Способ совмещения трехэлектродного, вертикального и однополярного электрических зондирований

Авторы патента:

G01V3/02 - путем распространения электрического тока

Владельцы патента RU 2427007:

Учреждение Российской академии наук Институт геофизики Уральского отделения (РАН) (RU)

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления. Технический результат: повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в геологической среде. Сущность: на профиле наблюдений выполняют два трехэлектродных зондирования с помощью установки, содержащей четыре заземления, размещенные на одной линии симметрично относительно точки наблюдений. Пятое заземление относят в практическую «бесконечность» и подключают к одной из клемм источника электрического тока. Центральные заземления подключают к измерителю электрического напряжения. При выполнении измерений к другой клемме источника электрического тока поочередно подключают крайние питающие заземления. Измеряют между приемными заземлениями падение напряжения ΔU_AMN и ΔU_A'MN. Повторяют операции при всех заданных положениях питающих заземлений. По измеренным падениям напряжений вычисляют в каждой точке наблюдений при заданных разносах падение электрического напряжения для вертикальных электрических зондирований и падение электрического напряжения для однополярных зондирований. По измеренным и вычисленным падениям напряжения определяется распределение кажущегося электрического сопротивления в разрезах для двух трехэлектродных и вертикальных зондирований и распределение в разрезе падения напряжения для однополярных зондирований. По результатам судят о наличии и расположении в разрезе геологических неоднородностей. 1 табл., 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электрической разведке по методу электросопротивления и позволяет повысить эффективность изучения верхней части геологического разреза и выявления локальных неоднородностей как в близповерхностных образованиях, так и в коренных породах.

Область преимущественного применения предлагаемого способа: картирование геологической среды при инженерно-геологических изысканиях; обнаружение зон тектонически раздробленных, водопроницаемых горных пород; выявление проводящих (рудоносных) объектов, перекрытых рыхлыми отложениями; изучение состояния грунтовых инженерных сооружений и др.

Известен способ вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), в котором используются четыре заземления, расположенные на одной линии (профиле наблюдений). Два из них - приемные (М, N), каждое из которых отстоит на одинаковом расстоянии по разные стороны от центра установки (пункта наблюдений), и подключены к измерительному прибору. Два других заземления - питающие (А, В) - размещены на одинаковом (заданном) расстоянии по профилю наблюдений центра установки и подключены к клеммам источника электрического тока. При одном размещении питающих заземлений измеряется падение напряжения ΔU_MN между приемными заземлениями (Фиг.1,а). Затем питающие заземления перемещаются на следующее заданное расстояние от центра установки, процесс измерений повторяется и т.д. По результатам электрического зондирования вычисляют значения кажущегося электрического сопротивления среды для каждого положения питающих заземлений (А, В) и по изменению электросопротивления в зависимости от расстояния между питающими заземлениями судят о геоэлектрическом строении среды [1].

Известный способ имеет недостатки: он предназначен для изучения горизонтально-слоистых сред, поэтому при неоднородном строении исследуемого геологического разреза, а особенно в близповерхностной его части, истолкование полученных экспериментальных данных является неоднозначным; присутствие непроводящего слоя в геологическом разрезе затрудняет изучение нижних горизонтов.

Известен способ электрического зондирования с однополярной установкой (метод наложения полей), в котором два питающих (А, А^/) и два приемных (М, N) заземления размещаются на одной линии (профиле наблюдений) так, что заземления (А) и (М) располагаются с одной стороны, а (А^/) и (N) - с другой, на заданном расстоянии от центра установки (пункте наблюдений), а еще одно питающее заземление (В) отнесено в практическую бесконечность и подключается к одной из клемм источника электрического тока. Два других питающих заземления (А, А^/) подключаются к другой клемме источника электрического тока и с помощью специального устройства осуществляется приведение к единому значению электрических токов, стекающих с питающих заземлений (А) и (А^/). Приемные заземления (М, N) подключаются к измерительному прибору. При первом положении питающих заземлений (А, А^/) измеряется падение электрического напряжения ΔU_MN между приемными заземлениями (Фиг.1,б). Затем заземления (А) и (А^/) перемещаются на одинаковое (заданное) расстояние от центра установки, измерения повторяются и т.д. [2].

В однородной и горизонтально-слоистой среде значения падения электрического напряжения ΔU_MN равны нулю. При наличии в геологической среде неоднородности, отличающейся по электрофизическим свойствам от вмещающих пород, на графиках ΔU_MN по профилю наблюдений фиксируются знакопеременные экстремумы падения электрического напряжения с переходом через ноль [3].

