Устройство для геоэлектроразведки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ , состоящее из генераторной и приемной петель, генератора переменного напряжения, дифференциального измерителя и трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с генераторной петлей и генератором, а вторичная обмотка включена последовательно с приемной петлей и дифференциальным измерителем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем ослабления влияния помех, вызванных деформациями петель и токами утечек между приемной петлей и землей, генераторная и приемная петли выполнены из одного коаксиального кабеля, причем экран каi беля образует генераторную петлю, а жила кабеля образует приемную СЛ петлю.

СОЮЗ СОНЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) Б {1П А

3(51) G 01 V 3 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

f щ -.,-.-,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д 13!

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, состоящее из генераторной (21) 3548565/18-25 (22 ) 07. 02. 83 (46 ) 07. 06. 84. Бюл. М 21 (72 ) Г. В. Прис, Л. A. Прис, А. Ф. Постельников, В.Ф.Лаптев и В.И.Сущев (71 ) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (53 ) 550. 837 (088. 8) (56 ) 1. Светов Б. С. и др. Электромагнитные методы разведки в рудной геофизике, М., "Недра", 1966, с.119.

2. Лаптев В.Ф. и др. Двухпетлевой метод индуктивной низкочастотной электроразведки. Труды ЦНИГРИ, вып. 104, 1972, с.87-88 (прототип). и приемной петель„генератора переменного напряжения, дифференциального измерителя и трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с генераторной петлей и генератором, а вторичная обмотка включена последовательно с приемной петлей и дифференциальным измерителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем ослабления влияния помех, вызванных деформациями петель и токами утечек между приемной петлей и землей, генераторная и приемная петли выполнены из одного коаксиального кабеля, причем экран кабеля образует генераторную петлю, а жила кабеля образует приемную петлю.

1096596 помех за счет емкости и утечек между приемной петлей и землей.

Указанные недостатки в силу большого размера петель и расположения их непосредственно на поверхности земли устранить простыми средствами, например защитой проводов от действия ветра экранами, применением высококачественной изоляции и т.п., затруднительно.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем ослабления влияния помех, вызванных деформация.ми петель и токами утечек между приемной петлей и землей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для геоэлектро разведки, состоящем из генераторной и приемной петель, генератора пере» 60 менного напряжения, дифференциального измерителя и трансформатора, . первичная обмотка которого включена последовательно с генераторной петлей и генератором, а вторичная обмот-Я

Изобретение относится к области геоэлектрора=-зедки индуктивными методами с использованием в качестве источников и приемников переменного магнитного поля петель, раскладываемых на поверхности земли.

Известно устройство для геоэлектроразведки, в котором измерения магнитного поля производятся с помощью двух рамочных антенн, подключенных к дифФеренциальному измерителю, позво- 0 ляющему определять отношение амплитуд и разность фаз сигналов в антен нах $1 3.

Недостатком данного устройства является его невысокая глубинность 15 исследований.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по числу существенных признаков являешься устройство для геоэлектроразведки, содержа-ЭЪ щее геиераторную и приемную петли, генератор переменного напряжения, дифференциальный измеритель и трансформатор, первичная обмотка которого .включена последовательно с гене- 25 раторной петлей и генератором, а вторичная обмотка - последовательно с приемной петлей и дифференциальным ,измерителем (2 3.

Спецификой двухпетлевого метода, в котором используется известное устройство, отличающего его от других индуктивных методов, является использование генераторных и приемных петель больших размеров, сравнимых о размерами искомых проводящих рудных тел (порядка первых сотен метров), Это приводит к увеличению глубинности разведки, но одновременно увели чивает влияние на результаты измере ний помех за счет деформации петель, 40 возникающей под действием ветра, и ка трансформатора включена последовательно с приемной петлей и дифференциальным измерителем, генераторная и приемная петля выполнены из одного коаксиального кабеля, причем экран кабеля образует генераторную петлю, а жила кабеля — приемную петлю.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — его эквивалентная схема.

Устройство содержит генераторную 1 и приемную 2 петли, генератор 3 переменного напряжения, трансформатор, имеющий первичную 4 и вторичную 5 обмотки, и дифференциальный измеритель 6. Выход дифференциального измерителя является выходом устройства.

