Способ геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне. Цель изобретения - повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных. Эта цель достигается тем. что в известном способе геоэлектроразведки, при котором возбуждают нестационарное электромагнитное поле путем отключения тока И-в генераторно-приемном контуре и измеряют ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Д t начала отсчета относительно момента to начала выключения тока, дополнительно определяют период Т собственных колебаний , добротность Q эквивалентного контура, максимальную амплитуду U и полярность ЭДС самоиндукции, затем подают на контур постоянное напряжение Е от источника с внутренним сопротивлением г в момент времени ti с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции, отключив его в момент времени ta. а моменты времени ti Л2 и задержку Л t начала отсчета определяют из выражений ti to + Т/2 - -Т/2 п arctg 2Q. t2 ti + Т I r In (1 + л U), At Т/2 л . 4 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Ч 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4639397/25 (22) 17.01,89 (46} 07.03.92. Бюл. М 9

P 1} Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете. и Нижне-Волжский научно-исследовательский институт геологии и геофизики (72} В.В.Горячев, Ю,B.Ñînoâüåâ и 6,В.Бучарский (53) 550.837 (088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

hL 396654, кл. G 01 Ч 3/10, 1971.

Авторское свидетельство СССР

hk 966637, кл. G 01 V 3/10, 1982. (54) СПОСОБ ГЕОЭЛ ЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне.:Цель изобретения — повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения наИзобретение относится к технической физике и может быть использовано при геоэлектроразведке по методу переходных процессов и по методу зондирования становлением поля в ближней зоне.

Цель изобретения — повышение эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных.

На фиг. 1 приведены диаграммы напряжения и тока в генераторно-приемном контуре; на фиг. 2 — эквивалентная схема генераторно-приемного контура; на фиг. 3— диаграммы сигналов в генераторно-прием„„SU„„1718176 А1 чальной глубины исследований при повышении достоверности пОлучаемых данных.

Эта цель достигается тем. что в известном .способе геоэлектроразведки, при .котором . возбуждают нестационарное электромагнитное поле путем отключения тока! в генераторно-приемном контуре и измеряют ЭДС неустановившегося электромагнйтного поля с задержкой Л t начала отсчета относительно момента to начала выключения тока, дополнительно определяют период Т собственных колебаний, добротность 0 эквивалентного контура, максимальную амплитуду U и полярность ЗДС самоиндукции, затем подают на контур постоянное напряжение Е от источника с внутренним сопротивлением r в момент времени t> с полярностью, противоположной ЭДС самоиндукции. отключив его в момент времени t2, а моменты времени т1, 12 и задержку Л т начала отсчета определяют из выражений t> =, + Т/2—

-Т/2к arctg 2Q. tz = ti + Т I r In (1 +

+U/Eôж U). At - Т/2 л . 4 ил. ном контуре при подключении дополнительного источника постоянного напряжения; на фиг. 4 — диаграммы собственных переходных процессов в генераторно-приемном контуре.

На фиг. 1 изображена. диаграмма 1 напряжения на эквивалентной емкости генераторно-приемного контура и диаграмма

2 тока в индуктивности этого контура. Как показано на фиг. 2. эквивалентная схема генераторно-приемного контура содержит индуктивность 3, активное сопротивление

4. емкость 5, ключ 6, источник 7 постоянного напряжения Е, имеющий внутреннее conpqтивление 8. На фиг. 3 изображены диаграм1718176 мы 9 и 10 сигналов, получаемых после подключения к генераторно-приемному контуру источника 7 постоянного напряжения, а также диаграмма 11 ЗДС неустановившегося сигнала на выходе генераторно-приемно- 5 го контура, на фиг. 4 — диаграмма 12 собственно переходного процесса в генераторно-приемном контуре, получаемая при использовании предлагаемого способа, и диаграмма 13 переходного процесса при 10 использовании известных способов геаэлектроразведки, Предлагаемый способ осуществляют исходя из следующих теоретических предпосылок, подтвержденных эксперименталь- 15 ным путем.

