Способ геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне. Сущность изобретения: способ геоэлектроразведки заключается в возбуждении нестационарного электромагнитного поля путем выключения тока J₀ в генераторно-приемном контуре, определении максимальной амплитуды U и полярности ЭДС самоиндукции контура, подаче в промежуток времени от t₁ до t₂ на генераторно-приемный контур напряжения E₁ с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура. В промежуток времени от t₀ - начала выключения тока до t₁ подают напряжение E₂ с полярностью, противоположной ЭДС источника, создающего ток J₀, измерении ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Δt начала отсчета относительно момента времени t₀, по которой определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза. Моменты времени t₁ и t₂ подбирают, добиваясь отсутствия в регистрируемом сигнале собственных колебательных процессов генераторно-приемного контура, а величину напряжения E₂ и величину задержки Δt начала отсчета определяют из соотношений E₂≥4, Δt ≥ t₂- t_o. 7 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне.

Известен способ геоэлектроразведки [1] основанный на циклическом возбуждении неустановившегося электромагнитного поля выключением тока в источнике, измерении этого поля с задержкой начала отсчета времени измерения относительно момента выключения тока и определении по полученным результатам строения геологического разреза. В каждом цикле измеряют величину заряда, перенесенного выключаемым током за время выключения, и величину тока в источнике в момент времени, предшествующий его выключению. Задержку начала отсчета времени измерения в каждом цикле устанавливают равной отношению этих величин в предыдущем цикле.

Однако указанный способ недостаточно эффективен, поскольку не предусмотрены меры уменьшения начальной глубины исследования.

Известен способ геоэлектроразведки [2] заключающийся в возбуждении нестационарного электромагнитного поля путем выключения тока в генераторно-приемном контуре, определении периода собственных колебаний, добротности эквивалентного генераторно-приемного контура, максимальной амплитуды и полярности ЭДС самоиндукции, подаче на генераторно-приемный контур постоянного напряжения в момент времени t₁ с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура, отключении его в момент времени t₂, измерении ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Δt начала отсчета относительно момента t₀ начала выключения тока, по которой определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза.

Однако в указанном способе эффективность геоэлектроразведки достигают путем дополнительных измерений нескольких параметров генераторно-приемного контура (периода собственных колебаний, добротности, амплитуды, полярности ЭДС самоиндукции) и расчета по ним моментов переключения поглощающей нагрузки (источника напряжения с малым внутренним сопротивлением) и задержки начала отсчета регистрируемого сигнала. В силу ограниченной точности измерений и приближенности расчетных соотношений при реализации способа указанные моменты времени нуждаются в корректировке и подборе экспериментальным путем, что делает нецелесообразным измерение ряда параметров собственных колебаний генераторно-приемного контура и снижает достоверность получаемых результатов в силу неточного определения задержки начала отсчета регистрируемого сигнала. Кроме того, минимальное время отключения тока в генераторно-приемном контуре и, следовательно, начальная глубина исследований ограничены и определяются временем отключения тока, примерно равным четверти периода собственных колебаний контура.

Целью изобретения является повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных.

Поставленная цель достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, заключающемся в возбуждении нестационарного электромагнитного поля путем выключения тока в генераторно-приемном контуре, определении максимальной амплитуды и полярности ЭДС самоиндукции контура, подаче в промежуток времени от t₁ до t₂ на генераторно-приемный контур напряжения E₁ с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура, измерении ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Δt начала отсчета относительно момента времени t₀ начала выключения тока, по которой определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза, на генераторно-приемный контур в промежуток времени от t₀ до t₁ подают напряжение E₂ с полярностью, противоположной ЭДС источника, создающего ток J₀, подбирают моменты времени t₁ и t₂, добиваясь отсутствия в регистрируемом сигнале собственных колебательных процессов генераторно-приемного контура, определяют значение t₂, а величину напряжения E₂ и величину задержки Δt начала отсчета находят из соотношений.

