Устройство для геоэлектроразведки

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ , содержащее первый и второй незаземленные датчики, генера-. тор импульсов тоха, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора , снабженного управляклцим входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления , снабженной стробируншщм и коммутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и разрешающей способности, оно содержит третий незаземленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом , причем выходы всех датчиков соответственно подключены к первому, сл .второму и третьему выходам коммутатора , четвертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управле4 ния и к выходу вычислителя,а выходк управляющему входу измерителя. о о: со

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

V310

4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3660005/24-25 (22) 05.11.83 (46) 07.03.85. Бюл. Р 9 (72) А.Н. Родионов и В.В. Меер (71) Рязанский сельскохозяйственный институт им.проф.П.А.Костычева (53) 550 ° 83(088.8) (56) 1. Сидоров В.А. и др. Применение зондирований становлением поля для геокартирования малых глубин и решения задач гидрогеологии. Сб. научи.трудов "Теория и опыт применения электромагнитных полей s разведочной геофизике", СО АН СССР, Новосибирск, 1978, с.92-98.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 1045192, кл. С 01 7 3/10, 1982 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный сигнальÄÄSUÄÄ 1144069 A ным и управляющим входами, выход которого подключен к вкоду цифро.вого вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирующим и коммутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему.-входу коммутатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и разрешающей способности, оно содержит третий незаземленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам коммутатора, четвертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому вхо-ду двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управления и к выходу вычисЛителя, а выходк управляющему входу измерителя.

1144069

Изобретение относится к техническбй физике, а более конкретно к техническим средствам индуктивной элек троразведки по методу переходных процессов, и предназначено для использования при структурно-геологическом картировании, изучении особенностей глубинного строения геологических структур, а также исследований естественных и искусствен 1о ных объектов, залегающих под земной поверхностью.

Известны устройства для индуктивной геоэлектроразведки, содержа- М п ле генераторное устройство, импульсные преобразователи измеряемого вто" ричного поля, измеритель переходных процессов и цифровой вычислитель физических параметров геологических 2О объектов Pj ..

Основным недостатком этих устройств является малая производительность при поисках структурных неоднородностей в обследуемом районе. Это обусловлено тем, что в каждой .точке пространства производится полное изменение и регистрация импульсной реакции вторичного поля по множеству отсчетов в дискретные 30 моменты времени, При картировании мальм глубин эти устройства способны реализовать один отсчет на один зондирующий импульс, что требует для многоотсчетной регистрации по- р дачи зондирующего цуга импульсов, соответственно удлиняет время обследования каждой локальной геологиДель изобретения - устранение отмеченных недостатков, т.е. уве личение производительности, а также

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый, второй и третий датчики выполнены в виде соосных проводных рамок, размещенных в одной плоскости .и имеющих взаимно уменьиающиеся определяющие размеры.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что анализатор содержит предусилитель, устройства определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максимального от.рицательного значения сигнала, импульсные формирователи, собирательную схему, выход предуснлителя подключен к вьмодам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройств через импульсные формирователи подключены к входам собирательной схемы, выход которой служит выходом анализатора сигнала. ческой области и снижает производи тельность труда.

Наиболее близким к изобретению является устройство для индуктивной геоэлектроразведки, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифровой измеритель сигнала, снабженный .. сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирующим и ком" мутирующим вьмодами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора (2) .

Недостатки известного устройства заключаются в следующем. Автоматическая адаптация частоты следования и параметров импульсов цуга, реализованная в устройстве, к свойствам обследуемой геологической структуры несколько увеличивает производительность, но не изменяет требуемого числа дискретных отсчетов для анализа импульсной реакция вторичного поля. Это не позволяет использовать устройства s наиболее производительном — морильном поисковом режиме работы с непрерывным анализом в процессе движения.

