Способ наземного геоэлектрического осевого зондирования

 

Способ наземного геоэлектрического зондирования горизонтальных неоднородно стей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела. Возбуждают разрез источником электрического тока силой I, производят измерение на расстоянии г от источника на интервале Д г первой (Диг) и второй () осевых разностей электрических потенциалов и определение на их основе расчетного . ./ картируемого параметра (кажущегося электрического сопротивления ft) по формулам 2 Хг Д г А Д-|ЕИЛИ Яс glTr- А г I измеряют кроме первой и второй осевых разностей потенциалов третью (), а картируемый параметр (вертикальное проникновение тока А), определяют по формуле л Лг Д Ur Д Ur Д Ur (-Vпо аномалии которого судят о положении границы неоднородности. Причем, если проводят геометрическое зондирование, то 7 fизучают в зависимости от изменения разноса (г) установки зондирования; если проводят частотное зондирование, то Л изучают в зависимости от изменения частоты (tO) источника поля; если проводят зондирование становлением поля, то Л изучают в зависимости от изменения времени (t) становления поля. 6 ил. i (О to ю со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Д11 4 G 01 V3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ \

Р р

1;

А i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3538377/24-25 (22) 12.01.83 (46) 07.04.86. Бюл. 9 13 (72) Н.И.Рыхлинский, А.С.Кашик, В.Л.Друскин и В.П.Бубнов (53) 550.837(088.8) (56) Электрораэведка. Справочник геофизика./ Под ред. А,Г.Тархова, М.: Недра, 1980, с. 64-73.

Сапужак Я.С. Высшие производные электрического потенциала в геофизической разведке. Киев: Наукова думка, 1967, с. 10-11. (54) СПОСОБ НАЗЕМНОГО ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСЕВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (57) Способ наземного геоэлектрического зондирования горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела. Возбуждают разрез источником электрического тока силой I, производят измерение на расстоянии r от источника на интервале Д г первой (6 Ur) и второй (А Ur) осевых разностей электрических потенциалов и определение на их основе расчетного

„„SU„„1223180 A картируемого параметра (кажущегося электрического сопротивления Я„) по формулам

У =

2%г 4Ur и 2кr ь Ur или к «Аг Х .Гк дг измеряют кроме первой и второй осевых разностей потенциалов третью (g Ur), а картируемый параметр (вер2 тикальное проникновение тока А ), определяют по формуле аг h Ur h,r

3 а

Л - — — +

I )

AUr r ЬПг r по аномалии которого судят о положении границы неоднородности. Причем, Е если проводят геометрическое зондиро- фф ванне, то A èçó÷àþò в зависимости от изменения разнося (r) установки зон- С„ дирования; если проводят частотное а

Р1 зондирование, то л изучают в зависимости от изменения частоты (И ) источника поля; если проводят зондирование становлением поля, тоЛ изу- р

А чают в зависимости от изменения времени (г) становления поля. 6 ил.

1223180

Рл dr

dU = I

2Хh ° r

50 или

Изобретение относится к способам проведения геофизических исследований с использованием источника электрического поля и предназначено для картирования границ горизонтальных неоднородностей в средах с субгоризонтальными . границами раздела, в частности для картирования границ нефтегазовых залежей.

Целью изобретения является повышение точности картирования границ горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела.

На фиг. 1 приведена теоретическая модель среды; на фиг.2 схема установки зондирования при измерении первой разности электрического потенциала; на фиг.З вЂ” то же, для измерения третьей разности; на фиг.4 — то же, для измерения второй разности потенциалов; на фиг.5— палетка кривых зондирования; на фиг.б — пример результатов измерений над моделью среды.

С целью подавления влияния прямого поля на результаты измерений возможны следующие варианты реализации способа.

Если исследуемая среда возбуждается током синусоидальной формы, то приемник отделяют от источника на расстояние не меньшее, чем удвоенная глубина залегания исследуемого объекта и ведут в течение всего интервала времени возбуждения непрерывное измерение сигнала, поступающего на вход приемника.

Если исследуемая среда возбуждается знакопеременными импульсами тока с паузами между каждым иэ них, .то при помощи синхроключа на вход приемника подают сигнал от датчика только в те промежутки времени, когда ток в токовой цепи отсутствует (сигнал переходного процесса), и из этого сигнала приемником выделяется и измеряется только основная (первая) гармоника, т.е. та гармоника, которая следует с частотой, равной частоте цикла переключения импульсов тока. В этом варианте результат измерений практически не зависит от расстояния между приемником и источником, что позволяет применять установки с малыми разносами, например, равными глубине залегания исследуемого объекта °

В результате измерений получают параметр зондирования А, который является функцией от измеряемых первой, второй и третьей разностей электрических потенциалов, а также от величины разноса, r (расстояние между источником и центром базы Ьг, на которой размещены электроды, с помощью которых измеряют указанные разности

1О потенциалов). Причем, если проводится геометрическое зондирование, то изучают в зависимости от изменения разноса (r) установки зондирования; если проводится частотное зондирова15 ние, то 3, изучают в зависимости от изменения частоты (И) источника поля; если проводится зондирование становлением поля, то ЛЛ изучают в зависимости от изменения времени Ct)

20 становления поля.

