Способ геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к электроразведке с применением электромагнитного поля. Целью изобретения является повьппение достоверности геоэлектроразведки за счет изменения трех ортогональных составляющих вторичного поля . Для реализации данной цели в способе герэлектроразведки с использованием жестко связанных между собой генераторной и приемных рамок применяют следующую технологию измерения: производят компенсацию первичного поля в приемной рамке, для чего угол , между полостью генераторной рамки и дневной поверхностью изменяют на 90, добиваясь с помощью компенсаторов неизменного сигнала на выходе приемника в ИСХОДНОМ и повернутом состояниях, и измеряют составляющую вторичного поля; аналогично измеряют составляющую вторичного поля, перпендикулярную моменту генераторной рамки и лежащую в Одной вертикальной плоскости с ним; при этом угол изменяют на 180°, аналогично измеряют составляющую вторичного поля, совпадающую с моментом генераторной рамки, изменяя угол от О до 90°, при этом компенсация сигнала на выходе приемника изменяется таким образом, чтобы в одном из положений он был в два раза больше, чем в другом. 6 ил., 1 табл. сл с sj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 ()9) (1!) (52) 4 G 01 V 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) .3828543/31-25 (22) 24,12,84 (46) 07.08.87. Бюп. Р 29 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема (72) В,И. Гордиенко, М.С.Пушкарь и В.И,Скопа (53) 550.837 (088.8) (56) Матвеев Б.К. Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. -. М.: Недра, с.375.

Авторское свидетельство СССР

Р 475583; .кл. G 01 Ч 3/06, 1972. (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к электроразведке с применением электромагнитного поля. Целью изобретения является повышение достоверности геоэлектроразведки за счет изменения трех ортогональнык составляющих вторичного поля. Для реализации данной цели в способе геоэлектроразведки с использованием жестко связанных между собой генераторной и приемных рамок применяют следующую технологию измерения: производят компенсацию первичного поля в приемной рамке, для чего угол между полостью генераторной рамки и дневной поверхностью изменяют на 90 добиваясь с помощью компенсаторов не-: изменного сигнала на выходе приемника в исходном и повернутом состояниях, и измеряют составляющую вторичного поля; аналогично измеряют составляющую вторичного поля, перпендикулярную моменту генераторной рамки и лежащую в одной вертикальной плоскости с ним, при этом угол изменяют на 180, аналогично измеряют составляющую вторичного поля, совпадающую с моментом генераторной рамки, изменяя угол от о

О до 90, при этом компенсация сигнала на выходе приемника изменяется таким образом, чтобы в одном из положений он был в два раза больше, чем в другом. 6 ил., 1 табл.

1328777

Изобретение относится к электрораэведке с применением переменного электромагнитного поля, в частности к способам регистращии составляющих вектора вторичного магнитного поля вихревых токов в проводящей среде, возбуждаемых первичным полем рамки с переменным током, и определения по ним строения и электрических свойств среды.

Целью изобретения является повышение достоверности геоэлектроразведки эа счет измерения трех ортогональных составляющих вторичного поля. 15

На фиг.1 приведена схема вэаимноfо расположения рамок; на фиг.25 — векторные диаграммы; на фиг,б— пример реализации способа.

Антенная система состоит из генераторной рамки 1, первой — третьей приемных рамок 2 — 4 и штатива 5.

Антенная система может быть повернута относительно среды в горизонI тальной плоскости (вокруг вертикальной оси штатива) и вокруг

t оси а-а . Между осью генераторной рамки и дневной поверхностью имеется угол Ф, изменяемый впроцессе компенсации первичного поля и проведения измере- 30 ний. Расстояние между генераторной рамкой 1 и третьей приемной рамкой 4

0,2 м.

