Способ геоэлектроразведки

 

Использование: для поиска геологических объектов в неоднородных по горизонтали средах методами постоянного тока, вызванной поляризации и становления поля. Сущность изобретения: при наблюдении электроразведочного сигнала U используют два приемных электрода, расположенных на прямолинейном профиле через один с двумя питающими электродами. Их размещают так, чтобы в заданном диапазоне значений расстояния r_б между боковыми электродами отношение d расстояния r_бв между любыми из боковых электродов и ближайшим к нему внутренним электродом к расстоянию r_в между внутренними электродами было равно, по крайней мере, единице. Далее устанавливают рабочее значение отношения d из условия существования минимума зависимости U-(r_б,d). При рабочем значении отношения d устанавливают рабочее значение расстояние r_б в пределях диапазона значений r_б, соответствующих повышению скорости изменения отношений сигналов U от исследуемой среды и сигналов U_м, получаемых с помощью моделирования для той же среды. При этом изменяют сопротивление заданного слоя до значения, при котором скорость изменения отношений или разностей сигналов U и U_м превышает максимальную допустимую ошибку определения. Рабочее значение расстояния r_в устанавливают соответствующим нулевому значению зависимости U от d. Для его нахождении при рабочем значении r_б при наблюдениях изменяют отношение d. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано для поисков геологических объектов в неоднородных по горизонтали средах методами постоянного тока, вызванной поляризации и становления поля.

Известен способ геоэлектроразведки, при котором в исследуемой среде возбуждают электрическое поле с помощью пропускания электрического тока через два питающих электрода A и B и измеряют электроразведочный сигнал U, обусловленный реакцией исследуемой среды на возбуждение, с помощью двух приемных электродов M и N, расположенных на общей прямой по схеме AMNB или по схеме BAMN со сближенными одноименными электродами одной (MN) или обеих пар BA и MN [1] При таком способе наблюдаемый сигнал может быть представлен как результат суперпозиции более простых электроразведочных сигналов (потенциалов) ∓U_AN, ±U_BN, ±U_AM, ∓U_BN, которые зависят не только от параметров геоэлектрического разреза, но и, в частности, от размеров схемы наблюдения AN,BN,AM, BM. Следовательно, в общем случае существуют предпосылки для регулирования разрешающей способности исследований и точности определения параметров изучаемых геологических объектов за счет регулирования отношения аномальной составляющей к нормальной составляющей суммарного измеряемого сигнала путем выбора размеров AM, AN,BM,BN и их соотношений. При вышеуказанных вариантах размещения электродов (AMBN и BAMN) изменение соотношений AM,AN,BM,BN практически не влияет на величину отношения аномальной составляющей к нормальной. Поэтому для этих схем наблюдения соотношения размеров выбирают исходя из стандартных требований вне зависимости от особенностей геоэлектрического разреза.

Наиболее близким к изобретению является способ геоэлектроразведки [2] при котором возбуждают в исследуемой среде электрическое поле путем пропускания электрического тока через два питающих электрода, расположенных на прямолинейном профиле, и с помощью двух приемных электродов, расположенных на этом же профиле через один с питающими электродами так, чтобы в заданном диапазоне значений расстояния r_б между боковыми электродами отношение d расстояния r_бв между любым из боковых электродов и ближайшим к нему внутренним электродом к расстоянию r_вмежду внутренними электродами было равно по крайней мере единице, наблюдают электроразведочный сигнал U, равный отношению разности потенциалов, наводимой в приемной линии, к величине тока I в питающей линии, устанавливая рабочие значения отношения d, расстояния r_в и расстояния r_б, полученные результаты относят к середине расстояния r_в и по ним судят о наличии на исследуемом участке искомых объектов и их параметрах. При этом рабочее значение расстояния r_в устанавливают равным (0,5-1)^.Н, где Н глубина запаянного слоя, т.е. слоя, который может вмещать искомый объект. Рабочее значение расстояния r_б определяют методом подбора, для чего проводят над опорным объектом серии предварительных наблюдений (рекогносцировочных профилирований), изменяя от серии к серии значение расстояния r_б при неизменном значении расстояния r_в, и то значение расстояния r_б, при котором получен наиболее контрастный график профилирования, принимают за рабочее. Если на графике профилирования, полученном при рабочих значениях r_в и r_б, аномалии над опорными полезными объектами, геологическая природа которых совпадает с природой искомых объектов, и объектами-помехами, геологическая природа которых отлична от природы искомых объектов, слабо различимы по форме и амплитуде, то в точках смежных экстремумов этих аномалий проводят наблюдения над опорными объектами различной геологической природы, при которых изменяют отношение d при неизменном рабочем значении расстояния r_в, и определяют уточненные значения отношения d и расстояния r_б, при которых разность или отношение значений сигнала U, наблюдаемого над объектами различной геологической природы, превышают заданную величину. Дальнейшие наблюдения проводят, используя рабочее значение отношения d и уточненное. По результатам этих наблюдений судят о наличии на исследуемом участке искомых объектов и об их параметрах.