Известный способ имеет следующие недостатки: во-первых, требуется очень четкое поддержание одинакового значения электрического тока, стекающего с питающих заземлений (А) и (А^/) в процессе производства измерений; во-вторых, измерительная аппаратура должна обеспечивать возможность определения знака ΔU_MN; в-третьих, аномальный эффект проявляется как над проводящей, так и над непроводящей неоднородностью, в связи с чем затруднительно определить природу выявленного геоэлектрического объекта.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в геологической среде и снижение неоднозначности интерпретации экспериментальных данных за счет совмещения трехэлектродного, вертикального и однополярного электрических зондирований; повышение производительности труда, так как не потребуется для способа однополярного зондирования при каждом измерении поддерживать одинаковым ток, стекающий с питающих заземлений; возможность применения любой электроразведочной аппаратуры, предназначенной для методов сопротивлений.

Поставленная цель достигается тем, что используется метод двух трехэлектродных зондирований, в котором на профиле наблюдений размещают четыре заземления на одной линии симметрично относительно точки наблюдений, совпадающей с центром установки, а пятое заземление относят в практическую «бесконечность» и подключают к одной из клемм источника электрического тока, центральные заземления подключают к измерителю электрического напряжения, при выполнении измерений к другой клемме источника электрического тока поочередно подключают крайние питающие заземления и измеряют между приемными заземлениями падение напряжения ΔU_AMN и ΔU_A'MN, после выполнения измерений при одном положении крайних питающих заземлений их перемещают на одинаковое заданное расстояние от центра установки и процесс измерений повторяют, выполняют указанные операции при всех заданных положениях питающих заземлений, затем по измеренным падениям напряжений для двух трехэлектродных зондирований вычисляют в каждой точке наблюдений при заданных разносах падение электрического напряжения для вертикальных электрических зондирований ΔU_BЭЗ, и падение электрического напряжения для однополярных зондирований ΔU_МНП, по измеренным и вычисленным падениям напряжения определяется распределение кажущегося электрического сопротивления в разрезах для двух трехэлектродных и вертикальных зондирований, а также распределение в разрезе падения напряжения для однополярных зондирований и по результатам зондирований судят о наличии и расположении в разрезе геоэлектрических неоднородностей.

На фиг.1,в показана схема установки для трехэлектродного зондирования. Сигнал ΔU_AMN измеряют при использовании в качестве питающих заземлений (А) и (В). Сигнал ΔU_A'MN измеряют при использовании в качестве питающих заземлений (А^/) и (В).

Предлагаемый способ осуществляется с электроразведочной аппаратурой, предназначенной для электромагнитных исследований (например, ЭРА, ЭРА-ЗНАК, ЭРА-МАХ, либо зарубежными аналогами, работающими на постоянном или переменном низкочастотном токе), следующим образом. На профиле наблюдений размещают четыре заземления (A,M,N,А^/) на одной линии симметрично относительно точки наблюдений (О), совпадающей с центром установки (фиг.1,в), а пятое заземление (В) относят в «бесконечность» и подключают к одной из клемм источника электрического тока. Заземления (М) и (N) подключают к измерителю электрического напряжения. При выполнении измерений к другой клемме источника электрического тока поочередно подключают питающие заземления (А) и (А7^/), измеряют между приемными заземлениями (MN) падение напряжения ΔU_AMN и AU_A'MN соответственно. После выполнения измерений при одном положении питающих заземлений (А) и (А^/) их перемещают на одинаковое заданное расстояние от центра установки (О) и процесс измерений повторяют. Указанные операции повторяют при всех заданных положениях питающих заземлений. Таким образом, на одной точке наблюдений получают две кривые зондирования, соответствующие двум трехэлектродным установкам AMN(В→∞) и A^/MN(В→∞) [4].

По измеренным падениям напряжений для двух трехэлектродных зондирований вычисляют на каждой точке при каждом разносе:

где ΔU_BЭЗ - падение электрического напряжения для вертикальных электрических зондирований, ΔU_МНП - падение электрического напряжения для однополярной установки (метод наложения полей).

