Способ морской геоэлектроразведки

 

СПОСОБ МОРСКОЙ геОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ , при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промезкутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками, отличающий с я тем, что, с целью повы -- fe iTjiZjfc %I -II ;X.- шения точности и разрешающей способности измерений при одновременном повышении глубинности путем разделения эффектов становления пОля и вызванной поляризации, произбодят одновременную peгиcтpalц ю значений напряженности вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей дипольно-осевой установками при фиксированных разносах для каждого из измерительных диполей дипольноосевой установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина дс поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным (Л значениям поля на приемных линиях соответственно, дипольно-осевой устайовки при фиксированных разносах и . симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) S 01) з(5И С 01 V 3 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРЕтений и ОтнРытий

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3599921/)8-25 (22) 03.06.83 (46) 07. 11.84. Бюп. I!) 41 (72) В.А. Белаш (71) Всесоюзное морское научно-производственное объединение инженерной геологии "Союзморинжгеология" (53) 550. 837 (088. 8) (56) 1. Якубовский 1;"). В. Зле ктроразв ведка. M., "Недра", !980, с.264-271.

2. Авторское свидетельство СССP

1!9 693312, .кл. G 01 V 3/02, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 266091, кл . G 01 V 3/02, 1968 (прототип). (54)(57) СПОСОБ МОРСКОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промежутках между импульсами вторич— ное электрическое поле двумя приемными установками, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерений при одновременном повышении глубинности путем разделения эффектов становления пОля и вызванной поляризации, производят одновременную регистрацию значений напряженности вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей дипольно-осевой установками при фиксированных разносах для каждого из измерительных диполей дипольноосевой установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина дс поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным. значениям поля на приемных линиях соответственно, дипольно-осевой уста-. новки при фиксированных разносах и . симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления.

1122998

Изобретение относится к технической физике и может быть применено при геоэлектроразведке .месторождений полезных ископаемых и инженерно-геологических работах в морских условиях методами вызванной поляризации и становления электрического . поля.

Известны способы электроразведки основанные на изучении явлений вы- 10 званной поляризации (ВП1, заключающиеся в том,что в землю посылают электрический ток и измеряют напряжение поляризационного поля, вызываемого поляризующимся объектом fl) .

В морских условиях вследствие требований к высокой экономичности морских работ целесообразен вариант измерений временной зависимости спада вызванной поляризации с измерением электрической составляющей поля, позволяющий исследовать полную кривую спада вызванной поляризации при наименьших организационных затратах. Поэтому способы, основанные на многочастотных амплитудно-фазовых измерениях и/или измерениях составляющей магнитного поля, нетехналогичны для морской электроразведки из-за трудности организовать измерения

30 магнитной составляющей поля и практической невозможности осуществлять измерения в движении судна.

Совместное влияние на измеряемые параметры (в,частности, на параметры кажущейся поляризуемости, в особенносЗ5 ти при ранней стадии спада поля

ВП ) двух различных по физическому характеру процессов (вызванной поляризации и индукции) существенно усложняет интерпретацию полевых работ и обусловливает необходимость отделения части поля вызванной поляризации от процессов, вызванных электродинамическим установлением поля.

Способы вызванной поляризации

45 характеризуются сравнительно высокой разрешающей способностью и глубинностью, однако влияние поля становления вносит существенную погрешность в определение мгновенных значений разности потенциалов поля вызванной поляризации.

Известен способ геоэлектроразведки, согласно которому, с целью повьппения точности измерения путем 55 разделения поляризационных и индукционных эффектов, определяют разность абсолютных значений сигнала и тот же промежуток времени после выключения импульсов тока разной длительности, по которой судят о величине поляризационных эффектов (21 .

