Способ геофизической разведки

Изобретение относятся к геофизике, а именно к электромагнитной разведке. Технический результат: снижение ошибок. Сущность: на обследуемой территории устанавливают антенны n-устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ), где n=2, 3, 4, …, на расстоянии не более 1 м друг от друга. Для одинаковых каналов приема ориентируют антенны в одинаковых заданных направлениях. Проводят синхронные измерения интенсивности ЕИЭМПЗ, момент их прихода и количество, причем измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных направлениях. Определяют среднеминутные значения интенсивности и по полученным значениям настраивают чувствительность каналов по типичному суточному ходу ЕИЭМПЗ. Выравнивают чувствительности каналов, принимающих сигналы с одинаковых направлений. Полученные параметры настройки устройств запоминают. Затем проводят синхронные измерения временных вариаций полей всеми устройствами в течение рабочих часов. Определяют средние значения интенсивности для каждого устройства и каждого направления приема сигналов. Сортируют устройства на реперные и маршрутные. В качестве реперных выбирают те устройства, показания которых близки к средним значениям показаний всех устройств. Среди реперных устройств выбирают базовое устройство, зарегистрировавшее наиболее близкие значения интенсивности сигнала к средним значениям показаний реперных устройств. Для всех устройств и каждого направления приема сигнала определяют поправки на неидентичность. Устанавливают реперные устройства, включая базовое, в выбранных точках обследуемой территории. Ориентируют антенны их одинаковых каналов приема в одинаковых заданных направлениях. Используя параметры, определенные при настройке, по сигналу точного времени проводят измерения в непрерывном режиме. Используя маршрутные устройства, проводят профилирование. В показания всех устройств вносят поправки на неидентичность. Определяют вариации измеренных параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля путем удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций, зарегистрированных реперными устройствами. Делают вывод о наличии геофизической аномалии на изученном профиле, картируют границы аномалий и дают геологическую интерпретацию полученных результатов. 9 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к геофизике, а именно к области электромагнитной разведки с использованием измерений естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ), и может быть использовано для обнаружения структурных и литологических неоднородностей в земной коре, для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, в том числе месторождений углеводородов.

Известен способ магнитотеллургической разведки для поиска нефтяных и газовых месторождений [RU 1777449 С, МПК 6 G01V 3/08, опубл. 1995.03.27], согласно которому синхронные измерения компонент магнитотеллургического поля выполняют в ограниченном целевом частотном диапазоне, соответствующем перспективному стратиграфическому или глубинному интервалу разреза. При обработке по импедансным и адмитансным оценкам по нескольким независимым решениям на каждой частоте получают магнитотеллургические параметры t и m, связывающие электрические и магнитные поля в полевой и базисной точках, оценивают их почастотные погрешности. Корректируют параметры по допустимым пороговым отклонениям от среднего, рассчитывают погрешности и сравнивают их для выборок без коррекции и с коррекцией. Фиксируют выборки с минимальными погрешностями параметров на каждой частоте. В дальнейших частотах используют только эти выборки. По текущим значениям магнитотеллургических параметров в выборках с минимальными их погрешностями рассчитывают текущие значения на каждой частоте параметров ZA=t/m; Za,i=0,5t/(m-0,5) их средние значения и почастотные погрешности. По средним значениям строят частотные характеристики параметров t, m, Za, Za,i, ΔZa, а также их графики или карты на наиболее информативных частотах целевого диапазона. Получают также графики или карты интегральных характеристик параметров tu, mu на целевых частотах, представляющих произведение значений данного параметра на двух или нескольких периодах в каждой точке профиля (площади). По комплексу полученных параметров судят о наличии и распределении геоэлектрических неоднородностей в пределах изученного стратиграфического интервала разреза на площади, а по оценкам погрешностей параметров - о достоверности и точности их выявления.

Однако в этом способе не учитывается, что регистрируемые поля создаются как атмосферными, так и литосферными источниками, а в регистрируемом сигнале подавляющая доля импульсов поступает от источников, находящихся за пределами площади работ и не несет информацию о ее геологическом и геофизическом строении. Поэтому высока погрешность измерений, а способ мало пригоден для геофизической разведки нефти и газа.

