Способ геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к геофизическим методам исследований геологической среды, а именно к геоэлектроразведке методами вызванной поляризации и блуждающих токов при проведении площадных сьемок с целью поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геофизических изысканиях. Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерений путем одновременного измерения в Каждом полевом и по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой базисных пунктах наблюдений параметров первичного и вторичного электрических полей и поля блуждающих токов двумя взаимно перпендикулярными приемными линиями на основе использования линейной интерполяции поля между базисными пунктами и повышенной точности накопленных значений первичного и вторичного полей в базисных пунктах. 1 ил., 1 табл. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 V 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4761410/25 (22) 24.11.89 (46) 07.01.92.Бюл. М 1 (71) Институт геофизики и инженерной сейсмологии AH АрмССР (72) А.К.Матевосян (53) 550.837(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1350640, кл. G 01 Ф 3/0, 1985.

Комаров В.А, Электроразведка методом вызванной поляризации. Л.: Недра, 1980, с.215-224. (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к геофизическим методам исследований геологической среды, а именно к геоэлектрораэведке методами вызванной поляризации и блуждаюИзобретение относится к геофизическим методам исследований геологической среды, а именно к геоэлектроразведке методами внезапной поляризации (ВП) и блуждающих токов (БТ) при проведении площадных съемок с целью поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геофизических изысканиях.

Известен способ геозлектроразведки методом БТ при проведении профильных наблюдений, в котором измеряют электрические параметры поля блуждающих токов в двух базисных и полевом пунктах, расположенных на профиле наблюдений, одновременно шестью приемными линиями эа два промежутка времени и по ним определяют характер изменения удельного электрического сопротивления вдоль исследуемого разреза. Недостатком этого способа

Я2, 1704120 А1 щих токов при проведении площадных сьемок с целью поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геофизических изысканиях. Целью изобретения является повышение помехоэащищенности измерений путем одновременного измерения в каждом полевом и по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой базисных пунктах наблюдений параметров первичного и вторичного электрических полей и поля блуждающих токов двумя взаимно перпендикулярными приемными линиями на основе использования линейной интерполяции поля между базисными пунктами и повы4 шенной точности накопленных значений первичного и вторичною полей в базисных пунктах. 1 ил., 1 табл. является низкая информативность измерений, поскольку проиэводитс изучение геологической среды только по удельному электрическому сопротивлению. и низкая производительность измерений при Ilpo8e дении площадных измерений методом БТ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, которым возбуждают в земле электромагнитное поле импульсами постоянного тока; измеряют первичное и вторичное электрические поля двумя взаимно перпендикулярными приемными линиями в каждом пункте наблюдений и по ним определяют параметры удельного электрического сопротивления и поляриэуемости исследуемой среды.

Недостатком этого способа является низкая помехозащищенность измерений, когда электрические помехи становятся со1704120 измеримы или превышают регистрируемые полезные сигналы.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности измерений.

На чертеже показана схема установки для осуществления предлагаемого способа.

На схеме показаны базисные пункты наблюдений 1-3, а также полевой пункт 4 наблюдений и профили 5.наблюдений. В зависимости от конкретной решаемой геологической задачи выбирают оптимальный планшет съемки. определяют необходимую расстановку питающих электродов и размеры приемных линий Месторасположение базисных пунктов выбирают в нормальном поле как в пределах планшета съемки, так и за его пределами. Сначала выполняют режимные наблюдения поля блуждающих токов. Для этого в базисных и полезных (обычно выбранных в двух, трех пунктах планшета сьемки, где возможны максимальные отклонения нормального поля блуждающих токов) устанавливают приемные неполяризующиеся электроды двух взаимно перпендикулярных приемных линий (причем в каждом пункте одна из приемных линий ориентирована вдоль профилей и дает х-составляющие, а другая перпендикулярная (им, -у-составляющие поля БТ) с целью излучения характера поля

БТ на исследуемой территории.

