Способ геоэлектроразведки

 

Использование: в геоэлектроразведке методами постоянного тока, в частности, при решении задач инженерной геологии. Технический результат: расширение области применения за счет повышения эффективности геофизических исследований сред с хаотичным характером напластований и формой дневной поверхности, отличной от горизонтальной. Сущность изобретения: на участке исследуемой среды заземляют по меньшей мере три электрода. По меньшей мере один из электродов подключают к одному полюсу источника питающего напряжения, а остальные - к другому полюсу источника. Создают в исследуемой среде электрический ток. Измеряют значения тока, подводимого к каждому из заземленных электродов. По измеренным значениям тока определяют удельное сопротивление исследуемой среды, решая прямую и обратную задачи путем последовательного приближения с использованием численного метода конечных элементов. 1 ил.

Изобретение относится к геоэлектроразведке методами постоянного тока и может быть использовано для изучения распределения удельного сопротивления исследуемой среды, в частности, при решении задач инженерной геологии.

Известен способ геоэлектроразведки по методу вертикальных электрических зондирований (Якубовский Ю.В. Электроразведка, М., "Недра", 1973, с. 55-60). Способ заключается в том, что на участке исследуемой среды заземляют по меньшей мере два питающих электрода, подводят постоянный электрический ток к питающим электродам, измеряют разность потенциалов между измерительными электродами, по полученным данным определяют значения кажущегося удельного сопротивления, по которым судят о свойствах исследуемой среды.

Главным недостатком способа является то, что он базируется на предположении об априорной известности конфигурации электрического поля, а следовательно, и характера распределения проводимости. При однородном изотропном полупространстве с изменением разноса питающих электродов характер распространения, т. е. конфигурация, электрического поля остается неизменной. Если в исследуемом полупространстве присутствует слой грунта с омическим сопротивлением, отличным от омического сопротивления вмещающей среды, то конфигурация электрического поля частично изменяется. Информация об изменении конфигурации электрического поля, которая фиксируется измерительными электродами, позволяет определить характер напластований и омическое сопротивление каждого слоя исследуемой среды. Таким образом при данном способе достаточно иметь пару питающих электродов и пару измерительных электродов. Базовое предположение об априорной известности конфигурации поля накладывает соответствующие ограничения на область применения способа, так как исследования будут корректными только в случае относительно ровной дневной поверхности и только для горизонтально-слоистых сред, где границы слоев исследуемого разреза параллельны дневной поверхности.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения способа за счет повышения эффективности геофизических исследований сред с хаотичным характером напластований и формой дневной поверхности, отличной от горизонтальной.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе геоэлектроразведки, при котором на участке исследуемой среды заземляют электроды и создают в исследуемой среде электрический ток путем подключения электродов к разноименным полюсам источника питающего напряжения, определяют удельное сопротивление исследуемой среды и по полученным данным судят о свойствах исследуемой среды, предлагается заземлять не менее трех электродов, при этом по меньшей мере один из заземленных электродов подключать к одному полюсу источника питающего напряжения, а остальные электроды подключать к другому полюсу источника питающего напряжения, измерять значения тока, подводимого к каждому из заземленных электродов, и по измеренным значениям определять удельное сопротивление исследуемой среды, решая прямую и обратную задачи путем последовательных приближений с использованием численного метода конечных элементов Характерной отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что конфигурация электрического поля априорно не известна и в общем случае может быть произвольной, благодаря чему можно исследовать среды, представляющие собой массивы грунтов с любым хаотичным напластованием и с любой формой дневной поверхности, в том числе и отличной от горизонтальной.

В предлагаемом способе использование для создания электрического тока в исследуемой среде не менее трех заземленных электродов, т.е. множества электродов, создает предпосылки для формирования в исследуемой среде электрического поля с априорно неизвестной конфигурацией.

Измерение значений тока, подводимого к каждому из множества заземленных электродов, позволяет получить исходную информацию для расчета граничных значений при определении удельного сопротивления исследуемой среды за счет решения прямой и обратной задачи путем последовательных приближений с использованием численного метода конечных элементов.

Решение прямой и обратной задачи с использованием численного метода конечных элементов позволяет последовательно уточнять граничные значения обратной задачи. Критерием достоверности решения задачи служит степень приближения граничных значений обратной задачи к измеренным значениям. Невязка может быть определена по абсолютному значению или методом наименьших квадратов.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, и вариант схемы расположения электродов, на которой штрихпунктирными линиями показан характер распределения токов в исследуемой среде.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит n заземленных через равные расстояния по профилю электродов 1, один из которых соединен с отрицательным полюсом источника 2 питающего напряжения, а остальные электроды 1 соединены с положительным полюсом источника 2 питающего напряжения. В цепь каждого из заземленных электродов 1 включен измеритель 3 тока.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В исследуемой среде, представляющей собой, например, массив грунта с формой дневной поверхности, например, в виде насыпи, создается постоянное электрическое поле путем подведения электрического тока к каждому из заземленных электродов 1, размещенных на профиле, проходящем поперек насыпи, и подключенных к источнику 2 питающего напряжения. Характер распределения создаваемого в исследуемой среде электрического поля определяется штрихпунктирными прямыми линиями, соединяющими электрод 1, подключенный к отрицательному полюсу источника 2, с каждым из электродов 1, подключенных к положительному полюсу источника 2. С помощью измерителей 3 тока, включенных в цепь каждого из электродов 1, измеряют значения тока, подводимого к электродам 1. Измеренные значения тока дают информацию о граничных значениях электрического поля. По граничным значениям электрического поля определяется в прямой задаче картина распределения электрического поля в целом E(x, y, z). По известному распределению электрического поля путем решения обратной задачи рассчитывается распределение значений удельного омического сопротивления в исследуемом сечении. Прямая и обратная задачи решаются путем последовательного приближения с использованием потенциала Тихонова посредством численного метода конечных элементов. Критерием достоверности решения задачи служит степень приближения граничных значений обратной задачи к измеренным значениям. Невязка может быть определена по абсолютному значению или методом наименьших квадратов.

Таким образом, в предлагаемом способе за счет создания в исследуемой среде электрического поля, имеющего произвольную сложную конфигурацию, и получения множества граничных значений параметров этого поля, получаемых в результате измерения множества значений тока, вводимого в землю большим количеством электродов, отсутствует необходимость выполнения условий горизонтальности дневной поверхности и соблюдения горизонтально слоистого характера напластований различных слоев грунта, что расширяет область применения способа и позволяет эффективно исследовать среды с формой дневной поверхности, отличной от горизонтальной, и напластованиями произвольной формы.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, при котором на участке исследуемой среды заземляют электроды и создают в исследуемой среде электрический ток путем подключения электродов к разноименным полюсам источника питающего напряжения, определяют удельное сопротивление исследуемой среды и по полученным данным судят о свойствах исследуемой среды, отличающийся тем, что заземляют не менее трех питающих электродов, при этом по меньшей мере один из заземленных электродов подключают к одному полюсу источника питающего напряжения, а остальные электроды подключают к другому полюсу источника питающего напряжения, измеряют значения тока, подводимого к каждому из заземленных электродов, и по измеренным значениям определяют удельное сопротивление исследуемой среды, решая прямую и обратную задачи путем последовательных приближений с использованием численного метода конечных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1