Поворот рамок относительно дневной поверхности на 90 обеспечивает изменение фазы вектора напряженности вто35 ричного магнитного поля составляющей, перпендикулярной моменту генераторного диполя и лежащей в одной вертикальной плоскости с ним, на 180О, 40 изменение амплитуды составляющей, совпадающей с направлением момента генераторного диполя, в два раза при условии, что в исходном состоянии угол между генераторной рамкой дневной поверхностью равен 90 или 0 о 45

Поворот рамок относительно дневной поверхности на 180 обеспечивает из. менечие фазы горизонтальной составляющей, лежащей в плоскости генератор- б0 кой рамки, на 180 . При полной компенсации первичного поля в рамках изменение фазы вторичного поля на прьтивоположную не влечет изменения напряжения на выходе приемника, а изменение амплитуды составляющей поля в определенное число раз вызывает из.менение напряжения на выходе приемника в такое же число раз.

Если первичное поле не скомпенсировано полностью, то напряжение на выходе приемника пропорционально сумме векторов напряженностей первичного и вторичного полей, и укаэанные соотношения между напряжениями на выходе приемника при повороте рамок не соблюдаются. Это дает возможность, сравнивая сигналы на выходе приемника в исходном и повернутом положениях рамок, добиться путем подбора величины компенсирующего. сигнала в каждой иэ рамок полной компенсации первичного поля независимо от величины вторичного поля.

Теоретическое обоснование предлагаемого способа геозлектроразведки ,заключается в следующем.

Составляющая в"..-оричного магнитного поля, перпендикулярная моменту генераторного диполя и,пежащая в одной вертикальной с ним плоскости, равна в п2 1, пг,1п (1) о

Горизонтальная составляющая вторичного поля, лежащая в плоскости генераторной рамки; равна

Н =М sin+ I<(n,r)@n dn. (2) о

Составляющая, совпадающая с направлением момента генераторного диполя, равна

Н =-И(1+з1п Ф ) )rrr.r"dn, 1„ (3) о где 1 — момент генераторного диполя;

Ф вЂ” угол наклона диполя к дневной поверхности; функция геометрических и электрических параметров средьц

I — функция Бесселя первого рода; п — переменная разделения; г — расстояние от генераторного диполя до точки приема.

Как видно из выражения.(1), изменение угла V на 90 ведет к изменению знака функции sin2 4 на противоположный, а фазы составляющей Ч на 180 о 4

Изменение угла Ф на 180 согласно выражению (2) влече т изменение знака функции sin на противоположный, а фаза составляющей H на 180 . Соглас -

7. но выражению (3) и при условии, что

Ф первоначально принят 0, изменение

0 его на 90 вызывает изменение функции

sin 9 от .О до 1, что, в свою очередь, ведет к изменению !, в два раза.

1328777

Реализация способа поясняется векторными диаграммами напряжений, приложенных к входу приемника и пропорциональных напряженностям первичного и вторичного полей (фиг.2ь,b,4,I, где U„« — напряжение, пропорциональ ное найряженности первичного поля ;

U — напряжение пропорциональное наьт пряженности вторичного поля; напряжение компенсации; Бре, - pe- 10 зультирующее напряжение, представ ляющее собой сумму напряжений, действующих на входе приемника).

На фиг.З даны векторные диаграммы для случаев, когда изменение угла р на 90 или 180 приводит к изменению фазы, вторичного поля, а значит, и пропорционального ему напряжения U .„ на 180 . Если первичное поле скомпенсировано не полностью (фиг.2), т.е.

U 4U регистрируемые на выходе пер приемника результирующие напряжения в исходном и повернутом состояниях рамок не равны U ФБ „. При полной компенсации первичного поля U gU pe- я5 пер зультирующие напряжения равны между собой и равны напряжению U

На фиг.4 и 5 приведены векторные диаграммы для случая, когда изменение 0 о угла Р от 0 до 90 приводит к изменению вторичного поля и пропорционального ему напряжения U в два раза.

