Способ геоэлектроразведки

 

Использование: в области геозлектроразведки при поиске и разведке магнитных и проводящих руд. Сущность изобретения: проводят циклические измерения вторичных полей при изменении электрического параметра в системе возбуждающих рамок. Контрольными параметрами являются значения силы тока и сдвиг фаз токов большой и малой рамок, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (s!>s G 01 V 3!08

ГОСУДАР Ст F.: = ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНМ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОО, 3

"О (З, (3 (21) 4787570! 25 (22) 19.12.89 (46) 23.07.93. Бюл, М. 27 (71) Иркутский политехнический институт (72) Г.С,Вахромеев, Н,О.ÊQæ8âíèêîâ и

С.B. Сноп ко в (56) Блох Ю.И. и др. Низкокачественная индуктивная электроразведка при поисках и разведке магнитных руд. — M. Недра, 1986, с, 96-105, Авторское свидательство СССР

М 1579243, кл. G Oi V 3/08, 1988, Изобретение относится к способам геоэлектрозонди QB8HHH II i>i0%8T быii= использовано прл поисках и разведке магнитных и проводя цих руд, для определения мощности, а также глубины зал8Гания cil08B при

CTQ>ÊTУРНО-Га(1логliiHQCKQM K30тИРОВВНИИ

Целью изобре ения является повышение производительности и точности зондирован. я геологической среды.

Укаэанная цель достигается путам последовательного перераспределания напряженности м "ãíèòíîãî поля по глубине зсчет изменения KQHTpQëèðóåìî"0 электрического параметра — отношения (4!!1) или разности фаз (p) в системе двух возбуждающих рамок и сценки геологического строе1 .ия по характеру изменений вторичного поля.

Р озбуждение первичного магнитного поля проводят с помощью системы двух расположенных одна Внутри другой рамок заданного размера. Одинаковой формы и имеющих общий центр. Изменение электри„„5 ) „„ 82962О А1 (54) СГ10ССБ ГБОЗ БK1l- .1РАЗВБДКИ1 (57) Использование: в области геозлсктроРаз ВВДК«1 П 0«1 ПО ICK8 11 3ВЗВЕДК8 МВГНИ I HL: Х и проводящих руд. Сущность изобретения: проводят циклические измерения вторичных полей при изме1-ании электрического параметра В системе возбуждающих рамок.

Контрольными параметрами являются значения силы тока и сдвиг фаз токов большой и малой рамок, 10 ил. ческого параме-ра .;., I-:, -... ы В:,;=;;iаp8распределение напряженности магнитнсгQ

Г.Оля по Глубине, I1роведание зондирован я,еолог. Яеской среды путем измерения вторичных полей одновременно изменяя от измерения к

j3M8P8Hj/jЮ 01НОШ8НИ8 ВЕЛИЧИН ii; СДВИГ фаз токов в рамках неизменных размеров. является отличием о;. IlpQ. 111,.а, по об,славливает "новизну" прадлагаамо:0 рашеHИЯ.

Сущность любого cr.îcàáà зондлрования эа",, . (." а т я В изvчении и3! 18нания втоР И Ч I». 0 Г . П О Л Я Г1 j l l l а Р 8 P а С П Р 8 Д Е Л 8 Н И И первичного. чондирования злектраразвеДОННЫМИ СГ10СООВМ1i ДВЛЯТСЯ i!c: ДВа ВИДа, геометрические и индукционнь18. Геометрические зондирования заключаюг-.я В том, что парарасг1раделен, 8 ll(арвичного поля

Осущаст"-ляIQ; пут,:"-; ;88ilи :е;:, я „ -В.. амеров стоя Н I8 1ла>(дУ Д: .Гlол Я,«11 .), Ь инд" KLI Ионныx зо Иди Р л =.:НI1ях Q - и, . ::- Il., =,н:18 поля Зави

1829020 сит от глубины проникновения (скин-слоя) и контролируется частотой электромагнитноГО ПОЛЯ.

