Способ вертикального индукционного зондирования

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при изучении геоэлектрического строения Земли для выявления аномально проводящих объектов, перекрытых сверху слоем с пониженным удельным сопротивлением. Технический результат: повышение информативности и точности измерений. Сущность: исследуемая среда возбуждается переменным магнитным полем, создаваемым четырьмя вертикальными магнитными моментами, которые располагают на одной прямой попарно симметрично относительно точки измерения. Направления магнитных моментов в каждой паре устанавливают взаимно противоположными. Магнитные моменты, расположенные по одну сторону точки измерения, также устанавливают взаимно противоположно. Отношение магнитного момента к разносу внутренней пары магнитных моментов устанавливают равным отношению магнитного момента к разносу внешней пары магнитных моментов. Измеряют частотную зависимость реальной составляющей горизонтальной компоненты магнитного поля, параллельной прямой, на которой расположены магнитные моменты. По виду частотной зависимости кажущегося сопротивления, рассчитанного по реальной составляющей, определяют параметры разреза. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при изучении геоэлектрического строения Земли. Область преимущественного применения: выявление аномально проводящих объектов, перекрытых сверху слоем с пониженным удельным сопротивлением.

Известен способ дипольного индукционного зондирования [1], в котором приемник и возбуждающий вертикальный магнитный диполь разносят на расстояние, превышающее две глубины залегания изучаемого объекта. Достоинством этого способа является высокая помехоустойчивость, что связано с измерениями гармонического сигнала. Однако этот способ имеет существенные недостатки:

1) при больших разносах большие искажения в результаты измерений вносят аномальные поля от поверхностных горизонтальных неоднородностей;

2) неопределенность положения точки записи на профиле;

3) невозможность выделения аномальных слоев, перекрытых сверху низкоомным слоем.

Известен также способ [2] МПП (метод переходных процессов). Этот способ обладает достаточно высокой чувствительностью, но низкая помехозащищенность этого способа не позволяет в ряде случаев производить качественные измерения.

Оба упомянутые выше способа обладают одним общим недостатком: первичное магнитное поле источника имеет максимум амплитуды вблизи поверхности Земли, поэтому измеряемый сигнал содержит в основном информацию о верхних слоях разреза, в то же время амплитуда вторичного магнитного поля, генерируемого глубокозалегающими слоями, мала и, зачастую, не может быть измерена, так как выходит за рамки чувствительности измерительной установки.

Для устранения этого недостатка в способе [3] (прототип) предложена вертикальная фокусировка первичного магнитного поля источника, что позволяет ослабить влияние на измеряемый сигнал верхних слоев разреза. Однако недостаточная фокусировка первичного магнитного поля в ряде случаев приводит к невозможности получения желаемого результата.

Целью предлагаемого технического решения является повышение чувствительности измерений за счет более полного ослабления влияния на измеряемый сигнал верхних слоев разреза.

Поставленная цель достигается тем, что исследуемая среда возбуждается переменным магнитным полем, создаваемым четырьмя вертикальными магнитными моментами, которые располагают на одной прямой попарно симметрично относительно точки измерения, направления магнитных моментов в каждой паре устанавливают взаимно противоположными, магнитные моменты, расположенные по одну сторону точки измерения, также устанавливают взаимно противоположно, отношение магнитного момента к разносу внутренней пары магнитных моментов устанавливают равным отношению магнитного момента к разносу внешней пары магнитных моментов, измеряют частотную зависимость реальной составляющей горизонтальной компоненты магнитного поля, параллельной прямой, на которой расположены магнитные моменты, по виду частотной зависимости кажущегося сопротивления (ρ_k ^r), рассчитанного по реальной составляющей, определяют параметры разреза.

На фиг.1 схематически изображена установка, с помощью которой предлагается реализовать предлагаемый способ. Магнитные моменты M1 и М2 расположены на расстояниях соответственно d1 и d2 относительно центра установки. Ниже при расчетах везде будут использоваться соотношения М2=1.2М1, d2=1.2d1. В центре установки помещают датчик фазочувствительного приемника, с помощью которого измеряют реальную составляющую горизонтальной компоненты магнитного поля, параллельной линии, на которой расположены магнитные моменты.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Начинают процедуру частотного зондирования с минимальных значений разноса d1, тем самым определяя структуру верхних слоев разреза. Увеличивая величину d1 с произвольным шагом, повторяют эту процедуру до тех пор, пока величина d1 не сравняется со значением заданной глубины исследований.

