Способ геоэлектроразведки

 

Использование: для исследования изменения во времени электропроводности в стационарных пунктах наблюдения, в частности для прогноза землетрясения или контроля за экологической обстановкой. Сущность изобретения: способ заключается в возбуждении импульсов тока в разрезе заземленными перпендикулярными электрическими линиями и измерении первых и вторых разностей потенциалов при помощи системы заземленных дипольных и квадрупольных установок. По измеренным разностям определяется тензорная характеристика электропроводности. По изменениям элементов тензорной характеристики во времени судят об изменении геоэлектрических свойств разреза. 3 ил.

Изобретение относится к электроразведке и может быть применено при исследовании изменения электропроводности во времени в стационарных пунктах наблюдений, в частности для прогноза землетрясения, контроля за экологической обстановкой и др. Целью изобретения является повышение точности определения изменения геоэлектрических свойств разреза во времени путем измерения компонент электрического поля, их пространственных производных и формирования интерпретационных алгоритмов, защищенных от действия локальных приповерхностных неоднородностей. Поставленная цель достигается тем, что геоэлектрический разрез последовательно возбуждается разнонаправленными электрическими линиями. В линию подается периодический сигнал тока. В пунктах наблюдения перпендикулярными установками измеряют первую и вторую разности потенциалов или их отношения. По измеренным величинам определяют элементы матрицы тензорной характеристики электропроводности. Изменение этих элементов во времени и пространстве характеризует изменение геоэлектрических свойств. Сущность способа заключается в следующем. В трехмерных разрезах пространственные разности потенциала связаны линейными уравнениями вида: Δ²U_x^x(I, II, III) t_xx^x ΔU_x + t_xy^xΔ U_y + t_xz^x ΔU_z Δ²U_y^x(I, II, III) t_yx^x ΔU_x + t_yy^x ΔU_y + t_yz^x ΔU_z Δ²U_z^x(I, II, III) t_zx^z ΔU_x + t_zy^x ΔU_y + t_zz^x ΔU_z Δ²U_x^y(I, II, III) t_xx^y ΔU_x + t_xy^yΔ U_y + t_xz^y ΔU_z Δ²U_y^y(I, II, III) t_yx^y ΔU_x + t_yy^y ΔU_y + t_yz^y ΔU_z Δ²U_z^y(I, II, III) t_zx^y ΔU_x + t_zy^y ΔU_y + t_zz^y ΔU_z Δ²U_x^z(I, II, III) t_xx^z ΔU_x + t_xy^z ΔU_y + t_xz^z ΔU_z Δ²U_y^z(I, II, III) t_yx^z ΔU_y + t_yy^z ΔU_y + t_yz^z ΔU_z Δ²U_z^z(I, II, III) t_zz^yΔU_z + t_zy^z ΔU_y + t_zz^zΔU_z, (1) где t_{xx(yx, zx)}^{x(y, z)} коэффициенты, характеризующие трехмерный геоэлектрический разрез;
I, II, III линейно-независимые направления, в которых возбуждается разрез;
Δ U_x, Δ U_y, Δ Y_z первые пространственные разности потенциалов в направлениях x(y, z);
Δ²U_{x(y, x)}^{x(y, z)} вторые пространственные разности потенциалов в направлении x(y, z). Элементы t зависят от геоэлектрических свойств разреза, местонахождения точки наблюдения и типа источника возбуждения. Они не зависят от интенсивности и поляризации источника. На поверхности земли, где U_z 0, система (1) упрощается:
Δ²U_x^x(I, II) t_xx^x ΔU_x + t_xy^x ΔU_y
Δ²U_y^x(I, II) t_yx^x ΔU_x + t_yy^x ΔU_y (2)
Δ²U_x^y(I, II) t_xx^x ΔU_x + t_xy^y ΔU_y
Δ²U_y^y(I, II) t_yx^y ΔU_x + t_yy^y Δ U_y. Коэффициенты t характеризуют трехмерный геоэлектрический разрез и обладают следующим свойствами. 1. Защищены от действия локальных приповерхностных неоднородностей, возникающих вблизи возбуждающей и измерительной установок. 2. Позволяют судить о направлении максимального изменения свойства разреза в каждом пункте измерения. На фиг. 1 сравнивается устойчивость определения традиционных параметров Е_х и Е_у и дифференциально-нормированных па- раметров /E_x; /E_y
t_xx^x; t_yx^y; t_yy^y. Разрез состоит из полупространства, содержащего сферу повышенного сопротивления. Моделируется профилирование установкой меньшего радиуса сферы. Модель возбуждается заземленным диполем постоянного тока, азимуты которого 0,30 и 60^о. Графики компонент электрического поля существенно зависят от поляризации источника. Гораздо более устойчивы графики отношений пространственной производной поля к напряженности. Не зависимы от поляризации источника элементы дифференциальной матрицы. В такой модели изменение поляризации возбуждающего тока может происходить из-за возникновения неоднородности вблизи источника. Неоднородность исказит значения Е и Δ Е/Е, но не действует на t. На фиг. 2 показано, как с помощью круговых диаграмм