Заявляемый способ является новым видом зондирований, в котором перераспределение первичного поля осуществляется за счет частичной компенсации поля большой рамки полем малой рамки. Степень компенсации поля большой рамки задается выбором величины отношения или разностью фаз токов в рамках. Пространственное перераспределение напряженности первичного поля приводит к изменению вторичного, причем характер изменения вторичного поля зависит от строения геологической среды, Магнитное поле на оси квадратной рамки определяется выражением, в основе которого лежит закон Био-Савара для линейного проводника с током;

B(t) —ио г 2а

4 гт

sinmt, (а +2 1 2 +2 ио 11 а1 sin m t

2л (аг + 2 1 аг2 ааг + 2ã

40 о и

2z (аг а-2 1 2al + Z (2) где а1, 11; а2, 12 — размеры рамок и токи соответственно первой и второй рамок; рразность фаз токов в первой и второй рамках; или 50

Ве () 1ЕС а1 sin юt

2л (аг -а 2 1 2 а + 2

12

Выражение (2) показывает, что зондирование можно осуществлять двумя способа25 (1) где Z — расстояние от центра рамки до точки вычисления поля; 2а — сторона квадратной рамки; I — ток в рамке;,ио — магнитная проницаемость, равная 4л 10 Гн/м, N = 2л1 80 — круговая частота поля; f — частота электромагнитного поля; t — время.

Магнитное поле двух соосных квадратных рамок, по которым пропускают ток частотой f, определяется следующим выражением: ми: изменением геометрических параметров системы (at, а2) или путем изменения электрических параметров (12/11 p). Изменение и тех, и других параметров влечет изменение пространственного распределения поля.

Из выражения (3) Очевидным образом вытекает, что изменение значения 12/!1 или будет приводить к изменению пространственной структуры поля, поскольку характер изменения первого и второго члена в выражении при увеличении Z различен, Проведение серии измерений при различных значениях 11/12 или р позволяет изучать вертикальное строение разреза.

В общем случае диапазон изменения

l2/I1 и р выбирается из физико-геологических условий, Изменение параметра 12/I1 наиболее целесообразно осуществлять от нуля до значения, равного отношению линейных размеров рамок — a2/а1, B некоторых случаях способ эффективен и за пределами указанного диапазона. Изменение заданного значения отношения токов может осуществляться различными способами: 11-const, 12 — изменяют; 11 — изменяют.

l2 const, 1- и 12 — изменяют одновременно, Характер изменения (регулировки) силы тока может быть как ступенчатым, так и плавным и не играет принципиальной роли, Выбор способа изменения ока зависит От используемой аппаратуры — возможностей генератора тока, способа и разрешающей способности регистрации. Например, как в

"I3 изменение частоты первичного пол".,может проводится либо дискретно, л..=o непрерывно. Измерения вторичны ; nc",eé., также как в методах нестационарны ; зондирований (ЗС, ЗМПП) могут проводигься либо дискретно, либо непрерыв; О весь переходный процесс, например с помощью осциллографирования. В случае дискретного изменения отношения токов. шаг изменения выбирают исходя из требуемой детальности исследований (подобно тому, как выбирают разносы в ВИЗ или ВЗЗ; временах задержек в ЗМПП; частоты в ЧЗ), Возможный диапазон изменения p — от

0 до 180 . Регулировка так же как и 12/11 может быть плавной или ступенчатой (дискретной). Регистрация вторичного поля также может проводиться дискретно либо непрерывно, Маг дискретизации выбирают исходя из требуемой детальности изучения, Параметры изучаемой среды определяют по полученным зависимостям вторичного электромагнитного поля от изменения 12/11 или р.