Интерпретацию полевого материала по методу БТ выполняют путем вычисления величины параметров электрического поля БТ в полевом пункте по результатам измерений этих же параметров в трех не лежащих на одной прямой базисных пунктах, котор61е опоеp<ëÿ)oòñE из i равнений Бт<тх ьь — Бт 6 )(<.< 1

<э, 3 ( о < р LEe e)(q -6 Евтвх((1)

<"-Х((-((д -5т, — д Е 6т 6 < (Д

К,-Х, (,-)(pi) E< e> ДЕ „,„1 -P р( ха-х()y g< Г Е;Те> -дЕБтв< ( где Ь ЕБт.х и Ь ЕБтп„— определяемые s результате линейного интерполирования нормис =гннь)е величины х- и у-составляющих приращений напряженности поля БТ в полевом пункте по результатам измерений х- и у-состав;яющих того я;е поля на базисных пунктах Л ЕБтвх, и Л -5T6yl, Л ЕБТБх и

Л ЕБтБХ, Л E5T5xq и Л ЕБт5;; — x- и у-cQGTBB ляющие приращения нггряженности поля

БТ, измеренные в базисных пункта, соответственно; х) и у1, х2 и у2, хз и уз, х и у — координаты базисных и полевого пунктов соответствен5 но; р>, р2, рз — величины удельного электрического сопротивления в базисных пунктах соответственно. которые определяются по предварительным (априорным) исследова10 ниям.

Вводят следующие обозначения:

<< Ьтбг«<3 аЕХТ6Х< 33 аЕ6<6<6 дЕ

<) =,E Ч <)

6т632 ЬЕЬт 6г36 aEX<6<3

15 д E (2)

6361 <3 ЬЕ6666, 63 ЬЕ<<633

<)1 — 4

6<663 ЬЕaxaa 3 E ЬЕЬ<663

В результате Режимных наблюдений из уравнений (1) получают нормированные

20 величины х- и у-составляющих приращений напряженности поля БТ в полевом пункте и коэффициенты q из соотношения (2) в различные промежутки времени. Из N полученных различных промежутков времени

25 режимных наблюдений поля БТ можно получить до N(N-1)/2 пар промежутков времени с отличными один от другого величинами коэффициента q. характеризующими нестационарность поля БТ. Поскольку на поверх30 ности проводящего полупространства по результатам измерений эа два различных промежутка времени геоэлектрическая среда по удельному электрическому сопротивлению в полевом пункте наблюдений

35 характеризуется двумерным тензором второго ранга. его компоненты определяются

ElО фсрмулам

Е (<) <1) л. (<)

Ь г<т<36 ЬЕ(т«<6 bEEana bEE3 п

<1) I ) (<) !11

Ь Е 6 т< 6 Ь Е Ьт <3 b E V n 6 b E. Ь,т «6

bE E,„„bE,.„, -ае„„, аЕ,, „„ (3)

bE,„bE,„„-ьЕ, „„аЕ,„ (6) 6- (<) (° ) (1)

ЬEE bEE 36-bEE bEE < << .6 .6"

E 3n6 ьт«336 ат<36 Ьт <3<Ь

50 гДе g », g9y, g У». Qyy — KQMnoHBHTbl тензоРа ф

Л ЕБтпх и Л ЕБтпу — х- и у-составлягощие приращения напряженности электрического поля БТ, измеренные на полевом пункте приемными линиями П» и Пу соответствен55 но.

Индексами (1) и (2) в выражениях (3) обозначены соответствующие величины, полученные в первом и втором промежутках времени.

1704120

Имея тензор ф вычисляют его главные (максимальнОе и минимальное) значения

Ii

1 « д (ax yyl (в +Ур,11 (4 ii 4 11l (М 1 4yg) (4) 5 и их направления относительно оси х где n - 0 или 1.

Затем о ля т величины параметров ф фп - tP48хс фрипп — среднегеометриче- 15 ское значение ф характеризующее электропроводимость среды в полевом пункте наблюдений, и +are/фарп — отношение главных значений тензора ф характеризующее анизотропность по электропроводности в данном пункте.

Таким образом, в результате режимных наблюдений получают до N(N-1)/2 значений соответствующего интерпретируемого параметра методом БТ (+are, ф.пп, ф.

+хс/фп н и т.д.), по которым определяют относительную погрешность наблюдений для каждой 1-й пары промежутков времени, по формуле

Р - - - - 100$, Ф где ф — Величина соответствующего интерпретируемого параметра поля БТ, полученная при обработке результатов наблюдений !

