Способ электрической корреляции
СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ , в котором возбуждают в первой скважине злектрическоьГ поле заданной частоты и интенсивности , а во второй скважине измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины, по которому судят о непрерывности исследуемого пласта, отличающийся тем, что, с .-целью повышения точности измерений, расстояния мезаду скважинами выбирают не боле«9 1,5 глубины подошвы исследуемогопласта , при этом регистрацию градиента потенциала ведут непрерывно. fff / / v NvC4vJvvv4vvvv / 7
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (l9) (И) „
3(5)) 0 01 Ч 3/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАЕМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3337437/18-25 (22) 31.08.81 (46) 07,03.84. Бил. )) 9 (72) В.П. Ткачук, А.С. Барышев и П.В. Ткачук (71) Восточно-Сибирский. научноисследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (53) 550.832(088.8) (56) 1. Патент CtIIA М 3151296, кл. 324-6, опублик. 1963.
2. Авторское свидетельство СССР.
9 155885, кл. G 01 V 3/18, 1962.
3. Семенов B.Ä. Метод заряда с измерением напряженности магнитного поля при поисках и разведке сульфидных месторождений. В кн:
Электрораэведка методов заряда с измерением напряженности магнитного поля. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1974, с. 51-56.
4. Тархов A.Т. Справочник геофизика.- М.,- "Недра", 1980, с. 427 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ, в котором возбуждают в первой скважине электрическоС поле заданной частоты и интенсив:ности, а во второй скважине измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины, по которому судят о непрерывности исследуемого пласта, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с:целью повышения точности измерений, расстояния между скважинами выбирают не болед 1,5 глубины подошвы исследуемого- пласта, при этом регистрацию градиента потенциала ведут непрерывно.
1078388
Изобретение относится к геологоразведке с применением скважин и служит для электрической коррелйци пластов или тел в межскважинном пространстве, отличающихся по своим электрическим свойствам от вмещающих их пород.
Известен способ определения местоположения глубинных поперечных разрывов между двумя пространственными скважинами, который можно использовать только для пластОв низкого по отношению. к вмещающих породам электрического сопротивления.
Для осуществления измерения по этому способу питающие электроды заземляют в пласт, пересекаемый скважинами, и по характеру электрического поля на поверхности определяют разрыв этого пласта 513.
Однако для пластов высокого сопротивления этот способ непригоден, так как пласт высокого сопротивления в этом случае является экраном, а возможность заземления отсутствует. Известен также способ электрической корреляции (СЭК), заключающийся в том, что один питающий электрод заземляют в проводящем подсечении, а обратный электрод — во вмещающих. породах последовательно выше и ниже первого электрода, сохраняя в обоих случаях расстояние между ними неизменным, Дважды измеряют потенциал электрического поля в другой скважине, между которыми производится корреляция пласта или тела, при каждом фиксированном положении первого питающего электро- да (2).
Однако данный способ применим только в том случае, когда тело является проводящим, т.е. обладает повышенной проводимостью по отношению к вмещающим его породам и не дает результата в обратном случае, при этом измеряется потенциал элект рического поля, для чего необходимо второй измерительный электрод относить в "бесконечность", что создает дополнительные трудности при проведении измерений этим способом и благоприятные условия для всевозможных наводок на приемную линию.
Известен. также способ заряда, который основан на изучении постоянного (импульсного) электрического низкочастотного (около 100 Гц) магнитного (СЗМ) поля точечного источника, расположенного в проводящем рудном теле или во вмещающих породах. Второй электрод питающей сети заземляют таким образом, чтобы можно было пренебречь его полем в пределах исследуемой площади, т.е. относят его в "бесконечность". Поля изучают как на дневной поверхности, так и в окружающих скважинах и выработках. Межскважинный вариант также называют методом электрической корреляции (МЭК), который .5 выполняется только на постоянном (импульсном) токе. При выделении аномалий проводимости используют нормальные поля для однородных и простейших неоднородных сред, для
10 изучения которых измеряют потенциал или градиент потенциала погруженного точечного источника в изотропное полупространство (3 ).
Однако в связи с тем, что поле гармонического электрического диполя или погруженного точечного источника создает как вихревое, так и потенциальное электрическое поле, а также вихревое магнитное поле, то при скважинных измерениях в С3М измеряются только магнитные характеристики поля. СЗМ применяют в условиях мерзлых и каменистых грунтов, т.е. высокоомных, с целью прослеживания Рудных жил и сульфидных месторождений. При этом частота поля, выбранная около 100 Гц, ограничивает радиус исследования, особенно в хорошо проводящих породах и обладающих магнитными свойствами, так как
30 проявляется скин-эффект, из-за которого метод промышленностью практически не применяется.