1829020

Проведенный анализ показывает, чта признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа не выявлены вдругихтехнических решениях. Поэтому авторы считают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показаны графики распределения напряженности магнитного поля по глубине при различных размерах рамок при зондировании способом-прототипом. Как видно из фиг. 1, изменение структуры магнитного поля выполняется за счет изменения размера генераторных рамок, Глубина расположения максимума напряженности магнитного поля возрастает по мере увеличения размеров рамок (причем на фиг, 1 отношение размеров малой и большой рамок составляет 0,5). На фиг. 2 показаны графики изменения магнитного поля с глубиной. Кривая 4 отображает магнитное поле большой рамки, а кривые 1,2,3 — поля малых рамок с различным значением тока, противоположно направленному току большой рамки. Кривая 1 соответствует току, аг равному Iг= 11 —. а1

Суммарное действие полей большой и малой рамок, показанных на фиг, 2, приводит к представленному на фиг. 3 распределению поля по глубине. Графики на фиг. 3 иллюстрируют распределение напряженности магнитного поля по глубине при различных значениях контролируемого параметра (1>/Iz или p). Кривая 1 соответствует распреа2 делению поля при lz/11= — (способ-протоа тип) или при p= 180О. Кривая 7 описывает поле, создаваемое одной большой рамкой, Графики 2-6 отображают структуру поля при различных значениях Iz/I <, Семейство графиков на фиг. 3 показывает, что изменение параметра lz/I< или р приводит к тому, что структура поля изменяется. причем в ряде случаев максимум его напряженности контролируемым образом перемещается по вертикали. В отличие от способа, распределение полей которого представлено на фиг, 1 в заявляемом способе изменение структуры поля происходит не за счет увеличения размера рамок, а вследствие изменения электрического контролируемого параметра системы (при неизменных размерах рамок), На фиг. 4 представлены графики изменения магнитного поля на некоторой глубине (эти глубины соответствуют отметкам

Н1-Н5 на фиг, 3) в зависимости от величины (I2/I1 или p). Фиг. 4 показывает, что харак5

55 тер изменения намагчичивающего паля на различной глубине при изменении контролируемого задаваемого параметра различен. Эта свидетельствует о принципиальной возможности осуществлять зондирование заявляемь,м способам, а также утверждать, чта проводящие или ма нитные обьекты, ра-положенные на различной глубине будут иметь различную пространственную структуру втарлчнога поля.

Нà фиг. 5 представлены результаты математического моделирования вторичных полей, создаваемых . ахадящимся в немагнитной среде магнитным шарам, Глубины до центра шара выбирались равными значениям Н1-Н5 (см, фиг. 3,4), Первичное магнитное поле создавалась слстемай двух рамок с противоположно направленными такамл, причем вертикальная ось симметрии рамок проходила через центр шара.

Вертикальная составляющая вторичного магнитного поля Bz рассчитывалась в точке, расположенной в центре рамок, Расчеты проводились при различных значениях

Iz/li. Для сравнения формы графиков величины Bzl нормировались на значения В27, соответствующих тому слу аю, когда ток протекает только в большой рамке, Для оценки характера изменения вторичнсга поля построены графики зависимости атношения Bzi /Bzz ст величины lz/iq. Предг г ставленные на фиг. 5 результаты свидетельствуют О сущес венной зависима 7 сти формы графиков В7; / — от глубины залегания шара: чем глубже шар, тем более пОлОГим Является график В2 /B77

2 2

Для практической реализации способа с изменением Iã/11 м0жна использовать стандартную аппар туру. Схема расположения установки ь этом случае показана ча фиг. 8. На фиг. 6 показаны основные блоки устройства возбуждающего, отличающиеся по фазе, электромагнитные па, . С помощью этого устройства можно реализовать 3аявляемый спoñàá с изменением разности фаз. Устройство включает: генератор тактовых импульсаэ 1; устройства временнагс сдвига (таймер) 2; выходные усилительные . .Scêàäû 5,6 малой и большой

8,7 рамах, УсгрсйсTsc ра5оТаеТ следующим образом: генератор 1 вырабатывает тактовые импульсы, таймер 2 сдвигает импульс, управляющий .гакам в малой рамке на заданный промежуток времени Ж, С помощью триггеров 3,4 формируются импульсы напряжения, которые усиливаются выхсдными каскадами 5.6 и подаются на зажимы большой 7 и малой 8 рамок. Таким образом, токи в рамках вазбужда;ст г|еременные магнитные поля с заданнь,:м сдвигам фаз.