Решений с указанной совокупностью признаков в известной патентной и научно-технической литературе не обнаружено. Для достижения поставленной цели необходимо уменьшить время отключения тока в генераторно-приемном контуре. Этот эффект достигается воздействием на контур в момент времени t₀ - начала отключения тока дополнительным напряжением с полярностью, противоположной ЭДС источника, создающего начальный ток J₀. Величина и полярность этого дополнительного напряжения E₂ определяются на основании измерения меньшего, чем в способе-прототипе числа параметров собственных колебаний контура (амплитуды и полярности ЭДС самоиндукции). Кроме того, моменты переключения постоянного напряжения, обуславливающего поглощение энергии, запасаемой реактивными элементами генераторно-приемного контура, определяются не расчетным путем, а подбираются экспериментально таким образом, чтобы в регистрируемом сигнале отсутствовали собственные колебательные процессы. Для повышения достоверности получаемых данных измерение ЭДС неустановившегося электромагнитного поля производят с задержкой начала отсчета относительно начала выключения тока на промежуток времени, после которого собственные колебательные процессы в контуре будут полностью отсутствовать.

На фиг. 1 изображена эквивалентная схема генераторно-приемного контура, на фиг.2 приведены диаграммы изменения тока и напряжения в генераторно-приемном контуре, на фиг.3 диаграммы сигналов в контуре при подключении дополнительного источника напряжения E₁, на фиг.4 диаграммы процессов при кратковременном воздействии на контур напряжения E₁, на фиг.5 - диаграммы сигналов при подключении дополнительного источника в различные моменты времени, на фиг. 6 приведены диаграммы изменения тока и напряжения в контуре при отсутствии и наличии источника дополнительного напряжения E₂, на фиг.7 показаны процессы, протекающие в генераторно-приемном контуре при отключении тока в известном и предлагаемом способах.

Как показано на фиг.1, эквивалентная схема генераторно-приемного контура содержит индуктивность L с активным сопротивлением R и емкость C. К контуру с помощью ключей K₁, K₂, K₃ подключают источники напряжения E₀, создающий начальный ток J₀, E₁ с внутренним сопротивлением r₁, выполняющий функции поглощающей нагрузки, E₂ с внутренним сопротивлением r₂, ускоряющий процесс выключения тока в контуре. На фиг. 2 изображены диаграмма 1 тока в индуктивности генераторно-приемного контура и диаграмма 2 напряжения на его эквивалентной емкости. На фиг.3 приведены диаграммы тока 3 и напряжения 4 на контуре при воздействии на него в момент времени t₁ дополнительного напряжения E₁. На фиг.4 диаграммы тока 5 и напряжения 6 на контуре при кратковременном (от t₁ до t₂) воздействии на контур напряжения E₁. На фиг.5 приведены диаграммы тока 7, 9 и напряжения 8, 10 при различных моментах включения дополнительного источника E₁ (диаграммы 7, 8 при t₁₁<t, диаграммы 9, 10 при t₁₂>t₁). На фиг. 6 изображены диаграммы тока 1, 11, напряжения 2, 12 при отсутствии (1, 2) и наличии (11, 12) ускоряющего напряжения E₂. На фиг.7 приведены диаграммы 5, 6 изменения тока и напряжения на генераторно-приемном контуре по известному способу-прототипу, 13, 14 по заявляемому способу.

Предлагаемый способ осуществляют исходя из следующих теоретических предпосылок, подтвержденных экспериментальным путем.

Генераторно-приемный контур представляет собой колебательную LRC-систему (фиг.1), в которой при отключении тока J₀, создаваемого источником E₀, путем размыкания ключа K₁ в момент времени t₀ возникает собственный затухающий колебательный процесс (фиг.2, диаграммы 1, 2), искажающий регистрируемый полезный отклик от среды (ЭДС неустановившегося электромагнитного поля), особенно на ранних стадиях его становления. Для уменьшения начального времени достоверной регистрации и отклика необходимо обеспечить режим, при котором собственные переходные процессы затухали бы наиболее быстро. С этой целью на генераторно-приемный контур воздействуют в течение короткого промежутка времени напряжением с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура, например, путем подключения к контуру с помощью ключа K₃ источника E₁ с малым внутренним сопротивлением r₁, выполняющим функции поглощающей нагрузки. При этом в контуре возникают апериодические процессы перезаряда его реактивных элементов (фиг.3, диаграммы 3, 4). Подключение поглощающей цепи производят в момент времени t₁, близкий к моменту перехода тока в индуктивной ветви эквивалентного контура через нулевое значение, таким образом, чтобы он достигал нулевого значения одновременно с полным разрядом емкости. В момент времени t₂, когда величины напряжения на элементе емкости и тока через элемент индуктивности одновременно достигают нулевое значение, производят отключение поглощающей цепи. При этом энергия, накапливаемая в реактивных элементах, следовательно, и колебания в контуре будут отсутствовать, а он тем самым будет готов к приему полезной информации.