-й парой промежутков времени; и

1 ф - — ); ф — среднеарифметическая и

I=! величина этого же параметра, определенная из и его значений. 40

Если величина Pi для i-й пары промежутков времени не превышает допустимую погрешность полевых работ методом БТ, то коэффициенты q для этих двух промежутков времени удовлетворяют критерию линейно- 45 сти изменения приращений напряженности поля блуждающих токов на исследуемом планшетесьемки. Проводя укаэанным образом обработку результатов режимных наблюдений. определяют те диапазоны Б0 изменений значений коэффициентов q, при которых соблюдается условие линейности .поля БТ. В противном случае, если не удается обнаружить такие диапазоны изменений коэффициентов q, или же промежутки вре- 55 мени, при которых наблюдаются необходимые (требуемые) значения коэффициентов

q. редки и непродолжительны (что может резко отразиться на производительности работ), следует уменьшить расстояние между базисными пунктами и повторно провести приведенные операции по установлению месторасположения базисных линий.

Установив рабочие диапазоны изменений коэффициентов q для исследуемого планшета съемки при выбранных базисных пунктах, предварительно определяют параметры вторичного электрического поля в базисных пунктах путем многократного возбуждения в среде электрического поля, пропуская через питающую линию импульсы тока в том же временном режиме, который предусматривается при проведении профильных исследований всего планшета съемки, и тем самым получают высококачественный накопленный сигнал вторичного поля в базисных пунктах.

Профильные (рядовые) измерения поля

БТ и суммарного электрического поля (первичного. вторичного и поля блуждающих токов) проводят по всему планшету съемки одновременно всеми каналами измерительной аппаратуры. При этом сперва выполняют регистрацию параметров поля БТ в течение определенного промежутка времени, достаточного для выйолнения исследований методом БТ. Затем возбуждают в земле электромагнитное поле. пропуская через питающую линию импульс постоянного тока, и измеряют параметры суммарного электрического поля всеми приемными линиями как в процессе пропускания тока, так и после его выключения.

При интерпретации результатов профильных измерений поля БТ определяют промежутки времени, при которых коэффициенты q принимают значения. входящие в рабочие диапазоны, затем из уравнений (1) получают интерполированные величины к хи у-составляющих приращений напряженности поля блуждающих токов в данном полевом пункте, с использован »м которых определяют компоненты тензора по формуле (3) и вычисляют величины интерпретируемых параметрОв +are, фин, фп и др.

Приращения напряженности поля ВП в полевом пункте эа требуемый промежуток времени ЛТ при пропускании импульса тока или после его выключения, определяют по выражениям

Л Евппх = Л Епх Ь EBTnx.

Л Е Вппу = Ь Eny — Ь ЕБтпу. (6) гдЕ Л EBf1nx и Л ЕВПпу — х- и у-СОСтавляащиЕ приращения напряженности вторичного электрического поля в полевом пункте;

Л Епх и Ь Eny — х- и у-составляющие приращения напряженности суммарного электрического поля, измеренные в полевом пункте наблюдений.

1704120

Л ЕБТБх1 = Л E6x1 — Л ЕВПх1, Л ЕБТБу1 = Л ЕБу1 Л ЕВПБу1:

Л ЕБТБх2 = Л ЕБх2 Л ЕВПБх2.

Л ЕБТБу2 = Л ЕБу2 A -ВПБу2:

Л ЕБТБхз = Л ЕБхз — Л ЕВПБхз, Л ЕБтоуз Л ЕБуз Л ЕВпБуз, где Л еБк1 и Л еБу1, Л еБх2 и Л еБу2, Л еБхз и

A ЕБуз — х- и у-составляющие приращения напряженк ости суммарного поля за промежуток времени Л Т, измеренные на базисных пунктах соответственно;

Л Epf > и Л ЕВПБТ2. Л ЕВ" Бх2 If Л ЕВПБу2

Л Е;:, — . — - f у-со,ст-авляющие пр:>> e e>.,:", на-.>ряженности поля ВП на coGTBeTi у...ш: х бззисчых;иниях, которые с:1ре„-,еле. ы г э ре:ультатгчл предвар..тельных ..:-;:,.:. 1>1 при мчсгс °;; тном В036 .к(8) 25 д-. = "с,;

В J гх:i з;. -,,one.

ue .; - - ."ность возбуж40. f.":.>- f".;-..;-;.>ÿ ;e -> эсти

;ni: от. ич-=-тся от интенс; - .-"T! : г -;= ..;. Про>ильных чабл>сдачи:".,;-,. ".- .пения приводят к единой

45 ее ".,I и ". . . . и ",е -ия величичы нд пряжен . ".—." Поля ВП пои предварительг ü x 12.;е . --. з < з ее.-. 1- у атнсшечия

> н з,::": -- .. л>- г; псо ..иьнь>х на 0

6n>L>, .e-;. - -.- .. ч-.. л и-чл предвари- -0 тельнь; Азrnee=...,. . !

