Способ измерения электрического поля в земле

 

Использование: в электроразведке при режимных наблюдениях, в том числе в гидрогеологии , экологии и для наблюдения предвестников землетрясений. Сущность изобретения: в выбранных пунктах в грунте размещают контактные электроды, в каждом пункте в открытом сверху диэлектрическом сосуде, засыпанном грунтом. Нижнюю часть грунта в сосудах подсаливают и электроды располагают в подсоленной части грунта. Над каждым сосудом устанавливают Изобретение относится к электроразведке , в частности к способам измерения квазипостоянного электрического поля в Земле и может быть использовано при режимных наблюдениях, в том числе в гидрогеологии , экологии и для наблюдений предвестников землетрясений. Целью изобретения является повышение точности способа. На чертеже показана принципиальная схема реализации предлагаемого способа полую диэлектрическую трубу, один конец которой выведен из грунта, а другой погружен в подсоленный грунт. Измеряют разность потенциалов между контактными электродами на каждом пункте. Затем располагают поочередно и периодически дополнительный перемещаемый электрод на грунте, а вспомогательный перемещаемый электрод - на подсоленном грунте, вводя через трубу, при этом измеряют разности потенциалов между контактным электродом и дополнительным, а затем вспомогательным перемещаемыми электродами. По полученным разностям судят о величине электрического поля, а также о разности собственных потенциалов и разности диффузионных ЭДС между подсоленным и вмещающим грунтом в пунктах размещения. Рабочий раствор дополнительного перемещаемого электрода идентичен грунтовой воде , а вспомогательного перемещаемого электрода - рассолу в подсоленном грунте. Провод, соединяющий измерительную аппаратуру и перемещаемые электроды, прокладывают стационарно, совместно с проводом контактного электрода каждого пункта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Как показано на чертеже, контактные электроды 1,2. снабженные выводами 3, 4 и имеющие чувствительные части 5,6, установлены чувствительными частями в порциях 7, 8 подсоленного грунта, в свою очередь помещенных в диэлектрические сосуды 9, 10 и частично заполняющие эти сосуды 9. 10. Сосуды 9.10 размещены в пунктах измерений во вмещающем грунте 11. под поверхностью 12 и присыпаны вмещающим грунтом 11. Полые диэлектрические трубы 13, 14, один конец каждой из югорых вывесл С 00 го Јь о Сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 6 01 Ч 3/08

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4938098/25 (22) 23.05.91 (46) 30.06.93. Бюл. ЬЬ 24 (71) Институт физики земли им.О.Ю. Шмидта (72) В.M.Áîãîðîäñêèé, М.М.Богородский и

Е.Б.Чирков (56) Зимин Е.Ф., Кочанов Э.С. Измервние параметров электрических и магнитных в проводящих средах. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.59.

Электроразведка. Справочник геофизика. В двух книгах. /Под ред. В.К. Хмелевского и В.М.Бондаренко. Книга вторая. М.: Недра, . 1989, с.95-99. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Б ЗЕМЛЕ (57) Использование: в электроразведке при режимных наблюдениях, в том числе в гидрогвологии, экологии и для наблюдения предвестников землетрясений. Сущность изобретения: в выбранных пунктах в грунте размещают контактные электроды, в каждом пункте в открытом сверху диэлектрическом сосуде, засыпанном грунтом. Нижнюю часть грунта в сосудах подсаливают и электроды располагают в подсоленной части грунта, Над каждым сосудом устанавливают

Изобретение относится к электроразведке, в частности к способам измерения квазипостоянного электрического поля в

Земле и может быть использовано при режимных наблюдениях, в том числе в гидрогеологии, экологии и для наблюдений предвестников землетрясений, Целью изобретения является повышение точности способа.

На чертеже показана принципиальная схема реализации предлагаемого способа... Ж,» 1824613 А1 полую диэлектрическую трубу, один конец которой выведен из грунта. а другой погружен в подсоленный грунт. Измеряют разность потенциалов между контактными электродами на каждом пункте. Затем располагают поочередно и периодически дополнительный перемещаемый электрод на грунте, а вспомогательный перемещаемый электрод — на подсоленном грунте, вводя через трубу, при этом измеряют разности потенциалов между контактным электродом и дополнительным, а затем вспомогательным перемещаемыми электродами. По полученным разностям судят о величине электрического поля, а также о разности собственных потенциалов и разности диффузионных ЭДС между подсоленным и вмещающим грунтом в пунктах размещения, Рабочий раствор дополнительного перемещаемого электрода идентичен грунтовой воде, а вспомогательного перемещаемого электрода — рассолу в подсоленном грунте.

