Способ геоэлектроразведки



Способ геоэлектроразведки
Способ геоэлектроразведки
Способ геоэлектроразведки
Способ геоэлектроразведки
Способ геоэлектроразведки

 


Владельцы патента RU 2410730:

Государственное Учреждение Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН) (RU)

Изобретение относится к электроразведке на переменном токе, возбуждаемом в земле индуктивным способом, и может быть использовано при поисках и разведке проводящих объектов в непроводящей и проводящей среде. Технический результат: повышение точности измерений при площадных исследованиях. Сущность: возбуждают низкочастотное электромагнитное поле при помощи вертикального магнитного диполя, перемещаемого по параллельным профилям на заданной высоте. Регистрируют время и координаты точек положения диполя. Измеряют декартовые составляющие напряженности электрического поля и магнитной индукции на дневной поверхности земли в фиксированной точке. Регистрируют время измерений. По соответствующим временам измерения поля и положения диполя определяют координаты их взаимного положения. Находят составляющие векторов электромагнитного поля в цилиндрической системе координат и относят их значения к точкам положения диполя. По величине их отклонений от нормальных значений для однородной среды выделяют участки среды с повышенной электропроводностью. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к геоэлектроразведке на переменном токе с возбуждением электромагнитного поля в земле индуктивным способом и может быть использовано при поисках и разведке проводящих объектов в непроводящей и проводящей среде. Область преимущественного применения: поиски проводящих рудных месторождений.

Известны способы геоэлектроразведки [1, 2], в которых низкочастотное электромагнитное поле возбуждают при помощи незаземленной петли на дневной поверхности Земли, измеряют декартовые составляющие магнитной индукции по параллельным профилям на заданных высотах, измеряют реальную и мнимую компоненты ортогональных составляющих магнитной индукции относительно фазы вертикальной составляющей магнитной индукции в эпицентре незаземленной петли, определяют отклонения измеренных компонент от нормального для однородной среды значения и по их величине и знаку выделяют участки повышенной электропроводности.

Однако известным способам присущи существенные недостатки: 1) на измерения составляющих магнитной индукции в движении влияют различные виды помех: механическая вибрация, электромагнитные помехи летательного аппарата, пространственные колебания выносной системы датчиков за счет метеоусловий, 2) при измерении реальной и мнимой компонент магнитного поля требуется посадка летательного аппарата вблизи питающего кабеля с целью компенсации начальных фазовых сдвигов в измерительном аппаратурном комплексе.

Наиболее близким техническим решением является способ геоэлектроразведки (метод дипольного индуктивного профилирования ДИП-А) [3], взятый нами в качестве способа - прототипа. В способе - прототипе электромагнитное поле создают переменным током в вертикальном магнитном диполе при помощи излучателя и измеряют декартовые составляющие магнитной индукции, причем излучатель и измеритель поля размещают на летательном аппарате. Основное достоинство известного способа заключается в его мобильности.

Однако способу - прототипу, как и способам [1, 2], так же присущи те же существенные недостатки, связанные с измерением составляющих магнитной индукции в движении и обусловленные влиянием различных видов помех: механическая вибрация, электромагнитные помехи летательного аппарата, пространственные колебания выносной системы датчиков за счет метеоусловий (ветер и др.).

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, который выражается в повышении точности определения положения и линейных размеров трехмерных проводящих объектов, залегающих в земле, и расширении возможностей технологии поисков этих объектов без предварительного бурения поисковых скважин.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым результатом.

Новизна предложенного способа усматривается в том, что измерения составляющих электромагнитного поля на дневной поверхности земли осуществляют многократно в одной точке, обладающей минимальным уровнем помех: механическая вибрация, электромагнитные помехи летательного аппарата, пространственные колебания выносной системы датчиков. Повышение точности измерений обеспечивается в 10 и более раз.

Цель предлагаемого технического решения - повышение точности измерений при площадных исследованиях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе геоэлектроразведки низкочастотное электромагнитное поле создают переменным током в вертикальном магнитном диполе при помощи силового генераторного устройства, перемещаемых по параллельным профилям на заданной высоте, и регистрируют время и координаты точек положения излучателя. На поверхности Земли в фиксированной точке измеряют декартовые составляющие векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции и регистрируют время измерений. По соответствующим временам регистрации поля и положения излучателя определяют координаты взаимного положения точек измерения и излучателя, находят составляющие векторов напряженности электромагнитного поля в цилиндрической системе координат и относят их значения к точкам положения излучателя. По величине отклонения полученных значений поля от нормальных для однородной среды выделяют участки среды с повышенной электропроводностью.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый способ. На фиг.2 приведены план и разрез математической модели трехмерного проводящего объекта, погруженного в проводящее однородное полупространство и показано положение точки измерений с координатами (xo, yo). На фиг.3-5 представлены результаты математического моделирования, поясняющие принцип реализации предлагаемого технического решения.