При использовании в данном случае схемы наблюдения с чередованием питающих и приемных электродов (BMAN) регулирование размеров установки и их соотношений наиболее эффективно влияет на величину отношения аномальной составляющей к нормальной составляющей измеряемого сигнала, что позволяет повысить разрешающую способность и достоверность геофизических исследований.

Однако возможность повышения этих показателей реализуется в способе-прототипе не в полной мере, поскольку при выборе значения расстояния r_в допускается значительная неопределенность в заданном диапазоне (0,5-1)Н и не учитывается отклонение исследуемого разреза от двухслойного, что вызывает значительные колебания коэффициентов при Н за пределы граничных значений в обе стороны. В результате чего исключается возможность нахождения наиболее оптимальных значений расстояний r_в,r_б и отношения d, обеспечивающих рациональную суперпозицию полей, что приводит к заведомо загрубленным результатам наблюдений, т. е. к снижению разрешающей способности и достоверности геофизических исследований, в том числе при оконтуривании искомых объектов, и, кроме того, приводит к увеличению затрат на проведение геофизических исследований из-за необоснованно увеличенных размеров установки.

Задача изобретения повышение разрешающей способности геофизических исследований и достоверности определения параметров изучаемых геологических объектов за счет увеличения отношения аномальной составляющей к нормальной составляющей наблюдаемого сигнала путем регулирования размеров установки и их соотношений.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе геоэлектроразведки, при котором в исследуемой среде возбуждают электрическое поле путем пропускания электрического тока I через два питающих электрода и с помощью двух приемных электродов, расположенных на прямолинейном профиле через один с питающими электродами так, чтобы в заданном диапазоне значений расстояния r_б между боковыми электродами отношение d расстояния r_бв между любым из боковых электродов и ближайшим к нему внутренним электродом к расстоянию r_в между внутренними электродами было равно, по крайней мере, единице, наблюдают электроразведочный сигнал U, равный отношению разности потенциалов, наводимой в приемной линии, к величине тока в питающей линии, устанавливают рабочие значения отношения d, расстояния r_в и r_б, полученные результаты наблюдений относят к середине расстояния r_в и по ним судят о наличии в исследуемой среде искомых объектов и об их параметрах, согласно изобретению дополнительно выполняют моделирование исследуемой среды, а рабочее значение отношения d определяют исходя из условий где U_min значение сигнала U в минимуме зависимости U f(r_б, d); G наименьшая точно измеримая величина сигнала U, при найденном рабочем значении отношения d определяют сигналы U от исследуемой среды, далее определяют модельные сигналы U_м, изменяя сопротивление заданного слоя модельной исследуемой среды до значения, при котором скорость изменения отношения или разности сигналов U и U_мпревышает максимальную допустимую ошибку, и устанавливают рабочее значение расстояния r_б в пределах диапазона значений r_б, соответствующих повышению указанной скорости изменения отношений U и U_м, при рабочем значении расстояния r_б изменяют отношение d до тех пор, пока зависимость U f(d) не станет равна нулю в пределах допустимой погрешности наблюдений и определяют рабочее значение расстояния r_в, соответствующее нулевому значению U f(d).

При этом рабочие значения отношения d и расстояния r_б могут быть уточнены, для чего на опорных объектах, среди которых имеются как полезные объекты, геологическая природа которых совпадает с природой искомых объектов, так и объекты-помехи, геологическая природа которых отлична от природы искомых объектов, а аномальные сигналы U, полученные при рабочих значениях r_б и d, сходны по форме и амплитудным значениям, в точках смежных экстремумов этих сигналов производят серии дополнительных наблюдений, изменяя отношение d при неизменном рабочем значении расстояния r_в, и по результатам дополнительных наблюдений определяют уточненные рабочие значения отношения d и расстояния r_б, такие, при которых скорость изменения разности или отношения значений сигнала U, наблюдаемого над опорными полезными объектами и объектами-помехами, превышает допустимую ошибку наблюдения.

