Способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

 

1. Способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектр разведке, заключающийся в том, что из измеряемого периодического сигна па исключают синхронно с моментами включения-выключения тока в источнике поля с изменяе а а4 временем отсечки начгшьиую искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса, и разделяют измеряемый сигнал на две последовательности импульсов, 6 т л ич ающи и с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряеквлх величин параметра вызванной поляризации в область малых значений, выбирают в качестве первой последовательности импульсов сигналы во время пропускания импульсов тока, в качестве второй последовательности импульсов сигналы во врем Пауз между импульсами тока, причем сохраняют одинаковой длительность отсечки после выключения и включения тока, выделяют из обеих последовательностей импульсов гармонические составляющие, частоту которых выбирёцот ОДНОЙ и той же и В по отношению их амплитуд оудят о параметревызваииой поляризации.

(1Е (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОЗЛВП

РЕСПУБЛИК

ggu G01V30

ГОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3422035/18-25

Г(22) 13.04.82 (46) 30.08.83. Бюл. В 32 (72) В.М. Попов, Л.З. Бобровников, В.A. Попов, IO.В. Аладинский, Л.И. Орлов и В.В. Сушкевич (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. С. Орджоникидзе (53) 550е83(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 392434, кл. С 01 Ч 3/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 --530296, кл. G 01 V 3/06, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР .9 855582, кл. G 01 V 3/06, 1979 (прототип). (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИ ГЕОЭПЕКТРОРАЗВЕДКЕ,И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что из измеряемого периодического сигна1 ла исключают синхронно с моментами включения-выключения тока в источнике поля с изменяеваям временем отсечки начальную искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса, и разделяют измеряемый сигнал на две последовательности импульсов, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых величин параметра вызванной поляризации, в область малых значений, выбирают в качестве первой последовательности импульсов сигналы во время пропуска.ния импульсов тока, в качестве второй последовательности импульсовсигналы во время пауз между импульса-I ми тока, причем сохраняют одинаковой длительность отсечки после выключения и включения тока, выделяют иэ обеих пооледовательностей импульсов гармонические составляющие, частоту которых выбирают Одной и той же, и Я

-,по отношению их амплитуд еудят о параметре вызванной поляризации.

1038908

2. Устройство для осуществления способа выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке по п. 1, содержащее предварительный усилитель, одна иэ входных шин которого служит входной шийой уст-! ройства, два аналоговых ключа, сигнальные входы которых подключены к выходу предварительного усилителя, два усилителя, входы которых соединены с выходами аналоговых ключей, а выходы — .с двумя входами блока регистрации и блок Формирования импульсов, выходы которого соединены со входами управления аналоговых ключей и блока регистрацйи, а входы подключены к выходам источника спор-, !

Изобретение относится к техничесtcoN Физике и может быть использовано при проведении геоэлектроразведочных работ методом вызванной поляризации.

Известен способ выделения параметра вызванной поляризации (ВП) при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что из измеряемого сигнала вырезают с разными временами отсечки синхронно с моментами изменения направления тока в источнике поля начальную, искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса и по зависимости от времени отсечки амплитуды и фазы фильтрованного гармонического сигнала судят о наличии поляризующегося объекта (1 ).

Д)тя осуществления данного способа используется устройство, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и Фильтрации сигналов, два синхронных детектора и дифференциальный вольтметр, соединенный с выходами синхронных детекторов, и источник опорного сигнала Г2 ).

Недостатком данного изобретения является низкая точность определения параметра вызванной поляризации, обусловленная тем, что при изменении времени отсечки изменяется амплитудно-Фазовый и частотный спектр сигнала, причем эта зависимость является довольно сложной, даже при небольших .изменениях времени отсечки фаэовые углы фильтрованного гармонического сигнала изменяются на большие величины, и на Фоне этих неконтролируе- мых изменений невозможно точно выделить малые по величине параметры ВП.