Гене раторно-приемный контур представляет собой колебательную систему, в которой при отключении тока в момент времени to = 0-возникают затухающие колеба- 20 ния (фиг. 1, диаграммы 1 и 2). Полагая закон убывания тока при отключений экспоненцивльным с постоянной времени z можно получить систему уравнений, описывающих вроцесс изменения тока li.(t) в индуктивной 25 ветви (индуктивность 3 на фиг. 2) контура и напряжения U<(t) íà его наружной емкости л ! „(Ц =,(— е (сов о1 (fig 5 к 2Lm сф(к- I ( в нй ) с — е к к-l -o .t "ь л

U,(×*-3 и — е fr+ cosu<+

" (к- И ,(„(I-2g . () Б,.Я 1.

И 1 i. к-1 . )

35 л Зй-„)- " e где К-1 С вЂ” +1 ——

1 -RC .2 г f а=

2L

L х(. =-—

Ог

CR2

1 2 2Л

С вЂ” а Т

L — величина индуктивности 3;

С вЂ” величина емкости 5;

R — величина сопротивления 4;

0 — добротность генераторно-приемного контура;

l — сила тока, протекающего через контур перед в"о отключением;

t —. текущее время; со- частота собственных колебаний генераторно-приемного контура;

Т вЂ” период этих колебаний.

Учитывая примерный порядок величин параметров реальных генераторно-приемных контуров с размером сторон 20-100 м (L 300 — 1500 мкГн; С 400 — 2000 пФ; R 10

Ом) и полагая время выключения генератоТ ра 5 тока ri с —4,,получим упрощенную систему уравнений

iI(t) = l е {саз в t+ (1+ 2 )

4Ф

2Q RC хз!п et);

Uc(t) = -I R е + ((1 + ") сазв t — 0

RC

xsln и t). (2)

Ход полученных зависимостей представлен на диаграммах 1 и 2 фиг. 1.

В момент времени t> порядка четверти периода собственных колебаний контура, когда напряжение на нем близко к максимальному U -.CIIR, а так через индуктивную ветвь близок к нулю, к нему подключают источник 7 напряжения Е, как показана на фиг. 2, через ключ 6, В качестве внутреннего сопротивления 8 источника 7 можно рассматривать сопротивление замкнутого электронного ключа 6.. Начинается экспоненциальный процесс разряда конденсатора 5 и перераспределение тока в индуктивности 3 с начальными условиями

Uc(tt) = U, Il(t1) = I >, которые описываются следующей системой уравнений (при t > tt):

1-1

Ц,(Е).(У Е)е -E (3) где t = r с (r — величина сопротивления 8);

l1 — сила тока в индуктивности 3 в момент времени tq, 0 — напряжение на емкости 5 в момент времени t .

Для реально осуществимых электронных ключей сопротивление 8 может быть определено и составляет величину порядка единиц Ом. При этом будет соблюдаться условие 7 с«

Характер описываемых зависимостей иллюстрируется на фиг. 3. При некотором соотношении начальных величин Iq, U оба экспоненциальных процесса (фиг. 3. диаграммы 9 и 10) могут одновременно проходить через ноль. В этот момент времени t2 отключают источник 7 напряжения Е. Тогда при t > t2 генераторно-приемный контур будет регистрировать полезный сигнал при полном отсутствии собственных переходных процессов в нем. Если источник 7 оста1718176

Учитывая, что R =, находим, что

Т i г U

t2=t1+ In(1+ )

2л U Е

Приравнивая последние выражения, можно -найти необходимые соотношения начальных условий переходных процессов

I I R . <ñ 35

U (5) обеспечивающие одновременное их прохождение через нулевое значение.

Используя соотношения (5) и (2), найдем формулу для определения момента времени 40

„4 RQ IIut1 2 л 26

"Ь

30 так как tI » z С, отсюда и Т ТагсЧ 20 (6)

2 2 7т где и = 1, 2 „. — произвольное целое число.