Для обоснования выражений (1), (2) приведем измеренные падения напряжения в виде:

В методе вертикальных электрических зондирований падение напряжения на заземлениях (М) и (N) при подключении заземления (А) к положительной, а (А^/) - к отрицательной клеммам источника электрического тока вычисляется по формуле:

которая с учетом формул (3)-(4) приводится к виду:

В тех случаях, когда осуществляются модульные измерения падения напряжения на приемных заземлениях (М) и (N), формулу (6) следует преобразовать с учетом знаков слагаемых, входящих в выражение. Поскольку величина потенциала обратно пропорциональна расстоянию до точки наблюдений, т.е. до заземления (М) и (N), то всегда ΔU_AMN>0, т.к. U_AM>U_AN, соответственно ΔU_A'MN<0 и формула (6) с использованием модульных измерений преобразуется к виду:

В методе наложения полей (МНП) применяется однополярная установка так, что два питающих заземления (А) и (А^/) подключены к одной клемме источника тока, например к положительной, а третье (отрицательное) отнесено в «бесконечность». При этом падение напряжения на заземлениях (М) и (N) вычисляется по формуле:

которая с учетом (3)-(4) приводится к виду:

При осуществлении модульных измерений падения напряжений на приемных заземлениях (М) и (N) формула (9) преобразуется аналогичным образом, как и формула (6), с учетом знаков слагаемых, входящих в выражение:

Очевидно, что для однородного проводящего полупространства ΔU_МНП=0. При наличии в нем геоэлектрических неоднородностей ΔU_МНП может быть как положительной, так и отрицательной величиной, отражая особенности распределения электрофизических параметров среды.

По обследованному профилю наблюдений по значениям (ΔU_AMN), (ΔU_A'MN) и (ΔU_ВЭЗ) вычисляют значения кажущегося электросопротивления (ρ_к) и строят разрезы ρ_к для трехэлектродных и четырехэлектродной симметричной (ВЭЗ) установок, а также разрез (ΔU_МНП). По разрезу падения электрического напряжения, полученного по результатам измерений с однополярной установкой (ΔU_МНП), выделяют геоэлектрические неоднородности, а по разрезам кажущегося электросопротивления определяют электропроводность неоднородности (повышенная или пониженная по сравнению с вмещающей средой), уточняют морфологию объекта и с учетом этого проводят количественную интерпретацию результатов вертикального электрического зондирования.

На фигуре 2 приводится таблица значений разности потенциалов, полученных на одной из профильных точек совмещенных зондирований при проведении экспериментальных работ. Зондирования выполнялись с полуразносами (r=АА^//2) от 1,5 до 15 метров по предложенному в заявке способу. Кроме того, для контроля при этих же разносах были дополнительно выполнены вертикальные электрические зондирования по стандартной методике [1], при которых разности потенциалов (ΔU_MN) практически совпадают с разностями потенциалов, полученных при совмещенных зондированиях ΔU_ВЭЗ (фиг.2, столбец 4 и 6).

Преимущество предлагаемого способа состоит в повышении эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей, как в верхней части геологического разреза, так и в коренных геологических образованиях за счет комплексирования четырех методов электрического зондирования, повышающих геоэлектрическую информативность исследований при высокой производительности работ.

Способ совмещения трехэлектродного, вертикального и однополярного зондирований использует метод двух трехэлектродных зондирований, в котором на профиле наблюдений размещают четыре заземления на одной линии симметрично относительно точки наблюдений, совпадающей с центром установки, а пятое заземление относят в практическую «бесконечность» и подключают к одной из клемм источника электрического тока, центральные заземления подключают к измерителю электрического напряжения, при выполнении измерений к другой клемме источника электрического тока поочередно подключают крайние питающие заземления и измеряют между приемными заземлениями падение напряжения ΔU_AMN и ΔU_A'MN, после выполнения измерений при одном положении крайних питающих заземлений их перемещают на одинаковое заданное расстояние от центра установки и процесс измерений повторяют, выполняют указанные операции при всех заданных положениях питающих заземлений, затем по измеренным падениям напряжений для двух трехэлектродных зондирований вычисляют в каждой точке наблюдений при заданных разносах падение электрического напряжения для вертикальных электрических зондирований ΔU_ВЭЗ и падение электрического напряжения для однополярных зондирований ΔU_МНП, по измеренным и вычисленным падениям напряжения определяется распределение кажущегося электрического сопротивления в разрезах для двух трехэлектродных и вертикальных зондирований, а также распределение в разрезе падения напряжения для однополярных зондирований и по результатам зондирований судят о наличии и расположении в разрезе геологических неоднородностей.

Похожие патенты:

Способ геоэлектроразведки // 2426153

Изобретение относится к геоэлектроразведке и предназначено для регистрации внутренних изменений структуры массива горных пород, в частности образования закрытых полостей, трещиноватых зон, зон тектонического дробления.

Способ определения литологического состава мерзлых пород // 2420765

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданских и промышленных объектов в криолитозоне.

Способ измерения временных вариаций удельного сопротивления земли // 2334253

Изобретение относится к измерениям свойств геологических объектов. .

Способ геоэлектроразведки // 2332690

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления. .