Известен также способ выделения па)диаметра вызванной поляризации при ного сигнала и блока изменения длитеЛьности импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью.расшиРения диапазона регистрируемых величин параметра вызванной поляризасии, в него введены последовательно соединенные формирователь разнопопяриого сигнала, регулятор амплитуды сигналов и блок согласования, выход которого включен последовательно между второй входной шиной устройства и второй входной шиной предварительного усилителя, а усилители выполнены избирательными, причем вход управления Формирователя разнополярзого сигнала соединен с выходом блока формирования импульсов. геоэлектроразведке, заключающийся в том, что иэ измеряемого периодического сигнала исключают синхронно с моментами включения-выключения тока в источнике поля. с изменяемым временем отсечки начальную искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса, разделяют измеряемый сигнал на две последовательности импульсов, в качестве первой из которых используют все импульсы с отсечкой, в качестве второй выбирают импульсы напряжения меньшей длительности, начало которых совпадает с началом импульсов первой последовательности, усиливают эти импульсы с коэффициентами усиления., отношение которых выбирают обычно пропорциональным отношению длительностей импульсов напряжений, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, по которой судят о параметре ВП. Устройство для осуществления этого способа, 25 содержащее предварительный усилитель, две входные шины которого служат входными шинами устройства, два аналоговых ключа (два ключевых синхронных детектора), сигнальные входы ко3Q торых соединены с выходом предва. Рительного усилителя, дв< нормирующих усилителя, входы которых соедииены с выходами аналоговых ключей,а выходы — с двумя входами блока реу гистрации, выполненного в виде двух интеграторов и дифференциального вольтметра, цепь обратной. связи, состоящая из схемы сравнения, блока управления и источника эталонного на-

4О пряжения, блок Формирования импульсов, выходы которого соединены со ,входами управления аналоговых ключей и блока регистрации, а входы подклю1036908 чены к выходам источника опорного сигнала и блока изменения длительности импульсов (. 3 3.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет измерять очень малые по величине параметры ВП. Как показывает опыт эксплуатации данного устройства в полевых условиях, он имеет пороговую. чувствительность порядка 0,1%. Это обусловлено несколькими причинами. 10

Во-первых, стабильность тока в поле вых условиях не удается поддерживать более высокой,. во-вторых, усиление по двум каналам невозможно сохранять во времени с большей стабильностью 15 (или изменять коэффициент усиления одного и того же канала), так как при изменении температуры конденсаторы и резисторы изменяют величину своих номиналов, в-третьих, в полевых условиях дифференциальный вольтметр не обеспечивает более стабильного коэффициента передачи по двум входам. Таким образом, абсолютная погрешность измерений известным способом составляет не менее 0,1%, поэтому с относительной погрешностью

1% этот способ позволяет измерять только величины параметра ВП свыше

1% ° Это вполне достаточно.при проведении полевых работ для целей рудной З0 электрораэведки, но совершенно не допустимо при выполнении гидрогеологических и инженерно-геологических работ. Так, например, параметр ВП многих осадочных пород составляет 35

0,01-0,05%, а у мерзлых пород и у льда может быть меньше 0,001%. ТакиЕ величины параметра поляриэуемости известным способом не могут быть измерены. 40

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых величин параметра вызванной поляризации в область малых значений (ниже 0,1%).

Для достижения указанной цели в 45 известном способе выделения парамет ра вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключающемся в том,.что иэ измеряемого периодического сигнала исключают синхронно с моментами включения-выключения тока в источнике поля с изменяемым временем отсечки начальную искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса и разделяют измеряемый сигнал на две последовательности импульсов, выбирают в качестве первой последовательности импульсов сигналы во время пропускания импульсов тока, в качестве второй последовательности 60 импульсов — сигналы во время пауз между импульсами тока, причем сохраняют одинаковой длительность отсеч-ки после выключения и включения тока, выделяют из обеих последователь- 5 ностей импульсов гармонические ñîñтавляющие, частоту которых выбирают одной и той же, и по отношению их амплитуд судят о параметре вызванной поляризации.