Временная задержка для исключения систематических ошибок измерений за счет конечного времени отключения тока может быть вычислена путем интегрирования соотношения (2), а за счет постоянства косинусоидальной формы среза тока определяется выражением л

> «<+2> Ii 2Q с (1 2 + с - 2 ) . 2 g вить подключенным, получим ЭДС неустановившегося сигнала. показанную на диаграмме 11 фиг, 3, Описанный способ обеспечивает минимальное время выключения тока, близкое к теоретически достижи- 5 мому, равному примерно четверти периода собственных колебаний контура, а следовательно, позволяет начинать регистрацию полезного сигнала с времени, несколько большего четверти периода собственных 10 колебаний генераторно-приемного контура, что в 3 — 5 раз меньше, чем даже для режима выключения тока, близкого к критическому, который также труднО осуществим на практике. Таким образом, при использо- 15 вании предлагаемого способа для реальных устройств начальное время регистрации byдет на порядок меньше.

ИЗ уСЛОВИй II(t2) = 0 И Uc(tã) = 0 МажНО рассчитать момент времени t2, определяю- 20 щийся системой уравнений t2=t1+ гL In(1+ + — );

11 U

Е Е rI

t2 = t1+ tc In (1 + — ) t1+ м

2 тО Я 25

xln (1+ )

IRQ (4) которое для реальных условий может быть упрощено

1 Т

Лт= — =

Cd 2 7t

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют период собственных колебаний контура Т, добротность Q эквивалентного колебательного контура, амплитуд U u полярность .наибольшего первого выброса

ЭДС самоиндукции, например, путем наблюдения на экране осциллографа затухания колебаний напряжения на генераторно-приемном контуре, а также сопротивление дополнительного источника r и силу тока в генераторно-приемном контуре 1.

Определив эти значения, можно рассчитать по формулам (4) и (6) моменты времени

t1, г и Лт.

Далее пропускают через генераторноприемный контур ток I, в момент времени to этот ток отключают, возбуждая таким образом нестационарное электромагнитное поле, в момент времени 11 подключают к генераторно-приемному контуру источник 7 постоянного напряжения Е, в момент времени t2 отключают этот источник, а ЭДС неустановившегося электромагнитного поля измеряют с задержкой Л t начала отсчета относительно момента tg начала выключения тока, причем величина Л1 используется для введения поправки при определении времени регистрации сигнала. По полученным результатам измерений судят о геоэлектрических харакгеристиках изучаемого разреза.

На фиг. 4 показан процесс отключения тока при реализации предлагаемого способа (диаграмма 12) и процес .. .. nlQчени-, тока по известному способу (диаграмма !3) в режиме, близком к критическому. Из фиг. 4 видно, что собственные переходные процессы (от 10 до t2) в енераторно-приемном контуре при работе предлагаемым способом составляют по продолжительности 1/4 периода собственных колебаний контура, в то время как в известном способе собственные переходные процессы занимают время, не меньшее периода собственных колебаний. Такое сокращение длительности собственных переходных процессов в контуре позволяет уменьшить начальную глубину исследований до единиц метров.

Известность момента начала проведения измерений (без собственных процессов, t2) повышает достоверность способа.

Геологическая эффективность способа определяется возможностью исследования верхней части разреза.

1718176

ФИГ 3

ФИГ.,2

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, заключающийся в возбуждении нестационарного электромагнитного поля путем выключения тока 1 в генераторно-приемном контуре, измерений ЭДС неустановившегося электромагнитного поля с задержкой Лt начала отсчета относительно момента t начала вцключения тока, по которому определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности геоэлектроразведки путем уменьшения начальной глубины исследований при повышении достоверности получаемых данных, перед измерением ЭДС неустановившегося поля определяют период Т собственных колебаний, добротность Q эквивалентного генераторно-приемного контура, максимальную амплитуду U и полярность ЭДС самоиндук. ции, затем подают на генераторно-.приемный контур постоян нов напряжение Е в момент времени t> с полярностью, противо5 положной ЭДС самоиндукции контура, отключают его в момент времени t2, а моменты времени tp u tz и задержку At начала отсчета onðåäåëÿàò из условий

10 Т Т т1 - т+ — — — arctg 2Q;

2 2л

tz = t1+ — fn (1 + — );

Т r U

2л U1 Е

Т

15 2_#_ где r — - внутреннее сопротивление источника, от которого подают на генераторно-приемный контур постоянное напряжение Е.

1718176

Составитель В.Попов

Техред М,Моргентал

Корректор Патай

Редактор С.Пекарь

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 880 . . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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