В предлагаемом способе выбор рабочего значения расстояния r_бпроизводится из условия обеспечения повышенного влияния изучаемого слоя относительно толщи, вмещающей этот слой, а выбор рабочего значения r_впроизводится из условия обеспечения уменьшения относительного влияния вмещающей толщи. Таким образом, выбор всех размеров установки и их соотношений производится исходя из принципа наиболее рациональной суперпозиции полей, обеспечивающей повышение отношения аномальной составляющей измеряемого сигнала к нормальной составляющей.

На фиг.1 представлена схема расположения относительно центральной точки O питающих электродов A,B поочередно с приемными электродами M,N вдоль прямолинейного отрезка профиля, при этом MA r_в, BN r_б, BM AN r_бв ≥ r_в; на фиг.2 в билогарифмическом масштабе представлены результаты наблюдений, соответствующие характерному для Герасимовского месторождения углеводородов (Западная Сибирь) схематическому геоэлектрическому разрезу, номера i слоев которого возрастают сверху вниз от 1 до 4, а мощности b_i этих слоев составляют 200, 2200, 400 м при удельных сопротивлениях ρi, равных 30,5,15 и 200 Ом*м соответственно, причем на фиг.2а приведена кривая зондирования при d 1, на фиг.2б кривая зондирования при d 2, на фиг.2в модельная кривая зондирования при d 2 и при уменьшенном в 10 раз сопротивлении горизонта верхнеюрских отложений на глубинах 3400-2700 м, который может вмещать искомый объект (залежь углеводородов); на фиг.3 результаты наблюдений, проведенных на этом же разрезе, при рабочем значении расстояния r_б, равном 6 км, и изменении отношения d в пределах от 1,1 до 2,4 с шагом 0,2; на фиг.4а,б графики профилирования, полученные методом сопротивлений и методом вызванной поляризации на Герасимовском месторождении при r_б 6 км и r_в 1,3 км, d 1,8; на фиг. 4в рассчитанная по результатам ранее проводимых на этой площади буровых работ изогипса, контролирующая внешний контур залежи углеводородов; на фиг. 5а, б результаты наблюдений, полученные на Пыжинском месторождении углей (Горный Алтай) при одном и том же значении расстояния r_в, равном 10 м, но различных значениях отношения d, равных 1,6 и 1,9 соответственно; на фиг.5в результаты наблюдений, проведенных на этом же участке при симметричном расположении приемных и питающих электродов по схеме AMNB при AB 75 м, NH 5 м; на фиг. 5г схема выхода пластов угля под перекрывающие отложения; на фиг.6 результаты наблюдений, полученные в точках смежных экстремумов графика профилирования (фиг.5а) над углями, обозначенными буквой Y, и песчаниками, обозначенными буквой П, при рабочем значении расстояния r_в, равном 10 м, и изменении отношения d в пределах от 1 до 2,3 с шагом 0,2, при этом сигналы над углями обозначены черными кружочками, а над песчаниками белыми.

В общем случае предлагаемый способ включает в себя этапы определения рабочих значений отношения d, расстояния r_б и расстояния r_в, уточнения рабочих значений отношения d и расстояния r_б, а затем проведения рабочих наблюдений.

На всех этапах геофизических исследований под электроразведочным сигналом U понимается отношение разности потенциалов, наводимых в приемной линии, к величине тока, протекающего в питающей линии.

Первый этап начинается с определения диапазона Δr_б, в котором находится рабочее значение расстояния r_б. Для этого, например, в одной из точек исследуемого участка проводят серию наблюдений при d 1 и синхронном изменении расстояний r_б и r_в в число раз, близкое к . По измеренным значениям сигнала U рассчитывают зависимость кажущегося сопротивления от расстояния r_б, т. е. кривую зондирования. Примером зависимости f(r_б) является кривая зондирования, приведенная на фиг.2а, полученная на Герасимовском месторождении углеводородов в Западной Сибири. Исходя из априорных данных о местонахождении в исследуемом разрезе слоя, который может включать в себя искомый объект, представляющий в данном случае залежь углеводородов, определяют участок кривой f(r_б), наиболее информативный по отношению к этому слою. Из фиг.2а следует, что в данном случае выбрана правая по отношению к точке экстремума ветвь кривой. Область перегиба этой ветви определяет правую границу диапазона Δr_б, в то время как левой границей можно считать начало двухслойной ветви. После чего в этой же физической точке осуществляют серию наблюдений, изменяя в пределах найденного диапазона Δr_б значение расстояния r_б и синхронно с ним значение расстояния r_в в число раз, близкое к , и увеличивая отношение d от наблюдения к наблюдению до значения, которое удовлетворяет условию где U_min значение сигнала U в минимуме зависимости U f(r_б, d); G наименьшая точно измеряемая величина сигнала U.