Однако предпосылка о том, что индукционные эффекты (поле становления) не зависят от длительности токовой посылки, имеет большие ограничения. Поле вызванной поляри- зации и поле становления зависят от длительности возбуждающего токового импульса. Различие этого влияния для поля вызванной поляризации и поля становления зависит от закона спада величин, составляющих поля во времени. Закон спада вызванной поляризации практцчески не зависит от удельных электросапротивлений сред, а плотностью.определяется ходом электрохимических процессов в горных породах. Процесс же становления определяется удельными электросонротивлениями сред и их распределением в пространстве. Поэтому в одних случаях изменение длительности зарядки бальгае влияет на наблюдаемые величнны вызванной поляризации, а в других— на компоненты поля становления. Чем ниже удельные электросопротивления сред, тем,больше влияет на поле становления длительность импульса.

При этом, чем больше длительности импулЬсов по отношению ко времени наблюдения, тем меньше различие между длительностями. В условиях моря разрез сложен сравнительно низкоомными средами — вода 0,2-1,5 Ом, породы 1-10 Ом. Дпительности зарядки не должны быть большими (не более 510 с}, учитывая, что измерения про†. водятся в движении. Поэтому в морских условиях данный способ неприменим.На суше он может быть применен с большими ограничениями только для выделения очень медленно спадающих во времени эффектов ВП. Быстро и умеренно спадающие во времени поля

ВП, которые в настоящее время используются в полевой разведке по методу ВП, будут при такой методике наблюдений либо ослабляться, либо исключаться.

Таким образом, точность измерений эффектов ВП, а следовательно, и разрешающая способность такого способа невысокие, так как сигнал после короткого импульса содержит в значительной степени и эффекты становления поля (СП), а в .разностном! 122

3 сигнале эффекты ВП сильно искажены °

Известен ряд методических приемов, позволяющих разделить поле ВП и поле СП, в частности применением установок, в которых индукционные эффекты отсутствуют либо минимальнь, например, применением ортогональных дипольных установок или установок, в которых источником поля слу— жнт заэемпенная петля, а поле измеряется вдоль прямой, замыкающей полупетлю. Однако в морских условиях такие установки с измерением магнитной составляющей поля нетехнологичны и ими практически невозможно организовать измерения в, движении из-за помех, возникающих при буксировке судна.

Наиболее близким к предлагаемому является способ геоэлехтроразведки, согласно которому возбуждают электромагнитное поле импульсами (током прямоугольной формы) и измеряют в промежутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками. По разности нли отношению сигналов, полученных приемными установками, судят о наличии и величине поля вызванной

30 поляризации и поля, связанного с элек. тродинамическими явлениями становления поля (31 .

Однако во взаимных приемных установках питающие электроды находятся в различных геоэлектрических условиях. Поскольку в приэлектродных зонах плотности тока высоки, то имеют место нелинейные явления, для которых принцип взаимности для поля вызванной поляриз-ации не соблюдается. Это приводит к невозможности вычисления полей BI: и электродинамических полей в отдельности.

В морских условиях реализация иэ. вестного способа потребует создания очень громоздкой установки, поскольку для одной из взаимных установок приемные электроды должны находиться ближе к судну, чем питающие.Одйако для того, чтобы избежать возник- 50 новения помех буксировки в приемной линии, необходима "слабина" не менее 200-300 и. Кроме того, для каждой из взаимных установок должна быть организована своя питающая линия. И, наконец, измерения должны проводиться поочередно (то с одной, то с другой из.взаимных

998 4 установок), что при измерениях в дви" женин приведет к снижению производительности в 2 раза. Если же организовать смещенные взаимные установки, т. е. организовать установки вида И!! !1 АВИ2И2 где и!Ч4 И2иа.— приемные, а А и.  —.,питающие электроды, и проводить одновременные измерения после выключения тока s двух приемных цепях, то, учитывая необходимость "слабины" перед приемной линией И И,1, установка стано- вится очень протяженной, что приводит к попаданию приемных линий с в различные геоэлектрические условия. А это практически исключает возможность разделения поляризационных и индукционных эффектов и обуславливает низкую, точность измерений поля ВП.

Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности измерений при одновременном новы!пении глубинности путем разделения эффектов становления поля и вызванной поляризации.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, при котором возбуждают электромагнитное поле импульсами тока прямоугольной формы и измеряют в промежутках между импульсами вторичное электрическое поле двумя приемными установками, производят одновременную регистрацию значений напряженное. ти вторичного электрического поля симметричной и содержащей заданное число измерительных диполей дипольно-осевой установками при фиксированных разносах для каждого из измерительных диполей дипольно — осевои установки, устанавливаемых по условию, что удвоенная глубина до поляризующегося слоя заключена в пределах между минимальным и максимальным разносами, и по измеренным значениям поля на приемных линиях соответственно дипольно — осевой установки при фиксиров.анных разносах и симметричной установки определяют раздельно величину поля становления и суммарное поле вызванной поляризации и становления.

Взаимное влияние полей носит аддитивный характер для установок электрического типа. Зная величину.: поля становления, одинакового для указанных режимов измерений на приемных линиях обеих установок, можП 22998 но выделить раздельное значение поля вызванной поляризации.

Таким образом, цель изобретения достигается таким взаимным пространственным расположением одной питаю- . 5 щей и двух приемных цепей, при котором одна из приемных цепей регистрирует суммарное поле ВП и СП (внутреняя), а другая — процессы сталовления поля . t0

Повышение точности достигается путем разделения полей BII и СП, влияние становления поля на измерения вызванной поляризации исключают, используя данные измерений на вы- 15 несенных приемных линиях дипольноосевой установки. Последующая коррекция результатов наблюдений обеими установками путем усреднения результатов измерений по профилю исключа- 20 ет влияние неоднородности среды .

Повышение разрешающей способности обеспечивается возможностью регистрировать более слабые аномалии поляризующейся среды за счет того, 25 что.исключение влияния сигналов становления позволит регистрировать поле вызванной поляризации на более ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен. 30

Повьпвение глубинности обеспечивается на основе более точного определения величин становления путем исключения влияния вызванной поляризации на результаты измерениИ с дипольно--осевой установкой.

На фиг. 1 изображена установка цля наиболее рационального и экономичного в морских условиях варианта расположения приемных электродов; 40 на фнг. 2 — зависимость величины сигнала ВП от разноса r для дипольно-осевой и симметричной установок; на фиr. 3 — принципиальная схема аппаратуры для измерений согласно пред- 4 лагаемому способу.

Для осуществления способа морской геоэлектроразведки применяют измерительную установку, которая содержит нынесенную многоэлектродную дипольно-осевую установку АВМ;N где питающие электроды я и 8 обозначены через 1, " а измерительные диполи содержат электроды 3„-12; и, внутреннюю симметричную установку AMoNo В с их общей питающей. Количество приемных линий дипально-осевых установок и размеры разносов определяются в зависимости от геологических задач и геоэлектрических условий изучаемого разреза. Вся совокупность разносов дипольной установки возрастает в геометрической прогрессии, что позволяет равномерно исследовать разрез по глубине. В смежных парах приемных электродов дипольной установки M N каждый первый электрод последующей пары совмещен с вторым электродом предшествующей смежной пары, т.е. BM „=ВЫ„. Величина питающей линии АВ устанавливается в зависимости от глубины залегания границ раздела и должна в 1,5-3 раза превышать их для достижения доста.— точной глубинности симметричной установки. Наличие одной общей питающей цепи устраняет необходимость коммутации питающих цепей, что позволяет производить непрерывные измерения разности потенциалов на профиле наблюдений.

Измерение значений разностей потенциалов на внутренней приемной

M Б и вынесенных приемных M Я„ линиях проводят одновременно в промежутках между питающими импульсами на поздней стадии становления поля в соответствии с условием

t > 0,623 — —— (1)

P где, t — время измерений;

p — кажущееся сопротивление; г — разнос- дипольно-осевой уста.новки.