Генераторная и приемная петли выполнены из одного коаксиального кабеля.

Жила кабеля образует приемную петлю 2, а наружный экран - генераторную петлю 1.

Генераторная петля 1, подключенная к генератору 3 последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соз-. дает в окружающем пространстве переменное низкочастотное магнитное поле.

Это поле, называемое первичным, а также вторичное поле от искомых проводящих объектом, наводит ЭДС в приемной петле 2. Сигнал с приемной петли поступает на вход дифференциального измерителя 6. На другой вход этого измерителя поступает сигнал со вторичной обмотки трансформатора

I5, пропорциональный первичному полю.

Если подобрать коэффициент связи между обмотками трансформатора таким образом, чтобы сигналы за счет первичного поля на входах дифференциального измерителя 6 были равны, то сигнал на его выходе, равный разности входных сигналов, будет характеризовать только вторичное магнитное поле.

Для достижения большой точности измерений глубина компенсации первичного поля должна быть как можно больше. Однако этому препятствуют помехи, вызванные непрерывно изменяющейся деформацией петель за счет ветра и токами утечек между приемной петлей и землей.

Для оценки влияния этих помех рассмотрим эквивалентную схему устройства (фиг. 2 1.

Генераторная цепь состоит из генератора, имекщего ЭДС U„ генераторной петли, имеющей сопротивление Р<« индуктивность рассеяния 1 и .взаимоиндуктивность с приемной петлей и трансформатора, первичная обмотка которого имеет сопротивление Рт, индуктивность и индуктивность рассеяния 1. „. Измерительная цепь состоит из приемной петли, индуктивно,связанной с генераторной петлей посредст1096596 вом общей индуктивности,„, и вторичной обмотки трансформатора, индуктивность которой, пересчитанная к первичной обмотке, равна 1, . Так как приемная и генераторная петли имеют по одному витку, то индуктивность рассеяния Lщи сопротивление Кп приемной петли не требуют пересчета. Индуктивность рассеяния Ь и сопротивле1 ние Я вторичной обмотки трансформатора пересчитаны пропорционально квад10 рату отношения числа-витков обмо" ток л. Индуктивности 4z первичной и вторичной обмоток трансформатора могут быть объединены, однако при та" ком объединении следует помнить о 15 сдвиге на 180, вносимом трансформатором.

Ток в генераторном контуре создает падение напряжения на индуктивностях петли,л и первичной обмотки трансформатора 4.. Если 4n = .П ..„, то напряжения, приложенные к входам дифференциального измерителя, равны.

Это приводит к компенсации ЭДС пер- вичного магнитного поля. Вторичное магнитное поле представлено на эквивалентной схеме генератором 0 .

Напряжение Ц может быть измерено либо по величине остаточного нескомпенсированного сигнала, либо путем дополнительной компенсации, осуществляемой изменением амплитуды и фазы сигнала с приемной петли.

Нарушение компенсации первичного поля согласно этой эквивалентной схеме может происходить в результате следующих трех причин: изменения индуктивности рассеяния что изменяет коэффициент связи между генерагорной и приемной, петля- 40 ми. изменения индуктивности петель,я, что нарушает условие компенсации

,=п 4т появления напряжения помех в 45 петлях эа счет постоянного магнит-, ного поля земли.

E=2Ttf Ра Н tdb=90e B,:

Несмотря на относительно большую величину этой помехи, она легко может быть устранена, например путем частотной фильтрации измеряемого напряжения или путем увеличения тока в петле. Для первых двух случаев такие простые способы непригодны.

Проведенный анализ показывает, что основной помехой, определяющей точность измерений, является помеха за счет изменения взаимного расположения петель. Предлагаемая форма выполнения петель из коаксиального кабеля (причем внешний экран включен в генераторную цепь,. а внутренняя

Так как трансформатор легко защитить от ветра, то изменение его параметров не рассматривается.

Оценим относительную величину помех за счет действия каждой из этих причин для конкретного примера.

Пусть генераторная петля имеет форму окружности с радиусом д =100 м.