1144069 4

При этом анализатор сигнала содержит предусилитель, устройства определения времени появления максимального положительного значения разрешающей способности устройства в заранее заданной области глубин посредством выявления и анализа значительно меньшего числа особых точек импульсной реакции вторичного поля с последующим переходом на требуемое число дискретных отсчетов после обнаружения локальной неоднород. ности обследуемой среды. При этом изменение сигнала в особых точках производится по одному зондирующему импульсу и соответствует требованиям экспресс-анализа в заданном диапазоне глубин, а для детализации общей геологической структуры используется дополнительное зондирование двумя и более импульсами первичного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй незаземленные датчики, генератор импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, снабженного управляющим входом, аналого-цифро- 25 вой измеритель сигнала, снабженный сигнальным и управляющим входами, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, подключенного своим выходом к входу схемы управления, снабженной стробирующим и ком. мутирующим выходами, причем последний подключен к управляющему входу коммутатора, введены третий незазем ленный датчик, двухтактный вентиль с импульсным выходом, анализатор сигнала с импульсным выходом, причем выходы всех датчиков соответст-. венно подключены к первому, второму и третьему выходам коммутатора, чет- 40 вертый выход которого подключен к сигнальному входу измерителя и входу анализатора, своим выходом подключенного к первому входу двухтактного вентиля, второй и третий входы которого подключены к стробирующему входу схемы управления и к выходу вычислителя, а выход — к управляющему входу измерителя.

При этом первый, второй и третий датчики выполнены в виде соосных проводных рамок, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно уменьшающиеся определяющие размеры. сигнала, максимального отрицательного значения сигнала, импульсные формирователи, собирательную схему, выход предусилителя подключен к входам устройств определения времени появления максимального положительного значения сигнала, максималь ного отрицательного значения сигнала, причем выходы всех устройств через импульсные формирователи подключены к входам собирательной схемы, выход которой служит выходом анализатора сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема анализатора сигнала.

Устройство для геоэлектроразведки (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 незаземленные датчики, генератор 3 импульсов тока, выход которого подключен к сигнальному входу 4 коммутатора 5, снабженного управляющим входом 6, а также аналогоцифровой измеритель 7 сигнала, снабженный сигнальным 8 и управляющим 9 входами. Кодовый выход измерителя 7 подключен к входу цифрового вычислителя 10, логический выход которого подключен к входу схемы 11 управления, которая снабжена стробирующим 12 и коммутирующим 13 выходами, причем последний подключен к управляющему входу 6 коммутатора 5. Кроме того, устройство содержит третий незаземленный датчик 14, анализатор 15 сигнала с импульсным выходом и двухтактный вентиль 16 с импульсным выходом, снабженный первым

17, вторым 18 и третьим 19 входами.

Датчики 1, 2 и 14 выполнены в виде соосных проводных рамок, например, квадратной формы, размещенных в одной плоскости и имеющих взаимно уменьшающиеся линейные размеры,», L2H L1„T.е. L 1, а, ° L1, Каждый из трех датчиков 1, 2 и 14 устройства соответственно подключен к первому 20, второму 21 и третьему

22 выходам коммутатора 5, четвертый выход 23 которого подключен к входам измерителя 7 и анализатора 15.

Структурная схема анализатора

15 сигнала (фиг. 2) содержит предусилитель 24, например, типа решающего усилителя с дифференциальным входом и униполярным выходом, устройство 25 определения времени появления

1144069, максимального положительного значе ния сигнала, устройство 26 определения времени появления максимального отрицательного значения сигнала, импульсные формирователи 27.и 28 5 для образования коротких импульсов в моменты перехода в насыщение устройств 25 и 26 и собирательную схему 29, выход которой служит выходом анализатора 15. Выполнение устройств 10

25 и 26 может быть различным. На фиг. 2 представлено их выполнение в виде операционных усилителей

30 и 31, в цепь отрицательной обратной связи которых соответственно 15 включены пик-детектор 32 сигнала положительной полярности и пик-детектор 33 сигнала отрицательной полярности.

Устройство для геоэлектроразвед- 20 ки работает следующим образом.

Коммутатор 5 по сигналу схемы 11 управления подключает систему трех датчиков 1, 2 и 14 таким образом, что часть их оказывается генераторны 25 ми, а один из датчиков — приемным.