Указанный выбор времени измерений определен исходя из достижения максимальной глубинности метода становления поля. Измерения производят в режиме раэнополярных импульсов, обеспечивающего помехоустойчивость измерений.,Длительность импульса Т может изменяться от О,! до 10 с в зависимости от размеров косы и геоэлектрического разреза. В условиях низ коомн ого р азре з а и больших р аз— меров косы длительность токовых посылок должна быть достаточно продолжительной, чтобы завершились процессы становления. Длительность импульсов зарядки оптимально может быть выбрана исходя из уровня помех и глубинности в диапазоне 1-10 с, длительность пауз равна длителькости импульсов.

В первом приближении сигнал, принимаемый с вынесенной установкой с

1 122998

7 разносом в 2 раза большим глубины до поляризующегося слоя, не содер. жит эффектов ВП и равен Ел . Это даЬ ет воэможность его использования в качестве сигнanа становления, а также возможность исключения влияния становления на величину суммарного поля ВП и СП, наблюдаемую с внутренней приемной линией М Йо . Поскольку лри одновременной регистрации 10 переходных процессов с внутренней и .внешней линий они будут находиться в различных геоэлектрических условия (нов меньшей степени,чем это,наблюдалось бы в известном. спо- 15 собе), то целесообразно выполнить дополнительные действия для устранения этих различий. Необходимо осуществить пространственный сдвиг измерений рассматривая совместно

3 измерения с симметричной и дипольной установками АМ яоВ и АВМ„11; с совпадающими центрами, а также рассматривать не единичные кривые, а среднее арифметическое совокулнос-- 25 ти кривых на некотором отрезке, скользящем по профилю, что позволит избавиться от влияния случайных неодно-родностей разреза. Длина отрезка должна выбираться в зависимости от требующейся детальности наблюдений и размеров случайных неоднородностей характерных для участка работ, влияние случайных неоднородностей разреза ослабляют, находя среднее из

35 ряда измерений на скользящем по профилю отрезке, Способ осуществляют следующим образом.

Для морских инженерно.-геологичес40 ких исследований используют установку АМОМОВМ. 1;, =1-п, с числом в приемйых линий 11 =6-24, в которой размеры питающей и приемной линий имеют соотношения: АВ BN (при . 45 п=6; r 2Н, Н вЂ” глубина до поляризующегося слоя), а для симметрично установки для обеспечения достаточной величины сигнала выбирают ,АМ8 М01 0

При региональных инженерно-геологических работах для изучения верхней части разреза с ориентацией на глубину исследований порядка 75100 M целесообразно применение уста.новки А15ОМо 150-AJAR 150В150М4150

11„, ВМ„ =В 11;1 2,5; 3,5; 5; 7;

i 0; 14; 20 ; 28; 40; 56; 80; 112;

1 60 „224; 320; 450; 640 м. Для более г

10,5 - l.4Pi л..,E(t) = — - — — - —— с =2 1 л 1"1о где 1

Yi0 дипольный момент; время; магнитная проницаемость ва— куума; кажущееся сопротивление.

Поэтому на поздней стадии, описываемой выражением (1), поле становления, измеряемое внутренней и вынесенной установками, будет одинаково. Напряженность электрического поля ВП, измеряемого внутренней установкой, совпадает по налравле— нию с лоляризующим полем и, следовательно, противоположна полю становления. Напряженность поля ВП, измеряемого с вынесенной установкой, значительно ниже, чем измеренного с внутренней установкой. На фиг.2 приведены результаты расчетов разностей потенциалов поля вызванной лоляризаци ЦВП с разными раэносами (индекс кривой) для двухслойной среды с различными соотношениями удельных электросолротивлений р нижней и верхней среды, равной нулю поляризуемостью верхней среды и рав-. ной ll поляризуемостью нижней среды детальных р.абот требуется больше наблюдений. При.детальных инженерногеологических работах следует применять донную установку АВМ;М;BY;=

