Способ геоэлектроразведки
СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, основанный на возбуждении в земле разнополярного электромагнитного поля и измерении напряженностей возбуждающего поля, поля вызванной поляризации и нелинейной вызванной поляризации при прямом и обратном направлениях питающего тока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда и информативности измерений, разности потенциалов возб гжденного поля и поля вь|3ванной поляризации измеряют последовательно при возбуждении электроMartmTHoro поля серией импульсов заданной длительности первоначально одной полярности до достижения насыщения поля, затем через 1нтервал времени , равный суммарному времени с б следования токовЬгх импульсов, - серией той же заданной длительности импульсов другой полярности, по о : ношению потенциалов нелинейного возбуждения поля с учетом знака к потенциалам возбуждающего поля положительной полярности определяют меру нелинейности возбуждающего поля, по которой судят о крг.огенном состоянии пород. О 4
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЯИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
З(51) G 01 V 3/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) Зь30104/18-25 (22) 24.06,83 (46) 30.09.84. Бюл. N 36 .(72) Л.И. Бутаков и Е.Ю. Разиньков (71) Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветньгх металлов (53) 550.837(088.8) (56) 1. Акимов А.Т. и др. Геофизические методы исСледования мерзлых толщ. ТТ Международная конференция по мерзлотоведению. Доклады и сообщения, вып. 8, Якутск, 1975, с.135151
2. Снегирев А.M. и др. Применение метода вызванной поляризации для изучения дисперсных мерзлых горных пород.
II Международная конференция по мерзлотоведению, вып. 4, Якутск, 1973, с. 219-223.
3. Авторское свидетельство СССР
Р 301661, кл. G 01 V 3/02, 1970 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗБЕДКИ основанный на возбуждении в земле разнополярного электромагнитного
„„SU„„11164О7 поля и измерении напряженностей возбуждающего поля, поля вызванной поляризации и нелинейной вызванной поляризации при прямом и обратном направлениях питающего тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности труда и информативности измерений, разности потенциалов возбужденного поля и поля вызванной поляризации измеряют Iloc— ледовательио при возбуждении электромагнитного поля серией импульсов заданной длительности первоначально одной полярности до достижения насыщения поля, затем через интервал времени, равный суммарному времени следования токовЬ.х импульсов, — серией той же заданной длительности импульсов другой полярности, по о-ношению потенциалов нелинейного возбуждения поля с учетом знака к потенциалам возбуждающего поля положительной полярности определяют меру нелинейности возбуждающего поля, по которой судят о крпогенном состоянии пород.
Изобретение о r«oc)(TO к геофизическим иссл дованиям, л более конкретно к электрорлзведочному способу изучения мерзлых поро;(методом не— линейных процессов .)лектри (Q(:j ПОЛЯ т И М)Э)КЕТ НЛИТИ ПРИМЕНЕНИЕ Г(РИ 1)азличных 1 ol(p)ioлогичеcких и 2} jc)(л ниях электрометричегкими методами в условиях крио))итозон},). Известен способ геоэлектрорлзведки мерзлых пород 1(а постояннсм и переменнгм токе, основ»лнный нл изучении кажущегося э.п )(трического сопротивления 10poд 1 Известен также метод вызванной t5 ПОЛЛРИЗЛЦЯИ (ВП) т ОС НО}3ЛН!(Ый 1»Л ИЗ У ЧЕНИИ ПОЛЯРИЗУЕМО<.тИ МЕРЗЛЫХ ПОРО;((2 j Мета}}ы изу )ения сопроти(.:(е)(ия:-.лходят наиболее широкое распространение благодаря своей мобил(.ности и 20 простоте, однако их информлтивност! ввиду низкой разрешая)щей сгocобноcTИ КЛЖУ(!(Е ГОСЯ Э т)ЕКТРИЧЕт СКОГО СО)1РОТИВпения недостаточна. Большой информативностью и разрешающей способностью обладает мет<)д вызванной поляризации (ВП)) Однако рлзпелсние мерзлых пород по л)пологическому гоставу та};.Жр I,÷»).:плеT cуществс нные трудности Наиболее крупным }(е! Ос}татком Ъ «т 1 Из,»С .ГТНЬ(Х М< .ТОДОВ "-13 ЛС .Т< Я МОСТI,Ю, КОГДЛ ОСНО»Н}IМИ HO< r!Ò< J!