дифференциально-нормированной характеристики можно определить градиенты неоднородности трехмерного геоэлектрического разреза. Двухслойная проводящая модель содержит выступ высокоомного основания, осложненный проводящим каналом. Модель возбуждается двумя перпендикулярными заземленными диполями, расположенными на поверхности и генерирующими синусоидальные импульсы тока с частотой 0,25 Гц. Не закрашены диаграммы, полученные из поверхности одномерного двухслойного разреза. Это окружности: свойства разреза одинаковы во всех горизонтальных направлениях. Радиус окружностей уменьшается с удалением от источника возбуждения. Закрашены диаграммы на поверхности трехмерного разреза. Направление максимальных осей указывает на направление максимальной неоднородности. Площадь диаграмм уменьшается при уменьшении неоднородности. В стороне от неоднородности диаграммы для одномерной и трехмерной модели совпадают. На фиг.3 показана схема датчиков возбуждения и приема сигналов на поверхности Земли. Возбуждение осуществляется последовательно перпендикулярными электрическими линиями I-I и II-II. Регистрация сигнала производится девятиэлектродной измерительной установкой. Например, для того чтобы воспользоваться системой (2) необходимо сигнал Δ U_x снять с электродов 4 и 6; сигнал Δ U_y с электродов 2 и 8; сигнал Δ²U_x с электродов 4-6; сигнал Δ²U_y с электродов 1, 7, 3 и 9. Способ реализуется следующим образом. Для практического определения коэффициентов, например, системы (2) необходимо при двух линейно независимых положениях источника (положения I, II), измерить первые и вторые пространственные разности потенциалов и определить коэффициенты t. Например,
t^x_xx
Возбуждение разреза осуществляется перпендикулярными заземленными электрическими линиями АВ размером 1-2 км. Токовые импульсы генерируются используемыми при стационарных работах источниками периодических сигналов силой в несколько сотен ампер. Используются три частоты возбуждения ω₁;ω₂= 0,1ω₁;ω₃=0,1ω₂ такие, что ω₁ в данных геоэлектрических условиях обеспечивает изучение разреза на глубину в 2-3 км. Выполняются площадные измерения. Последовательно от каждой из возбуждающих линий регистрируются сигналы ΔU_x, ΔU_y, Δ²U_x, Δ²U_y. Стационарные пункты наблюдений располагаются с учетом геосейсмических особенностей района исследования. Измерения выполняются 4-6 раз в сутки. Объектом изучения данным способом являются аномальные изменения во времени элементов тензорной характеристики электропроводности, которые могут быть вызваны, в частности, изменением напряжений горных пород, предшествующим землетрясению; изменением экологической обстановки при закачке промышленных отходов; извлечением полезных ископаемых при эксплуатации месторождений и др. Интерпретационным параметром являются аномальные (на 10 и более) изменения во времени и пространстве коэффициентов t, полярных диаграмм этих коэффициентов и их частотных или пространственных трансформаций. Технико-экономические преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными заключаются в том, что повышение точности определения изменений геоэлектрических свойств разреза приведет к существенному уменьшению негативных последствий геодинамических процессов и экологического загрязнения.

Формула изобретения

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, включающий возбуждение заземленной электрической линией периодически разночастотных импульсов тока, измерение на площади в стационарных пунктах первой разности потенциалов электрического поля, по которой судят о свойствах разреза, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения изменения геоэлектрических свойств разреза во времени, дополнительно возбуждают импульсы тока в линейно независимых направлениях, в указанных направлениях дополнительно измеряют первые и вторые разности потенциала электрического поля, по измеренным разностям определяют элементы матрицы тензора геоэлектрических свойств разреза, исходя из системы уравнений:









где Δ²v^x(y,z)_x(y,z)(I,II,III) конечные разности потенциала при линейно независимых положениях I, II, III,
t^x(y,z)_xx(yx,zx) коэффициент, характеризующий трехмерный геоэлектрический разряд,
строят полярные диаграммы этих элементов, а о геоэлектрических свойствах разреза судят по аномальным отклонениям во времени и пространстве элементов матрицы Z и полярных диаграмм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3