Для проведения математического моделирования использовалась программа расчета электромагнитного поля с 3D проводящими объектами в поле источника гармонического тока [4]. Параметры расчетов: момент излучателя (контура 5) М=J·S=105 А·м2, частота f=1000 Гц, высота точек положения излучателя h=100 м, удельная электропроводность среды σ=10-3 См/м. Параметры 3D-тела: размеры по осям X·Y·Z=200·400·100 м, глубина от дневной поверхности до центра тела z=200 м, расстояние от точки измерений до центра тела r=1000 м, удельная электропроводность тела σ=1 См/м.

Устройство содержит размещаемый на летательном аппарате силовой блок и измерительный блок, расположенный в фиксированной точке измерений на поверхности Земли. Силовой блок 1 состоит из генераторного устройства 3, устройства навигации GPS 4 и излучателя - незаземленного контура 5. Измерительный блок 2 состоит из блока датчиков 6, измерительного пульта 7, накопителя информации 8 и устройства навигации GPS 9.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На дневной поверхности Земли в фиксированной точке с координатами (хо, yo), устанавливают датчики 6 для измерений ортогональных составляющих векторов магнитной индукции BX, BY, BZ и напряженности электрического поля EX, EY. Электромагнитное поле в окружающем пространстве создают током силой J фиксированной частоты ω в контуре 5 с помощью генераторного устройства 3, размещаемого на летательном аппарате и перемещаемом в окрестности точки измерений на высоте h по параллельным профилям со скоростью V. Регистрацию времени и дискретных координат точек положения летательного аппарата выполняют с помощью устройства навигации GPS 4.

Выходные напряжения с блока датчиков электрического и магнитного поля 6, пропорциональные BX, BY, BZ, EX, EY, поступают через пятикомпонентный аналого-цифровой преобразователь, в котором осуществляется определение компонент этих напряжений, в измерительный пульт 7 и накопитель информации 8. Координаты фиксированной точки и время измерений определяют с помощью устройства навигации GPS 9.

По времени регистрации устройствами навигации GPS 4 и 9 соотносят величины измеряемого поля и положения излучателя (контура 5), определяют дискретные координаты положения излучателя (х, y) относительно неподвижной точки измерения (xo, yo). Измеренные значения поля относят к текущим точкам положения излучателя.

Ток, протекающий в петле, возбуждает электромагнитное поле. Параметры составляющих электромагнитного поля (амплитуда и фаза) на дневной поверхности и в воздухе зависят от электропроводности горных пород. По величине отклонения полученных значений электромагнитного поля от нормальных для однородной среды выделяют участки среды с повышенной и пониженной электропроводностью.

На фиг.3 приведены результаты математического моделирования вертикальной составляющей магнитной индукции Bz для однородного полупространства (слева) и для полупространства, содержащего локальный проводящий объект (справа). Различия в планах реальной и мнимой (Re и Jm) квадратур вертикальной составляющей магнитной индукции, особенно Jm Bz, обусловлены наличием объекта с повышенной электропроводностью, по сравнению с однородным полупространством.

Проводящий объект отмечается и в планах горизонтальных составляющих электромагнитного поля, однако их вид зависит от взаимного положения объекта относительно точки измерений и от выбора направлений датчиков горизонтальных составляющих поля.

Чтобы устранить последнюю зависимость, измеренные горизонтальные составляющие векторов электромагнитного поля BX, BY, EX, EY, пересчитывают в составляющие векторов в цилиндрической системе Br, Bφ, Er, Еφ относительно координат точки измерения по формулам

где

Использование цилиндрических координат обладает существенным преимуществом перед прямоугольными координатами. Поскольку излучатель в виде вертикального магнитного диполя создает на поверхности однородного полупространства только составляющие электромагнитного поля Br и Еφ, то составляющие Bφ и Er являются чисто аномальными, непосредственно связанными с наличием в среде проводящих объектов.

