Способ геоэлектроразведки

 

Использование: в области геофизических исследований, в том числе для поиска подземных объектов или полостей. Сущность изобретения: на исследуемой поверхности размещены электроды по прямоугольной сетке с заданным шагом, одинаковым в направлении обеих сторон сетки. Этот шаг соизмерим с линейными размерами предполагаемого объекта поиска. Производится измерение удельного кажущегося сопротивления по параллельным профилям с выделением границы объекта поиска. Для уточнения границы производятся дополнительные измерения удельного кажущегося сопротивления с меньшим шагом измерения. Способ геоэлектроразведки позволяет определить местоположение объекта поиска в грунте с последовательным уточнением его границ. 5 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для поиска подземных объектов или полостей при археологической разведке.

Известен способ определения зависимости удельного сопротивления земли от глубины с использованием источника постоянного тока [1], в котором для исследования удельного сопротивления земной поверхности в земле возбуждают электрическое поле и замеряют падение напряжения одновременно в нескольких точках, затем вычисляют кажущееся сопротивление для каждой точки вдоль линии исследования.

Недостатком данного способа является невысокая точность в определении местоположения объекта вследствие того, что измерение кажущегося удельного сопротивления производится только вдоль одного профиля. Для того, чтобы уточнить результаты измерений, а также для измерения кажущегося удельного сопротивления по другому профилю, необходимо постоянно изменять местоположение точек измерения.

Наиболее близкой по технической сущности является многоэлементная система [2] для определения удельного сопротивления и геоэлектрического разреза, взятая в качестве прототипа. Измерения проводятся с помощью электродов, установленных в предварительно подготовленных скважинах, расположенных по разные стороны от анализируемого участка грунта. Измерение удельного электрического сопротивления грунта производится на различных глубинах.

Недостатком способа, используемого в известной системе для определения удельного сопротивления, является невысокая точность определения границ объекта поиска, вследствие того, что шаг между электродами, используемыми при измерении удельного электрического сопротивления грунта, не учитывает размеры объекта поиска.

Сущность изобретения состоит в одновременном размещении электродов в точках на исследуемой поверхности, соответствующих узлам прямоугольной сетки с заданным шагом, соизмеримым с линейными размерами предполагаемого объекта поиска и одинаковым в направлении обеих сторон сетки, затем измеряют кажущееся удельное сопротивление между электродами и по результатам измерений определяют границу объекта поиска. Для сокращения избыточной измерительной информации при определении границ объекта предлагается адаптивный алгоритм поиска, который заключается в измерении кажущегося удельного сопротивления участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных одной из сторон сетки на расстоянии двойного шага друг от друга, по результатам измерений определяют границу объекта, далее измеряют кажущееся удельное сопротивление участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных той же стороне сетки на расстоянии одного шага сетки внутри границы объекта поиска, определяют уточненные границы объекта поиска.

В дальнейшем измеряют кажущееся удельное сопротивление между каждым из электродов, расположенных на границе объекта поиска, и всеми электродами, находящимися в ближайших к ним узлах сетки, по результатам измерений уточняют границу объекта поиска.

Решаемой задачей является повышение точности определения местоположения и границ объекта. Предлагаемый способ позволяет производить дополнительные уточняющие измерения на исследуемом участке поверхности по произвольным направлениям с минимальной трудоемкостью, так как электроды размещают одновременно по всей площади искомого участка.

На фиг. 1 изображена структурная схема системы для реализации данного способа; на фиг. 2-5 представлены этапы проведения измерений.

Система для реализации способа содержит коммутатор 1, соединенный с генератором 2 и измерителем 3. Коммутатор 1 так же соединен с блоком 4 управления и с устройством 5 визуализации. Блок 4 управления состоит из процессора (ПЦ) 6, соединенного с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 7 и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) 8. Каждый из блоков имеет автономное питание (на чертеже не показано). Коммутатор 1 соединен с блоком 9 электродов. Блок 9 электродов содержит 50-100 электродов.

С помощью блока 4 управления задается последовательность коммутации электродов, их функциональное назначение в соответствии с алгоритмом измерений. В состав блока 4 управления входят: процессор 6, оперативное запоминающее устройство 7 и постоянное запоминающее устройство 8. В ОЗУ хранятся результаты измерений, а также константы, необходимые для вычислений. ПЗУ содержит программы, реализующие алгоритмы измерений, программы вычисления коэффициентов установок и обработки результатов измерений. Управление процессом измерений осуществляется ПЦ 6 по программам, реализующими алгоритмы измерений, которые содержатся в ПЗУ 8 блока 4 управления. Алгоритмом измерений является последовательность операций, проводимая в процессе поиска местоположения и определения границ объекта поиска. Устройство 5 визуализации позволяет в полевых условиях оценить полученные результаты, при необходимости провести дополнительные уточняющие измерения в соответствии с выбранным алгоритмом измерений.

Для реализации заявленного способа могут быть использованы известные устройства. В качестве блока 4 управления может быть использована микроЭВМ (персональный компьютер) в состав которой входит монитор, выполняющий роль устройства 5 визуализации, устройство постоянной памяти, выполняющее роль ПЗУ 8, устройство основной (оперативной) памяти, выполняющее роль ОЗУ 7, процессор персонального компьютера, выполняющий роль ПЦ 6. В качестве персональной ЭВМ могут быть использованы ПЭВМ, например, типа IBM PC, наиболее распространенные в нашей стране.

Способ осуществляется следующим образом.

Для проведения измерений на поверхности грунта устанавливают электроды по заранее размеченной прямоугольной сетке и соединяют их с коммутатором 1. Шаг прямоугольной сетки выбирают соизмеримым с линейными размерами предполагаемого объекта поиска.