ЬТ

При неполной компенсации первичного поля отношение результирующих напря- З5 жений при углах <=90 и т =0 не равно двум (фиг.4). При полной компенса1-1рез ьт 2ЪЬ 21-1вт °

Первичное поле в приемных рамках зависит от момента генераторного ди- Ьр поля, расстояния между генераторной и приемной рамками и их взаимного расположения и не зависит от положения рамок относительно дневной поверхности. В силу этого после проведения. компенсации первичного поля рамки могут занимать любое, необходимое для измерений, положение относительно дневной поверхности.

Для практической Реализации спосо-5О ба используют аппаратуру АЭИМ-ЗС.

Вместо входящих в .комплект аппаратуры передающей и приемной антенн изготавливают антенную систему, состоящую из жестко скрепленных между собой передающей и трех приемных рамок.

Приемные рамки по отношению к передающей ориентированы следующим образом: оси генераторной и первой приемной рамок лежат в одной вертикальной плоскости и взаимно перпендикулярньг, вторая приемная рамка располагается на расстоянии f 5 м от генераторной рамки так, что ее ось совпадает с линией пересечения генераторной и первой приемной рамок, ось третьей приемной рамки совпадает с осью генераторной рамки. Кроме этого, изготавливают три блока амплитудно-фазовой компенсации (АФК) по одному на каждую приемную рамку. Через блок АФК часть сигнала с выхода генератора поДается на вход приемника. Подключение выхо-, дов блоков АФК осуществляется совместно с соответствующими приемными рамками.

Измерения проводят следующим образом.

Антенную систему фиксируют на штативе так, что угол Ь между осью генераторной рамки и дневной поверхностью о

45 . К входу приемника подключают первую приемную рамку и первый блок

АФК. Подбором амплитуды и фазы компенсирующего сигнала добиваются минимальных показаний измерительного прибора приемника. Затем на вход прием-ника подключают вторую рамку и второй блок АФК и осуществляют аналогичные . операции. После этого угол 1 изменяо ли на 90 и считывают показания при-. бора приемника при подключенной первой рамке и lIeDBOM блоке АФК. Изменив угол Ф на 180 относительно исходного его значения и подключив вторую рамку и второй блок АФК к входу приемника, считывают показания прибора. Антенную систему поворачивают в исходное состояние, сравнивают. отсчеты в исходном и повернутом положениях антенной системы и изменяют регулировки блоков АФК, чтобы получить одинаковые показания прибора приемника в исходном и повернутом положениях. Повороты антенной системы. и подстройку блоков АФК первой и второй рамок проводят до достижения этого равенства. .Зафиксировав антенную систему в исходном положении так, что угол

0 и.подключив к входу приемника о третий блок и третью приемную райку, изменяют угол.Ф на 90 и регулировкой блока АФК добиваются увеличения пока« заний прибора приемника в два раза о при изменении угла т на 90

Результаты замеров приведены в таблице.

1328777

Замер Показания измерительного прибора приемника

2-я рамка

3-я рамка

1-я рамка (» 45 (» 135

Ч =45 (I 225 » 0 1 =90

2 60 50 30 19 30 48

3 55 46 25

20 52 96

4 50 50 22 22 60 120

Практическое опробование способа проводят после выполнения компенсации первичного поля путем профилирования установки над неоднородностью s виде металлической трубы диаметром около . 0,5 м, находящейся на глубине 1,5 м.

После обнаружения металлической трубы и определения направления ее осн, антенную систему ориентируют так, что 25

I линия а - а, соединяющая центры генераторной и второй приемной рамок, параллельна оси трубы, а ось генераторной рамки параллельна дневной поверхности {фиг.6).

Расстояние У от,установки до проекции оси трубы на дневную поверхность 2 м, а высота расположения антенн над поверхностью Ь, 0,5 и. Измеряют величины составляющих И.» и H S.. (соответственио 300 и 330 уел. ед ° ).. .Величина Н» при указанной ориентации рамок и расположении установки

Над однородной средой должна быть равна:0 согласно выражению (1), так как угол » =0..