Очевидно, что при изменении момента подключения поглощающей нагрузки t≠t₁ ток и напряжение на контуре не будут одновременно проходить через нулевые значения (фиг.5, диаграммы 7, 8, 9, 10) и, следовательно, не существует такого момента, когда полная запасенная энергия в контуре равнялась бы нулю. Таким образом, подбирая моменты подключения t₁ и отключения t₂ поглощающей нагрузки (источника E₁ с малым внутренним сопротивлением), можно добиться быстрого отключения тока в генераторно-приемном контуре и отсутствия собственных колебательных процессов в нем за время, примерно равное четверти периода этих колебаний. При некоторых условиях это время можно еще уменьшить, если одновременно с началом отключения тока в момент времени t₀ на генераторно-приемный контур воздействовать дополнительным напряжением, например, путем подключения к контуру с помощью ключа K₂ источника напряжения E₂ с малым внутренним сопротивлением r₂ и полярностью, противоположной E₀. При этом процессы в контуре становятся апериодическими (фиг.6, диаграммы 11, 12). Ток в индуктивной ветви 11 будет достигать нулевого значения быстрее, чем в колебательном режиме 1. Поглощающую же цепь (E₁r₁) подключают описанным выше способом в момент времени, близкий к моменту прохождения током нулевого значения (<t) (фиг.7), чем и достигается уменьшение времени отключения тока <t и уменьшение начальной глубины исследований. Однако указанный выигрыш во времени становится невозможным в случае, если амплитуда первого выброса ЭДС самоиндукции контура (диаграмма 2, фиг.2) окажется выше ЭДС источника E₂, т.к. процесс перезаряда индуктивности, а следовательно, и момент перехода тока через нулевое значение затягиваются вследствие ограничения напряжения на емкости встречным источником на уровне его ЭДС. Т.о. для получения вышеназванного эффекта должно выполняться условие E₂≥U.2 Повышение достоверности получаемых данных достигают тем, что регистрацию полезной информации начинают с задержкой Δt относительно начала отключения тока, когда искажающее влияние собственных колебательных процессов в генераторно-приемном контуре отсутствует, т.е. через промежуток времени Δt ≈t₂-t₀.

Геологическая эффективность способа определяется возможностью исследования верхней части разреза.

Пример. Для количественной оценки ожидаемого эффекта от применения данного способа исследовались процессы на физической модели генераторно-приемного контура с периодом собственных колебаний, равным T=4 мс (для реального контура этот период составляет величину порядка десятков мкс). При этом максимальная ЭДС самоиндукции составляла U=10 В, а время отключения тока известным способом t₂-t₀≈ Т/4=1 мс. При подаче на контур встречного напряжения E₂=12 В > U=10 В ток в контуре достигал нулевого значения через промежуток времени порядка 0,45 мс. Т.о. время отключения тока и, следовательно, начальная глубина исследований могут быть уменьшены более чем в два раза.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, заключающийся в возбуждении нестандартного электромагнитного поля путем выключения тока I₀ в генераторно-приемном контуре, определении максимальной амплитуды U и полярности ЭДС самоиндукции контура, подаче в промежуток времени t₁ t₂ на генераторно-приемный контур напряжения E₁ полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции контура, измерении ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Δt начала отсчета относительно момента времени t₀ - начала выключения тока, по которой определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза, отличающийся тем, что на генераторно-приемный контур в промежуток времени t₀ t₁ подают напряжение E₂ с полярностью, противоположной ЭДС источника, создающего ток I₀, подбирают моменты времени t₁ и t₂, добиваясь отсутствия в регистрируемом сигнале собственных колебательных процессов генераторно-приемного контура, определяют значение t₂, а величину напряжения E₂ и величину задержки Δt начала отсчета определяют из соотношения и

РИСУНКИ

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