1чте,":=; ци о измеречий методом

ВП а<с.;3;-. „- -.— .-:тем определени". парал.= >.3B ",=:л..ося уде1 чогс сопротивле>1 lf р,, >:,,:..— -;Теризующих первичное почв;;,„и . .;.l ка к, щейс поляризуе.с; и з:. пр",ne,;Tñê времени Л Т, Л т1„, Л

;1....-:;.;.:;-- ..:-, и;: ьтс„,;. àe поле в полевел .-"н:ТF >;,=- олений, f10 формулам

Пос,c;.bvy напряженность суммарнрго электрического поля Е существенно больше, чем приращение напряженности поля блуждающ,-;х 1о,ов Л еБт, ксторое, в свою очередь, соизмеримо с величиной прираще- 5 ния напряженности вторичного поля Л еВп. тс втори f>.L»f полем, сопутствующим блуждаю,-л1 токам, можно пренебречь.

Пр1ращения напряженности поля БТ промежуток времени AT представленные в 1О выра.кениях (6), определяются по формулам

Л E6Tnx = 1>f fxõ Л Е БТпх + Qy Л EGTny, Л Е БТп у = Qx ЛЕ БТпх + фуу Л ГБТпу (7)

Псиведенные в формула (7) нормированные величины х- и у-составляющих при- 15 ращения напряженности поля БТ в полевом пункте за промежуток ЛТ получают из уравнений (1), пои этом х- и у-составляющие напряженности поля БТ в базисных пунктах оп реде « =-. - о формулам 20

Enx j ffx +En> j n g

/1х с050(>

Jnx Jn) вЕ вппх -nx АЕf>nn

F )k - — совх ° —. " " 1 " > пх

>>Ев, вЕвг>х Е w 6 Fenny Еп„ а и Enx+ E ny где Jn u En — величины плотности тока и напряженности первичного поля в полевом пункте; а1 и а2 — углы между векторами напряженности первичного поля Еп и плотности

Ф тока 0n) и векторами приращения напряженНОСТИ ВТОрИЧНОГОЛОЛя (Л Е ВПп) И НаПряжЕНности первичного поля (Е,) в полевом пункте наблюдений;

Епх и Eny - х- и у-составляющие напряженности первичного поля в полевом пункте;

jn и ) пу — х- и у-составляющие плотности тока в полевом пункте соответственно.

Имея значения приращения напряженности поля ВП на полевых приемных линиях, вычисленных по выражениям(б) с учетом формул (7) f (8), получают необходимые зависимости, характеризующие исследуемую геоэлектрическую среду по поляризуемости — переходную характеристику ВП, приращения ка> у .ейся поляриз:,емости при прспускании тока на спаде и т.д.

В зависи 1ости от решаемых задач строят карты изолиний для исследуемой территории или >рафики зависимостей вдоль и".с..;>.д >; ых пр филей разя 1чнь>х параметрое(в частно"-..", e методе БТ-1>>1àxñ.1ул,, а также /, и р„,/;>,, в методе ВП вЂ” Л ) к, Л> >, и

Г

p>„ .т ..-..., f„+Л>>Т иs + и случае когда колич.-ство 6aзисных пунктов превышает три, интерпретацию результатов измерений выполняют приведенH0й методи кой с. ис flол ьзованием различных трех не лежащих на одной прямой б" çèñíûõ пунктов с последующим осреднением получаемы параметров, что по воляет повысить точность исследований.

В таблице приведены значения параметроа электрических полей (в условных единицах) за четыре промежутка времени, наблюдаемые на всех восьми прием ых линиях. В 3-м столбце цифрами обозначены следующие промежутки времения: (1) и (2)— долропускания импульса тока через питающую линию (до возбуждения электрического

1704120

10 поля), при которых производят измерения поля БТ, (3) — во время пропускания тока, (4)— после выключения импульса тока е питающей линии. Значения приращений напряженности поля БТ за эти промежутки времени представлены в 4-м столбце. До включения импульса постоянного тока путем измерения на всех приемных линиях за первые два промежутка времени определены компоненты тензора ф: +» - 0,775;