Однако в.рассматриваемом случае величина Н не равна О, поскольку кроме вторичного поля среды осуществляет еще .и вторичное поле линейного проводника (трубы). Измеренная величина Н равна только вторичному полю, создаваемому проводником. Величина Н.„ . представляет собой сумму составляю1 щей Н». обусловленной вторичным поИ лЕм проводника и Н, обусловленной вторичным полем среды, в которой находится проводник, Для учета влияния среды величину Н измеряют на значиS тельном удалении от трубы (более 20м),55

1де ее влияние не сказывается. Величина Н" составляет 30 усл. ед.

Глубина залегания проводника h, .ВОкруг которого существует электро1магнитное поле, независимо от способа его возникновения (поле вокруг про" водника может существовать вследствие прьпускания по нему тока от генератора или вследствие возбуждения полем . генераторной рамки), может быть определена из выражения ь1н» (4) н 9 где Ф вЂ” расстояние от проекции про" водника на дневную поверхность до точки иэмерени 1;

Н вЂ” горизонтальная составляющая

1 поля, в да ином случае H»

Н - вертикальная составляющая поля, в данном случае Н, .

С учетом изложенного выражение для определения глубины проводника приводят к виду

1= — — - — 1 (Н -H ) .(5)

Н (У

» и по нему определяют глубину залегания трубы,t,5 и.

Таким образом, измерение трех составляющих по предлагаемому способу позволяет обнаружить вытянутый проводящий,объект, определить направление его главной оси и глубину залегания.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, заключающийся в измерении составляк(щих вторичного магнитного поля с использованием жестко связанных между собой генераторной и приемных рамок, распо ложенных на поверхности изучаемой среды так, что плоскость генераторной рамки составляет угол с дневной поверхностью, и определении строения и электрических свойств среды путем сопоставления характера распределения

7 1328777 8

Фиг.1 и абсолютных значений измеренных и заданных амплитуд составляющих вторичного магнитного поля, о т л и— ч а ю щ и й, с я тем, что, с целью .) повьппения достоверности геоэлектроразведки за счет измерения трех ортогональных составляющих .вторичного поля, предварительно производят компен.сацию первичного поля в приемной рам- 0 ке, для чего угол между плоскостью генераторной рамки и дневной поверхностью изменяют на 90, производят амплитудно-фазовую компенсацию таким образом, чтобы сигнал на выходе при- 5 емной рамкй в исходном и повернутом положениях оставался неизменным, и измеряют составляющую вторичного поля, перпендикулярную моменту генераI торной рамки и лежащую в одной вер- 2р тикальной плоскости с ним, дополнительно измеряют горизонтальную составляющую вторичного поля, лежащую в плоскости генераторной рамки, предварительно произведя компенсацию первичного поля В соответствующей приеМ» ной Рамке пУтем изменения угла между плоскостью генераторной Рамки и дневной поверхностью на 180 и производит амплитудно-фазоную компенсацию таким образом, чтобы сигнал на выходе приемной рамки в исходном и повернутом положении оставался неизменнйм, а также измеряют составляющую, которая совпадает с моментом генераторной рамки, предварительно произведя компенсацию первичного поля в соответствующей рамке путем изменения угла между плоскостью генераторной рамки и дневной поверхностью от 0 до 90 или наоборот и производят амплитуднофазовую компенсацию таким образоМ, чтобы сигнал на выходе приемника изменялся в два раза, а о строении и электрических свойствах среды судят по величинам трех составляющих вторичного магнитного поля.

132877 7 (/рею бт "фЮ

Фиг 3

Урез

I I

Ьт * p83 дт

Составитель Е.Поляков

Техред M.Ходанич Корректор.Л.Пилипенко

Редактор О.Головач

Закав 3486/49 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород., ул. Проектная, 4