Наиболее близким к изобретению является способ электрической корреЗ5 ляции, при котором возбуждают в первой скважине электрическое поле заданной интенсивности, а во второй скважине дискретно измеряют градиент потенциала этого поля в функции глу40 бины (4 3.
О наличии нарушений условий залегания пластов судят по появлению ха- рактерных аномалий и отклонению направлений осей корреляции (линий, соединяющих источник тока с точка45 ми перехода кривых через нуль) нормального, характеризующего направления слоистости пород.
Цель изобретения - повышение точ5О ности измеРения.
Цель достигается тем, что согласно способу электрической корреляции, в котором возбуждают в первой скважине электромагнитное поле заданной частоты и интенсивности, а во второй скважине измеряют градиент потенциала этого поля в функции глубины, по которому судят о непрерывности исследуемого пласта, расстояния между скважинами выбирают не более 1,5 глубины подошва исследуемого пласта, при этом регистрацию градиента ведут непрерывно.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема осуществления способа, 65 на фиг. 2 — график а потенциала по1078388
25 (a) р3 4
4-У t 2 2)Ю2 (X +Ь
35 у = fgWIе, (4) 45
55 где у — проводимость среды, рс — магнитная проницаемость, и - циклическая частота = 2П
60 .либо через безразмерный параметРf приведенное расстояние
КХ =:.(К + К) Х (б) где К волновое число, а Х и К" соответственно действительная и мни;
65 мая часть, ля и его. градиента (при соблюдении условия Х C 1,5h); на фиг. 3 график В потенциала и его градиента ъ (при > 1,5Ь) на фиг. 4 — график потенциала в зависимости от расстояния между скважинами при фиксированной глубине погружения источ ника, где 2,2 2 " — точечный источник тока в скважине 1 на различном удалении от скважины 5 по мере увеличения расстояния между ними, и 10 соответстсующие им графики потенциа,лов д, е, ж. Схема (фиг. 1), включает скважину,1, токовые заземления (точечные источники) 2 и 3, первый электрод 4 измерительного диполя, 15 скважину 5, второй электрод б измерительного диполя, пласт угля 7, наземный измерительный блок 8, автономный возбудитель 9 поля,-картон длинные подъемники 10.
Потенциал погруженного точечного источника тока в однородной среде с удельным сопротивлением равен в общем виде при Х-+О и Х ( Х и Z — координаты точки наблюдения; h — - глубина погружения источника. Если расстояние между источником и точками наблюдения становится соизмеримо с .глубиной погружения источника, то потенциал V и градиент потенциала СЕ d 7 3 40 2 4У ((Х2 2} 1(2 (2 (Д, Z)2) È ) eV» у3 Х 2 сФ 2 ФГ (2 2)3/2 (2 (213/2 (3) Кривая пересекает ось 2 в d"V d 2 эпицентре источника тока. Максимум ,потенциала соответствует эпицентру источника и убывает в зависимости от расстояния до линии наблюдения. По мере увеличения расстояния от глубинного источника до точки наблюдения в скважине максимум потенциала смещается к дневной по- . верхности и совпадает с ней при h/X = 1,41 (фиг. 4). влияние дневной поверхности на форму и значение потенциала и его градиента по оси скважнны наблю1 дения начинает сказываться по мере увеличения расстояния между источником и линией наблюдения, начиная с Х = 0,3h. Для Х = 0,3h кривые Ч,2 и d"× z в присутствии границы раздела и для безграничного пространства отличаются между собой на 5%. С увеличением Х р 0,3h кривые потенциала становятся асимметричными, увеличиваются в амплитуде, а у кривых градиента потенциала увеличивается величина одного экстремума, а вблизи поверхности он исчезает (фиг. 3). Если создать в скважине 1 на заданной глубине электрическое поле погруженным источником 2 и наблюдать максимум потенциала или нулевое значение его градиента (переход функции через нулевое значение) на оси скважины б, расположенной на расстоянии Х от первой скважины, значительно меньшем, чем глубина источника 2, то этот максимум будет находиться на той же глубине. По мере увеличения расстояния Х между скважинами максимум потенциала и нулевое значение градиента будет смещаться к дневной поверхности, так как после будет искажаться гра;ницей раздела земля-воздух, причем тем сильнее, чем меньше глубина источника и чем больше расстояние между скважинами. Это и накладывает ограничения. Расчетами и опытами установлено, что это расстояние ограничивается величиной в 1,5п глубины подошвы пласта (фиг. 1-3). Кажущееся сопротивление гармоническому току рм в отличие от р в методах, использующих постоянный ток — величина комплексная. Она характеризуется амплитудой и фазовым сдвигом, имеющим .