Известен способ геоэлектромагнитной разведки, при котором осуществляют регистрацию сигналов естественного электромагнитного поля Земли по электрической составляющей в диапазоне сверхдлинных волн [RU 2119680 С1, МПК 6 G01V 3/08, G01V 3/11, опубл. 1998.09.27]. В процессе измерений перемещают приемную антенну параллельно поверхности земли, выделяют из всего зарегистрированного спектра, по меньшей мере, одну узкую полосу частот. Регистрацию сигналов естественного электромагнитного поля Земли проводят по регистрации его шумовой компоненты. В выделенной узкой полосе измеряют фазовый сдвиг сигнала в процессе движения приемной антенны относительно значения его же фазового сдвига в начальной точке движения. По изменению фазового сдвига судят о неоднородности в грунте.

Это изобретение применимо для обнаружения неоднородностей на глубине, не превышающей нескольких метров, и непригодно для обнаружения месторождений нефти и газа. Регистрируемый шумовой сигнал крайне нестабилен во времени. Поэтому временные изменения фазы в процессе профильных измерений могут быть ошибочно интерпретированы как пространственные изменения, связанные с наличием неоднородности в грунте. Для уменьшения вероятности подобных ошибок требуются многократные повторные измерения одного и того же профиля.

Известен способ пассивной геофизической разведки, основанный на измерении с помощью антенны крайне низкочастотных электромагнитных полей, испускаемых поверхностью Земли [AU 718742 В2, МПК 7 G01V 3/08, G01V 3/12, опубл. 2000.04.20]. По данному способу регистрацию сигнала ведут в различных узких диапазонах частот, каждая из которых соответствует определенной глубине от поверхности Земли. Перестраивая частоту приема сигнала, судят о наличии неоднородностей в земной коре и глубине залегания этой неоднородности.

Недостатком этого способа является то, что регистрируют интегральный сигнал от всех источников и не осуществляют последующую сортировку сигнала на импульсы местного происхождения и импульсы от удаленных источников, не имеющих отношения к интересующей территории. Поэтому подавляющая доля зарегистрированного сигнала не связана с конкретной точкой площади работ и не несет информации о геологическом строении такой точки.

Известен способ геофизической разведки [Малышков С.Ю., Малышков Ю.П., Ростовцев В.Н. Картирование месторождений углеводородов по параметрам естественного импульсного электромагнитного поля Земли. В сб. Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. К созданию общей теории нефтегазоносности недр. Книга 1. М: ГЕОС, 2002. - с.350-354]. Согласно этому способу измеряют интенсивность естественного импульсного электромагнитного поля Земли и среднюю амплитуду импульсов в различных точках обследуемой территории. Интенсивность импульсного потока регистрируют в очень низком частотном диапазоне волн с преимущественным приемом сигнала в направлениях север-юг и запад-восток. Строят графики изменения измеренных характеристик вдоль профиля. К перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности потока импульсов ЕИЭМПЗ и пониженными значениями их средней амплитуды.

Известен способ поиска и картирования месторождений углеводородов [Перспективные технологии и новые разработки. http://www.sibpatent.ru/default.asp?khid=51487&code=385719&sort=1], выбранный в качестве прототипа, включающий проведение измерений интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в различных точках обследуемой территории, при этом измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных направлениях приема сигнала с помощью многоканальных геофизических регистраторов, определяют пространственные вариации параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля работ, по которым дают геологическую интерпретацию полученных результатов, причем к перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности ЕИЭМПЗ, при этом один регистратор используют в качестве неподвижной базовой станции, а другие - в качестве маршрутных. Определение пространственных вариаций параметров ЕИЭМПЗ станции осуществляют путем удаления из показаний маршрутных станций временных вариаций ЕИЭМПЗ, измеренных базовой станцией.

В этих способах не учитывается факт, что в потоке регистрируемых импульсов всегда присутствует доля атмосфериков, импульсов, связанных с местной и тропической грозовой активностью. Атмосферики не несут информации о глубинном строении земной коры, являются помехой при выявлении структурных и литологических неоднородностей земной коры.

