Способ геоэлектроразведки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 V 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4769256/25 (22) 19.12.8.9 (46) 30.11.91. Бюл. гл 44 (71) Иркутский политехнический институт (72) Г,С. Вахромеев, Н.О.Кожевников, С.П.

Никифоров и И.В. Никитин (53) 550,837(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1453352, кл. G 01 V 3/10, 1987.

Руководство по применению метода переходных процессов в рудной геофизике /

Под ред, В.О. Каменецкого. Л.: Недра, 1976, с. 6 — 8. (54) CHOCOБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к способам импульсной индуктивной электроразведки и может быть использовано при изучении верИзобретение относится к способам импульсной индуктивной электроразведки и может быть использовано при изучении верхней части разреза (ВЧР) для целей инженерно-геологических изысканий, при поисках электропроводящих геологических тел, а также для зондирования горизонтально слоистых сред.

Цель изобретения — повышение разрушающей способности за счет детального расчленения по электропроводности верхней части исследуемого геологического разреза.

На чертеже изображена схема установки для осуществления предложенного способа геоэлектроразведки, Установка содержит незаземленный генераторный контур 1, источник 2 тока, шунт

3. к которому подключен .измерительный

„„SU „„1695248 А1 хней части разреза (ВЧР) для целей инженерно-геологических изысканий, при поисках электропроводящих геологических тел, а также для зондирования горизонтально слоистых сред, Цель изобретения - повышение разрешающей способности эа счет детального расчленения по электропроводности верхней части исследуемого геологического разреза. Эта цель достигается тем, что возбуждают электромагнитное поле в земле импульсом тока, пропускаемым от источника тока, включенного в первый разрыв незаземленного генераторного контура, измеря к;т затухающие колебания тока на шунте, включенном Во второй разрыв ":енераторного контура симметрично первому. и по форме этих колебаний судят об электропроводности ВЧР. 1 ил. прибор 4 (осциллограф), причем источник 2 тока включен в первый разрыв генераторного контура между точками 5 и 6, а шунт включен Во второй разрыв этого контура между — î÷êàìè 7 и 8.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Генераторный контур 1 раскладывают на дневной поверхности изучаемого масси-. ва горных пород. В первый разрыв генераторного контура 1 между точками 5 и 6 включают источник 2 тока с коммутатором на выходе, позволяющим отключать источник 2 от контура 1 через выбранный оператором интервал времени. Во второй разрыв генерэторного контура 1, который выполняют симметрично первому. между точками 7 и 8 включают шунт 3 с измерительным прибором 4. После отключения источника 2 От

1695248 контура 1 регистрируют с помощью измерительного прибора 4 затухающие колебания тока нв шунте 3 по форме которых судят об электропроводимости ВЧР. Для установления связи параметров затухающих колебаний тока и ВЧР проведен анализ процессов, происходящих в генераторном контуре 1 пОсле отключения источника 2 тока, B литературе по электроразведке при-! нято аппроксимировать петлю (генераторнь.й контур 1) эквивалентной схемой параллельного колебательного контура с сфсредоточенными индуктивностью L, емкостью С и активным сопротивлением R. В зависимости от соотношения между R, L и С переходная характеристика эквивалентной схемы петли имеет вид колебательного либо а ериодического процесса, В колебательнрм режиме собственная частота fo определяется по формуле

f. =1/{2 т с)

Подобная аппроксимация справедлива при выполнении неравенства

1 а (<Л, где а — характерный размер петли (длина стороны, радиус);

Л вЂ” длина волны с частотой f<.

В действительности провод петли в совокупности с подстилающей его проводя.цей землей представляет собой систему с расг ределенными параметрами, Эту систему с большой степенью приближения можно аппроксимировать двухпроводной длинной линией, вдоль которой расп ространяются волны тока I и напря>кения О, Т.>к и напря>кение связаны соотношением (2) где Z — волновое сопротивление линии, коtopoe в общем случае является комплексной величиной.

После коммутации тока провод петли оказывается разомкнутым и сопротивление между точками 5, 6 равно бесконечности. В точках 5 и 6 возникают отраженные волны, суперпозиция которых проявляется в виде стоячих волн тока. Б рассматриваемом случае система петля — ВЧР образует типичный резонатор с распределенными параметрами. На основной резонансной частоте 10 в точках 5 и 6 должны наблюдаться узлы тока, в точках 7. 8 — его пучность (подтверждено экспериментально), Поэтому для регистрации колебаний тока в петле необходимо использовать шунт 3, включенный в разрыв провода генераторного контура 1 между точками 7 и 8, 5 Причиной колебаний тока в петле, называемым "звоном", является возникновение стоячих волн в системе "провод петли — верхняя часть разреза (ВЧР)", Легко показать, что основная частота колебаний fo (1/Т) on10 ределяется по формуле:

f. =1/(2 жг,)ГС ), (з) I{t)=I,å 2 {созв,т+

1 (4) L где и = 2 ш1,; с — — -т —, 1 = 2 х гк 1 — полная индуктивность петли;

Io — амплитуда импульса тока.

Из формулы (4) видно, что параметр t, определяющий скорость экспоненциального затухания высокочастотного звона, зави ит от Л R, а следовательно, и от удельного сопротивления р проводящего полупространства.