В известное устройство для осуществления способа, содержащее предварительный усилитель,.одна из входных шин которого служит входной шиной устройства, два аналоговых ключа, сигнальные входы которых подключены к выходу предварительного усилителя, два усилителя, входы которых соединены с выходами аналоговых ключей, а выходы — с двумя входами блока регистрации, и блок формирования импульсов, выходы которого соединены-.со входами управления аналоговых ключей и блока регистрации, а выходы подключены к выходам источника опорного сигнала и блока изменения длительности импульсов, введены последовательно соединенные формирователь разнополярного сигнала, регулятор амплитуды сигналов и блок согласования, выход которого включен последовательно между входной шиной устрой" ства и второй входной шиной предварительного усилителя, а усилители выполнены избирательными, причем вход управления формирователя разно". полярного сигнала соединен с выходом блока формирования импульсов.

На фиг.l изображены эпюры возбуж, дающего тока и измеряемых напряженийу на фиг.2 - структурная схема устройства для осуществления предла"

raeMoro способа.

Как показано на фиг.l, ток в земле возбуждается импульсами тока 3, иэ земли принимается сигнал Uz, иэ этого сигнала выделяются первая последовательность импульсов 0g Во время прохождения импульсов тока и вторая последовательность импульсов

Ll во время пауз между импульсами тока. Кроме того, показана форма сигнала 04 используемого для определения знака параметра ВП. устройство для осуществления спо соба (фиг.2) содержим входные шины

1 и 2, блок 3 согласования, включен ный последовательно между входной шиной 2 устройства и входом предва- рительного усилителя 4, два аналоговых ключа 5 и 6, входы которых соединены с выходом предварительного усилителя 4, два избирательных усилителя 7 и 8,входы которых подключены к выходам аналоговых ключей 5 и б соответственно, а выходы - к двум входам блока 9 регистрации, блок 10 формирования импульсов, входы которого соединены с выходами источника

ll опорного сигнала и блока 12 изменения длительности импульсов, последовательно соединенные формирователь..13 раэнополярного сигнала, ре1038908 гулятор 14 амплитуды сигналов и блок

3 согласования, причем выходы блока

10 формирования импульсов соединены с Входами, аналоговых ключей 5 и б, блока 9 регистрации и формирователя

l3 раэнополярного сигнала. 5

Способ осуществляется следующим образом.

Электромагнитное поле в .исследуемом участке среды возбуждается последовательностью разнополярных пря- 10 моугольяых импульсов тока с паузами .(фиг.1). Частота тока обычно равна

0,05-1 Гц, длительность импульсов равна длительности паузы, а сила тока может достигать 20-25 A и более.

В точках измефений из земли выделяют сигналы 0„, форма которых но время пропусканйя импульсов тока отличается от прямоугольной вследствие протекания вихревых токов и земле (индук. ционные эффекты электродинамического становления поля) и вследствие поляризации среды. При этом индукционные эффекты искажают начальную, а эффекты поляризации - более позднюю стадию импульса напряжения. Во время пауз между импульсами тока сигнал представляет собой сумму полей электродинамического становления и

BII > . Из сигнала U„ исключают синхронно с моментами включения-выключения тока в источнике ноля с изменяемым временем отсечки начальную искаженную влиянием становления поля стадию каждого импульса как но время про- 35 пускания импульсов тока, так и в паузах между ними. Интервал времени отсечки либо задают, исходя из анализа условий измерений н данном районе, в.соответстнии с выражением: 40 где dt — время отсечки, с;

