Способ прямых поисков геологических объектов и устройство для его осуществления

 

Использование: для проведения геофизических исследований методами становления электромагнитного поля. Сущность изобретения: возбуждают в исследуемой среде электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью генератора 1 возбуждения, первый выход которого соединен с питающими электродами 2, расположенными в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами 3, соединенными со вторым выходом генератора 1 соответствующими лучевыми отрезками 4 питающей линии, расположенными по радиусам окружности через равные углы, не превышающие 60°. С помощью регуляторов 5 тока, управляемых блоком 6 и включенных в лучевые отрезки 4, изменяют токи, подводимые к электродам 3, либо в соответствии с законом, заданным в блоке 8 центрального процессора, либо до значений, при которых скорость спада сигнала становления электрического поля максимальна и/или сигнал становления магнитного поля минимален. Величина тока в генераторе 1 и в лучевых отрезках 4 контролируется блоком 10 измерения тока. Сигнал становления магнитного поля оцифровывается измерителями 13, соединенными последовательно, а сигнал становления электрического поля - измерителями 13, соединенными параллельно. Результаты измерений передаются одновременно через блок 12 управления измерителями 13 и общую шину 7 в регистратор 11, а затем пересылаются через интерфейсный модуль 16 в блок обработки 17, где создается многомерный электромагнитный образ исследуемой среды, по результатам идентификации которого строится геологический разрез. Обеспечена возможность выбор наиболее оптимальной пространственно-временной структуры возбуждаемого электромагнитного поля, что позволяет с высокой разрешающей способностью выявлять тонкие слабопроводящие геологические объекты типа "залежь". 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано для проведения прямых поисков геологических объектов, в частности углеводородов, методами становления электромагнитного поля.

Известен способ прямой разведки месторождений углеводородов, согласно [1], при котором зондирующий сигнал формируют в виде кода специальных частот с помощью решетчатой системы передающих электродов и индуктивных контуров, располагаемых над месторождениями углеводородов и зонами без месторождений, измеряют сигнал, наводимый в измерительных электродах и индуктивных антеннах, располагаемых внутри передающей системы, осуществляют с помощью процессора идентификацию изображения залежей и их анализ, после чего осуществляют разведочные измерения и определяют значения ресурсов для каждой точки измерения.

Используемый в данном случае источник поля в виде решетчатой системы передающих электродов и индуктивных контуров имеет ограниченный пространственно-временной диапазон и способен создавать в исследуемой среде вихревые токи, замыкающиеся в основном в горизонтальных плоскостях, что затрудняет поиск протяженных тонких плохопроводящих объектов типа "залежь". Кроме того, ограниченный пространственно-временной диапазон источника поля обуславливает необходимость получения как можно большего количества информации для успешного распознавания образцов, что сопровождается неизбежными затратами на избыточную информацию.

Устройство, реализующее способ прямой разведки месторождений углеводородов согласно [1] содержит передающую и принимающую части, соединенные между собой через грунт, и телеметрическую систему. При этом передающая часть включает в себя генератор возбуждения, делители частоты, фазовращатели, усилители мощности, преобразователи частоты (смесители), блоки обратной связи, генераторы мощности, передающие электроды и индуктивные контуры, а принимающая часть включает измерительные электроды с индуктивными ортогональными антеннами, предусилители, мультиплексор, программируемый усилитель, процессор, промежуточное запоминающее устройство, дисковое или ленточное запоминающее устройство, монитор и координатограф.

С помощью вышеописанного устройства не может быть реализован предлагаемый способ прямых поисков геологических объектов, поскольку оно не обеспечивает автономную регулировку величины тока в различных частях передающей системы, а также не позволяет одновременно измерять параметры становления электрической и магнитной составляющих поля.

Известен наиболее близкий к предлагаемому способ геоэлектроразведки [2] , заключающийся в том, что в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, одни из которых располагают в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, измеряют параметры становления электрической составляющей поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности, и по результатам измерений судят о строении и свойствах исследуемой среды.

