1,2,...; m — количество длин волн), при этом измеряют на каждой последовательной паре разносов. разность фаз сигналов для каждой из заданных длин волн. Набор длин волн устанавливают для каждой пары разносов таким образом, чтобы

3 j выполнялось условие

ГI44 % (3ФЧ для набора длин волн (III) Ъ 3),причем. набор возбуждаемых длин волн изменяют до получения максимальной разности фаз для каждой пары разносов.

По измеренным разностям фаз судят о строении геологического разреза (2) .

Недостатком способа является неоднозначность измерения регистрируемых параметров из-за слишком высокой чувствительности к вертикальным не-. однородностям разреза, а также к изменениям частоты зондирования 6) и разноса r в том случае, если измерения осуществляются с погруженной установкой, используемой в морской электроразведке.

Целью изобретения является повышение детальности расчленения.

Поставленная цель достигается согласно способу электромагнитных зондирований, при котором возбуждают электромагнитное поле, с помощью измерительных электродов, размещенных на профиле, измеряют электрическую или магнитную составляющие электромагнитного поля на заданной последовательности разносов в заданные моменты времени t< начиная с момента включения тока в питающей цепи, или с заданной дискретной последовательностью длин волн 3i и по результатам ибмерений судят о строении гео1053041 электрического разреза, измерения проводят в моменты времени, соответствующие постоянному для всех разносов отношению параметра становления ci или длины волны к величине разноса, на котором производится измерение. L

Это означает, что — = const (1)

Д7( — моменты времени измерений, среднее удельное электросопротивление верхнего слоя — магнитная проницаемость вакуума. 35

Зондирование по данному способу возможно прн варьировании длины вол-. ны Я (в варианте частотных зондирований с измерением амплитуд), аналогичному условию (1)

+ = const (2)

Яф где i1; = З Г g

M — - угловая частота..

Отношение временного аналога длины,волны < к разносу r< для всех разносов выбирается из анализа теоретических кривых, равных 1:3, а диапазон разносов выбирают от толщины верхнего слоя h горных пород до удвоенной толщины водного слоя.

Результаты измерений представляют в виде эффективных сопротивлений, равных произведению измеренной раз- 35 ности потенциалов на каждом разносе при соблюдении условия (1) и (2) на . коэффициент установки, Повышение разрешающей способ ности, т.е. детальности, достигается 40 благодаря тому, что измерения проводят на серии разносов с соблюдением условия (1), что обеспечивает получение полной кривой зондирова-ния, и на этой основе -.воэможность подетального исследования слОев горизонтально-слоистой среды и их измерения. Выбор на каждом разносе

C %1 соотношения †. = const или, = const

r; 3 1 дает возможность проводить измерения в оптимальном временном интервале переходного процесса, в котором сигнал определяется высокочастотны-. ми составляющими его спектра и уже достаточно интенсивен для его уверенного определения.

На фиг.1 изображено расположение питающих и приемных электродов, на фиг. 2 - структурная схема измерительной аппаратуры. 60

Измерительная аппаратура содержит питающие 1 и 2 и приемные 3-12 электроды, источник тока 13, коммутатор 14, управляющее устройство 15, каналы усиления и регистрации 164, у...,16и, предварительный усилитель

17, фильтр 18, нормирующий множитель 19, ключ 20, накопитель 21 и. регистратор 22.

Электромагнитное поле возбуждают посредством источника электрического (эаэемленная линия) или магнитного типа (неэаэемленный контур) последовательностью прямоугольных импульсов тока .. Длительность возбуждающих импульсов в два и

Ь более раз больше максимального запаздывания момента времени измерений (для обеспечения затухания поля от каждого предшествующего цикла возбуждения).

Измерение производится с донной установкой набором приемных линий

3-12, расположенных на некотором расстоянии от питающего диполя 1-2, начиная с момента включения тока.

Измерения разности потенциалов нестационарного поля производятся в и точках с соблюдением для каждой условия (1) или (2) на серии разносов.

Результаты измерений представляют в виде эффективных сопротивлений,, равных произведению измеренной разности потенциалов на коэффициент установки (равний для дипольной установки К = 7L >) . Кривую полного становления (зондирований) изображают в билогарифмическом масштабе.

Интерпретация данных зондирования производится с помощью специально рассчитанных палеток путем совмещения экспериментальных кривых с тео ретическими.

Способ осуществляют следующим об-. разом.

Измерения производят с помощью многоканальной косы, представляющей собой многожильный кабель в рези-.новом или полиэтиленовом шланге, каждая из жил которого выводится на внешней электрод, представляющий собой свинцовое кольцо, охватывающее кабель по внешней его поверхности.

Датчики могут буксироваться по дну или укладываться на дно с помощью судов или подводных аппаратов.

Два электрода 12 используются для возбуждения поля, остальные 3-12., для приема сигналов.

В частном случае каждый второй электрод предшествующей приемной пары является первым электродом последующей приемной пары (фиг.1). При этом расстояния 2-3, 2-5, 2-7, 2-9 и т.д. от. второго питающего электрода 2 до первого из каждой. пары приемных электродов 3-12 возрастают в геометрической прогрессии с шагом 42;

Рекомендуются следующие расстояния, равные соответственно 1-1,41-2-2,82, -4-5,66-8-11,3-16-22, -6-32-49,4-64.

1053041

B данном варианте используется всего 13 приемных электродов, которые образуют 12 приемных пар. Эта установка обеспечивает зондирование от глубин по горным породам 0,5 м до 15 мм. При данной выборке разноЬ) сов по условию соотношения †„. = 2

)- 1 и, временные аналоги )» длин волн должны изменяться от -2 до 128 м. При величине удельного электросопротивления пород морского дна 40 м м время

) регистрации составляет 0,05; 0)О707, 0 1, 0 41; 0 2, 0 82, 0 4; 0 566, 8, В случае испольэованйя гармонического источника наблюдения необходимо выполнять на следующем наборе частот Е = 40,20;10; 5; 2,5; 1,25;

0,625; О, 3125, О, 1562; 0,0781; 0,039

0,0195; 0,00977 МГц.