Конкретное значение U_min зависит от решаемой геофизической задачи и в случае ориентации геофизических исследований на проведение зондирований равно величине G, поскольку при этом обеспечивается наибольшая разрешающая способность исследований. В случае ориентации работ на проведение профилирований значение U_min может задаваться равным величине, превышающей G, например такой, при которой обеспечивается достаточная разрешающая способность. Кривая зондирования, полученная на Герасимовском месторождении при значении отношения d 2, удовлетворяющем вышеуказанному условию, приведена на фиг.2б, из которой следует, что выбранное значение отношения d обеспечивает достаточную разрешенность ветви, испытывающей повышенное влияние заданного слоя. Таким образом значение d 2 в данном случае выбирают в качестве рабочего.

Кривую зондирования, полученную для исследуемого разреза при рабочем значении отношения d, используют для проведения второго этапа исследований, т. е. для определения рабочего значения расстояния r_б. Для чего, например, с помощью математического моделирования находят для этого же разреза, но с измененным в k раз удельным сопротивлением заданного слоя, модельную кривую зондирования f(r_б) при рабочем значении отношения d. На фиг.2в приведена модельная кривая зондирования при d 2 для исследуемого разреза (Герасимовское месторождение углеводородов) с измененным в k 10 раз удельным сопротивлением третьего слоя. Значение коэффициента изменения удельного сопротивления выбирают с учетом конкретных геофизических условий так, чтобы обеспечивалась достаточная разрешенность модельной и реальной зависимостей. Сравнивая значения полученных зависимостей (фиг.2б,в) определяют рабочее значение расстояния r_б такое, чтобы скорость изменения отношения либо разности значения этих зависимостей превышала максимальную допустимую величину ошибки наблюдения. Отыскание рабочего значения расстояния r_б может быть выполнено, например, графически (фиг.2б,в). При этом сначала определяют точку С, в которой начинается расхождение кривых зондирования f(r_б) и f(r_б), т. е. разность, а в случае логарифмического масштаба представления отношение значений этих зависимостей начинает превышать максимально допустимую величину погрешности наблюдения, зависящую от конкретной решаемой задачи и составляющую в данном случае ± 5% Далее определяют точку D, начиная с которой вышеупомянутые кривые зондирования идут параллельно. Находят значения расстояния r_бc и r_бД, соответствующие точкам C и D. В данном случае r_бc= 3,4 км, r_бД 10,5 км. Рабочее значение расстояния r_б может быть определено по формуле r_б= и в данном случае составляет 6 км.

На третьем этапе исследований определяют рабочее значение расстояния r_в, для чего в одной из точек исследуемого участка проводят наблюдения, изменяя (увеличивая) значение отношения d от наблюдения к наблюдению при неизменном рабочем значении расстояния r_б.

Диапазоны изменения отношения d определяются сменой знака наблюдаемого сигнала U. По точке перехода через ноль, полученной в результате наблюдений зависимости U f(d), определяют рабочее значение расстояния r_в. На фиг.3 приведена кривая зависимости U f(d), полученная на Герасимовском месторождении углеводородов, при этом в качестве рабочего значения расстояния r_в выбрано r_в r_б/(2d + 1) 6/(2x1,8 + 1) 1,3 км при d 1,8. Сопоставление результатов профилирования методом сопротивлений (фиг.4а) и методом вызванной поляризации (фиг.4б) с результатами оконтуривания (фиг.4в), полученными по данным моделирования и ГИС, показывает, что необходимости в дальнейшем уточнении рабочего значения расстояния r_б нет. Поэтому дальнейшие наблюдения (профилирования) проводят с установленными рабочими значениями r_б 8 км, r_в 1,3 км.