Используемое в этом способе осесимметричное введение тока в Землю с помощью круговой системы питающих электродов обеспечивает создание в исследуемой среде вихревых токов, замыкающихся в основном в вертикальных плоскостях, что дает потенциальную возможность с высокой разрешающей способностью выявлять объекты типа "залежь". Однако такая возможность не может быть полностью реализована, поскольку осесимметричное введение тока в Землю приводит к ограничению пространственно-временного диапазона источника поля и не обеспечивает максимально вертикальной структуры вихревых токов. Кроме того, осесимметричное введение тока в Землю препятствует получению многомерного образа исследуемой среды.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является цифровая электроразведочная аппаратура "Цикл-4" [3], содержащая генераторную установку и четыре измерительных канала. Каждый измерительный канал включает в себя предусилитель, с одной стороны соединенный с приемным датчиком, а с другой стороны - с соответствующим входом аналогового мультиплексора. Выход последнего соединен со входом измерителя электроразведочных сигналов, связанного через магистраль измерителя с регистратором. Генераторная установка включает в себя генераторный контур, соединенный с генератором возбуждения, представляющим собой тиристорный триггерно-мостовой коммутатор, подключенный к источнику питающего напряжения U_п. Измерительный выход генератора возбуждения (выход датчика тока) соединен с информационным входом блока измерения тока, а управляющий вход - с первым выходом таймера, связанного через магистраль генератора возбуждения с процессором генератора возбуждения и блоком измерения тока. Измеритель электроразведочных сигналов включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок времени и процессор измерителя, связанные между собой через магистраль измерителя, при этом управляющий вход аналогового мультиплексора соединен с управляющим выходом АЦП, вход запуска которого соединен с выходом сигнала "метки времени" (МВ) блока времени. Вход запуска блока времени соединен с синхровходом блока измерения тока, а управляющий выход блока времени соединен со входом запуска таймера. Вышеописанная структурная схема устройства составлена в соответствии с техническим описанием аппаратуры "Цикл-4".

Такое устройство не может реализовать предлагаемый способ прямых поисков геологических объектов, поскольку не обеспечивает автономную регулировку тока в лучевых отрезках питающей линии, а также не позволяет производить одновременные измерения процессов становления электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля.

Патентуемое изобретение направлено на решение задачи повышения точности выделения геологических объектов при прямых поисках за счет расширения пространственно-временного диапазона возбуждаемого электромагнитного поля.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе прямых поисков геологических объектов, при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, одни из которых располагают в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами измеряют параметры становления электрической составляющей поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности, по результатам измерений судят о строении и свойствах исследуемой среды, предлагается величину токов, подводимых к питающим электродам, расположенным на окружности, устанавливать в соответствии с заданным законом и дополнительно измерять параметры становления магнитной составляющей поля.

При этом величины токов, подводимых к питающим электродам, расположенным на окружности, устанавливают такими, чтобы скорость спада электрической составляющей поля была максимальной и/или магнитная составляющая поля имела минимальная величину.

Один из питающих электродов может быть заглублен в скважину, центральную ось которой совмещают с центральной осью окружности, на которой расположены другие питающие электроды.

Устройство для осуществления предлагаемого способа, содержащее генераторный контур, подключенный к генератору возбуждения, измерительный выход которого соединен с информационным входом блока измерения тока, а управляющий вход соединен с первым выходом таймера, связанного общей шиной с блоком центрального процессора и блоком измерения тока, а также содержащем приемные датчики, регистратор и измеритель электроразведочного сигнала, согласно изобретению, генераторный контур содержит одни питающие электроды, расположенные в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, и регуляторы тока с блоком управления регуляторами, кроме того, число измерителей электроразведочного сигнала увеличено до числа приемный датчиков, а также введены блок управления измерителями, интерфейсный модуль и блок обработки, причем первый выход генератора возбуждения подключен к одним питающим электродам, расположенным в центральной части окружности, образованный другими питающими электродами, которые подключены ко второму выходу генератора возбуждения с помощью соответствующих лучевых отрезкой питающей линии, расположенных на местности по радиусам этой окружности через равные углы, не превышающие 60^о, причем каждый регулятор тока включен в соответствующий лучевой отрезок питающей линии и соединен измерительным выходом с соответствующим входом блока измерения тока, а управляющим входом соединен через блок управления регуляторами тока с общей шиной, каждый измеритель электроразведочного сигнала подключен к соответствующему приемному датчику, при этом одни измерители соединены между собой последовательно, а другие параллельно и подключены через блок управления измерителями к общей шине, с которой связаны также регистратор и интерфейсный модуль, соединенный с блоком обработки.

В патентуемом способе автономное регулирование величины тока, подводимого к каждому из питающих электродов, расположенных на окружности, позволяет расширить пространственно-временной диапазон возбуждаемого электромагнитного поля, благодаря чему представляется возможность достижения максимально-вертикальной структуры вихревых токов в исследуемой среде, а также возможность получения многомерного электромагнитного образа исследуемой среды. При этом определение максимальной скорости спада электрической составляющей поля и минимальной величины магнитной составляющей позволяют осуществить предоставленную возможность достижения максимально вертикальной структуры вихревых токов, а изменение в соответствии с заданным законом величины токов, подводимых к питающим электродам, расположенным на окружности, позволяет осуществить возможность получения многомерного образа исследуемой среды.

При наличии скважины на исследуемой площади целесообразно заглубить центральный электрод, что позволяет уменьшить эффект рассеивания энергии возбуждаемого поля.