Устройство для морской электроразведки и способ морской электроразведки в движении судна // 2328019

Изобретение относится к области разведочной геофизики. .

Устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки // 2253881

Способ проведения инженерно-геологических изысканий // 2226281

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для получения данных о строении верхней части разреза (ВЧР) горных пород для выдачи рекомендаций под строительство технических сооружений, преимущественно на участках переходов через водные преграды.

Способ геоэлектроразведки // 2213982

Изобретение относится к области геофизических методов поиска и разведки полезных ископаемых и может быть использовано для определения параметров геологического разреза и выявления в нем локальных неоднородностей.

Устройство для поиска геопатических зон // 2169932

Способ экспресс-прогноза землетрясений // 2163384

Изобретение относится к области сейсмологии, в частности, в системах наблюдения и обработки данных для прогнозирования землетрясений. .

Комплексный инструмент для электродного измерения удельного сопротивления и эм телеметрии // 2449120

Изобретение относится к способу и устройству для интегрирования измерений удельного сопротивления в электромагнитный ("ЭМ") телеметрический инструмент

Система контроля предвестников локальных поверхностных землетрясений // 2469358

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при мониторинге катастрофических явлений, например землетрясений

Устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости потока жидкости // 2497153

Устройство относится к электроизмерениям и может быть использовано для исследования турбулентности в потоке слабо электропроводящей жидкости, например морской или пресной воды. Устройство содержит диэлектрический корпус обтекаемой формы с установленными на нем измерительными электродами, измерительный блок, включающий в себя усилители, к входам которых подключены электроды, сумматор, входы которого соединены с выходами усилителей, а также дополнительный электрод, при этом измерительные электроды выполнены в виде проволок с изолированной боковой поверхностью, собранных в жгут или пучок с шлифованным торцом, минимальное расстояние между которым и дополнительным электродом превышает размер зоны турбулентности, число усилителей равно числу измерительных электродов, каждый из которых соединен с входом соответствующего усилителя, а дополнительный электрод соединен с общей шиной измерительного блока. Дополнительный электрод выполнен в виде установленного на диэлектрическом корпусе полого металлического цилиндра, площадь поверхности которого на порядок и более превышает суммарную площадь торцевой поверхности измерительных электродов, при этом жгут из проволок, в виде которых выполнены измерительные электроды, установлен внутри второго электрода так, что его торец выступает за край дополнительного электрода. Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении разрешающей способности и повышении точности измерения мелкомасштабных флуктуаций скорости потока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Донная станция для морских геофизических исследований // 2510051

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры. Предлагается донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. В качестве датчиков донная станция дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик. Причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей. Индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 з.п.ф-лы, 2ил.

Сенсорное устройство и способ электроразведки залежей минерального сырья // 2541382

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей минерального сырья в геологической среде. Изобретение относится к сенсорному устройству и способу геоэлектрического исследования местоположения, стратиграфической разбивки и простирания залежей минерального сырья и смежных горных пород, оконтуривающих данные залежи. Заявленное сенсорное устройство имеет сенсорную головку (51), торцевая поверхность которой образует сенсорную измерительную поверхность (53), и по меньшей мере один электрод. Согласно изобретению сенсорная головка (51) может устанавливать контакт с поверхностью геологической среды, и центральный электрод (54) и множество наружных электродов (55), расставленные геометрически единообразно вокруг центрального электрода (54), располагаются на сенсорной измерительной поверхности (53). Причем центральный электрод (54) и наружные электроды (55) являются электропроводными и электрически изолированными друг от друга. Технический результат - повышение точности данных исследования залежи непосредственно в процессе ее разработки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ геоэлектроразведки // 2545309

Изобретение относится к многоканальным геофизическим исследованиям и предназначено для решения инженерно-геологических, шахтных, геотехнических, экологических задач, поиска полезных ископаемых и подземных вод. Способ геоэлектроразведки зондирования геологической среды основан на использовании многоканальной установки в виде косы, предназначенной для выполнения групповых зондирований. Установка представляет собой систему парных электродов, расположенных с постоянным шагом вдоль профиля наблюдений, выполняющих в процессе зондирования последовательно функцию как приемных, так и питающих линий. Данная установка в отличие от аналогов обеспечивает независимость задания длины приемной линии MN от шага между пикетами и разносами установки, снижение при необходимости переходного сопротивления питающей линии посредством подачи тока в землю спаренными электродами, повышение плотности наблюдений за счет получаемого дополнительного зондирования. Съемка с помощью данной установки обеспечивает постоянную максимальную глубину зондирования на каждом из пикетов группового зондирования путем применения методики встречных трехэлектродных установок. Технический результат заключается в возможности исследования массива горных пород в условиях ограниченного пространства с повышением производительности работ и информативности результатов измерений, осуществление опережающей разведки впередизабойного пространства, выполнение мониторинговых наблюдений, обеспечивающих контроль изменения свойств среды в пределах исследуемого участка. 2 ил.