Процессор 6 по программе, реализующей алгоритм измерений и содержащейся в ПЗУ 8, определяет 4 электрода (два питающих и два измерительных) из блока электродов 9, которые будут использованы при измерении. Далее ПЦ 6 подает команду коммутатору 1 на подключение выбранных электродов к генератору 2 и измерителю 3. ПЦ 6 через коммутатор 1 снимает цифровое значение падения напряжения на участке между измерительными электродами и вычисляет значение удельного сопротивления на участке в соответствии с программой, содержащейся в ПЗУ 8. Кажущееся удельное сопротивление вычисляют по формуле ρ = K где К - коэффициент установки; Δ U - падение напряжения на участке между измерительными электродами; I - сила тока, возбуждающего электрическое поле.

Далее полученный результат записывается ПЦ 6 в ОЗУ 7 и выводится на устройство визуализации 5. Описанная последовательность действий продолжается до получения значений удельного сопротивления по всему исследуемому участку. После этого на устройстве визуализации 5 прорисовывается карта распределения сопротивлений и по этой карте определяется участок дальнейших исследований (участок, содержащий границы объекта поиска).

На фиг. 2 показано расположение прямоугольной сетки электродов на исследуемом участке грунта. При описании процесса измерений рассматриваем расположение только измерительных электродов. Измерения производим следующим образом.

Выбираем измерительные электроды А1 и А3 и измеряем падение напряжения на участке между ними, затем вычисляем кажущееся удельное сопротивление по формуле (см. выше).

Затем производим измерения между электродами А3-А5, А5-А7, А7-А9, А9-А11 и так же вычисляем кажущееся удельное сопротивление по приведенной формуле. Далее производим измерения между электродами Б1-Б3, Б3-Б5, Б5-Б7, Б7-Б9, Б9-Б11 и аналогично по всем профилям производят измерения и вычисления.

На основании сравнения кажущихся удельных сопротивлений на соседних участках между собой уточняем границу объекта поиска, которая определена электродами Б4-Б8-Д8-Ж6-Ж2-Г2-В4. В пределах нее проводим дополнительные измерения (см. фиг. 3).

Измеряем падение напряжения между электродами Б4-Б5, Б5-Б6, Б6-Б7, Б7-Б8 и вычисляем кажущееся удельное сопротивление на этих участках по формуле. Затем измерение падения напряжения производим между электродами В4-В5, В5-В6, В6-В7, В7-В8. Аналогично производим измерения и вычисление кажущегося удельного сопротивления по всем профилям, пересекающим границу объекта поиска.

По результатам сравнения кажущегося удельного сопротивления выделяем уточненную границу объекта, которая лежит между точками I - VIII (см. фиг. 3).

Внутри нее выделяем электроды, расположенные вдоль границы (на фиг. 4 это Б6-В7-Г6-Д6-Ж5-Ж4Д3-Г4-В5), вокруг каждого из граничных электродов производим измерения падения напряжения, при этом, например, для электрода Г4 измерения производятся между электродами Г3-Г4, Г4-Г5, В4-Г4, Г4-Д4, Д3-Г4, Г4-В5, В3-Г4, Г4-Д5.

Вычисляем кажущееся удельное сопротивление по приведенной формуле и определяем участок уточненной границы объекта. В данном случае это участок между электродами Д3-Г4-В5.

Повторяем эту процедуру для всех граничных электродов.

Использование предлагаемого способа позволяет определить местоположение объекта поиска, с высокой точностью найти границы внешнего контура объекта. Одновременное размещение электродов на исследуемом участке грунта, применение коммутатора, который позволяет использовать каждый из электродов в качестве либо питающего, либо измерительного, а также введение процессора для управления измерениями дает возможность адаптивно и с высоким быстродействием производить все измерительные операции.

Все измерения на данном участке осуществляются при одной и той же влажности грунта, погодных условиях, что сводит динамическую погрешность измерений до минимальной величины. Одновременность установки электродов обеспечивает минимальную погрешность вычисления коэффициента установки. Такая структура системы позволяет мобильно изменять методику измерений (СЭП, СГ и пр.) в зависимости от объекта, вмещенного в грунт.

Исходя из этого предлагаемый способ, реализуемый с помощью данной системы, можно эффективно использовать для решения задач археологии, геофизики, для проектных работ при строительстве зданий и сооружений и в других смежных областях.

Формула изобретения

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в том, что на исследуемой поверхности в узлах прямоугольной сетки устанавливают электроды с заданным шагом, соизмеримым с линейными размерами объета поиска, измеряют кажущееся удельное сопротивление учстков между электродами и по результатам измерений определяют расположение объекта поиска в грунте, отличающийся тем, что шаг размещения электродов выбирают одинаковым в направлении обеих сторон сетки, причем первоначально измеряют удельное кажущееся сопротивление участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных одной из сторон сетки на расстоянии двойного шага друг от друга, сравнивают между собой значения удельного кажущегося сопротивления соседних участков, точки, лежащие в середине участка с аномальным значением удельного кажущегося сопротивления, соотносят с точками, принадлежащими выделенной границе объекта поиска, затем измеряют удельное кажущееся сопротивление участков между электродами, расположенными в рядах, параллельных той же стороне сетки на расстоянии одного шага сетки внутри выделенной границы объекта поиска, и уточняют выделенную границу объекта поиска, далее измеряют удельное кажущееся сопротивление, между каждым из электродов, находящихся на/или с внутренней стороны уточненной выделенной границы и всеми электродами, находящимися в ближайших к ним узлах сетки, по результатам сравнения определяют границу объекта поиска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5