В предлагаемом устройстве введение регуляторов тока с блоком управления регуляторами позволяет осуществлять автономное изменение величины тока в каждом из лучевых отрезкой питающей линии. Подключение каждого из приемных датчиков к своему измерителю электроразведочных сигналов, т.е. пространственное разделение каналов измерения, позволяет повысить точность измерения широкополосных электроразведочных сигналов, каковыми являются сигналы становления электрической и магнитной составляющих поля. Последовательное и параллельное соеди- нение измерителей, подключенных к блоку управления измерителями, позволяет одновременно получать информацию о результатах измерения сигналов становления электрической и магнитной составляющих поля, поскольку эти сигналы значительно различаются по длительности в случае вертикальной структуры вихревых токов.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для прямых поисков геологических объектов; на фиг.2 - регулятора тока; на фиг.3 - блока управления регуляторами; на фиг.4 - таймера; на фиг.5 - блока измерения тока; на фиг. 6 - блока управления измерителями; на фиг.7 - измерителя; на фиг.8 - схема размещения на местности питающей линии с питающими электродами и приемных датчиков.

Устройство для прямых поисков геологических объектов (фиг.1) содержит генератор 1 возбуждения (трансмиттер), соединенный первым выходом с питающим электродом 2, расположенным в центре окружности, образованной питающими электродами 3, которые подключены ко второму выходу генератора 1 возбуждения с помощью соответствующих лучевых отрезков 4 питающей линии, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы, не превышающие 60^о. В каждый из лучевых отрезков 4 питающей линии включен регулятор 5 тока. Управляющие входы регулятора 5 тока через блок 6 управления регуляторами 5 подключены к общей шине 7 (унифицированной магистрали), связывающей блок 8 центрального процессора, таймер 9 и блок 10 измерения тока. Информационные входы блока 10 измерения тока соединены с соответствующими измерительными выходами генератора 1 возбуждения и регуляторов 5 тока, а управляющий вход блока 10 измерения тока соединен с первым выходом таймера 9, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора 1 возбуждения. С общей шиной 7 также связаны регистратор 11 и блок управления 12 измерителями 13 электроразведочных сигналов. Блок 12 управления соединен с двумя группами измерителей 13, в одной из которых измерители 13 соединены последовательно, а в другой параллельно, при этом измерители 13, соединенные между собой последовательно, подключены к приемным датчикам 14, представляющим собой индукционные контуры, а измерители 13, соединенные между собой параллельно, подключены к приемным датчикам 15, представляющим собой приемные линии. Синхровходы всех измерителей 13 объединены и подключены к третьему выходу таймера 9. С общей шиной 7 связан также интерфейсный модуль 16, который соединен с блоком 17 обработки.

Генератор 1 возбуждения (трансмиттер) может, например, представлять собой тиристорный коммутатор, выполненный по триггерно-мостовой схеме, приведенной в книге Геофизические и геодезические методы и средства при поисках полезных ископаемых в Сибири, СНИИГГиМС, 1982, с.46-50. Измерительным выходом генератора 1 является выход не показанного на фигурах датчика тока, который выполнен на основе эффекта Холла и включен в цепь нагрузки.

Лучевые отрезки 4 питающей линии, как и вся питающая линия, выполнены из геофизического провода ГПМП.

Регулятор 5 тока (фиг.2) может, например, содержать последовательно соединенные ключ 18, регулируемый резистор 19 и датчик 20. Входом регулятора 5 тока является вход ключа 18, соединенный со вторым выходом генератора 1. Выходом регулятора 5 является выход датчика 20 тока, измерительным выходом является измерительный выход датчика 20 тока, а управляющим входом является шина, с которой соединены управляющие входы ключа 18 и регулируемого резистора 19. Ключ 18 и регулируемый резистор 19 могут быть выполнены на основе мощных полевых транзисторов КП904, один из которых работает в ключевом режиме, а другой в линейном. Датчик 20 тока может быть выполнен, например, на основе эффекта Холла.

Блок 6 управления (фиг.3) регуляторами 5 содержит регистр 21 данных, соединенный с общей шиной 7, схему 22 интерфейса, включенную между общей шиной 7 и регистратор 21 данных, и формирователи 23 сигналов управления соответствующими регуляторами 5. Каждый формирователь 23 включает в себя одновибратор 24 и последовательно соединенные буферный регистр 25, преобразователь 26 код-аналог и усилитель 27, выход которого соединен со входом обратной связи преобразователя 26. Входы одновибратора 24 и счетчика 25 являются входами формирователя 23 и соединены с соответствующими выходами регистратора 21 данных. Выходом формирователя 23 является шина, с которой соединены выходы одновибратора 23 и усилителя 26. Выходы формирователей 23 являются одновременно выходами блока 6 и соединены с управляющими входами соответствующих регуляторов 5. Регистр 21 данных представляет собой оперативное запоминающее устройство и выполнен на микросхеме К537 РУ10. Буферный регистр 25 выполнен на микросхеме К561ИЕ11, а одновибратор 24 на микросхеме К561АГ1. Преобразователь 26 код-аналог выполнен на микросхеме К572 ПА2А, а усилитель 27 на микросхеме К14ОУД6.