место при распространении поля в земле iЭв e4al. где 1, — аргумент мнимой Части. Первичные поля точечных возбудителей при гармоническом возбуждении распространяются как затухающие в пространстве однородные плоские сферические волны. Связь этих полей с частотой и параметрами ореды (M, р и у ) выражается через длину волны Л= 2п12Я w У (5) 1078388 Таблица1 1/4 1/2 1 2 Ъ =у)Г2 . (10} Точечный источник.4 8 8 8 диполь 0,125 0,25 0,5 1 Точечный источник 5 12, 5 3,0 0,8 0,8 Точечный источник 500 1250. 310 76 78 Диполь 5 300808 08 310 78 78 78 200 Х - расстояние от источника до точки наблюдения, K " "- мнимая часть волнового числа — показатель поглощения волны характеризует скорость затухания волн в Пространстве к" = fj+p } з} Фазовая скорость распространения поля V описывается уравнением Ч=Лй=w}Ê 4ø|òð.. (8} Глубина проникновения поля (толщина скин-слоя) есть расстояние, на котором амплитуда волны затухает в 15 (раэ. } =1 27<= 23 . (9} Зффективная глубина проникновения поля Причем влияние скин-эффекта возрастает с ростом расстояния от источ- 25 ника поля до точки наблюдения и уменьшением длины волны (т.е. ростом частоты, проводимости и магнитных свойств среды в которой распространяется поле). 30 Сдвиг фазы поля относительно источника в области приемных электродов может быть существенным и определяется в герцах как Э Е Э =с ге } (й) е где R< и у — соответственно дейстfTl вительная и мнимая часть амплитуды 40 Е гармонических колебаний частоты ы. Аналитические, выражения компо-, ° нент электромагнитных полей на поверхности однородного полупространства позволяет количественно исследовать их поведения в зависимости от Х/il и Х/h, где Х - расстояние от возбудителя поля до точки наблюдения, h — глубина погружения источника поля. На основании и зложе нно го можно сделать вывод, что глубина и радиус исследовайия определяется частотой поля, а сдвиг фазы и скин-эффект наиболее четко проявляется 55 в волновой зоне, т.е. при р Ьносах Х, превышающих длину волны При. Х ПА наблюдается сильное затухание по сравнению с первичным полем, например амплитуда по- Щ ля Е в волновой зоне меньше соответствующего первичного поля в 40 (jl ./Х) раз. Зависимость длины волны А, выраженной в долях глубины .погруже.— ния источника h от расстояния до источника поля от точки наблюдения Х в долях глубины погружения источника поля h представлены в табл. 1 и 2. Для точечнОгО источника 4 8 16 15 Для дипольного ,источника 8 16 16 16 Положим h = 0,5 км, тогда табли } а преобразуется (умножим всего на 0,5) (cM. табл. 2). Т аблица2, О, 125 0 25 0,5 1 Пересечет из Я в параметры среды можно выполнить по формуле у «Щ», лг Определяя частоту в герцах, получа-ем результат (см. табл. 3). Таблица3 Для достижения глубин порядка 500 м и соблюдения условия Х (1,5 (ь среднее удельное сопротивление изучаемой среды может принимать значения 5 500 и более Ом, причем 1078388 ЯМ @д Т 8 Yg ВНИИПИ Заказ 958/11 Тираж 711 Псщпжсное ° ВВЮЮЮЮЮЮЮМЮ Ю ЮФ Ю Ю Филиал ППП "Патент", г. ужгорОд, ул.Проектная, 4 меньшим значениям удельного сопротивления должны соответствовать меньшие значения частоты возбуждения поля. Для осуществления способа пита- 5 ния токового заземления или вертикального погруженного электрического диполя производят гармоническим током низкой частоты в пределах 1-40 Гц, при выборе которого руко- 10 .водствуются наименьшими поляризационными и поверхностными эффектами для изучаемого района, так как против многих пород угольных месторождений наблюдаются также высокие !5 показания на кривой ВП, как и про» тив углей, таким образом, относительные превышения значений ВП против угольных пластов зачастую незначительны, а прн исключении 20 влияния ПС и правильном выборе рабочей настоты возможно проведение работ по корреляции на переменном токе с погрешностью в оп ределении значений, не превышающей +5%. Причем расстояние между скважинами не должно превышать 1,5h глубины погружения источника поля, в противном случае на результаты измерения, т.е. форму корреляционной кривой будет сказываться влияние дневной поверхности (h — глубина подошвы пласта, (фиг. 3). Принимаемый сигнал (градиент потенциала) у иливают, подвергают частотной модуляции, согласо;вывают с волновым сопротивлением кабеля и подают по нему на поверхность, где сигнал усиливают, затем нормализуют по длительности, выделяют низкочастотный сигнал, снова селективно усиливают усилителем, настроенным на частоту тока питания токового эаэемлителя, либо погруженного вертикального диполя, и регистрируют, обеспечивая тем самым непрерывную запись исследуеьюго сигнала.