6 - длина питающей линии АВ, 45 через которую в землю ввоДЯт тоК (KM) I

g - -среднее удельное сопротивление исследуемого разреза, Ом;. либо выбирают экспериментально, как будет рассмотрено ниже. Затем иэ преобраэонанного укаэанным образом ,. сигнала выделяют две последовател1ности импульсов U> и 0>, в качестве первой иэ которых выбирают последовательности импульсон во время пропускания тока (сигнал 02), а в качестве второй — последовательность импульсов во время пауз (сигнал Оз) °

Нз последовательностей импульсов 0 60 и U> выделяют гармоническую comas ляющую одной и той же частоты. Если рабочая частота сигнала выше 0,10,2 Гц, выделяют первую гармонику. сигнала. На более низких частотах целесообразно выделять 3,5 или 7 гармонику сигнала. Это обусловлено тем, что амплитуды высших гармоник сигналов (фиг.1) медленно убывают с уне.личением номера гармоники. Если длительность отсечки сохраняют одинаковой как после включения, так и после выключения импульсов тока, то отношение амплитуды гармонической составляющей, измеренной н паузах между импульсами тока, к амплитуде гармонической составляющей сигналов но время пропускания импульсов тока, остается одинаковым независимо от номера гарМоник (для первой, третьей, пятой и седьмой гармоник) и равным коэффициенту поляризуемости изучаемого разреза. Если же длительнОсти импульсов U2 и Оз не одинаковы, амплитудно-фазовый спектр таких сигналов оказывается разным (например, амплитуда одной или даже двух гармоник может быть равной нулю), и коэффициент поляризуемости определить будет невозможно.

Кроме абсолютной величины параметра ВП необходимо также знать его знак. Амплитуда же гармонической составляющей не несет информации о знаке параметра ВП. Для оПределения знака параметра ВП последовательность импульсов U3 в паузах между пропусканием тока в землю суммируют со вспомогательным сигналом 0, который имеет форму раэнополярных йрямоугольных импульсов, следующих друг за другом во время пауз между импульсами тока, причем после положительного импульса 3 следует положительный импульс 04. Амплитуду с гнал О устанавливают меньшей амплитуды сигнала U> в 2-3 раза. После фиксации амплитуд гармонических составляющих суммируют сигналы U и. 04 и регист3 рируют изменения амплитуды гармонической составляющей суммарного сигнала. Если амплитуда суммарного сигнала больше, чем амплитуда гармонической составляющей сигнала 0, то знак параметра ВП положительный, в противном случае - отрицательный.

При экспериментальном определении необходимого времени отсечки после

;фиксации амплитуды сигналов последовательно несколько раз увеличивают время отсечки и каждый раз регистрируют амплитуды смгналон и определяют их отношение. Предельно допустимым считается такое минимальное время отсечки, начиная с которого отношение амплитуд гармонических составляющих перестает увеличиваться и остается постоянным илм уменьшается

Устройство для осуа ествленмя пред" лагаемого способа работает следующим образом.

На входные шины 1 и 2 устройства подается измеряемый сигнал 0> . Этот

1038908 сигнал усиливается предварительНым усилителем 4 и поступает на аналоговые ключи 5 и 6. Ключ 5 открывается только во время прохождения импульсов тока 3, причем не на все время прохождения импульса Э, а только на часть этого времени за исключением выбранного времени отсечки. На выходе клича 5 получают сигнал U

Аналогично ключ 6 открывается только во время пауз между импульсами тока, причем не на все время паузы, а . только на часть ее за исключением выбранного времени отсечки. На выходе ключа 6 получают сигнал U3 . Таким образом, иэ сигнала 0„ вырезана начальная часть каждого импульса с одним и тем же временем отсечки и из полученного сигнала выделены две последовательности импульсов U> и

03. С помощью избирательных усилителей 7 и 8 из этих последовательнос- 20 тей импульсов выделяют гармонические составляющие. Усилители 7 и 8 содержат фильтры одних.и тех же частот. Отфильтрованные и усиленные сигналы с выходов избирательных усилителей 25