Блок 8 центрального процессора содержит (не показаны) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), центральный процессор и пульт управления, выполненные на базе стандартных элементов микроЭВМ типа IBM PC/АТ, КТ.

Таймер 9 (фиг.4) содержит регистр 28 данных, схему 29 интерфейса, формирователи 30, 31 импульсов, счетчик 32 времени, задающий генератор 33, триггер 34, счетчик 35 адреса, магистральный усилитель 36 и мультиплексор 37. Выходы А, В, С, Д регистра 28 являются выходами "код признака временного интервала" и соединены соответственно с формирователями 30, 31, управляющим входом мультиплексора 37 и входом магистрального усилителя 36. Выход "код временного интервала" регистра 28 данных соединен с информационным входом счетчика 32, тактовый вход которого соединен с задающим генератором 33. Выходы "пуск" и "конец измерений" регистра 28 соединены соответственно с установочным и сбросовым входом триггера 34, выход которого соединен со стробирующим входом счетчика. Выход счетчика 32 соединен с объединенными входами мультиплексора 37 и счетчика 35, адресный выход которого соединен с одноименным входом регистра 28. Выход мультиплексора 37 является выходом сигнала "начало измерения тока" и первым выходом таймера 9. Выход формирователя 31 является выходом сигнала "ток +", а выход формирователя 32 - выходом сигнала "ток -". Оба эти выхода подключены к шине, являющейся вторым выходом таймера 9. Выход магистрального усилителя 36 является выходом сигнала "начало цикла" и третьим выходом таймера 9. Регистр 28 данных может быть выполнен, например, на микросхеме К537РУ10, которая представляет собой оперативное запоминающее устройство; Схема 29 интерфейса выполнена на микросхеме К588ВТ1, формирователи 30, 31, - на микросхеме К561АГ1.

Счетчик 32 времени и счетчик 35 адреса выполнены на микросхемах К561ИЕ15. Задающий генератор 33 выполнен на микросхеме К561ЛН2, триггер 34 - на микросхеме К561ТМ2, магистральный усилитель 36 - на микросхеме К17ОАП2, а мультиплексор 37 - на микросхеме К561КП2.

Блок 10 измерения тока (фиг.5) содержит соединенные последовательно аналоговый коммутатор 38, преобразователь 39 аналог-код и регистр 40 данных, связанный с общей шиной 7 и с выходом схемы 41 интерфейса, которая тоже подключены к общей шине 7. Объединенные управляющие входы аналогового коммутатора 38 и преобразователя 39 через цифровой коммутатор 42 подключены к выходу сдвигового регистра 43, тактовых вход которого соединен с выходом кварцевого генератора 44. Управляющие вход регистра 43 является управляющим входом блока 10 измерения тока и соединен с выходом мультиплексора 37 таймера 9. Входы аналогового коммутатора 38 являются информационными входами блока 10 и соединены с измерительными выходами генератора 1 и датчиков 20 тока. Аналоговый коммутатор 38 может быть выполнен на микросхеме К59ОКН1, преобразователь 39 - на микросхеме К11О8ПА1, а регистр 40 данных - на микросхеме К155ИР17. Схема 41 интерфейса выполнена на микросхеме К588ВТ1. Цифровой коммутатор 42 выполнен на микросхеме К561КП2, сдвиговый регистр 43 - на микросхеме К561ИЕ10, а кварцевый генератор 44 - на основе микросхемы К561ЛЕ10.

Регистратор 11 может быть реализован на основе любого накопителя, например, на магнитной ленте или гибких дисках.