В качестве доказательства возможности практического применения предлагаемого способа рассмотрим результаты математического моделирования для трех- и пятислойных разрезов.

На фиг.2 показана частотная зависимость ρ_k ^r для разреза, содержащего низкоомный слой наносов (ρ1=10 Ом·м, h1=40 м), водоносный горизонт (ρ2=30 Ом·м, h2=50 м) и низкоомное основание (морские отложения ρ3=8 Ом·м). Для выделения водоносного горизонта с помощью дипольной установки требуется разнос порядка 0.5 км, в то время как квадрупольная установка выделяет водоносный горизонт при d1=40 м (кривая 1 на фиг.2). На фиг.2 кривая 2 показывает частотную зависимость, полученную с помощью дипольной установки при разносе 40 м, видно, что водоносный горизонт в данном случае не выделяется.

На фиг.3 показана частотная зависимость ρ_k ^r для пятислойного разреза, содержащего слой близповерхностных отложений (ρ1=100 Ом·м, h1=1.8 м), слой глины (ρ2=10 Ом·м, h2=9.8 м), слой раздробленной породы (ρ3=200 Ом·м, h3=30 м), водоносный горизонт (ρ4=20 Ом·м, h3=10 м), коренные породы (ρ5=500 Ом·м). В данном случае экранирующий слой (глина) не выходит на поверхность. Учитывая глубину залегания водоносного горизонта, целесообразно выбрать величину d1, равной 41.6 м. Как видно на фиг.3, частотная зависимость ρ_k ^r в данном случае позволяет выделить все пять слоев разреза.

На фиг.4 показана частотная зависимость ρ_k ^r для того же разреза, полученная с помощью дипольной установки с тем же разносом. Видно, что дипольная установка способна в данном случае выделить только два верхних слоя.

Следует отметить, что известные методы электроразведки (ВЭЗ, дипольный метод) позволяют выделять водоносные горизонты при наличии низкоомных экранирующих слоев. Однако для этого требуются большие разносы (а следовательно, и большие мощности источников питания). Кроме того, при наличии горизонтальной неоднородности при больших разносах возникают неизбежные трудности при интерпретации экспериментальных результатов.

Таким образом, предлагаемый способ обладает следующими достоинствами:

1) возможность выделять аномально проводящие объекты, перекрытые низкоомными слоями, с помощью относительно маломощных источников питания;

2) использование малых разносов позволяет упростить интерпретацию экспериментальных данных при наличии горизонтально неоднородных разрезов;

3) измерения магнитного поля в предлагаемом способе производят на отдельных частотах; это позволяет использовать при измерении переменного магнитного поля частотные фильтры, что повышает помехозащищенность предполагаемого способа.

4) точка записи совпадает с точкой измерения, так как измерительная установка обладает центральной симметрией.

Источники информации

1. Матвеев Б.К. Электроразведка. М.: Наука, 1990 г., с.368.

2. Электроразведка. Справочник геофизика. Кн.1. М.: Недра, 1989, с.438.

3. Патент RU 2230341, кл. G01V 3/08, БИ 16, 2004 г.

Способ вертикального индукционного зондирования, заключающийся в возбуждении исследуемой среды переменным магнитным полем, создаваемым четырьмя вертикальными магнитными моментами, отличающийся тем, что магнитные моменты располагают на одной прямой попарно симметрично относительно точки измерения, направления магнитных моментов в каждой паре устанавливают взаимно противоположными, магнитные моменты, расположенные по одну сторону точки измерения, также устанавливают взаимно противоположно, отношение магнитного момента к разносу внутренней пары магнитных моментов устанавливают равным отношению магнитного момента к разносу внешней пары магнитных моментов, измеряют частотную зависимость реальной составляющей горизонтальной компоненты магнитного поля, параллельной прямой, на которой расположены магнитные моменты, по виду частотной зависимости кажущегося сопротивления, рассчитанного по реальной составляющей, определяют параметры разреза.