Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электроразведке методом индукционного профилирования и может быть использовано при изучении строения верхней части геологического разреза. Технический результат: повышение эффективности и помехоустойчивости, снижение трудоемкости. Сущность: Используют отнесенные друг от друга источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик. Взаимная ориентация источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика такова, что в нормальном вторичном электромагнитном поле, возбуждаемом в изучаемом геоэлектрическом разрезе без неоднородности, измеряемая составляющая напряженности магнитного поля близка к нулю. Профилирование осуществляют путем горизонтального смещения относительно границы раздела Земля-воздух одновременно источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика с непрерывной или дискретной регистрацией аномальной составляющей магнитного поля. По ее распределению судят о наличии геоэлектрической неоднородности. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электроразведке методом индукционного профилирования и может быть использовано при изучении строения верхней части геологического разреза. Область преимущественного применения - обнаружение и локализация в плане геоэлектрических неоднородностей, контрастных по электропроводности в сравнении с вмещающей средой с целью поиска рудных месторождений, геоэлектрического картирования горных пород и решения экологических задач.

Известен способ дипольного индуктивного профилирования, применяемый для поисков рудных месторождений и геоэлектрического картирования горных пород [1], в котором измерения проводят, последовательно перемещая по профилю источник электромагнитного поля (вертикальный магнитный диполь) и приемный магнитный датчик с постоянным расстоянием между источником электромагнитного поля и приемным магнитным датчиком. При измерениях широко применяют аппаратуру дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП-СЧ), позволяющую регистрировать амплитуды вертикальной (Hz) и радиальной (Hr) составляющих электромагнитного поля [2]. По значениям амплитуд составляющих электромагнитного поля либо по их отношению вычисляют эффективное сопротивление ρ_эф среды и по распределению значений ρ_эф вдоль профиля измерений судят о наличии геоэлектрической неоднородности в изучаемом разрезе. Недостатком известного способа является техническая сложность регистрации радиальной составляющей электромагнитного поля Hr, не искаженной влиянием вертикальной составляющей электромагнитного поля Hz. Кроме того, непреодолимые затруднения возникают при разновысотном (из-за неровностей рельефа) положении источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика. Указанные недостатки существенно увеличивают погрешность измерений, что снижает эффективность применения известного способа.

Известен способ жесткого крепления источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика, применяемый в аэроварианте метода дипольного индуктивного профилирования с целью проведения региональных геокартировочных работ [1]. Проведение аналогичных крупномасштабных работ сопряжено с определенными трудностями, связанными с неустойчивым взаимным положением источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика из-за повышенной вибрации корпуса либо крыльев самолета вследствие низкой высоты полета. Кроме того, к недостаткам устройства, используемого в аэроварианте метода, можно отнести сложность компенсации электромагнитного поля вихревых токов, индуцируемых в корпусе самолета.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для малоглубинного индуктивного профилирования, в частности - для трассирования заглубленных трубопроводов [4], принятое за прототип. Устройство содержит жесткую несущую раму, состоящую из двух частей (подвижной и неподвижной), на одном конце которой размещен источник электромагнитного поля, на другом размещены два ортогональных датчика магнитного поля, предназначенных для осуществления фазочувствительных измерений вторичного магнитного поля, обусловленного наличием высокопроводящих заглубленных объектов типа подземных трубопроводов. Однако поскольку излучающая рамка устройства расположена в вертикальной плоскости, то на вторичное электромагнитное поле токов, индуцируемых в проводящих трубопроводах, будет накладываться также "нормальное" электромагнитное поле от разреза среды, играющее роль помехи в измеряемом сигнале. Поэтому при обнаружении рудных объектов, не отличающихся большой контрастностью по электропроводности от вмещающей среды, помехоустойчивость способа оставляет желать лучшего. Кроме того, при выполнении измерений необходимо регулировать расстояние между источником электромагнитного поля и приемным датчиком магнитного поля в зависимости от глубины залегания выявляемого трубопровода, что увеличивает трудоемкость поисковых работ.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности и помехоустойчивости, снижение трудоемкости поисковых электроразведочных работ на обнаружение и локализацию геоэлектрических неоднородностей верхней части разреза.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки и устройстве для его осуществления, в котором используют отнесенные друг от друга источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик, индукционное профилирование осуществляется исходя из задачи обнаружения "чистой" аномалии, связанной с исследуемой неоднородностью среды. При этом взаимная ориентация источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика такова, что в нормальном вторичном электромагнитном поле, возбуждаемом в изучаемом геоэлектрическом разрезе без неоднородности, измеряемая составляющая напряженности магнитного поля близка к нулю.

Теория способа базируется на известном решении задачи о распределении электромагнитного поля при возбуждении однородного или горизонтально-слоистого полупространства контролируемым источником электромагнитного поля [1]. В частности, для вертикального магнитного диполя или круговой петли, питаемой переменным током заданной частоты, обычно измеряемые ненулевые составляющие магнитного поля Hz, Hr характеризуют суммарный эффект от нормального поля разреза и аномального, порождаемого локальной неоднородностью среды. В связи с тем, что азимутальная (относительно источника электромагнитного поля) составляющая Нϕ отсутствует в нормальном поле при возбуждении вмещающей среды в виде горизонтально-слоистого полупространства вертикальным магнитным диполем, то наличие в нем локальной геоэлектрической неоднородности неизбежно отразится на появлении чистой аномалии в измеряемой составляющей Нϕ, пространственно приуроченной к аномалиеобразующему объекту.