Блок 12 управления (фиг.6) измерителями 13 может, например, содержать связанные с общей шиной 7 дешифратор 45, приемопередатчики 46, 47 последовательного и параллельного каналов соответственно, а также регистр 48 состояния параллельного канала. Выходы дешифратора 45 соединены с управляющими входами приемопередатчиков 46, 47 и регистра 48 соответственно. Выходы сигнала "прерывание" приемопередатчиков 46, 47 связаны через схему 49 ИЛИ с общей шиной 7. Входы и выходы приемопередатчиков 46, 47 соединены с входными и выходными магистральными усилителями 50, 51, 52, 53 соответственно. Вход усилителя 50, являющийся входом последовательного канала блока 12, подключен к выходу последнего из последовательно соединенных измерителей 13, связанных с приемными датчиками 14, а выход усилителя 52, являющийся выходом последовательного канала, подключен к информационному входу первого из этих измерителей 13. Вход усилителя 51, являющийся входом параллельного канала блока 12, подключен к объединенным выходам измерителей 13, связанных с приемными датчиками 15, а выход усилителя 53, являющийся выходом параллельного канала, подключен к объединенным информационным входам этих измерителей 13. Регистр 48 состояния канала соединен последовательно с магистральным усилителем 54, выход которого является выходом "состояния канала" блока 12. Дешифратор 45 может быть выполнен на микросхеме К155РЕ3 или К155РТ5, приемопередатчики 46, 47 - на микросхемах К58ОВВ51, регистр 48 состояния - на микросхеме К555ИР27, схема 48 ИЛИ - на микросхеме К555ЛИ1, а магистральные усилители 50-54 - на микросхемах К17ОЛП2.

Измерители 13 выполнены по одинаковой схеме и отличаются только величиной входного сопротивления, которое больше у тех измерителей 13, которые подключают к приемным датчикам 15, представляющим собой приемные линии. Каждый измеритель 13 (фиг.7) содержит предусилитель 55, соединенный последовательно с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 56, вход запуска которого соединен с выходом блока 57 времени, связанного через магистраль с АЦП 55, процессором 58, и приемопередатчиком 59, информационный вход и выход которого соединены соответственно с входным и выходным магистральными усилителями 60, 61, а вход "состояние канала" соединен с магистральным усилителем 62. Вход и выход усилителей 60, 61 являются соответственно информационными входом и выходом измерителя 13. Вход усилителя 62 является входом "состояние канала" измерителя 13. Этот вход соединяется с одноименным выходом блока 12 только в том случае, если данный измеритель 13 соединен параллельно с другими измерителями 13. Входы предусилителя 55 являются измерительными входами измерителя 13 и подключены к приемным датчикам 15 (14). Вход запуска блока 57 времени является синхровходом измерителя 13 и соединен со входом магистрального усилителя 36 таймера 9. Предусилитель 55 может быть выполнен на микросхеме К14ОУД14, АЦП 56 выполнен по схеме поразрядного уравновешивания на основе микросхемы К11О8ПА1. Блок 57 времени по своей структуре аналогичен таймеру 9. Процессор 58 выполнен на основе микросхем серии К588И, а также включает в себя не показанные на фигурах ОЗУ и ПЗУ. Приемопередатчик 59 реализован на основе микросхем К58ОВВ51, а магистральные усилители 60, 61, 62 - на основе микросхем К17ОАП2.

Индукционные контуры 14 и приемные линии 15 выполнены из геофизического провода ГПСНП.

Интерфейсный модуль 16 представляет собой последовательный интерфейс тира РС - 232, а блок 17 обработки может быть выполнен, например, на основе персональной микроЭВМ типа IBM PC/АТ.

Предлагаемый способ прямых поисков геологических объектов осуществляется следующим образом.

Исходя из конкретной решаемой геофизической задачи определяют размеры и количество лучевых отрезков 4 питающей линии, закон изменения тока генератора 1 возбуждения, обусловленный глубинностью исследований, а также закон изменения тока в отдельных лучевых отрезках 4 питающей линии, обусловленной выбранной конфигурацией возбуждающего поля - вертикальной, горизонтальной или их комбинацией.

В соответствии с фиг.8 производят расстановку устройства на местности. При этом заземляют питающий электрод 2 в центре окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами 3. Питающие электроды 3, количество которых должно быть не менее 6, соединяют лучевыми отрезками 4 питающей линии, располагаемыми по радиусам окружности через одинаковый угол, не превышающий 60^о, с одним из выходом генератора 1 возбуждения. Другой выход генератора 1 соединяют с питающим электродом 2. За пределами окружности, образованной электродами 3, размещают приемные датчики 15, представляющие собой приемные линии, осесимметрично на профилях наблюдения электрической составляющей поля, радиально расходящихся из центра окружности. При этом датчики 15 подключают к измерителям 13, соединенным между собой параллельно. Внутри окружности размещают приемные датчики 14, представляющие собой индукционные контуры, осесимметрично на профилях наблюдения магнитной составляющей поля, радиально расходящихся из центра окружности и расположенных между профилями наблюдения электрической составляющей. Датчики 14 подключают к измерителям 13, соединенным между собой последовательно.

В зависимости от конфигурации возбуждаемого электромагнитного поля способ может иметь несколько модификаций. В данном случае способ включает в себя три этапа исследования геологической среды - с помощью электромагнитного поля вертикальной, горизонтальной и смешанной конфигурации.