ßÌ)) ТОК Л ЯВЛЯЮТСЯ :!OHÛ БН т Т т)t!IOPOB()! i3)1сЛ Ги, LjиС ГЫИ Л ад 06:IЛ;!Л< Т П)) ОТО)1 HOi1 IIP0!3C ДИМОСТ}т}0 r (ЛС,}, I! .)ИМ С.ЛМ!) Е <}роводимстстью ионов приме с рй, ljõ0}r150 ших в решетку:)ьда, т. е. обл;дает попупровсдниковой проводимостью, зависящей от направления э. рктрическог o тока. Таким образом, проводимость и поляризуемссть осадочных пород при переходе их от талого состояния к мерзлым при определенных условиях под влиянием изменения напрлвления электрического тока могут мсняться„ В практике поисков рудных месторождений полезных ископаемых методом БП злмечено, что процессы ВП в заИI! фтОР т»ат}IВН ОСТЬ H т! (ДО С т ЛТГ Ч!(ст Я дос:товерность, особс»нно г(ри г»учев ;-(ии мерзлых пород. Кроме того,. ОбоC0бЛЕ)1Н0СТЬ МЕР )JI<«)Õ 110,)OJI, !(,:IК 1 () ) логических образований, спец;(фи-и:;сть ст1)оения и 3еlачитс льт(лл из)лс I! чи вор i b I!х физических свойств требуют; гобс 0 подхода. Талые и мс рзлыг оел„(очные ПОРОДЫ ОГЛЛД"r)ÎT ИОННОЙ ПРОВОДИ40 т т и);гимогти от нлпрлг:!e}I)<5 .:»nз "у}(ц(лющс го тока нели и е йны. 7; l!0 во »б уж;(лк) шее по I< ;3 . л в!)Симог ти 0 T IIH,10;}73". с-::. Т<ЭК)1 ТЛКЖЕ ff. т;:тт 1),Ii):.,)r)r)r ". . }(( и» (Н< С }, 7»о».с,y ° . НО 0 КРИОГЕ}}}rO-U =: ГТOß} И:: НЕОДП 0 JНЛЧ.:i;., Наиболее б:. Язким п<) чиг) г,.";:. с т»С Н Н} !Х 7)РИ.) НЛ.„ ОВ )(Р с "!:1< сот Я 73 . (»r Ð T С. Я < I 1 Î <1 О : 1 Е, т 3 ° С :< 1 г),-, } т ", тт < .. -, ОС 013 Л «I Н}т)11 1 !а я 0 -. ". Ж,.! Е 1((1 I! Рс13Hr)7(0),ßÐIIOÃ!) ).(ЕКтPОOМЛ 1)(Г т-<,.: :IЯ И 11 I)<}P;}f!):È ?IЛП .;5(K;»r!1 ОГ-. : O.-.."- ;-:— jlrlfCrj (С 1 0 То)(,1, ПО:I H 13} } 3!»Е )!:т!; . 1 pl! 2< ц)11! 1! }С:(И:<»т)НО;т ПРЛ;::С НИ«lк СOt )ЛГЦО с К j 3
)3, С ?1 }10 730 3 б) тс) }т !i<) щ«(< ° - т }(?} ))} 1 11<;110)! 51 Pi(I т тl < П, ) - C;) -r ". г. -т т Т<) f . 1 И )i<ò,".<3;)Я," ) I P 1 3 П )(ЛО)2;10 (Л )с<3))тlнрнтто} I(I J Пll т1 1 (f)1j Л с)1:;1 т 13 1, )I(1)! < .101 !11, 5(?3 15)}ЕТ< . .1 . 1 13 О : б "Ж) j е 1 < 1 5i . ) . r. Ir "., ) <) М cj : j i : i 1 < : И It r<): РЕ.(}t» НРЛ):.}(Ей! !0; ."i:., I Ði Å i)P)1)1(il 1 Е Л О <2 Е) <т I((. т)< r j))3 1 "г".г:т ("ij « ;": т ;тт JI )}т р;; т<1, т, 1. " :О СР ))3 }ii HI!}r < Р .;7}(}т}М)) т, C !". т }.) ::: . )(11 пс:р:: емос г«, о и и:у-..",,.; )П(твт,);-1)O< Оf)fOМ < (r; }I j)((:f(-,:,1 JI 3,!0(0 \ jt т,, rrр ВCÐ.—;(Л В,.-ят<*,ят: И(110 p)tp 0)33)I) tr ?тсl(т Ор мациl! 3 л сне" нелинейности возбуждающего поля епе более сужает возможности способа при изучении мерзлых пород для решения задач определения их криоге} ного состояния и литологии. Крайне низка и производительность способа, так как значительну!л часть времени занимает поиск эквипотенциальной линии ВП. Приемные <3лектроды до 3 111 проведения основных замеров нелинейных ВП необходимо несколько раз переставить на местности на предполагаемой эквипотенциальной линии до получения минимальных значений 5 разности потенциалов. Цель и .тобретения — повышение производительности труда и информативности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, основанному на возбуждении в земле разнаполярного электро10 тервал между сериями импульсов равный суммарному времени следования 45 токовых импульсов, выбран с учетом особенностей возникновения и спада ВП в ионопроводящих средах. К моменту следования последующей серии импульсов потенциалы ВП предыдущей серии успевают спадать, что позволяет выделять эффект нелинейности возбуждающего поля без искажающего влияния поля ВП между сериями. Кроме того, сам принцип возбуждения электромаг- 55 нитного поля автоматически предполагает сокращение времени на цикл измерений потенциалов первичного и магнитного поля и измерении напряженностей возбуждающего поля, поля ВП и нелинейной вызванной поляризации (НВП) при прямом и обратном направлениях питающего тока, разности потенциалов возбуждающего поля и поля ВП измеряют последовательно при возбуждении электромагнитного поля серией импульсов заданттай длительности первоттачаттт.