В качестве эталона взята не одно родная среда, а среда с плоскопараллельными границами, в которбй исследуемый параметр зондирования не зави25 сит от аргумента зондирования. Для вывода формулы, по которой определяется этот параметр, воспользуемся фиг.1, где изображена модель двухслойного разреза с плоской горизонталь30 ной границей раздела. Первая среда обладает мощностью h и удаленным электрическим сопротивлением P, вторая обладает сопротивлением Р, и безгранична по мощности.

В точку О, находящуюся на дневной поверхности,.подведен от источника ток I, который возбуждает электрическое поле в разрезе. При достаточно больших отношениях координаты

0 r к мощности первого слоя h (r/h) и отношении +e / Р„ потенциал поля в первой среде не зависит от вертикальной координаты Z, тогда изменение этого потенциала между двумя цилинд45 рическими поверхностя Syzygy u S 2че4 ю где 1-8 — координаты этих поверхностей, равно

Рл 1 ъ —, (2)

d 29Гh r где I — горизонтальный ток, текущий

55 через поверхность S„M

d — приращение, разноса.

Иэ условий непрерывности вектора тока в замкнутой поверхности вытека1223180

И = I, (3) (8) (4) т. е.

d U

Л с1ц

dr,2 с! U

1 drz 1

+ (9) dU 2

15

3 ет, что изменение горизонтального тока Т. между S

С другой стороны

Ц„ = I л 2 27K гаг 2 где Ь Z — некоторый путь, по которому течет ток во второй среде.

Продифференцировав по r (2) и подставив в этот результат (3) и (4) получем

dЦл 1 dU< Рл

-- — + — — — — — ° —; — -U =0 (5)

4Z ° h

Р 1 где у †-- = Й вЂ” искомый параметр

Р модели среды, состоящий иэ двух разделяемых переменных этой модели (сопротивления и геометрических размеров) и не зависящий ни от координаты зондирования r, ни от тока питания источника I.

Параметр 3. характеризует вертиЯ ,кальное проникновение поля в исследуемую среду. Поскольку этот параметр определяет меру фокусировки поля по вертикали, назовем его параметром вертикального проникновения поля, который определяют, измерив

d Цл dU4 и U т.е.

dr dr т

d U» с1Ц1 (6)

dry 1 dr

Цл r U1 а

Параметр в однородной в ради-. альном направлении слоистой среде не меняется, если уравнение (5) многократно дифференцировать по г, зато любые горизонтальные неоднородности (включения) и из границ при каждом очередном дифференцировании вырисовываются значительно четче, чем до этого дифференцирования. Поэтому параметр 1 определяют из уравнения (5) или после однократного или многократного дифференцирования по r этого уравнения в зависимости от требуемой степени точности картирования того или иного локального объекта, залегающего в слоистой среде, т.е. из уравнения

d dU 1dU z я т (7+ ц) = 0, (7)

dr " с1г r dr

Как показала практика полевых исследований, для картирования контура нефтегазовой залежи, на глубинах до пяти километров достаточно воспользоваться однократным дифференцированием уравнения (5).

Тогда с1 d ц 1 dU 2 — -(- — +- — -Л U) =0

dr dr r dr

Из формулы (9) вытекает, что для определения Л необходимо измерить и первую, вторую и третью производные потенциала поля источника. На практике измеряют непосредственно (подчеркнем) на интервале Ь r — первую разность потенциалов hU, пропорциональную с1Ц, вторую разность Д U 5 пропорциональную diU, и третью разность b, U, пропорциональную d U.

Формирование д U через разность дцл — ьц, раздельно измеренных в точках г„ и г первых разностей д Цл

30 и дЦ, и д U через двойную разность дU„ — 2дЦ + дЧ, раздельно измеренных в точках г, r и г первых раз ностей д U<, д U2 иЬЦ, иногда практикуемое в электроразведке, бессмысленно, так как обычно разности потенциалов д U в электроразведке измеряют с точностью до 57, а это означает, что величина ошибки измерения первых разностей соизмерима со значения4О ми второй разности и на порядок выше значений третьей разности.

На фиг.2 точка 0 — источник поля, 9-12 — измерительные электроды, 13-16 — резисторы, 17 — измерительное

45 устройство для измерения первой pas ности электрических потенциалов dU на интервале д r, равном расстоянию . между измерительными заземлениями 9 и 12.

На фиг.3 дана принципиальная схема измерения третьей разности электрических потенциалов Л U между заземлее ниями, обозначенными соответственно

9, 10, 11 и 12, 17 — измерительное

55 устройство, а 13 14 15 и 16 — соУ Э Э ответственно сопротивления R„, R»

И К4 °

Заземления равноудаленны друг от друга, первое заземление соединяют с

1223180

Rл . г . 4

Нетрудно показать, что на клеммах измерительного устройства 17 (фиг.3) при выполнении условия Е =R„ =

=3R =3R измеряется величина, пропор-. циональная третьей разности потенциалов ь U, точнее з

A U ЬБ»г-2а11м+ 60зч U»-3U+3Ug-Uq.