Связь между параметрами t и р определяет "звон", как источник полезной

50 информации об удельной проводимости пород. Причем вследствие того, что период колебаний высокочастотных колебаний Т удовлетворяет условию

To « tmln, ГДЕ lmlt — МИНИМаЛЬНО-ВОЗМОЖНОЕ ВРЕМЯ РЕгистрации переходных процессов, параметр т содержит информацию о верхней части разреза. В традиционных моди> где L:, погонная индуктивность провода, 15 Г„/„.

С вЂ” погонная емкость, Ф/км;

rK — радиус петли, км. Для провод0в

ГПМП и ГПСМП С = 8,4 10 Ф/км, L =

2,6 10 Гн/км, Провод сам по себе обладает активным сопротивлением R = 2 л г„R . (R — погонное сопротивление провода), Кроме того, вследствие влияния проводимости подстилающих петлю пород активное сопротивление последней возрастает на величину Л R, Поэтому суммарное активное сопротивление петли составляет R + h R, а затухание тока с основной частотой fo описывается

30 выражением

1695248

О = /2р в, с, (5) 10 при (6) 20 (7) 15v2 (r,áä) >(1 — 3), (8) фикациях нестационарной индуктивной электроразведки получение этой информации невоэмбжно, Глубина исследования разреза с помощью "звона" сравнима с мощностью скин-слоя (глубиной проникно- 5 вения д): где,ио — магнитная проницаемость, В низкочастотной части спектра, т.е.

ГК/ д + (0,3 — 1 ) Л R определяется выражением ðo 4 г к

AR= — иp,г. (3

Из выражения (7) вытекает, что в низко- 25 частотной части спектра Л R зависит от удельного сопротивления полупространства (р = 1/д ) .

Для петли с радиусом .гк = 100 м Ь, .=5 ° 10 Гц. При таких гк и 4 условие (6) означает, что "звон" петли с rK = 100 м информативен в интервале удельных сопротивлений 10 Ом . м «р «оо . При использовании петли с гк = 10 м и f< =5.

10 Гц "звон" информативен в интервале удельных сопротивлений 10 Ом м

«-P «сО. . В дальней (волновой) зоне, т.е. в высокочастотной области спектра, определяемой исходя из условия

Л К не зависит от удельного сопротивленля полупространства л определяется выражением

ЛR =(4бл) (в,,и, r,). (9) С учетом формулы (3) выражение (9) пре- 50 образуем к виду

Расчеты по формуле (10) показывают, что в волновой зоне Л R не зависит ни от размеров петли, ни от удельного сопротивления подстилающих петлю пород и составляет 110 Ом . м. Волновая зона саатветствует относительно низким значениям удельного сопротивления . для гк -- 100 м волновая зона начинается при р, меньших нескольких сотен Ом. м, для r = 10 м — нескольких десятков, При измерении "звона" информативным параметром является постоянным времени г

Чем меньше эта величина, тем быстрее происходит затухание высокочастотных колебаний. Б геоэлектраразведке представляют интерес зависимости вида

Такие зависимости, рассчитанные для гк = 1ЭО м и r, =- 10 м, показывают, что маленькая петля обеспечивает получение информации в более широком диапазоне изменения р, чем большая, а также то. что имеется области значений р, е пределах которой параметр г наиболее чувствителен к изменению удельного сопротивления. Для большой петли эта область попадает в интервал 3 10 Ом м «о «10 Ом м, для

5 маленькой петли — 30 Ом м р «10 Ом

5 м, Однако вследствие повышенной частоты собственных колебаний малая петля по сравнению с большой характеризуется меньшей глубиннастью исследований.

Таким образом, регистрацля на шунте 3, включенном в среднюю часть генератарного контура 1, формы затуха ащих колебаний тока, возникающих в системе "генераторный контур 1 — верхняя часть геологического разреза" с момента отк.лючения генераторного контура 1 от источника 2 тока, пазвсляет детально изучить злектропроводность верхней части геологического разреза. При этом использование предложенного способа позволяет изучать геологический разрез н е посредствен но от дневной поверхности. . Особенно это важно, когда гальваническое заземление технически выполнять трудно либо вообще невозможно.

Формула изобретения

Способ геоэлектраразведки, в котором возбуждают электромагнитное поле в земле импульсом тока, пропускаемым от источника тока, включенного последовательна в первый разрыв незаземленного генераторного контура, и регистрируют сигнал перехаднога процесса после отключения источника тока от генераторного контура, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности эа

1695248 где — М pо гк д в,г2

2xrK L

2 ЪЯ

Составитель B.Попов

Техред М. Морге нтал

Редактор M,Êåëåìåø

Корректор В.Гирняк

Заказ 4160 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 счет детального расчленения верхней части исследуемого геологического разреза, регистрацию переходного процесса проводят путем измерения затухающих колебаний тока на шунте, включенном последовательно

Во второй разрыв генераторного контура, который выполняют симметрично относи1.ельно первого разрыва этого контура, определяют частоту в, и постоянную времени

Ф спада затухающих колебаний тока и судят

О величине удельного электрического сойротивления р исследуемой среды, исходя из соотношения о = 2p/ш,р,, 10

/4о — магнитная проницаемость среды;

L u R — соответственно погонная индукю тивность и погонное сопротивление провода генераторного контура; .

15 гк — радиус генераторного контура.