Поэтому необходимы меры по снижению ошибок, вызванных присутствием атмосфериков, импульсов, зародившихся за пределами точки измерения, и импульсных помех другого происхождения. Важно учитывать, что снижение интенсивности сигнала и уменьшение амплитуды импульсов, предлагаемые в способе-прототипе в качестве критериев нефтегазоносности, часто бывают связаны не с наличием неоднородности в земной коре, а с чисто временными вариациями сигнала. Временные вариации ЕИЭМПЗ содержат как периодические вариации (полусуточные, суточные, годовые и др.), так и апериодическую компоненту. Причинами апериодических вариаций, прежде всего, являются тектонические процессы в земной коре. Движение тектонических блоков, их объединение или разъединение, проскальзывание относительно друг друга и т.д. сопровождается активизацией или подавлением потока импульсов из литосферы. Например, процессы подготовки сильного землетрясения могут нарушать ритмичность движения земной коры в течение нескольких суток в радиусе 1000 и более километров, изменять в несколько раз интенсивность регистрируемого потока импульсов. Крупные геологические неоднородности, например трансконтинентальные разломы и крупные разрывные нарушения, могут изменять интенсивность регистрируемого потока импульсов и их амплитуду на удалении десятков километров от данной неоднородности. Поэтому при изучении конкретной территории надо учитывать только импульсы «местного» происхождения. Следовательно, способы геофизической разведки, основанные на регистрации ЕИЭМПЗ, должны предусматривать специальные мероприятия по «сортировке» импульсов далекого и местного происхождения, удалению временных вариаций, выделению пространственных вариаций только тех импульсов, источниками которых являются геологические структуры, непосредственно расположенные на изучаемой территории.

Задачей изобретения является обнаружение и картирование структурных и литологических неоднородностей земной коры на основе измерений параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли: геологических разломов и мест их пересечений, трещин, границ разнородных пород, углеводородных ловушек, включая ловушки неантиклинального типа, для которых существующие способы геофизической разведки малоэффективны.

Поставленная задача решена за счет того, что способ геофизической разведки, так же как в прототипе, включает проведение синхронных измерений интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в различных точках обследуемой территории, при этом все измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных направлениях приема сигналов с помощью устройств для регистрации параметров ЕИЭМПЗ, причем одно неподвижное устройство используют в качестве базового, а другие - в качестве маршрутных, определяют пространственные вариации параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля работ путем удаления из показаний маршрутных станций временных вариаций ЕИЭМПЗ, измеренных базовым устройством, построение графиков пространственных изменений интенсивности полей вдоль профиля работ, по полученным пространственным вариациям параметров ЕИЭМПЗ дают геологическую интерпретацию полученных результатов, причем к перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности ЕИЭМПЗ.