На первом этапе исследования производят предварительное возбуждение, при котором подают с помощью генератора 1 в лучевые отрезки 4 питающей линии одинаковые заданные токи. Величину этих токов контролируют с помощью блока 10 и уравнивают с помощью регуляторов 5. После выключения тока измеряют с помощью измерителей 13 сигнал H(t) становления магнитной составляющей поля, наводимый с одном из приемным датчиков 14. По результатам измерения определяют с помощью блока 8 центрального процессора наименьшее значение сигнала H(t) для заданного временного интервала Δt. Если наименьшее значение сигнала H(t) больше наперед заданной величины, то производят серии вспомогательных возбуждений, при этом в каждой серии от возбуждения к возбуждению изменяют в заданных пределах ток в одном из лучевых отрезков 4 питающей линии. После каждого возбуждения измеряют сигнал H(t), наводимый в одном из приемных датчиков 14, а затем определяют минимальное значение сигнала H(t) на интервале Δt. По окончании серии возбуждений определяют оптимальное значение тока в данном лучевом отрезке 4 питающей линии, соответствующее наименьшему из всех минимальных значений H(t). Аналогичным образом находят оптимальные значения токов во всех лучевых отрезках 4 питающей линии. При полученном оптимизированном распределении токов в лучевых отрезках 4 питающей линии производят основное зондирование исследуемой среды электромагнитным полем, имеющим максимально-вертикальную конфигурацию, и измеряют сигналы становления магнитной H(t) и электрической H(t) составляющих поля, наводимые в приемных датчиках 14, 15, расположенных по всей исследуемой площади.

Следует также отметить, что в зависимости от конкретной решаемой задачи на первом этапе исследования вспомогательные измерения сигнала становления магнитной составляющей поля могут быть заменены или дополнены измерениями сигнала становления электрической составляющей. На втором этапе исследования подают ток заданной величины поочередно в каждый из лучевых отрезков 4 питающей линии, в то время как остальные отрезки 4 питающей линии обесточивают, возбуждая таким образом в исследуемой среде электромагнитное поле разноориентированное в горизонтальной плоскости. После каждого возбуждения производят измерения сигнала H(t) и сигнала E(t) по всей исследуемой площади.

Третий этап исследования заключается в том, что подают ток одной заданной величины поочередно в каждый из лучевых отрезках 4 питающей линии, в то время как в остальные отрезки 4 подают одинаковые токи другой заданной величины, возбуждая таким образом в исследуемой среде разноориентированное в пространстве электромагнитное поле, и после каждого возбуждения производят измерения сигнала H(t) и сигнала E(t) по всей исследуемой площади.

Закон изменения тока в отдельных отрезках 4 питающей линии на третьем этапе исследования в принципе может быть любым.

По результатам всех измерений в блоке 17 обработки создается многомерный электромагнитный образ (изображение) геологической среды, путем математического моделирования или с помощью теории распознавания образцов производится идентификация полученного изображения и строится геологический разрез.

Работа устройства, осуществляющего предлагаемый способ, координируется управляющей программой, записанной в ПЗУ блкоа 8 центрального процессора.

После включения питания с пульта управления блока 8 задают параметры зондирования - закон изменения тока генератора 1 возбуждения, т.е. форму зондирующих импульсов, амплитуду, длительность и период их следования, и закон изменения тока в лучевых отрезках 4 питающей линии, а также параметры измерения - количество опрашиваемых измерителей 13, число циклов и временной диапазон измерения. По командам блока 8 центрального процессора коды и признаки параметров зондирования загружаются в регистры данных таймера 9 и блока 6 управления регуляторами 5, а коды и признаки параметров измерения загружаются в ОЗУ измерителей 13 через приемопередатчики 46, 47, 59, после чего устройство ожидает команду "Пуск".

В зависимости от заданного закона изменения тока в лучевых отрезках 4 питающей линии устройство может работать либо в режиме возбуждения электромагнитного поля максимально-вертикальной конфигурации, либо в режиме возбуждения поля заданной горизонтальной или смешанной конфигурации.

В режиме возбуждения поля максимально-вертикальной конфигурации по сигналу "Пуск", поступающему с пульта управления блока 8 на установочный вход триггера 34, разрешается работа счетчика 32 времени. Счетчик 32 времени при этом переписывает в свой внутренний регистр код длительности того временного интервала, признак которого записан в регистре 28 данных. По окончании очередного временно интервала счетчик 35 адреса инкременирует адрес регистра 28 данных и на выход А, В, С, D регистра 29 устанавливается признак следующего временного интервала, а на информационные входы счетчика 32 времени поступает код длительности этого интервала. В зависимости от состояния выходов А, В, С, D регистра 28 (выходы "код признака временного интервала") на выходе формирователя 31 импульсов формируется сигнал "ток-", на выходе формирователя 30 - сигнал "ток+", на выходе мультиплексора 37 - сигнал "начало измерения тока", а на выходе магистрального усилителя 36 - сигнал "начало цикла".