Провод. соединяющий измерительную аппаратуру и перемещаемые электроды, прокладывают стационарно, совместно с проводом контактного электрода каждого пункта. 1 з.п, ф-лы, 1 ил.

Как показано на чертеже, контактные электроды 1, 2, снабженные выводами 3, 4 и имеющие чувствительные части 5,6, установлены чувствительными частями в порциях 7, 8 подсоленного грунта, в свою очередь помещенных в диэлектрические сосуды 9, 10 и частично заполняющие зти сосуды 9, 10. Сосуды 9, 10 размещены в пунктах измерений во вмещающем грунте 11. под поверхностью 12 и присыпаны вмещающим грунтом 11. Полые диэлектрические трубы

13, 14. Один конец каждой из .ATopt выве1824613 ден из грунта 11, другими концами погружены в порции 7. 8 подсоленного грунта. В реализации способа участвуют дополнительный перемещаемый электрод 15 и вспомогательный перемещаемый электрод

16,выводы которых в первом рабочем положении обозначены 17, 18, а во втором рабочем положении 10, 20. Перемещаемые элекгроды 15, 16 в качестве рабочего раствора имеют грунтовую воду и рассол, соответственно идентичные жидкостям, увлажняющим грунт 11 и порции 7. 8 подсоленного грунта.

При выполнении измерений измерительная аппаратура для регистрации разности потенциалов присоединена к выводам

3, 4 с помощью проводов. Один вход измерительной аппаратуры для регистрации разности потенциалов через переключатель может быть подключен поочередно к выводам 3, 4. Другой вход аппаратуры с помощью проводов сообщается с пунктами наблюдений, где они снабжены разъемными соединениями, отвечающими раэьемным соединениям выводов 17, 18 (или. что то же, выводам 19, 20), Провода проложены стационарно и свиты бифилярно.

Обозначим: р1 щ — потенциалы грунта 11 в точках наблюдений; e>, ez, eoo, eo— собственные потенциалы контактных электродов 1, 2 и перемещаемых электродов 15, 16; е1, ег — диффузионные ЭДС на граниI I цах порций 7, 8 подсоленного грунта и вмещающего грунта 11, В качестве перемещаемых электродов используются неполяриэующиеся электроды с рабочим раствором изменяемого состава. например, электроды "ТЕРЛИТ".

При проведении измерений по предложенному способу с помощью аппаратуры непрерывно измеряют разность потенциалов U между контактными электродами 1,2, которая равна

О= (р — pI )+ (ег-е1) -(ег -е1), (1) при этом перемещаемые электроды 15, 16 попеременно располагают в первом и втором рабочих положениях, В первом рабочем положении электрод

15 располагают на вмещающем грунте 11 в первом пункте наблюдений, электрод 16 располагают, вводя сквозь диэлектрическую трубу 13, на порции 6 подсоленного грунта в том же пункте и измеряют разности потенциалов 01, Оз между выводами 17, 3 и

18. 3 соответственно, которые равны:

О, = (e I - eoo)-е1 . (2)

Оз — (е1--ео). (3)

Во втором рабочем положении электрод 15 peoèîëàãàþò на вмещающем грунте

11 во го зм пункте наблюдений эле тпод

16 располагают, вводя сквозь диэлектрическую трубу 14, на порции 8 подсоленного грунта в том же пункте и измеряют разности потенциалов Uz, U4 между выводами 19, 4 и

20, 4, которые равны:

Ог= (ег-eoo)-ez . (4)

U4 = (ег — eo). (5)

Второе рабочее положение реализуют непосредственно после первого. Пренебрегая разницей времени при реализации первого и второго рабочего положений, из системы (2)-(5) имеем (ег-е1) - (U4-0з), (6) (ег -e> )=(UI-Ог-Оз+ 04). (7) т.е. по измеренным разностям потенциалов можно судить порознь об эффекте разности собственных потенциалов (е2 åI) контактных электродов 1, 2 и of эффекте разности диффузионных ЭДС (ег -eI ) между подсоленным и неподсоленным грунтом в пунктах размещения электродов 1. 2 и 17, 19.