Радиус приемной петли больше на ,да=5 мм, ток в генераторной петле

3 =1A, частота f =100 Гц, ЭДС первич-60 ного поля в петле Ея=0, 8 В. Пусть участок приемной петли длиной В =10 м сместился под действием ветра на ве личину дЬ =1 мм. Это приводит к изменению потока первичного магнитного $5 поля через петлю и изменению ЭДС в ней на величину

da+d4 и„ч;зебр „" =ц.,эехе "," .

do

Для наших условий dE. 230 мкВ что значительно больше допустимой величины 0,8 мкВ, равной 10 от первичного поля

Предположим теперь, что расстояние между проводами петель не изменяется, а радиус обеих петель на,участке

6=10 м увеличивается на то же самое расстояние 6=1 мм. Это приводит к увеличению индуктивности g Индуктивность петли для нашего йримера можно рассчитать, задав радиус провода петли У = 1 мм. Заметим, что другие значения радиуса провода слабо изменяют результат. Индуктивность петли равна

В результате изменения размеров петли она изменяется на величину

dL Zdb и 1 а и- 2lia 2,Ь.

ИП=ЕРД / =E0. 7 о =АЗ О 6, Такой величиной ошибки компенсации можно пренебречь. Малая величина помехи в данном случае объясняется тем, что собственный поток через петлю изменяется пропорционально не площади, а радиусу петли.

Рассмотрим теперь величину помехи за счет постоянного магнитного поля земли, вертикальную составляющую которого положимравной Н =О, 5 Э=40 A/м.

Если тот же самый участок провода петли длиной 6=10 м колеблется от ветра с частотой Хр =10 Гц и амплитудой дЪ= 1 мм, то в петле генерируется

ЭДС, равная

1096596

ВНИИПИ Заказ 3 8? О /34 Тираж 711

Подписное

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул .Проектная, 4 жила — в приемную цепьj позволяет полностью исключить эту помеху.

Магнитное поле тока, текущего по внешней цилиндрической оболочке коаксиального кабеля, внутри оболочки равно нулю. Поэтому весь магнитный поток генераторной петли проходит через контур приемной петли. Индуктивность рассеяния генераторной петли L становится при этом равной

51 нулю, и отсутствует деление напряжения между L u L . Таким образом, и любые перемещения внутренней жилы кабеля внутри экрана не приводят к изменению магнитного потока через приемную петлю и, следовательно, не изменяют первичное поле, принимаемое петлей.

Как следует из эквивалентной схемы, вторая причина возникновения ветровых помех за счет изменения раз в 20 меров и индуктивности петли t предП лагаемым конструктивным решением не устраняется. Однако, как следует из проведенного анализа, в большинстве случаев ею можно пренебречь. 25

Предлагаемая конструкция петель решает и вторую задачу: устранение влияния утечек между проводом приемной петли и землей.

В двухпетлевом методе электрораз- 3О ведки помехи за счет емкостной и гальванической связи приемной петли с землей играют значительную роль.

Ток помехи возникает в результате разности потенциалов между проводом приемной петли, лежащем на земле, и землей. Этот ток создает падение напряжения на сопротивлении и индук— тивности петли, приложенное к входу дифференциального измерителя.

В предлагаемой конструкции помехи за счет утечек устраняются благодаря тому, что внешний экран кабеля является не только проводом генераторной петли но и выполняет роль экрана для приемной петли, изолируя ее от земли.

В результате токи через емкость и утечку между кабелем и землей замыкаются через генераторную цепь и не создают напряжения на входе дифференциального измерителя.

Кроме того, собственная емкость коаксиаль ного кабеля является относительно стабильной величиной, и поэтому ее влияние на приемную петлю может быть скомпенсировано, например путем включения нейтрализующей емкости между генераторной петлей и вториччой обмоткой трансформатора. Использование дифференциального измерителя существенно облегчает такую нейтрализацию.

Замена известного устройства предлагаемым позволит повысить точность измерений и точность интерпретации, что расширит геологические вбзможности метода по поиску и разведке проводящих рудных тел. В частности, должна увеличиться глубинность и разрешающая способность метода.

В результате использования изобретения повысится производительность труда, поскольку существенно ускорится операция по раскладке и смотке петли, отпадет необходимость производить измерения только в безветренную погоду и необходимость устранения утечек в дождливую погоду.

Рост производительности труда составит не менее 2ОЪ.