4 4 4 . (10) 30

35 где U„, Пг Uq и U4 — соответственно потенциалы на электродах 9, 4О

l0 11 и 12.

Также нетрудно показать, что по схеме (фиг.4) на клеммах измерительного устройства 17 измеряется величина пропорциональная Второй раз 45 ности потенциалов Ь U, а точнее г

A U»a -Ь Ум Цл -Ua-Us+U»»

2 2 при условии равенства между собой сопротивлений R„, Кг, R> и Rr<, которые обозначены цифрами 13 — 16 (фиг.4).

Параметр Д определяют геометри2 ческим зондированием как функцию разноса (r) установки зондирования

) A Ur Ar A Ur (Ar)

КБг r Жг r третьим 11 через два последовательно соединенные электрические сопротивления К» и R, второе заземление 10 соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления Нг и Ru, а к узлам соединения сопротивлений R» и Rq Кг u R»». подключают измерительное устройство, причем величины сопротивлений к» ка 1О

R > и R „ задают таким образом, чтобы

R„=R„=3R =3R

Для непосредственного измерения второй разности электрических потенциалов л U при наличии четырех равноудаленных друг от друга заземлений: первое заземление 9 соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления К» и Р»л, второе заземление 10 соединяют с третьим Il через два последовательно соединенные сопротивления R z и R, а к узлам соединения сопротивлений R,» и R»», R< и R3 подключают измерительное устройство, причем обеспечивают 25 равенство всех четырех сопротивлений, т.е. или частотным зондированием как функцию частоты (u ) источника (13) или зондированием становлением как функцию времени (t) становления поля где индекс r — признак осевого расположения источника и приемников (электродов) поля.

На фиг.5 дана двухслойная палетка кривых зондирования, рассчитанных на основе точного решения уравнения Лапласа, для предлагаемого способа (сплошные кривые) и для способа вертикальных электрических зондирований (пунктирные кривые). По оси абсцисс отложено отношение размера зондирующей установки L к мощности первого слоя L/h, à rio оси ординат — отношение.кажущегося сопротивления к сопротивлению первого слоя Я,/P„ . В соответствии с ранними обозначениями L эквивалентно r. Шифр кривых — отношение сопротивления второго слоя к со-. противлению первого слоя Рг/Р» .

Как видно из фиг.5, ограничения, наложенные при выводе уравнения (5), перестают сказываться при L/h4 4, т.е; при r, равном или большем

Lh. При этом параметр Л при всех отношениях Яг/ Я» инвариантен к разносу установки.

Зондирование на основе параметра по. разносу, по частоте или времени г становления поля приобретает принципиально новый смысл, так как оно в отличие от зондирования способами сопротивлений позволяет четко определять границы локальных включений в слоистых средах и оценивать их глубину залегания,. а также исключать из результатов измерений включения . залегаю1 щие вне пределов радиуса той или иной зондирующей установки.

На фиг.6 показан пример результатов измерений над высокоомной неод нородностью в виде диска 18 предлагаемым способам по параметру Л (сплошг ная кривая) и трехэлектродным способом по кажущемуся сопротивлению Р» (пунктирная кривая). Здесь размер

7 12231 профилирующей установки L равен диаметру диска. Как видно из фиг.б, аномалия от края диска по Як очень расплывчата, а ее максимальное значение составляет всего лишь около ЗЖ от

5 величины нормального поля. Аномалия по Л локализована у края диска, где ее амплитуда многократно возрастает в сравнении с величиной нормального поля. 10

Применение предлагаемого способа только для поисков и разведки нефтегазовых залежей открывает принципиально новые экономические и технические возможности, так как, во-первых, позволяет резко сократить количество разведочных и поисковых скважин, стоимость каждой из которых составляет миллионы рублей, во-вто-.рых, позволяет с применением мощных источников электромагнитного поля. например МГД-генераторов, вести поиск и разведку нефтегазовых залежей на недоступных для других геофизических методов глубинах.

25 .Формула изобретения

Способ наземного геоэлектричес30 кого осевого зондирования, включаю. щйй. возбуждение геоэлектрического

80,.

8 разряда источником электрического поля, измерение на заданном расстоянии от источника поля первой и второй осевых разностей электрических потенциалов и расчет картируемого параметра, по отклонению которого от нормального выделяют электрические неоднородности в геоэлектрическом paspeзе, отличающийся тем, что что, с целью повышения точности картирования границ горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными граница ми раздела, дополнительно измеряют третью осевую разность электрических потенциалов, а картируемый параметр Ау определяют по формуле г 3 где а0, д U, д Π— первая, вторая и третья осевые разности электрических потенциалов;

2 — расстояние от источника электрического поля до центра базы измерения разностей электрических потенциалов;

Ь1 — база, на которой измеряют разности электрических потенциалов.

1223180

I 2?318()

Ук/р

/ю

Составитель Л.Воскобойников

Редактор Г.Волкова Техред Я.Бонкало . Корректор В.Бутяга

Заказ 1709/49 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная,4