Способ определения размеров выработки соляных куполов при строительстве подземных хранилищ газа // 2557371

Изобретение относится к области полевой электроразведки и служит для оценки размеров камеры в соляном куполе, образующейся при строительстве подземных хранилищ газа (ПХГ). Технический результат: возможность определения размеров соляной камеры в соляном куполе с использованием метода заряда. Сущность: способ включает себя использование двух питающих электродов. Первый электрод погружают в рабочую скважину. Второй электрод размещают на поверхности земли в «бесконечности». С помощью двух измерительных электродов, размещаемых на поверхности земли в окрестности первого питающего электрода, измеряют разность потенциалов в окрестности первого питающего электрода, опускают первый питающий электрод на подошву соляной камеры и после пуска тока проводят измерение потенциалов с помощью передвигаемого измерительного электрода не менее чем по четырем прямолинейным профилям, равномерно распределенным по азимуту, с длиной каждого профиля 50 м, с шагом по профилю не более 2 м. Фиксируют резкое увеличение измеренного потенциала при переходе границы неоднородных сред, составляющих стенки соляной камеры. Длину проекции камеры на дневную поверхность по соответствующему профилю определяют по точкам отрыва потенциала (резкие увеличения), измеренного по этому профилю и характеризующего границу перехода неоднородных сред в соляном куполе. 6 ил.

Способ электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений // 2579159

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске морских нефтегазовых месторождений. Сущность изобретения состоит в том, что для поисков морских нефтегазовых залежей используется эффект возникновения над ними аномалий концентрации тяжелых металлов, микроэлементы которых поступают из области залежи на поверхность морского дна. Химический анализ проб морской воды, отобранных в зоне аномалий, подтверждает значительное превышение значений содержания этих элементов над фоновыми в 3-80 раз. Приведенные теоретические и экспериментальные данные позволяют сделать вывод о возможности непрерывного изучения концентраций тяжелых металлов в морской воде с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на отдельные металлы. При этом аномалии серебра и ртути являются мешающими факторами и должны быть введены соответствующие поправки. Технический результат - повышение точности получаемых данных.

Способ поиска и разведки подземных вод в криолитозоне // 2606939

Изобретение относится к геологическим методам поиска и разведки месторождений подземных вод в криолитозоне и может быть использовано в районах Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Северо-Востока. Сущность: способ включает определение перспективных площадок, проведение геофизических исследований многоразносной установкой бесконтактного измерения электрического поля, составение карты равных кажущихся сопротивлений для различных глубин исследований, выделение и оконтуривание таликовых зон. Вдоль протяженности таликовой зоны разбивается профиль для замеров бесконтактного измерения электрического поля многоразносной установкой, составляется геоэлектрический разрез кажущихся сопротивлений. В характерных точках разреза определяются пикеты для измерений вертикального электрического зондирования, по результатам которого строится геоэлектрический разрез кажущихся сопротивлений и закладываются площадки в аномальной зоне для бурения разведочных скважин на подземные воды. Технический результат: увеличение точности обнаружения месторождений подземных вод в районах сплошного распространения многолетнемерзлых пород, сокращение времени работ. 3 ил.

Способ геоэлектроразведки // 2642967

Изобретение относится к многоканальным геофизическим исследованиям и предназначено для решения инженерно-геологических, шахтных, геотехнических, экологических задач, поиска полезных ископаемых и подземных вод. Способ основан на использовании многоэлектродной установки в виде косы. Для измерений используют инверсионную многоэлектродную установку, осуществляют единовременную регистрацию разности потенциалов на всех разносах каждого измеряемого зондирования при фиксированном положении для него питающей линии АВ. Причем для выполнения каждого зондирования ведут измерения при двух фиксированных линиях АВ, последовательно подключаемых в процессе измерений: для первой из них используют спаренные электроды АВ, а в качестве второго размера АВ, подключаемого при снижении уровня сигнала ниже допустимого, примыкающие к спаренным электродам два ближайших соседних электрода. При этом для крайних пикетов используют два дополнительных электрода на концах измерительной косы. Технический результат заключается в сокращении времени проведения измерений, оперативности исследования массива горных пород, расширении интервала и объема обследуемых глубин. 7 ил.