Согласно изобретению дополнительно регистрируют момент прихода импульсов естественного импульсного электромагнитного поля Земли и их количество. При этом вначале антенны n-устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли, где n=2, 3, 4, …, устанавливают на расстоянии не более 1 м друг от друга. Для одинаковых каналов приема ориентируют антенны в одинаковых заданных направлениях пространства. Настраивают чувствительность каналов по типичному суточному ходу ЕИЭМПЗ. Сравнивая друг с другом показания устройств, выравнивают чувствительности каналов, принимающих сигналы с одинаковых направлений, регулируя коэффициенты ослабления и величины опорных напряжений. Полученные параметры настройки устройств запоминают. Затем проводят синхронные измерения временных вариаций полей всеми устройствами в течение рабочих часов, определяют средние значения интенсивности для каждого устройства и каждого направления приема сигналов, строят графики изменения средней интенсивности от времени. Сравнивая полученные графики между собой, сортируют устройства на реперные и маршрутные. В качестве реперных выбирают те устройства, показания которых близки к средним значениям показаний всех устройств. Среди реперных устройств выбирают базовое устройство, зарегистрировавшее наиболее близкие значения интенсивности сигнала к средним значениям показаний реперных устройств. Для всех устройств и каждого направления приема сигнала определяют поправки на неидентичность устройств, характеризующие изменение в течение суток или рабочих часов отношения среднего значения интенсивности сигнала данного устройства к среднему значению интенсивности сигнала по соответствующему направлению приема, базового устройства, строят графики этих зависимостей, сглаживают их скользящим окном такой длительности, чтобы они не имели острых скачков. Затем устанавливают реперные устройства, включая базовое, в выбранных точках обследуемой территории, ориентируют антенны их одинаковых каналов приема в одинаковых заданных направлениях пространства. Используя параметры, определенные при настройке, по сигналу точного времени проводят измерения в непрерывном режиме, с заданной дискретностью опроса каналов. Затем, используя маршрутные устройства, проводят профилирование, причем ориентируют их антенны в пространстве так, чтобы их ориентация совпадала с ориентацией антенн реперных устройств, а параметры настройки и измерения соответствовали ранее выбранным значениям. Используя графики поправок, в показания всех устройств вносят поправки на неидентичность, в соответствии с направлением приема сигнала и временем измерения. Определяют вариации измеренных параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля путем удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций, зарегистрированных реперными устройствами. Делают вывод о наличии геофизической аномалии на изученном профиле, картируют границы аномалий и дают геологическую интерпретацию полученных результатов. При этом наличие структурных и литологических неоднородностей оценивают по изменению интенсивности сигнала. Разрывные нарушения обнаруживают по повышенным значениям интенсивности сигнала, причем крупные и трансконтинентальные разломы повышают интенсивность сигнала в районе берегов и понижают интенсивность сигнала в осевой зоне. При картировании границ месторождений углеводородов или других полезных ископаемых сравнивают показания маршрутных устройств с показаниями реперных, которые устанавливают на продуктивной территории и считают продуктивными те территории, где регистрируемые параметры незначительно отличаются от параметров, регистрируемых реперными устройствами, остальные территории относят к малопродуктивным. По границам продуктивных и малопродуктивных территорий очерчивают границу месторождения. В случае если информация о продуктивности территории отсутствует, то проводя вышеуказанные измерения, определяют территории с максимально низкой и максимально высокой интенсивностью ЕИЭМПЗ, затем, используя другие способы геофизической разведки или бурение, определяют в одной из найденных аномальных территорий наличие нефти или газа, по полученным комплексным результатам делят оставшуюся территорию на продуктивную и непродуктивную. К продуктивным территориям относят те, где регистрируемые устройствами параметры незначительно отличаются от параметров, зарегистрированных устройствами на территориях с наличием нефти или газа. Остальные территории относят к малопродуктивным.

Устройства для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли осуществляют фильтрацию сигналов в нужной полосе частот и с нужной амплитудой, а также регистрацию момента прихода, амплитуду и форму импульсов естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Этим обеспечивается удаление малоинформативных сигналов уже на стадии их регистрации.

Выделение литосферной составляющей сигнала, уменьшение доли атмосфериков, импульсов помехи и импульсов далекого не местного происхождения достигается оптимальной настройкой чувствительности устройств.

Удаление временных вариаций полей и сортировку импульсов местного и далекого происхождения измерения осуществляют несколькими синхронно работающими устройствами для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Их число не может быть меньше двух.

Одни устройства являются неподвижными, реперными, и регистрируют только временные вариации электромагнитных полей. С помощью других, маршрутных, устройств проводят измерения параметров импульсов, связанных как с временными, так и пространственными вариациями интенсивности ЕИЭМПЗ по маршрутам (профилям), пересекающим исследуемую территорию. Вывод о наличии или отсутствии геофизических аномалий, углеводородных ловушек и т.п. на обследуемой территории делается путем определения пространственных вариаций электромагнитных полей после удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций полей.

Измерения параметров ЕИЭМПЗ могут быть осуществлены одним или несколькими операторами в пешем варианте или с использованием любого вида наземного транспорта.

Интенсивность потока литосферных импульсов определяется двумя условиями: наличием структурных и литологических неоднородностей в земной коре вблизи устройства для регистрации естественного электромагнитного поля Земли и активностью процессов, приводящих в движение эти неоднородности и их границы.