1829020

На фиг. 7 показаны схемы установок зондирований по базовому способу — ВИЗ (а) и по заявляемому (б). При выполнении

ВИЗ необходимо раскладывать на местности набор рамок различного размера 1-6 (см, фиг, 7а) и, последовательно подключая каждую из рамок к генератору тока 9, проводить изменения вторичных полей с помощью магнитоиндукционного датчика и измерителя 7.

Для реализации заявляемого способа путем изменения lz/1 необходимо располагать всего две генераторные рамки 10, 11, которые встречно-параллельно подключены к генератору тока 9, В цепь одной из рамок (лучше малой) дополнительно включают переменный резистор 12, регулируя который, изменяют его сопротивление и задают необходимое соотношение токов в рамках. Измерения вторичных полей проводят с помощью датчика и измерителя 7 для различных значений отношений токов.

На фиг. 8 показаны результаты расчета кривых зондирования, полученных как способом ВИЗ, так и заявляемым для двухслойной среды (фиг, 8а). Для осуществления зондирований по способу ВИЗ необходимо провести измерения с рамками как минимум девяти размеров,5, 10, 20, 50, 80, 150, 300, 600, 1000 м. Для выполнения зондирований предлагаемым способом достаточно двух рамок размерами 100 и 50 м. На фиг, 86 показаны кривые зависимости Bz от стороны петли а для разрезов с магнитным основанием и мощностью первого слоя 20 м и 50 м. На фиг. 8в для тех же моделей представлены графики зависимости Bz от lz/l<.

Как видно из результатов моделирования, разрешающая способность заявляемого способа не хуже, чем у В ИЗ (при значительно меньших трудозатратах).

На фиг. 9 представлены результаты полевых исследований на одном из магнетитовых месторождений Ангарской железнорудной провинции Восточной Сибири, На фиг. 9а показан график Bz, полученный при возбуждении первичного электромагнитного поля с помощью одной рамки(метод незаземленной петли НП). Выделена аномалия с двумя максимумами, которые соответствуют двум магнетитовым пластам, залегающим в толщах песчано-глинистых пород и перекрыты песчано-гравийными отложениями. По форме и амплиту ;е аномалии невозможно надежно оценить вертикальный размах оруденения, Проведение в точках 1 и 2 профиля зондирований по первому варианту заявляемого способа с показанной на фиг, 76 установкой (а =100 м, а =50 м) позволило получить характерные

55 зависимости вторичного поля Bz от 2/ $

Г ) (фиг. 96). Анализ этих зависимостей позволяет прийти к выводу о том, что глубина распространения пласта " (кривая 1) больше, чем пласта 2 (кривая 2), а также оценить эти глубины. Полученные оценки подтверждены последующими горнобуровыми работами.

На фиг. 10 приведены эпюры токов, а также первичного и вторичного полей для зондирований, результаты которых представлены на фиг, 9, Ток в цепи малой рамки (график 2 на фиг. 10а) изменяли ступенчато путем соответствующих изменений сопротивления (фиг, 76) и соответственно — îêîâ в большой (график 1 на фиг. 10а). График. 3 (фиг. 106) демонстрирует характер изменения отношения токов (размеры рамок при этом не менялись и их отношение равнялось

0,5). Напряженность первичного магнитного поля на поверхности земли изменялась пропорционально lg/! (график 4 на фиг, 10в). Изменение пространственной структуры первичного магнитного поля влекло за собой изменение вторичных полей В . Графики 5 и б (фиг. 10г) иллюстрируют изменение Bz a —.î÷êàõ 1 и 2 соответственно (см, г фиг, 9а), Измерения Bz проводились диск2 ретно. Использовалась серийная аппаратура АНЧ-3 и разработанный авторами магнитоиндуционный датчик.