По сигналу "ток+" ("ток-") генератор 1 формирует мощный импульс тока в питающей линии. Одновременно по сигналу "начало измерения тока" запускается сдвиговый регистр 43, который управляет цифровым коммутатором 42. Последний поочередно подключает измерительные выходы генератора 1 возбуждения и регуляторов 5 через аналоговый коммутатор 38 ко входу преобразователя 39 аналог-код и одновременно запускает преобразователь 39, который кодирует сначала ток в цепи нагрузки генератора 1 возбуждения, а затем поочередно в лучевых отрезках 4. С выхода преобразователя 39 коды измеренных значений тока через регистр 40 данных и общую шину 7 поступают в блок 8 центрального процессора, который анализирует полученную информацию и в случае неравенства значений токов в лучевых отрезках 4 питающей линии выдает команду на их уравнивание.

Процесс уравнивания токов в лучевых отрезках 4 протекает следующим образом. С пульта управления блока 8 задается величина и номер соответствующего лучевого отрезка 4 питающей линии. Заданные параметры переписываются в регистр 21 данных блока 6 управления регуляторами 5, а оттуда - в буферный регистр 25 соответствующего формирователя 23. Цифроаналоговый преобразователь 26 формирователя 23 вырабатывает пропорциональный заданному коду аналоговый сигнал, который через усилитель 27 поступает на управляющий вход регулятора 5. Под воздействием аналогового сигнала изменяется сопротивление резистора 19, и следовательно, протекающий в соответствующем лучевом отрезке 4 ток, который наводит в датчике 20 напряжение, пропорциональное величине этого тока. Наведенный сигнал поступает на вход аналогового коммутатора 38 блока 10, где происходит его измерение, аналогично описанному выше. Подобным образом выравниваются значения токов во всех лучевых отрезках 4.

По окончании сигнала "ток+" ("ток-") генератор 1 возбуждения выключает ток в питающей линии и одновременно на выходе магистрального усилителя 36 формируется сигнал "начало цикла", поступающий по проводной линии на синхровходы измерителей 13. При этом тот из измерителей 13, номер которого задан с пульта управления блока 8, переводится из ждущего режима в режим измерения и сигнал становления поля, наводимый в приемном датчике 14 (15), поступает через предусилитель 55 на вход АЦП 56. По сигналу "начало цикла" блок 57 времени начинает вырабатывать в соответствии с временной шкалой измерения сигнал "метки времени", поступающей на вход запуска АЦП 56, по которому последний производит кодирование аналогового сигнала становления. Результаты заданного числа циклов измерения усредняются с помощью процессора 58, а полученные значения через магистраль записываются во входной регистр приемопередатчика 59, после чего измеритель 13 готов к выдаче информации.

Опрос измерителей 13 производится с помощью блока 12 управления. По команде блока 8 центрального процессора дешифратор 45 блока 12 расшифровывает адрес канала (параллельного или последовательного), в который включен заданный измеритель 13, и подключает к общей шине 7 соответствующий приемопередатчик 46 или 47. Выдача информации измерителями 13, включенными последовательно в кольцевой канал, производится следующим образом. Через приемопередатчик 46 центральный процессор блока 8 передает тестовую посылку в кольцевой канал. Тестовая посылка пройдет по кольцевому каналу только в том случае, если все измерители 13 готовы к выдаче информации, после чего центральный процессор блока 8 считывает информацию, пересылаемую передатчиками 59 измерителей 13 в заданном порядке. В то же время в асинхронном режиме производится выдача информации измерителями 13, включенными в параллельный канал. При этом в каждом из измерителей 13, соединенных параллельно, с помощью процессора 58 в приемопередатчик 59 записывается кодовая посылка о готовности к выдаче. После чего приемопередатчик 59 проверяет состояние канала через магистральные усилители 62, 54 и регистр 48 состояния канала. Если параллельный канал свободен, то приемопередатчик 47 через схему 49 и общую шину 7 вызывает прерывание центрального процессора блока 8, который начинает считывание информации, передаваемой приемопередатчиком 59 данного измерителя 13. Таким образом, информация от измерителей 13, включенных в параллельный и кольцевой (последовательный) каналы считывается центральным процессором блока 8 одновременно.