Каждая геологическая структура обладает своей излучательной способностью. Так, например, геологические разломы отличаются от окружающего пространства повышенной интенсивностью сигнала на бортах разломов и некоторым снижением интенсивности в осевой зоне разлома, заполненной, как правило, глинкой трения. Ширина зоны с аномальными характеристиками электромагнитных полей при пересечении глубинных геологических разломов может достигать в поперечнике нескольких сотен метров. Мощные трансконтинентальные разломы создают аномальную зону шириной несколько километров и даже несколько десятков километров. Мелкие разрывные нарушения в земной коре или границы разнородных пород проявляются в виде пиков повышенной интенсивности сигнала в пределах нескольких метров или десятков метров. Границы рудных тел и их территория могут выявляться в окружающем пространстве либо повышенными, либо пониженными значениями интенсивности сигнала.

Территории перспективные по возможному содержанию углеводородов (углеводородные ловушки) имеют свои характерные признаки. Месторождение в большинстве случаев окружено «ореолом» территории с повышенной интенсивностью естественного электромагнитного поля земли. Тогда как над самим месторождением углеводородов регистрируется сигнал с более низкими значениями интенсивности потока импульсов. Эти признаки указывают, что имеющиеся в данном месте геологические структуры малоподвижны, разрывные нарушения либо отсутствуют, либо герметично запакованы. Именно такие структуры могут обеспечить возможность накопления углеводородного сырья. Бывают и исключения из этого правила, когда по одному направлению приема сигнала регистрируется снижение, а по другому направлению - возрастание характеристик регистрируемого поля.

Поскольку регистрируемый поток импульсов определяется пространственно-временными вариациями, то в случае выполнения геофизических работ для получения информации о строении земной коры из зарегистрированного сигнала должны быть удалены временные вариации полей и оставлены только пространственные вариации.

Как показали наши многолетние исследования, временные вариации естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне очень низких частот определяются суточными и годовыми ритмами движения земной коры. Эти ритмы имеют четкие суточные ходы, зависящие от календарной даты и географических координат местности, ее геофизических особенностей. Поэтому настройку устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли на оптимальную чувствительность осуществляют непосредственно в районе предстоящих полевых работ перед их началом. Для настройки используют специальные тарировочные зависимости, полученные на основе анализа наших многолетних исследований естественного импульсного электромагнитного поля Земли в различных регионах Евразии.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с другими известными способами геофизической разведки обусловлены двумя основными факторами.

1. Высокой проникающей способностью электромагнитных волн в диэлектрических материалах и особенно в приземном слое атмосферы.

Этот фактор обеспечивает сбор информации с больших территорий и большого объема массива горных пород, тогда как все остальные способы основаны на регистрации сигнала в некоторой точке поверхности. Следовательно, повышается вероятность обнаружения крупных геологических неоднородностей, таких как месторождения нефти и газа, даже при глубоких уровнях залегания.

2. Источниками сигналов в горных породах являются литологические и структурные неоднородности, генерирующие сигнал за счет микродвижения горных пород, вызванных естественными процессами в земной коре.

Этот фактор обеспечивает, во-первых, экологичность метода, но что особенно важно, избирательную чувствительность к границам всевозможных геологических структур. Именно границы разнородных пород чаще всего интересуют специалистов при поиске и разведке любого месторождения. Не менее важно, что именно к областям структурных нарушений земной коры, обладающим повышенной излучательной способностью в диапазоне радиошума, приурочено большинство месторождений различных полезных ископаемых.

Эти два фактора обеспечивают чрезвычайно высокую чувствительность способа к различным геологическим нарушениям. Чувствительность, например, к изменению относительных деформаций земной коры может достигать 10-11, что на три порядка превышает чувствительности современных гравитационных и деформационных методов геофизики, как показано в работе [Малышков и др. Влияние литосферных процессов на формирование импульсного электромагнитного поля Земли. Прогноз землетрясений. // Вулканология и сейсмология, 1998, №1. с.92-10].