Конкретная реализация способа вкл:,очает в себя следующие операции: раскладку на местности проводов в виде двух расположенных одна внутри другой малой и большой квадратных рамок (фиг. 76); возбуждение первичного магнитного поля путем пропускания через рамки то; u! противоположного направления (напри;.ер., как показано на фиг, 76): задание величины отношения lz/I i (например, путем изменения сопротивления резистора) и изменение Bz

2 в центре рамок; задание следуюшего значения lz/1 и повторение измерений В и т,д. до тех пор, пока не будут проведены измерения Bz для всего выбранного диапазона

12/11, построение графиков зависимости Bz от lz/U1 и оценка распределения магнитных свойств разреза по глубине. Размеры рамок и их соотношения, шаг изменения lz/l> выбирают исходя из требуемой глубины и детальности зондирований.

При реализации заявляемого способа повышается точность зондирований. Точность способа зависит от точности регистрации изменяемого параметра и измеряемого электромагнитного поля, В качестве параметра, изменяющего распределение электромагнитного поля, в прототипе служит размер рамки: в заявляемом спосо1829020

10 бе отношение токов Iz/Ip или разность фаз токов р При равной, достаточно высокой точности измерения электромагнитного поля, точность изменяемого параметра в заявляемом способе значительно выше, чем в 5 прототипе, поскольку электрические параметры системы lz, I >, p, с помощью электронной аппаратуры определяются точнее, чем осуществляется топогеодезическая привязка рамок, размещаемых на местности, при 10 выполнении зондирований, описанных в прототипе. Погрешность привязки расположения рамок на точность измерений в заявляемом способе практически не влияет, поскольку при выполнении повторных из- 15 мерений при других значениях электрических параметров, размеры рамок не меняются, И, наконец, контролируемое изменение пространственной структуры магнитного 20 поля за счет изменения параметра lz/I > или р в системе позволяет зондировать разрез без изменения размеров рамок. Это значительно повышает технологичность способа, его производительность, а также снижает 25 вредное воздействие на природную среду электроразведочных работ, Для иллюстрации можно сравнить общую длину просек и проводов, необходимых для выполнения работ методами ВИЗ и заявляемым способом 30 (см. фиг, 8). Для проведения ВИЗ квадратными рамками необходимо подготовить трассы и разложить провода общей протяженностью 8,56 км (9 рамок размерами от 5 до 1000 м), Для заявляемого способа необходимо всего 0,8 км трасс (2 рамки со сторонами 50 и 1000 м), что на порядок меньше чем при постановке ВИЗ, В случае проведения работ в заселенной местности это обеспечивает десятикратное снижение порубок деревьев и кустарников. Сокращение материальных затрат (провода), а также затрачиваемого на раскладку проводов труда способствует увеличению производительности электроразведочных работ.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, при котором возбуждают первичное электромагнитное поле, пропуская по двум расположенным одна в другой рамкам переменных или постоянных токов противоположного направления, измеряют вторичное электромагнитное поле, по которому судят о параметрах изучаемой среды, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, пропускают по двум расположенным одна в другой рамкам токи противоположного направления, одновременно изменяя от измерения к измерению отношение силы тока в рамках или разность фаз токов в рамках, определяют зависимости вторичного электромагнитного поля от изменения указанных отношения или разности фаз и судят о параметрах изучаемой среды по найденным зависимостям.

1829020

1829020 т- Способ

ЬоьБуждениа

1829020

1829020

Редактор Т.Иванова

Заказ 2475 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

Ь

0Р.

b мкВ т». о

Составитель С.Снопков

Техред M. Моргентал Корректор Л.Пилипенко