В блоке 8 результаты измерений сравниваются с заданным значением. Если полученные значения превышают заданные, то центральный процессор блока 8 выдает команду изменить значение тока в данном лучевом отрезке 4 и процесс измерения повторяется. По результатам измерений, произведенных при различных значениях тока в этом лучевом отрезке 4, центральный процессор блока 8 определяет оптимальное значение тока, соответствующее значению параметра становления поля наиболее близкому к заданной величине. При полученном оптимальном распределении токов во всех лучевых отрезках 4 по команде центрального процессора блока 8 производится основное зондирование. При этом по выключении тока в питающей линии таймер 9 формирует сигнал "начало цикла", по которому все измерители 13 начинают измерения. Результаты измерений передаются вышеописанным образом через блок 6 и общую шину 7 в регистратор 11.

В режиме возбуждения поля заданной конфигурации с пульта управления блока 8 задается закон изменения тока в лучевых отрезках 4 питающей линии, а именно последовательность выключения тока в лучевых отрезках 4 и значение токов в каждом из отрезков 4. По сигналу "Пуск" генератор 1 возбуждения формирует в питающей линии мощные импульсы тока, как описано выше. По командам центрального процессора блока 8 коды и признаки заданных значений токов в лучевых отрезках 4 загружаются в регистр 21 данных блока 6 управления регуляторами 5. При этом преобразователи 26 формирователей 23 вырабатывают аналоговые сигналы, пропорциональные кодам значений заданных токов, а одновибраторы 24 вырабатывают управляющие импульсы. Аналоговые сигналы поступают на управляющие входы соответствующих регулируемых резисторов 19, а управляющие импульсы на управляющие входы соответствующих ключей 18. Таким образом в заданных лучевых отрезках 4 ток либо принимает заданное значение, либо выключается. Наличие или отсутствие тока в лучевом отрезке 4, а также его величина контролируется с помощью датчика 20 тока. Измерение сигналов становления магнитной и электрической составляющих поля производится с помощью всех измерителей 13 аналогичному тому, как это было описано выше. Результаты измерений заносятся в регистратор 10, а затем пересылаются через общую шину 7 и интерфейсный модуль 16 в блок 17 обработки.

В блоке 17 обработки по результатам всех измерений создается многомерный электромагнитный образ исследуемой среды, производится идентификация полученного образа и построение геологического разреза.

Предлагаемый способ прямых поисков геологических объектов и устройство для его осуществления позволяют возбуждать электромагнитное поле в широком пространственно-временном диапазоне (вертикальной, горизонтальной и смешанной конфигурации), благодаря чему становится возможным выбор наиболее оптимальной пространственно-временной структуры поля, максимально взаимодействующей с исследуемым объектом, а значит становится возможным с высокой разрешающей способностью выявлять тонкие плохопроводящие геологические объекты типа "залежь".

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЯМЫХ ПОИСКОВ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ прямых поисков геологических объектов, заключающийся в том, что в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, одни из которых располагают в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, измеряют параметры становления электрической составляющей поля по профилям, радиально расходящимся от центра окружности, и по результатам измерений судят о строении исследуемой среды, отличающийся тем, что дополнительно измеряют параметры становления магнитной составляющей поля, а величины токов, подводимых к питающим электродам, расположенным по окружности, устанавливают в соответствии с заданным законом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величины токов, подводимых к питающим электродам, расположенным по окружности, устанавливают такими, чтобы скорость спада электрической составляющей поля была максимальной и/или магнитная составляющая поля имела минимальную величину.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что один из питающих электродов заглубляют в скважину, центральную ось которой совмещают с центральной осью окружности, на которой располагают другие питающие электроды.

4. Устройство для прямых поисков геологических объектов, содержащее генераторный контур, подключенный к генератору возбуждения, измерительный выход которого соединен с информационным входом блока измерения тока, а управляющий вход соединен с первым выходом таймера, связанного общей шиной с блоком центрального процессора и блоком измерения тока, а также содержащее приемные датчики, регистратор и измеритель электроразведочного сигнала, отличающееся тем, что генераторный контур содержит одни питающие электроды, расположенные в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, и регуляторы тока с блоком управления регуляторами, кроме того, число измерителей электроразведочного сигнала увеличено до числа приемных датчиков, а также дополнительно введены блок управления измерителями, интерфейсный модуль и блок обработки, причем первый выход генератора возбуждения подключен к одним питающим электродам, расположенным в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, которые подключены к второму выходу генератора возбуждения с помощью соответствующих лучевых отрезков питающей линии, расположенных на местности по радиусам этой окружности через равные углы, не превышающие 60^o, причем в каждый лучевой отрезок питающей линии включен регулятор тока, соединенный измерительным выходом с соответствующим входом блока измерения тока и связанный управляющим входом через блок управления регуляторами с общей шиной, каждый измеритель электроразведочного сигнала подключен к соответствующему датчику, при этом измерители, соединенные между собой последовательно и/или параллельно, подключены через блок управления измерителями к общей шине, с которой связаны также регистратор и интерфейсный модуль, соединенный с блоком обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8