С учетом синхронного измерения согласно выражениям (1) — (5) получим текущее значение разности потенциалов (рг — pI ) между пунктами наблюдений в двух вариантах: (ф — PI )= U+ (U> — 02), (8) ((pe pI )=U+ (U3 U4)+ (01 03 Uz+U4). (9) первый из которых соответствует применению лишь одного перемещаемого электрода 15, при этом учитывая разности (ег — е1) и (е2 -åI ) совместно. а второй учитывает

I упомянутые разности порознь, соответствуя совместному применению двух перемещаемых электродов 15 и 16 с рабочими растворами существенно различного, как описано, состава.

Первое и второе рабочие положения и соответствующие им измерения периодически повторяют, что позволяет учитывать изменения во времени разности собственных потенциалов (ег — ei) контактных электродов, в обычных условиях и для современных электродов весьма незначительн ые, (0,1-10 мк В /сутки). и разности диффузионных ЭДС (е2 — åI ), относительно

I изменчивости которой в конкретных условиях что-либо определенное утверждать до проведения измерений нельзя ввиду метеорологической изменчивости гидрогеологических условий и возможного различия мембранной активности грунта в пунктах наблюдения, Расположение первого перемещаемого электрода 15, поочередно и периодически, на каждом пункте наблюдения на вмещающем грунте 11 и измерение разности потен1824613 циалов между контактным электродом 1 или

2 пункта и первым перемещаемым электродом 15 позволяет по полученным разностям судить о величине и динамике совместно проявляющихся эффектов разности собственных потенциалов контактных электродов 1, 2 и разности диффузионных ЭДС между подсоленным и неподсоленным грунтом в пунктах размещения контактных электродов 1, 2 и вносить соответствующую поправку в измеряемую разность потенциалов между контактными электродами 1, 2, что повышает точность измерений квазипостоянного поля.

Установка на каждом пункте наблюдения полой диэлектрической трубы 13 или 14, один конец которой выведен иэ грунта 11, а другой погружен в подсоленный грунт вблизи контактного электрода 1 или 2 и расположение второго перемещаемого электрода

16 поочередно и периодически на каждом пункте наблюдения на подсоленном грунте путем введения сквозь диэлектрическую трубу 13 или 14 и измерение разностей потенциалов между контактным электродом 1 или 2 пункта и вторым перемещаемым электродом 16, позволяет порознь судить о величине и динамике эффекта разности собственных потенциалов контактных электродов 1, 2 и эффекта разности диффузионных ЭДС в пунктах размещения контактных электродов 1, 2 с последующим раздельным учетом этих эффрктов, изменение которых во времени происходит по различным законам вследствие различия вызывающих изменения причин, что позволяет с большей точностью оценить их суммарное изменение во времени, тем самым повышая точность измерений.

Использование в качестве перемещаемых электродов неполяризующихся электродов с рабочим раствором переменного состава и выбор в качестве рабочего раствора первого перемещаемого электрода 15 грунтовой воды, а в качестве рабочего раствора второго перемещаемого электрода 16 рассола, идентичного рассолу в подсоленном грунте, обуславливает быструю стабилизацию и увеличивает воспроизводимость потенциалов перемещаемых электродов 15, 16 относительно места установки, что также увеличивает точность измерений.

Стационарная и совместная прокладка проводов от измерительной аппаратуры к основному контактному электроду 1, 2 и к гнезду подключения перемещаемых электродов 15, 16 на каждом пункте наблюдения повышает помехозащищенность измерений, связанных с перемещаемыми электро5

50 дами 15, 16, что также увеличивает точность измерений, Способ реализуют следующим образом, Исходя иэ цели измерения выбирают пункты расположения контактных электродов 1, 2 в грунте 11. В каждом пункте в грунте 11 в лунку устанавливают диэлектрический сосуд 9, 10, нижняя часть которого заполнена подсоленным грунтом, в котором установлен контактный электрод 1, 2. На каждом пункте на поверхность подсоленного грунта устанавливают полую диэлектрическую трубу 13, 14, нижний конец которой погружен в подсоленный грунт, а верхний возвышается над исходным уровнем грунта

11. Внешнюю от диэлектрической трубы 13, 14 часть лунки засыпают грунтом с места установки для осуществления электролитического контакта подсоленного грунта в сосуде и вмещающего грунта 11.