Таким образом, в основу заявляемого способа положены такие физические процессы в земной коре и горных породах, которые ранее не применялись для геофизической разведки. Предложенный способ геофизической разведки совмещает в себе положительные моменты электроразведочных и сейсморазведочных способов. Так натурные исследования и апробирование способа показали его чрезвычайно высокую чувствительность к наличию разрывных нарушений в земной коре, границам разнородных пород, в том числе и к структурам, плохо различимым в методах сейсморазведки. По сравнению с сейсморазведочными способами предлагаемый способ не требует специальной подготовки профилей, взрывных работ, выполняется несколькими операторами в пешем варианте или с использованием любого вида наземного транспорта. Значительно снижается трудоемкость, себестоимость и сроки выполнения геофизических работ.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства для регистрации естественного электромагнитного поля Земли.

На фиг.2 представлена блок-схема одного из каналов устройства.

На фиг.3 - блок-схема устройства управления.

На фиг.4 показаны типичные суточные изменения интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли для различных декад и месяцев года.

На фиг.5 - пример построения графика поправок на неидентичность устройств, где а), б) - суточные записи сигнала соответственно реперного и маршрутного устройств; в) - более подробный кусочек записи двух устройств; г) - суточный ход, зарегистрированный двумя устройствами по одному из приемных каналов; д) - соотношение сигналов (поправка на неидентичность устройств).

На фиг.6 приведен пример помехи, создаваемой близко проезжающим автомобилем, а) - исходная запись сигнала, в) - после удаления выброса значений.

На фиг.7 - результаты профильных измерений относительной интенсивности естественного электромагнитного поля Земли в районе Урбинского надвига в Томской области в различные годы, после удаления временных вариаций.

На фиг.8 показано изменение интенсивности ЕИЭМПЗ по маршруту, пересекающему геологический разлом.

На фиг.9 показано изменение интенсивности потока импульсов вдоль профиля, пересекающего два соседних месторождения нефти.

В таблице 1 приведен образец таблицы, заполняемой в процессе статистической обработки результатов измерения для каждого i-того маршрутного устройства по отношению к каждому j-тому реперному устройству и каждому каналу приема устройств.

В таблице 2 приведен образец таблицы, заполненной для получения итогового результата профильных изменений интенсивности ЕИЭМПЗ тремя маршрутными устройствами (4С, D6, С2) и тремя реперными устройствами (0А-базовая, 8D, BE) с последующим усреднением показаний всех станциям и одному из направлений ориентации антенн (запад-восток).

Способ геофизической разведки реализован с помощью устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли (фиг.1), каждое из которых содержит антенны приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю), в направлении запад-восток 2 (антенна З-В) и в вертикальном направлении 3 (антенна вертикальная), которые соответственно подключены к каналам приема магнитной компоненты сигнала в направлении север-юг 4 (канал 1), запад-восток 5 (канал 2), к каналу с круговой диаграммой направленности приема 6 (канал 3). Каналы 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) подключены к устройству управления 7, которое может быть подключено к последовательному порту компьютера 8 (ЭВМ).

Антенны для приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю), в направлении запад-восток 2 (антенна З-В) и в вертикальном направлении 3 (антенна вертикальная) относительно плоскости земной поверхности представляют собой магнитные ферритовые антенны, принимающие сигнал в диапазоне очень низких частот.

Каналы приема магнитной компоненты сигнала в направлении север-юг 4 (канал 1), запад-восток 5 (канал 2) и в вертикальном направлении 6 (канал 3) реализованы одинаково. Устройство одного из каналов показано на фиг.2.

Выход антенны для приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю) подключен к входу предварительного усилителя 9 (ПУС), к которому последовательно подсоединены первый аттенюатор 10 (АТТ 1), первый усилитель 11 (УС 1), полосовой фильтр 12 (ПФ), второй аттенюатор 13 (АТТ 2), второй усилитель 14 (УС 2), повторитель 15 (ПОВТ). Выход второго усилителя 14 (УС 2) через компаратор 16 (КОМП) подключен к микроконтроллеру канала 17, который подключен к первому и второму аттенюаторам 10 (АТТ 1), 13 (АТТ 2), компаратору 16 (КОМП) и повторителю 15 (ПОВТ).

Микроконтроллер 17 канала подключен шинами связи и управления каналами к управляющему микроконтроллеру 18 (фиг.3) устройства управления 7.