Результаты расчетов радиальных Br и азимутальных Bφ составляющих магнитного поля для однородного полупространства (слева) и полупространства, содержащего локальный проводящий объект (справа), приведены на фиг.4. На фиг.5 приведены результаты расчетов радиальных Er и азимутальных Еφ составляющих электрического поля для однородного полупространства (слева) и полупространства, содержащего локальный проводящий объект (справа), с прежними параметрами расчетов фиг.3. Как видно из приведенных данных, локальный проводящий объект особенно четко отмечается в планах аномальных составляющих Bφ и Er как в реальной Re, так и мнимой Jm квадратурах поля.

Измерения электромагнитного поля на дневной поверхности Земли в фиксированной точке исключают влияние помех за счет механической вибрации и пространственных колебаний выносной системы датчиков, а удаленность от источника поля существенно уменьшает электромагнитные помехи летательного аппарата. Предлагаемый способ позволяет осуществлять поиски рудных месторождений на больших неосвоенных, труднодоступных (заболоченных, покрытых лесом) районах, где нет поисковых необсаженных скважин и невозможна посадка вертолета вблизи петли с током.

Анализ современного уровня техники показал, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень" и может быть промышленно реализовано при использовании существующих технических средств.

Источники информации

1. Человечков А.И., Байдиков С.В., Иванов Н.С., Ратушняк А.Н., Уткин В.И. Способ геоэлектроразведки. Патент РФ 2250479, 2005. БИ №11.

2. Человечков А.И., Уткин В.И., Ратушняк А.Н., Иванов Н.С., Байдиков С.В., Астафьев П.Ф. Способ геоэлектроразведки. Патент РФ 2248016, 2005. БИ №18.

3. Электроразведка. Справочник геофизика (книга первая). М.: Недра, 1989, с.416-418.

Способ геоэлектроразведки, при котором возбуждают низкочастотное электромагнитное поле при помощи вертикального магнитного диполя, перемещаемого по параллельным профилям на заданной высоте, отличающийся тем, что в нем регистрируют время и координаты точек положения диполя, измеряют декартовые составляющие напряженности электрического поля и магнитной индукции на дневной поверхности земли в фиксированной точке, регистрируют время измерений, по соответствующим временам измерения поля и положения диполя определяют координаты их взаимного положения, находят составляющие векторов электромагнитного поля в цилиндрической системе координат, относят их значения к точкам положения диполя, а по величине отклонений полученных значений поля от нормальных для однородной среды выделяют участки среды с повышенной электропроводностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам обнаружения скрытых объектов с использованием электромагнитного поля и может использоваться в металлоискателях, в трассоискателях, работающих по принципу сканирования поисковой головкой.

Изобретение относится к области аэрогеологического картографирования. .

Изобретение относится к области диагностической техники и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ.

Изобретение относится к аэроэлектромагнитной разведке. .

Изобретение относится к области геофизики, а более конкретно к способам определения вариаций геомагнитного поля при проведении магнитных съемок, преимущественно при морской магнитной съемке.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения трассы и глубины прокладки подводного кабеля в дно водоема в процессе его эксплуатации, а также трассы и глубины прокладки труб и других протяженных подводных коммуникаций.

Изобретение относится к области электромагнитной дефектоскопии, в частности для установления факта прохождения магнитонесущим внутритрубным объектом реперной точки на газовых трубопроводах.

Изобретение относится к области диагностической техники и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе.

Изобретение относится к области аэрогеофизических методов исследований и может быть использовано при поиске с помощью летательных аппаратов полезных ископаемых, обнаружения в земле различных металлических объектов, изучения геологического строения участков земли, проведения мониторинга сейсмоопасных районов и решения других прикладных задач.

Изобретение относится к технике дистанционного определения места утечки жидкости или газа из магистрального трубопровода

Изобретение относится к области магниторазведки и предназначено для обнаружения, локализации и классификации локальных магнитных аномалий (ЛМА) при помощи установленных на подвижном носителе бортовых средств магнитных измерений, в частности магнитометров

Изобретение относится к области экологии

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения координат эпицентра ожидаемых землетрясений, горных ударов и контроля электромагнитной обстановки в сейсмоопасной зоне земной коры с борта летательного аппарата

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА)

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения стационарного геомагнитного поля при проведении морской магнитной съемки

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для дистанционного определения места утечки жидкости или газа из магистрального трубопровода, находящегося в траншее под грунтом

Изобретение относится к области аэрогеологического картографирования, в частности к устройствам для проведения геологической съемки с использованием электромагнитного метода во временной области
Наверх