7 и 8 поступают на два входа блока

9 регистрации, представляющий собой двухканальный измеритель амплитуд гармонических сигналов. Порядок измерений и регистрации той или иной yg гармоники задается по команде, поступающей в виде импульсов с блока 10 формирования импульсов на вход уп-. равления блока 9 регистрации. В прос- тейшем случае это режим последовательных нормированных измерений с непосредственным отсчетом параметра

ВП в процентах. Возможна также параллельная регистрация в цифровой форме. 1

Управляет работой аналоговых ключей 5 и 6 блок 10 формирования им- "4О пульсов, соединенный с источником

ll опорного сигнала. Источник 11 опорного сигнала может быть выполнен в виде автономного кварцевого генератора, триггерных делителей частоты 45 и логических элементов И, ИЛИ. Кварцевый генератор должен периодически синхронизироваться с задающим генератором источника тока. Для управле;ния работой ключей 5 и 6 в блоке 10 у) формируются две последовательности сдвинутых на 180 однополярных импульсов, длительность которых равна

;четверти периода рабочего сигнала.

Первая последовательность импульсов совпадает по времени с импульсами тока 1 в питающей линии, а вторая— с паузами между этими импульсами. Начальная часть каждого из этих импульсов может быть вырезана. Время отсечки задается блоком 12 изменения длительности импульсов и устанавли« вается одинаковым для обеих последовательностей.

Кроме того, в блоке 10 формирует ся еще две последовательности одно g5

/.полярных импульсов, частота следования которых в 2 раза ниже, чем. частота следования импульсов управления ключами 5 и 6. Первая последовательность импульсов по времени совпадает с паузами после выключения положительных импульсов тока, а вторая — после выключения отрицательных импульсов тока. Эти две последовательности импульсов поступают на два входа формирователя 13 разнополярного сигнала, который может быть выполнен в виде дифференциального усилителя. Когда сигналы на двух его входах равны нулю, выходное напряжение блока 13 равно нулю. Если на первый вход поступает положительный импульс, на выходе блока 13 также появляется положительный импульс.

Если на второй вход блока 13 поступает положительный импульс, на выходе блока 13 появляется отрицательный импульс. Таким образом, на выходе блока 13 получают последовательность разнополярных импульсов 0, > следующих в паузах между импульсами тока 3 и сфазироваиных таким образом, что после положительного импульса 3 обязательно следует положительный импульс 0 и т.д. Так как амплитуда гармонической составляющей сигнала 03 уже измерена, регулятором 14 амплитуды, в качестве которого наиболее целесообразно использовать

12-оборотный декадный потенциометр, устанавливают выходную амплитуду сигнала 0 в 2-3 раза меньшей амплитуды сигнала U и подают этот сйгнал на вход блока 3 согласования. Блок

3 наиболее целесообразно выполнить в виде эталонного резистора сопротивлением в несколько сот ом и аналогового ключа, причем эталонный резистор должен быть включен последовательно между выходной шиной 2 устройства и второй входной шиной предварительного усилителя 4, а аиалоговый ключ должен быть включен последовательно между выходом регулятора 14 и входной шиной 2. В режиме измерений амплитуды сигналов аналоговый ключ блока 3 разомкнут, и сигнал с выхода регулятора 14 в измерительную цепь не поступает. При определении знака параметра ВП аналоговый ключ в блоке 3 замыкается, и на вход усилителя поступает суммарный сигнал. Если при этом амплитуда сигнала на выходе усилителя 8 увеличивается,, знак параметра ВП положительный в противном случае отрицательный.

Технико-экономическая эффективность применения изобретения,заключается в. существенном расширении диапазона измеряемых величин параметра ВП в область малых значения — нижеОЛ

1038908 фиаГ

Составитель Е. Поляков

Редактор В. Пилипенко ТехредЖ.Кастелевич

Корректор Г 3гар, Тирам 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Заказ 6225/53

Филиал ППП Патент, г. Уагород,.ул. Проектная, 4