Устанавливают измерительную аппаратуру, стационарно и совместно прокладывают провода от измерительной аппаратуры к основному контактному электроду i, 2 и к гнезду подключения перемещаемых электродов 15, 16 на каждом пункте наблюдения.

Подготавливают перемещаемые электроды

15, 16, заливая в первый в качестве рабочего электролита профильтрованную грунтовую воду, а во второй — рассол, идентичный увлажняющему подсоленный грунт; помещают перемещаемые электроды 15, 16 в их рабочие растворы до стабилизации потенциала между внутренним солевым ключом электрода 15, 16 и его рабочим раствором; в дальнейшем хранят перемещаемые электроды 15, 16 в их рабочих растворах. Приступают к непрерывной регистрации разности потенциалов 0 между контактными электродами 1, 2 на пунктах наблюдения, Перемещаемые электроды располагают в первом рабочем положении и измеряют, как описано выше, разности потенциалов U> и 0з между первым и вторым перемещаемыми электродами 15, 16 с одной стороны и основным контактным электродом 1 пункта с другой. Затем перемещаемые электроды 15, 16 располагают во втором рабочем положении и измеряют, как описано выше, разности потенциалов 02 и 04. При наличии более двух пунктов наблюдения продолжают аналогично проводить наблюдения в третьем четвертом и т.д, рабочих положениях перемещаемых электродов 15, 16. При необходимости проводят повторные измерения и приводят все измерения цикла к общему времени наблюдения. По формулам (8) или (9) определяют разности (pz — p< ) и т.д, на момент общего времени наблюдения.

1824613

Периодически повторяют циклы измерений, определяя для каждого цикла по формулам (6), (7), значения (е — е ) и (е -е ) и т.д, и составляя ряды изменений каждого из этих значений во времени, Затем путем ин- 5 терполяции и экстраполяции полученных рядов определяют значения (е -е ) и (в в

I е ), а также их разности для необходимых моментов времени, в соответствии с целью измерений и по формулам (8) или (9) и синх- 10 ронно полученным значениям U определяют искомые разности(ф -p>) и т.д. на те же моменты времени.

Ф о р мул а и зоб ретен ия

1. Способ измерения электрического 15 поля в земле, при котором измеряют разность потенциалов U между контактными электродами в точках наблюдения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа, помещают каждый кон- 20 тактный электрод в нижнюю часть отдельного диэлектрического сосуда, открытого сверху и заполненного грунтом, извлеченным в каждой точке наблюдений, сосуды в точках наблюдения устанавливают на глуби- 25 ну. превышающую их высоту, нижнюю часть грунта в каждом сосуде подсаливают и дополнительно измеряют разности потенциалов 0> и Uz между каждым из контактных электродов и дополнительным электродом, 30 который поочередно устанавливают в каждой точке наблюдений у диэлектрического сосуда, а о разности потенциалов(<щ — rp1 ) электрического поля в земле между точками наблюдений судят исходя иэ соотношения

p2 — p) -О+О -02, 2. Способ по п.1, о т л и ч à ю шийся тем. что, с целью исключения погрешностей, обусловленных изменением разности (eze ) собственных потенциалов контактных электродов и разности (е р-е i ) диффузионных ЭДС на границах подсоленного и вмещающегУ грунта в . каждом из диэлектрических сосудов за время перемещения дополнительного электрода из одной точки наблюдения в другую, дополнительно устанавливают в каждый диэлектрический сосуд полую диэлектрическую трубу, один конец которой выводят из грунта, а другой погружают в подсоленный грунт вблизи контактного электрода, при измерениях поочередно устанавливают в нижнюю часть каждой диэлектрической трубы вспомогательный электрод, дополнительно измеряют разности потенциалов 0з и 04 между каждым из контактных электродов и вспомогательным электродом, рассчитывают значения(ег-е ) и(ер -et ) исходя из соотношений ез-е1=04-0з, ез — e> =Ui-Uz-Us+Un, l I и полученными величинами корректируют результаты измерений разности потенциалов электрического поля между точками наблюдений.

1824613

Составитель М. Богородский

Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш

Редактор

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

Заказ 2225 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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