Устройство управления 7 (фиг.3) содержит управляющий микроконтроллер 18, подключенный к зуммеру 19, кнопке запуска 20, оперативному запоминающему устройству 21 (ОЗУ), часам 22, контроллеру последовательного порта 23, который подключен к GPS навигатору 24. Контроллер последовательного порта 23 подключен к оперативному запоминающему устройству 21 (ОЗУ) и часам 22. Управляющий микроконтроллер 18 связан с компьютером 8 (ЭВМ).

Предварительный усилитель 9 (ПУС) может быть реализован на микросхеме ОР184. Аттенюаторы 10 (АТТ 1) и 13 (АТТ 2) реализованы на микросхеме AD7528LR. Усилители 11 (УС 1) и 14 (УС 2) реализованы на микросхеме ОР184. Полосовой фильтр 12 (ПФ) может быть выполнен на микросхеме ОР184. Повторитель 15 (ПОВТ) может быть выполнен на микросхеме ОР184. Компаратор 16 (КОМП) реализован на микросхеме AD8561. В качестве микроконтроллера канала 17 использован микроконтроллер типа ADuC841BS. Управляющий микроконтроллер 18 реализован на микросхеме АТ89С52. Зуммер 19 выполнен на базе пьезоэлектрического зуммера типа EFM-260. Кнопка запуска 20 типа КМ1. Оперативное запоминающее устройство 21 (ОЗУ) выполнено на микросхеме К6Х8008С2В. Часы 22 реализованы на микросхеме DS1687. Контроллер последовательного порта 23 реализован на микросхеме АТ89С4051. В качестве GPS навигатора 24 использован навигатор серии GARMIN.

Устройство регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли работает следующим образом.

Импульсные электромагнитные поля, генерируемые массивом горных пород в точке расположения устройства, принимаемые антеннами 1, 2, 3, поступают на входы соответствующих каналов 4, 5, 6, где происходит фильтрация импульсов в определенной полосе частот и по их амплитуде суммирование числа импульсов за заданный промежуток времени. Устройство управления 7 управляет работой всего устройства с помощью специализированной программы.

Устройство управления 7 через последовательный интерфейс типа RS-232 или RS-485 может быть подключено к компьютеру 10 (ЭВМ) для записи программ, установки режимов измерений на стадиях настройки устройства перед началом измерений. Устройство управления 7 осуществляет прием/передачу данных из/в компьютер после завершения профильных измерений, синхронизирует работу каналов 4, 5, 6 с помощью часов 22 реального времени, программирует параметры усилительных трактов различных каналов устройства, считывает цифровые данные из каналов 4, 5, 6 и сохраняет их в ОЗУ 21.

Управление каналами 4, 5, 6 осуществляют через последовательный высокоскоростной интерфейс. Данные измерения хранятся в оперативном запоминающем устройстве 21 (ОЗУ). Емкость ОЗУ 1 Мб. Возможно расширение ОЗУ до 4 Мб.