но одной гтолярности до достижения насыщения поля, затем через интервал времени, равттт,я суммарному времени следования токовых импульсов, — серией тай же заДанной длите тьности импульсов другой полярности. Па отношению потенциалов нелинейнога воз бутттдаюше гo поля с учетом знака к потеттцттал тм 30 возбуждающего поля галажительнай полярттости определятот меру нелинейности возбуждающего поля, па которой судят о криогенном состаянтти пород. Возбуждение электромагнитного поля серией коротких импульсов позволяет легко контролировать процесс насыщения ВП, исключая перенасыщение, и избавляться от необратимых физикохими . еских процессов в породе, что 4О увеличивает точность измерения абсолютных значений потенциалов ВП и потенциалов ее нелинейности. Ин6- т(17 4 вторичного палей на каждой точке, чтт в конечном счете ведет к значительному увсличенттю производительности труда. Для возбуждения электромагнитного поля применяют прямоугольные импульсы длительностью 27 мс, исходя из особенностей изучаемого объекта (талые — мерзль1е грунты). На талых породах, где время переходных процессов менее 10 мс, длительность импульсов можно было бы уменьшить до 10 мс, но при их промерзании время переходных процессов значительно увеличивается и соответственно увеличивается погрешность измерении. Таким образам, чтобы расширить область приметтеттия предлагаемого способа, делатт. импульсы тока короче 20 мс нецегтесообразтто. Нельзя делать длителы ость импульса и кратной 50 Гц, так как возрастают промышленные помехи. При увели:.ени т . длительности импульсов более 27 мс неот ран:,анно возрастают энергозатраты Пример 1. Пусть исследования способом геоэлектроразведки проведены устаттовкой вертикальнага электрического зондироваттия (ВЭЗ) при разносах птттающих электродов АВ до 50 >1 на разрезе с ттзттеcTifoA геокриолагттческой обстановкой. Разносы, I начиная с 1 м, менялттсь через 0,5 м. Глубина оттаивания составляла около 0,3 м, мощность мерзлоты около 2,3 м. Измеряли разности потенциалов возбуждающего поля при пропускании серии импульсов первонача.пьно положителытой полярности QQ + ) а заЛ Б тем — при пропускании серии импульсов отрицательной полярттости (й(У вЂ” б+ ) с последутстттим расчетом р + и я В 9,т-б+ . Меру полупроводникового эффекта (> y ) определяли па отношению разности потенциалов нелинейности поля (л Li >i >- — а Li„, ) к разности потенциалов поля положительной полярности (й Li,т+ - ) . Зона отрицательных значений d"p до 207. на полуразносах 1,5-2,5 м хорошо увязывается с зоной мерзлоты, так как на полуразносах более 2,5 м значения о"р принимают положительные значения (талые породы). Из экспериментальных данных известно, что параметр ст"с при переходе парад от талых к мерзлым изменя. ется от положительных значений к отрицательным (до -507). 1116407 мерзлых пород. Составитель Л. Воскобойников Редактор М. Келемеш ТехредЖ.Кастелевич Корректор М. Шароши Заказ 6925/37 Тираж 710 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 П р и и е р 2. Измерения проведены в соответствии с примером 1, «о здесь разности потенциалов возбуждавшего поля измеряли при пропуcêà«èè серии импульсов первоначаль«с отрицательной полярности (Д()., — ), а затем — при пропускании серии импульсов положительной полярности (1 0,„, в- ) с последующим гасчетом тех же параметров и н той же последователь«осTH, что и примере 1. Получен«ые результаты сравнили с результатами, полученными н первом слyчаe, Зона отрицатель«ых значений Гу на полуразносах 1,5-2,5 м также хорошо у-вязывается с зоной мерзлоты. 11ри- ем абсолютные значения параметра с/ р ат.- « анись незначительно (н пределах ошибки.: от полученных B примере 1. Ни зин:-. ни абсолютные значения параметра с,. от значения знака поляр«ос-и первоначальной серии импульсон -ока «:. з, висят, à QI ðåäeëÿþòñя только г:-окри генноЙ характеристикой разреза Использование предлагaeмого снос: 1О ба геозлектроразнедк« мер=;..зых †.овn:. обеспечивает по сравнение " инне ми увеличение производител,«о. ":,« работ, а также увеличение информатпт.— ности и разретпаю1аей с,ocnC ÷îñò,:ме о дон сопротивления и ВГ -à ::.-..÷.-т „";ë.ñ— шире«ия числа илучаемь.х па;а 1е;по.