ВЯ„ =1,25; 1,75; 2,5 и далее те же размеры, что и при региональных работах до величин, определяемых необходимой глубинностью. Линия ВМ;11; увязывается в единую косу, питающий электрод В удерживается на плаву поплавками. Питающий электрод я буксируется независимо. Отдельно буксируется внутренняя измерительная ли ния M 111, С помощью внутренней линии регистрируют в основном процессы вызванной поляризации, а с помощью внешней — процессы становления. Про цесс становления (напряженность электрического .поля E(t)) на сравнительно поздней стадии не зависит от расположения приемного диполя по отношению к питающему, о чем сви. детельствует известная зависимость процесса спада поля становления для установки электрического типа с параллельным расположением питающего и приемного диполей

l 1 2299 при заданном разносе и и глубине 11

Такой геоэлектрический разрез характерен для морских условий. Интересной особенностью поля ВП такого разре за является наличие отрицательных значений напряженности при разносах дипольно-осевой установки, меньших удвоенной; мощности верхнего слоя.

В области разносов, равных удвоенной мощности верхнего слоя, значение 1О напряженности поля ВП меняет знак на положительный.

Таким образом, при определенном выборе расстояния вынесенной приемной установки от питающей, равном 15 .удвоенной глубине до поляризующегося слоя, можно добиться равенства нулю поля вызванной поляризации и наблюдаемые эффекты будут связаны только со становлением поля. По- 20 скольку глубина залегания поляризующихся пород может изменяться то наблюдения следует производить с несколькими вынесенными приемными линиями, образующими многоэлек- 25 тродную дипольно-осевую установку с разносами в пределах удвоенной глубины до поляриэующегося слоя.

Используя значения поля становления, измеренные с вынесенной установкой, можно ввести поправки в величины, измеренные с внутренней установкой, с целью исключения из них эффектов, связанных с полем становления, что обеспечивает повьппе35 ние точности определения парамет- ров вызванной поляризации.

По измеренным значениям поля на внутренней и вынесенных приемных лиопределяют раздельно количест 40 венные величины поля вызванной поляризации и становления, что в простей. шем случае определяется как алгебраическая сумма (разность) измеренных значений, соответственно на внутрен45 ней и вынесенных приемных линиях, а в общем случае. неоднородных разрезов по результатам измерений с данной установкой можно определить раздельно величины значений поля вызванной поляризации и становления, .

50 например решением системы уравнений; сост авле иной исходя из . з акономерностей пространственного распределения папяризационного и электродинамического полей. 55

Для простейшего варианта установки

ANoÌ l3 .1-"I М с совмещенными первым о О 2 и вторым электродами соответственно

10 второй и первой пары приемных электроАВ AB дов с разносами r

2 1 4

AB

r = — —, поле становления, измеряемое одновременно на всех трех разносах, одинаково, а поле поляризации изменяется в зависимости от расстояния по линейному в билогарифмическом масштабе закону

01, Е (r) = Е (ri). (— -) nfl бп г1 где М. — коэффициент.

В таком случае по данным измере- . ний на внутренней симметричной установке и на двух разносах Р1 и вынесенной дипольной установки получают данные для решения системы трех уравнений, в которых неизвестными являются Е р Ецй (ri) и of, е Боль шей точности можно достигнуть, организуя установку АМ Н ВМ1М: М . В этом случае кривая зависимости Евп от

r апроксимируется в билографическом масштабе параболой, количество не,известных . и уравнений для их определения становится равным 4. Систеt мы таких уравнений для раздельного определения полей ВП и СП составлены и разработаны приемы их решения методом скорейшего спуска.

Устройство для реализации способа (фиг. 31 содержит усилители 15 и 16, блоки 17 и 18 стробирования, интегрирующие ячейки 19 и 20, сумматор 21 и регистратор 22.