При необходимости более детального изучения строения среды методом индукционного зондирования, выбор местоположения источника электромагнитного поля целесообразно осуществлять исходя из морфологии аномального поля Нϕ, измеренного на заданной сети точек его регистрации описанным выше способом. С целью снижения неоднозначности интерпретации результатов зондирования при неоднородном строении верхней части разреза целесообразно применять оригинальный способ геоэлектроразведки [3], основанный на выполнении измерений при нескольких заданных высотах при одновременном подъеме источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика относительно горизонта.

Сущность изобретения: используются отнесенные друг от друга источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик, жестко закрепленные на концах неэлектропроводной несущей рамы. Регистрируют напряженности магнитного поля при горизонтальном смещении рамы относительно поверхности Земли. В отличие от прототипа [4], в предлагаемом устройстве источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик ориентированы так, чтобы одна из измеряемых составляющих магнитного поля (например Нϕ) характеризовала чисто аномальный эффект от исследуемой неоднородности среды. Такой вариант реализуется, если в качестве источника электромагнитного поля использовать вертикальный магнитный диполь или круговую петлю, питаемую переменным током заданной частоты. Проводя измерения при смещении рамы вдоль профиля (или по заданной сети точек регистрации поля) и выполняя последующую интерпретацию данных измерений, можно получить экспресс-информацию о наличии (и локализации в плане) предполагаемой геоэлектрической неоднородности. Эта информация может использоваться как самостоятельно, так и в комплексировании с методом индукционного зондирования, предоставляя для последнего рекомендательный характер по выбору оптимального местоположения источника электромагнитного поля для более детального изучения строения среды.

На чертеже приведена условная схема устройства для реализации предлагаемого способа, где 1 - источник электромагнитного поля; 2 - приемный магнитный датчик; 3 - несущая неэлектропроводная рама; 4 - генератор и блок питания источника электромагнитного поля; 5 - регистратор.

Устройство работает следующим образом. Переменный ток заданной частоты от генератора 4 подается на источник электромагнитного поля 1. В среде возбуждается электромагнитное поле, являющееся суперпозицией нормального поля изучаемого однородного или горизонтально-слоистого разреза и аномального, обусловленного локальной геоэлектрической неоднородностью среды. Приемный магнитный датчик 2 чувствителен только к азимутальной (относительно источника электромагнитного поля) составляющей аномального магнитного поля. Сигнал с приемного магнитного датчика передается на регистратор 5. После выполнения измерений на одном пункте наблюдений, устройство перемещают на заданное расстояние в другой пункт, где проводится очередное измерение аномальной составляющей магнитного поля.

Источники информации

1. Электроразведка. Справочник геофизика. Кн. первая. - М.: Недра, 1989. - 438 с.

2. Вешев А.В. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе. - Л.: Недра, 1980. - 391 с.

3. Патент РФ № 2179325, кл. G 01 V 3/08. Бюл. № 4, 2002.

4. Патент РФ № 1746227, кл. G 01 V 3/08. Бюл. № 25, 1992 (прототип).

1. Способ геоэлектроразведки, в котором используют отнесенные друг от друга источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик, заключающийся в регистрации магнитного поля, возбуждаемого в среде источником электромагнитного поля, отличающийся тем, что в нем источник электромагнитного поля и приемный магнитный датчик размещают на фиксированном расстоянии в положении, исключающем как прямое воздействие источника электромагнитного поля на приемный магнитный датчик, так и влияние на него вторичного нормального поля, возбуждаемого во вмещающей геологической среде, а электромагнитное профилирование для изучения верхней части разреза осуществляют путем горизонтального смещения относительно границы раздела Земля - воздух одновременно источника электромагнитного поля и приемного магнитного датчика с непрерывной или дискретной регистрацией аномальной составляющей магнитного поля, по распределению которой на заданной системе профилей судят о наличии геоэлектрической неоднородности верхней части разреза.

2. Устройство для геоэлектроразведки, содержащее жесткую неэлектропроводную несущую раму, на одном конце которой размещен источник электромагнитного поля, а на другом - приемный магнитный датчик, соединенный с регистратором, расположенным в средней части рамы, отличающееся тем, что в нем приемный магнитный датчик установлен так, что его ось ориентирована перпендикулярно направлению вектора напряженности магнитного поля источника электромагнитного поля, а расположение приемного магнитного датчика относительно исследуемого геологического разреза таково, чтобы приемный магнитный датчик регистрировал чисто аномальный эффект, создаваемый геоэлектрической неоднородностью среды в измеряемой составляющей вторичного электромагнитного поля, возбуждаемого в изучаемой геологической среде источником электромагнитного поля.