Датчики, выполняющие роль генераторных, подключаются к выходу генератора 3 импульсов тока, а приемный датчик подключается коммутато- зп ром 5 к его четвертому выходу 23.

Для экспресс-анализа геологической структуры на заданной глубине коммутатор 5 подключает к выходу генератора 3 датчик 1, последовательно и противофазно с которым подключается датчик 14, а приемным датчиком служит датчик 2, выход которого коммутатором,,5 подключается к его выходу 23. Для дополнительной детализации общей геологической структуры вне исследуемой зоны глубин коммутатор 5 производит последовательный перебор следующих переключений системы датчиков: генераторным 45 служит датчик 1, приемным датчик 2, генераторным служит датчик 2, приемным датчик 14. Здесь также на генераторный датчик подаются импульсы тока с выхода генератора 3, а прием- у ный датчик подключается к выходам

23 коммутатора 5,и, следовательно, к входам измерителя 7 и анализатора 15 сигнала.

Анализатор 15 определяет время появления максимального положительного значения сигнала и затем время появления максимального отрицательного значения сигнала на выходе при. ! емного датчика 2. Соответствующие импульсы с выхода схемы 29 проходят через двухтактный вентиль 16 под управлением логического сигнала с выхода вычислителя 10 и подаются на управляющий вход 9 измерителя 7 для осуществления мгновенной выбррки, запоминания и последующего коди,рования. Соответствующие кодовые ,значения экстремальных значений сигнала поступают на вход цифрового вычислителя 10.

Работа устройств 25 и 26 в анализаторе 15 происходит следующим образом.

Пик-детекторы 32 и 33 способны соответственно отслеживать нарастание положительного и отрицательного сигналов и запоминать их максимумы.

При этом усилители 30 и 31, обладающие большим внутренним усилением, работают в линейном режиме. В области схода сигналов после достижения соответствующих максимумов разница между входным сигналом усилителей и напряжением их отрицательной обратной связи с выходов пик-детекторов возрастает. Усилители 30 и 31 скачком переводятся в режим насыщения.

Этот переход улавливается пороговыми импульсными формирователями 27 и 28, в результате чего формируются импульсы, момент, которых согласован с моментом достижения входным сигналом экстремальных значений.

Цифровой вычислитель определяет значение градиента продольной электропроводности среды на глубинах, функционально связанных с экстремаль ными значениями измеренного сигнала вторичного поля. Затем коммутатор осуществляет переключение системы датчиков 1, 2 и 14, тем самым определяются дополнительные положительные максимумы сигналов, соответствующие дополнительным глубинным точкам.

Цифровой вычислитель выявляет аномалию градиента проводимостей в исследуемой зоне глубин. Его логический сигнал в этом случае производит переключение схемы 11 управления для генерации серии импульсов на выходе 13 для возбуждения регистрацион» ного цуга зондирующих импульсов тока посредством генератора 3. В этом случае двухтактный вентиль 16 пере1144069 ключается по входу 1У логическим сигналом вычислителя 10 на синхронизацию работы измерителя 7 с выхода

12 схемы 11.управления для многоотсчетной регистрации. Сигналы анализатора 15 в этом режиме двухтактным вентилем 16 блокированы.

В случае, если анализатор, измеритель и вычислитель не выявляют по виду сигнала аномалию проводимос- 1О тей исследуемой среды, описанный нроцесс экспресс-анализа осуществляется автоматически, в том числе и при мобильном поисковом движении.

Таким образом, полезный эффект 1S от введения отличительных признаков в предлагаемом устройстве заключается в повышении производительности и регистрации только параметров локальных областей с аномалией слойной про-щ водимости, а также в том, что дополнекие устройства третьим датчиком 14, анализатоРом 15 сигнала и вентилем 16 позволяет повысить разрешающую способность в заданном определяющими размерами датчиков диапазоне глубин. Это соответствует эффекту

"электрической лупы" для ускоренного и детального анализа части глубинной области при сохранении воэможности анализа проводимостей вне этого диапазона глубин посредст-. вом коммутации системы датчиков 1, 2 и 14 к генератору 3 и выходу 23.