1Рху 0016; Qx - 0016: Qx - 0051: фуу- 0,616 (согласно выражениям (3) с использованием (1), по которым вычислены следующие величины; флакс 0,782; вин = 0,609 (по формулам (4)), - 10,7 (по выражению (5)). а также фи »с - 0,690 и 1 фчаксlф»

= 1,283. В 5-м и 6-м столбцах приведены величины плотности тока и напряженности первичного поля в полевом пункте наблюдений, полученные при пропускании тока через питающую линию, по которым получены параметры кажущегося сопротивления:

Р» = 44.6 Ом м и pv = — 0.6 Ом м (сагласно первым двум выражениям (9). В 7-м столбце таблицы приведены значения приращений напряженности суммарного электрического поля. измеренные эа промежутки времени (3) и(4), а в 8-м столбце — приращения напряженности вторичного поля за эти же промежутки времени. Имея значения приращений напряженности поля ВП (8-й столбец) и напряженности первичного поля (6-й столбец) в исследуемом полевом пункте, по последним двум выражениям (9) вычисляются приращения кажущейся поляризуемасти за промежутки времени (3) — hrк = 5,86ф;

Ь тл. = 0,16 g и (4) Ь к = 5.23 "-,ь; Ь р = 0.13 4.

Технико-зкономическая эффективность применения предлагаемого способа заключается в увеличении памехозащищенности измерений, что позволяет изучать геазлектрическую среду методом вызванной поляризации при наличии меняющихся ео времени электрических помех. Благодаря использованию способа увеличивается эффективность электроразведочных методов при поискоразеедочных изысканиях в промышленно развитых районах, что способствует сокращечию объема проверочных буровых и горнопроходческих работ.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки. заключающийся в том, что возбуждают е земле электромагнитное поле импульсами постоянного тока и измеряют две взаимно перпендикулярные составляющие первичного и вторичного электрических полей в каждом полевом пункте наблюдений, по которым определяют параметры удельного электрического сопротивления и поляризуемости исследуемой среды, отличающийся тем. что. с целью повышения помехозащищенности измерений, предварительно измеряют электрические параметры поля блуждающих токов одновременно по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой базисных и полевом пунктах, в каждом из которых устанавливают две взаимно перпендикулярные приемные линии, для каждого зарегистрированного импульса блуждающих токов определяют отношение компонент поля, измеренных е базисных пунктах, линейноинтерполированное значение поля в полевом пункте и вычисляют компоненты тенэора ф связывающие наблюденные компоненты поля блуждающих токов в полевом пункте с интерполированными, исходя из точности площадной съемки выбирают интервал отклонения параметров ф от их средних значений и соответствующий этому интервалу рабочий диапазон изменения отношения компонент блуждающих токов в базисных пунктах, многократно пропускают так и измеряют с накоплением параметров первичного и вторичного полей в базисных пунктах. проводят наблюдение поля блуждающих токов в каждом рядовом пункте площадной съемки, вычисляя значения компонент тензора ф для этого пункта для импульсов из рабочего диапазона, а определение параме-:рав кажущегося электрического сопротивления и ка :ущейся поляризуемости в каждом рядовом пункте площадной съемки проводят па разности наблюденных в этом пункте значений первичного и вторичного полей и значений паля блуждающих токов для этого пункта, вычисленных на основе определенных ранее компонент тензора ф для этого пункта и значений г1ервичного и вторичного полей в базисных пунктах.

17041. 3

< -ьп

Ф и/и

Приемные

ЛИНИИ

ДТ

АЕ, 1 6х1

2 6yl

42,1 3 7

10,4 3,1

3 Бх2

37,0 11,7

32,0 10,7 бу2

39,0 4,7

6,0 3,7

5 бх3

405 173

30,8 15,6 м

6 6у3

38,1 1,1 . 3,7 0в8

7 Пх

8 пу (1) (2) (3) (4) (i Ó (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) 31,2

3,2

26,0

23 0

22,3

17 5

38,4

7,3

30,2

3,2

25 3

22,2

16,2

17,7

34,3

2 3

23,1

5,4

2 3 ф 2

1592

17,8

18,9

37,0

2,9

21,0

3,7

19,5

14,6

13,0

11,5

24,0

3,5

j Е hE

39,7 13,7

35,3 12,3

19 7 880 71,3 51,8

60,8 46,2

31 150 314 74

10,2 6 7

Составитель Е.Чирков

Редактор А.Козориз Техред М,Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Заказ 62 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101