В устройстве для реализации способа сигналы, поступающие с приемных линий N0Ne и М; Ni обозначенных на

Фиг 3 чеРез 130, 14б, 3, 4, усиливаются соответственно усилителями

15 и 16, стробируются в блоках 17 и 18 соответственно с заданным време. нем, отсчитываемым от заднего фронта возбуждающего импульса, например, через 0,1 с после выключения тока, время стробирования 0,1 с. После стро. бирования происходит накапливание сигналов на интегрирующих ячейках

19 и 20. Разность сигналов с внутренней приемной линии М й,, измеряющей суммарное поле ВП и СП, и вынесенных приемных М Ц;, измеряющих только лоле становления, определяется в сумматоре 21 и дает величину выделенного сигнала поля вызванной поляризаФ, ции. На регистраторе 22 регистриру1122998

12 ются сигналы, поступающие с бло-ков 19 и 20.

Согласно предлагаемому способу морской геоэлектроразведки применением установки с одной внутренней и вынесенной приемными линиями при определенном, в пределах удвоен- . ной глубины поляризующегося слоя, разносе вынесенной дипольной установ. ки достигается возможность полного 10 разделения эффектов вызванной поляризации и становления поля.

Дпя устранения этих различий осуществляют пространственный сдвиг измерений, рассматривая совместно. измерения с симметричной и дипольной установками с сопадающими центрами. Непрерывные измерения и однородность верхней части морского геоэлектрического разреза обеспечи- 20 вают асреднение результатов измерений вдоль профиля наблюдений, что в еще большей степени обеспечивает возможность точного разделения полей становления и поляризации, так 25 как осуществляется сглаживание и выравнивание величин разности потенциалов полей ВП и становления, измеряемых с внутренними и вынесенными приемными линиями. Возможность разделения взаимно сопутствующих поляризационных и индукционных эффектов устраняет интерпретационные трудности прн обработке ° результатов электрозондирова35 ний становлением поля и вызванной поляризации и на этой основе обеспечивает получение достоверных данных об изучаемом геоэлектрическом разрезе, что повышает геологическую эффективность электроразведочных работ.

Применение предлагаемого способа дает возможность достоверно охарактеризовать геоэлектрический разрез и дает литологическую характеристику геоэлектрических горизонтов.

Комбинирование обоих методов ВП и СП с исключ енными эффектами вза имного их влияния расширяет возможности интерпретации результатов измерений и повышает тем самым разрешающую способность и информативпост ь геоэлектроразведочных исследований.

За счет достижения больших токов при коротких линиях питающей линии обеспечивается увеличение точности определения сигнала становления н увеличение глубинности метода не менее чем в 2 раза. Исключение влия-, ния ВП на результаты наблюдений поз волит наблюдать поле становления в течение более длительного времени после выключения тока и, следователь но, дополнительно увеличить глубинность исследований.

При использовании предлагаемого способа обеспечиваются необходимые производительность и технологичность морской электроразведки методом ВП, так как использование линейной установки позволяет все измерения осуществлять в движении.

Кроме того, обеспечиваются значительное снижение веса и размеров косы за дчет уменьшения количества питающих линий .(с 4-8 до 1) и простота конструкции набортной1 аппаратуры, так как отсутствует необходимость коммутации питающих линий.

Анализ данных измерений, провеценных при морской электроразведке при поиске нефти. с использованием четырехэлектродной установки, свидетельствует, что результаты измерений существенно искажены взаимным влиянием ВП и СП. Низкую точность измерений базовым способом, обусловленную отсутствием возможности разделения эффектов ВП и становления, иллюстрируется тот факт, что при времени регистрации 1,43 с кажупкеся сопротивления колеблются по профилю от 2,75 до 12,8 Ом, в то время как по каротажным данным удельные электросопротивления среды на этом участке составляют 2-4 Ом.

Эффективность предлагаемого способа при поисках залежей углеводородов в море значительно повышена за счет возможности выделения более слабых аномапий,ВП, поскольку исключение сигналов становления позволит регистрировать ВП на ранних стадиях, где сигнал ВП более интенсивен.

1122998

Редактор Л.Мотыль

Заказ 81 34/38 Тираж 710

BHHH1IH 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

14, !

3 ф

Составитель Л. Воскобойников

Техред С. Легеза Корректор А.Зимокосов