Однако в общем случае может возникнуть необходимость в уточнении установленного рабочего значения расстояния r_б и d. Так, например, на фиг.5а приведен график профилирования с выбранными аналогичным образом рабочими значениями r_б 42 м и r_в 10 м для Пыжинского месторождения углей, из которого видно, что аномалии над опорными объектами сходны по форме и амплитудным значениям. Для разбраковки этих аномалий необходимо уточнение рабочего значения отношения d и рабочего значения расстояния r_б. Поэтому над объектами различной геологической природы, т.е. над полезными объектами (углями) и объектами-помехами (песчаниками) в точках профиля, соответствующих смежным экстремумам сигнала U (фиг.5а), производят серии наблюдений, изменяя отношение d при неизменном рабочем значении расстояния r_в. В данном случае диапазон изменения отношения d составляет 1-2,3. По полученным в результате этих наблюдений зависимостям U f(d), приведенным на фиг.5, выбирают рабочие значения отношения d. При этом в качестве рабочего значения отношения d выбирают такое, при котором измеряемые сигналы над опорными полезными объектами размещены лучше, чем над опорными объектами-помехами. Если это трудно осуществимо, то выбирают два значения отношения d, при одном из которых сигналы над полезными объектами и объектами-помехами хорошо разрежены, а при другом их разрешенность существенно различается, хотя бы и за счет ухудшения разрешенности сигналов над полезными объектами. Величина разности или отношения значений сигнала U, наблюдаемого над опорными объектами различной геологической природы, зависит от конкретной решаемой геофизической задачи, а в общем случае может определяться величиной скорости изменения, которая должна превышать максимально допустимую ошибку наблюдения. В данном случае уточненным рабочим значением отношения d является значение 1,9, а уточненным рабочим значением расстояния r_б является значение 48 м.

Используя рабочие и уточненные значения отношения d и расстояния r_б, производят дальнейшие наблюдения, по результатам которых судят о наличии на исследуемом участке искомых объектов и об их параметрах. В данном случае, результаты наблюдений, приведенные на фиг.5а,б, свидетельствуют о том, что при d 1,6 аномалии над углями и песчаниками уверенно выявляются, но плохо различаются между собой, а при d 1,9 существенно различаются, что обеспечивает уверенное выявление и разбраковку аномалий над углями и песчаниками, в то время, как результаты наблюдений методом симметричного профилирования (фиг.5в) не позволяют решить практически ни одну из этих задач.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, при котором в исследуемый среде возбуждают электрическое поле путем пропускания электрического тока I через два питающих электрода и с помощью двух приемных электродов, расположенных на прямолинейном профиле через один с питающими электродами так, чтобы в заданном диапазоне значений расстояний r_б между боковыми электродами отношение d расстояний r_бв между любым из боковых электродов и ближайшим к нему внутренним электродом к расстоянию r_в между внутренними электродами было равно по крайней мере единице, наблюдают электроразведочный сигнал U, равный отношению разности потенциалов, наводимой в приемной линии, к величине тока I в питающей линии, устанавливая рабочие значения d, расстояний r_в и r_б, полученные результаты наблюдений относят к середине расстояния r_в и по ним судят о наличии в исследуемой среде искомых объектов и об их параметрах, отличающийся тем, что дополнительно выполняют моделирование исследуемой среды, а рабочее значение отношения d определяют, исходя из условий

где U_min значение сигнала U в минимуме зависимости U=f(r_б,d);
G наименьшая точно измеримая величина сигнала U,
при найденном рабочем значении отношения d определяют сигналы U от исследуемой среды, далее определяют модельные сигналы U_м, изменяя сопротивление заданного слоя модельной исследуемой среды до значения, при котором скорость изменения отношения или разности сигналов U и U_м превышает максимальную допустимую ошибку, и устанавливают рабочее значение состояния r_б в пределах диапазона значений r_б, соответствующих повышению указанной скорости изменения отношения U и U_м, при рабочем значении расстояния r_б изменяют отношение d до тех пор, пока зависимость U=f(d) не станет равна нулю в пределах допустимой погрешности наблюдений, и определяют рабочее значение расстояния r_в, соответствующее нулевому значению U=f(d).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие значения d и расстояния r_б уточняют, для чего на опорных объектах, среди которых имеются как полезные объекты, геологическая природа которых совпадает с природой искомых объектов, так и объекты-помехи, геологическая природа которых отлична от природы искомых объектов, а аномальные сигналы, полученные при рабочих значениях r_б и d сходны по форме и амплитудным значениям, в точках смежных экстремумов этих сигналов производят серии дополнительных наблюдений, изменяя отношение d при неизменном рабочем значении расстояния r_в, и по результатам дополнительных наблюдений определяют уточненные рабочие значения отношения d и расстояния r_б такие, при которых скорость изменения разности или отношения значений сигнала U, наблюдаемого над опорными полезными объектами и объектами-помехами, превышает максимально допустимую ошибку наблюдения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6