Полезный эффект в данном устрой4 35 стве обусловлен следующими количественными зависимостями и достигается следующим образом.

Продольная электропроводность среды обратно пропорциональна мгновенному значению токового сигнала, измеренному на выходе 23 коммутатора 5, т.е ° где (а-11 (а+ 1

С0 г 36 г (4) При использовании датчика 1 с размером L =,в качестве генера" торного, а датчика t4 с размером

L„"- L в качестве приемного по полои И жительному экстремуму сигнала опре-. .деляется значение 53 на глубине Н3 выше обследуемого интервала глубин

Н; Н>.При другом состоянии коммутатора 5 в качестве генераторного используется датчик 1, в качестве приемного — датчик 2 с размером я= сигнал имеет в этом случае единственный положительный экстремум, которому .оответствует электропроводность 54 на глубине Н< нике обследуемой области H<- H>. Вычислитель 10 определяет величину и знак градиента электропроводности в облас- gF б=

45 при условии, что численное значение множителя Р, а следовательно, и значений 7, можно однозначно поставить в соответствие конкретной глубине H . .Упомянутая однозначность возможна для экстремальных значений сигналов Е = Zз, когда желаемое значение глубины может быть определено по номограмме, предварительным выбором соотношения a-—

Lp

4п определяющих размеров приемного Lz и генераторного Lt- рамочных датчиков. При этом номограмма представляет собой корневой годограф уравнения

36h (a-<1 + Э6 Ь (а, )г а 36 (а- )г (а-1) 136Ь (а )г+36 г значение Р рассчитывается по формуле а значение я е

При использовании рамочных датчиков 1 и 14 с их противофазным включением в качестве генераторных„а дат. чика 2 — в качестве приемного на выходе 23 наблюдается токовый знакопеременный сигнал, имеющий два экстремума Е, и Е, которым соответствуют два значения электропроводности

5, и 5 и два значения глубины Н,и Ц вычисление которых производится по формулам (1) — (4) . Проводимость толщи в интервале глубин Н,и Hg о- ределяется как разность 5,=5<.

1144069

ЗНИИПИ Заказ 900/38 Тираж 748 Подписное

Филиал ШШ "Патент", г,Ужгород va.Проектная, 4 ти глУбин Н -н,, H,,.- -И v Н н4 сравнивает полученные данные и при проведении аномалии, например, при появлении отрицательного градиента электропроводности вырабатывает логический сигнал, который по входу 19 переключает вентиль 1б на пропускание сигналов с выхода 12 схемы 11 управления. В последнем случае производится прерывание поискового 10 режима непрерывного движения носителя, на котором размещено предлагаемое устройство, и полная многоотчетная регистрация токового сигнала Е(Ц вторичного поля на выходе 15 23. Тем самым процесс поиска зоны аномальной электропроводности осуществляется с максимально возможной производительностью по четырем точкам. 20

Кроме того, при противофазном включении рамочных датчиков 1 и 14 в качестве генераторных создается ослабленное потокосцепление магнитного поля генераторного датчика с прием- 25 ным датчиком 2, что способствует подавлению собственных переходных процессов и.более точному опредепению электропроводности исследуемой среды в зоне глубин Н,- Н<, т.е. улучшению разрешающей способности устройства.

Предлагаемое устройство может найти применение при поисках рудных месторождений полезных ископае« мых, структурно-геологическом картировании, а также при решении инженерно-технических задач при эксплуатации гидромелиоративных систем, в частности, для оперативной локализации участков гидромагистралей, имеющих участки воды. Использование устройства для геоэлектроразведки при поисках рудных месторождений полезных ископаемых по сравнению с известным, например серийно-выпускаемой аппаратурой ."Цикл-2", позволит повысить производительность исследований в 3 — 4 раза за счет рационального распределения времени изучения электропроводимости разрезов в диапазоне заданных глубин.

При этом существенно увеличивается .качество и достоверность оценки элек= тропроводимости геологических образований в заданном диапазоне глубин.