Поле становления источника импульсного тока, расцоложенного на дне в области времен t, связанных с расстоянием между источником и приемником т и удельными электропроводностями воды и горных пород бо и б, характеризуется соотношением (О) )») Л (6 (2) где А = 0,2-5, 6 и б» - удельные электропроводности воды и дна.

Это соответствует значению отнол. о щения — 1:10 при отношении -)- = 8.

r 1

Изменение удельного электросопротивления более высокоомной нижней среды, соответствующей породам морского дна, приводит к резким изменениям величин эФфективного сопротивл ления при величинах с 2 r, Чем л меньше отношение ф >,тем больше зависит эффективное сопротивление от удельного электросопротивления нижней среды. Напротив, при увеличении отношения - — различия между .», р кривыми, соответствующими различным .;удельным электросопротивлениям p, падают. Физически. это. объясняется тем, что электромагнитные волны, распространяющиеся по среде с низким удельным электросопротивлением, быстро затухают и величина поля в точке приема в основном определяется электромагнитными волнами, распространяющимися по среде с большим удельным электросопротивлением, в данном случае по нижней среде. электросопротивлением. Наряду с эффектами затухания действует эфФект неравномерного растекания тока по средам с различным удельным электросопротивлением. За счет

5 этого эффекта влияние сред малого электросопротивления проявляется во всем диапазоне длин волн или их временных аналогов.. В области больших длин .волн и их временных аналогов > 4 г эффекты затухания гораздо ниже, чем эффект неравно..мерного растекания и в этом случае основное влияние на результаты из.мерений оказывает низкоомная среда (морская вода) . В случае малых длин. волн Я с 3 r влияние неравномер» ного растекания сохраняется примерно на прежнем уровне, но эффекты затухания возрастают экспоненциаль20, но, поэтому здесь большее влияние на результаты, измерений оказывает среда с более высоким удельным электросопротивлением (породы морского дна), Анализ теоретических

25 кривых показывает, что целесообразно отношение (1) выбирать равным в интервале от 1 до 3.

Аппаратура в варианте временных изменений становления поля (фиг.2) обеспечивает посылку через погруженные в воду электроды токовых импульсов прямоугольной формы с длительностью, в 2 раза превышающей максимальные запаздывания момента измерений. Управление комму35 татором токов 14 ос,ествляется уп равляющим устройством 15. Измерения проводятся с помощью 12 измерительных каналов 16-1,. каждый из которых подключен к паре приемных электродов.

При низких частотах эффект затухания не проявляется и поэтому в правой части эффективные сопротивления очень слабо. зависят от удельного электросопротивления среды со сравнительно высоким удельным

Измерительный канал состоит из предварительного усилителя 17,фильтра 18, нормирующего усилителя 19, 4g ключа 20, накопителя 21, регистрато-. ра 22. После предварительного усиления в усилителе сигнал фильтруется фильтром, отсекаются частоты, большие чем f (где й4 - ми1 И

7% © нимальиые запаздывания), и меньшие, чем .(где Т - период посылки). С

1 помощью нормирующего усилителя 19 сигнал усиливается с коэффициентом усиления, пропорциональным коэффициенту соответствующей дипольной ус«тановки, Клич 20 служит для выборки сигнала с расчетным запаздыванием, выборки по отношению к переднему бО фронту токового импульса, установленным из. условия (1) или (2). На накопителе 21 происходит сглаживание последовательностей выборок. Сглаживание значения регистрируются регистратор ром 22. Может быть организована по1053041

8 фюзи Составитель Л..Воскобойников

ТехредЛ Пилнпенко Корректор IO. Макаренко,Редактор Н. Джуган

Заказ 88бб/44. Тираж $10 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4.очередная регистрация накопленных петли и приемного электрического ди-. по многим каналам измерений, „поля, расположенного на определенном

Способ позволяет повысить чувст- -расстоянии от петли, технически эат вительность морской электрораэведки . руднительно. Возможность щ3овйдения к неоднородностям удельного электро- измерений в движении с тако» устасопротивления пород морского дна s 5 новкой исключена. горизонтально-слоистой среде, с величиной удельного сопротивления по -, : Использование дипольно-осевой усЛ горным породам большей, чем удельное. тановкн, источника и приемника элек- сопротивление водной среды. Развед- трического типа обеспечивает возможка верхней части морского дна при 10: йость измерений в движении с достаинженерно-геологических работах на .точной разрешавшей способностью, что шельфе сможет обеспечить возможность . повышает производительность электропрогноэа прочности грунтов, в част- разведочных.работ и расширяет воэ.. йостй для определения мощности верх- .можности применимости в морской него слоя неконсолиднрованных горных )5,электрораэведке метода электромаг."пород и для прогноза несущей способ- :нитных зондирований. ности грунтов при укладке на дно сооружений и аппаратов. Основанием : о сравнению с известньве предяадля прогноза является тесная корре- гаемый способ отличается наряду с ляционная связь относительного удель-26 большей разрешавшей способностью ного сопротивления водонасыцеиных большей информативностью при сохрагрунтов с их пористостью .(коэффици-. ненни глубинности, высокой пройэвоент корреляции составляет 0,95 0,98). . дительностью измерений, возможностью

Проведение измерений с уставов- . использования в районах с трудными кой, состоящей иэ горизонтальной . y ус ювиями заземления.