Вначале сигнал с антенны 1 поступает на предварительный усилитель 9 (ПУС), где происходит согласование по сопротивлению антенны с первым аттенюатором 10 (АТТ 1). В первом аттенюаторе 10 (АТТ 1) происходит ослабление амплитуды сигнала с сохранением его формы. Величину ослабления можно ступенчато регулировать в процессе настройки устройства регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (256 ступеней ослабления). Установку нужной ступени ослабления сигнала выполняет микроконтроллер канала 17 по команде с компьютера 8 (ЭВМ) через устройство управления 7, по команде оператора в процессе настройки устройства. После усиления первым усилителем 11 (УС 1) аналоговый сигнал поступает на вход полосового фильтра 12 (ПФ), который пропускает только сигнал в заданной полосе частот. Далее аналоговый сигнал в нужной полосе частот поступает на второй каскад усиления, состоящий из второго аттенюатора 13 (АТТ 2) и второго усилителя 14 (УС 2), где происходит последующее уменьшение амплитуды сигнала со ступенчатой регулировкой ослабления сигнала с помощью микроконтроллера канала 17. С выхода второго усилителя 14 (УС 2) усиленный и отфильтрованный аналоговый сигнал поступает на повторитель 15 (ПОВТ) и компаратор 16 (КОМП). Компаратор 16 (КОМП) сравнивает амплитуду поступивших сигналов с величиной опорного напряжения и формирует на выходе прямоугольные импульсы, в случае если поступившие сигналы превышают по амплитуде величину опорного напряжения. Регулировку опорного напряжения компаратора 16 (КОМП) производят с клавиатуры компьютера 8 (ЭВМ) при помощи микроконтроллера канала 17 на стадии настройки устройства. Регулировкой опорного напряжения удаляют импульсы с малой амплитудой. Они, как правило, представляют шумы аппаратурного происхождения, техногенные помехи, а также малоинформативные флуктуационные шумы природного происхождения. С компаратора 16 (КОМП) прямоугольные импульсы поступают на встроенные счетчики микроконтроллера канала 17, происходит подсчет числа импульсов, принятых антеннами 1, 2, 3, в заданный дискрет времени. С выхода второго усилителя 14 (УС 2) усиленный и отфильтрованный аналоговый сигнал поступает на повторитель 15 (ПОВТ), который предназначен для согласования выхода усилителя 14 (УС 2) с входом встроенного АЦП микроконтроллера канала 17. С помощью АЦП оцифровывают аналоговый сигнал измеряемого параметра ЕИЭМПЗ. Этот оцифрованный сигнал либо запоминают, либо определяют и запоминают амплитуду импульса. Таким образом, микроконтроллер канала 17 обеспечивает регистрацию текущего времени, количество импульсов и величину амплитуды первого импульса, пришедшего на данный канал в данный дискрет времени. С микроконтроллера канала 17 вышеперечисленная информация о ЕИЭМПЗ поступает в управляющий микроконтроллер 18 устройства управления 7. Устройство управления 7 с помощью последовательного интерфейса типа RS-232 или RS-485 осуществляет прием/передачу данных между компьютером 8 (ЭВМ) и устройством управления, осуществляет предварительную обработку аналоговых сигналов, синхронизирует работу всех измерительных каналов, программирует параметры усилительных трактов, считывает цифровые данные из каналов в буферную память, выполняет оцифровку аналоговых сигналов, поступающих из измерительных каналов.

Таким образом, на выходе устройства регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли в памяти компьютера 8 (ЭВМ) формируется файл, содержащий следующую информацию: календарную дату и текущее время, номер канала, число импульсов, пришедших на данный канал за один дискрет времени (1 сек, 10 сек, 1 мин и т.п.), устанавливаемый оператором перед началом измерений, амплитуду первого импульса, пришедшего на данный канал в данный дискрет времени, а также 128 оцифрованных значений формы первого импульса, зарегистрированного в данный дискрет времени.

Часы 22 осуществляют привязку времени прихода импульсов ЕИЭМПЗ к единому мировому времени. Установку часов осуществляют при помощи GPS навигатора 24 либо в момент запуска устройства, либо в момент нажатия кнопки запуска 20.

Зуммер 19 включается в момент нажатия кнопки запуска 20 и выключается после автоматического выключения устройства через заданное оператором время измерения на данном пикете. Своим звуковым сигналом он оповещает оператора о работе станции в режиме измерений.

Для каналов 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) разработана своя программа, которую загружают во встроенное электрически перепрограммируемое ПЗУ собственного микроконтроллера канала 17. Это позволяет быстро менять алгоритмы сбора и предварительной обработки данных.

Рассмотрим пример выполнения профильных измерений в районе Урбинского надвига в Томской области.

Использовали шесть устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Антенны 1, 2, 3 этих устройств устанавливали на расстоянии не более одного метра друг от друга. С помощью компаса для одинаковых каналов приема 4, 5, 6 ориентировали антенны в одинаковых заданных направлениях пространства. Кнопкой запуска 20 включали все устройства, по сигналу точного времени с помощью часов 22, используя GPS навигатор 24.

В течение нескольких минут производили измерения интенсивности сигнала (количество импульсов за 1 сек (10 сек, 1 мин и т.п.) наблюдений). Результаты измерений запоминали в устройстве в виде файла и выводили на экран компьютера в виде таблицы замеров. При этом использовали специализированные программы, разработанные для данных устройств.

Затем осуществляли настройку каналов 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) каждого устройства на оптимальную чувствительность. При этом учитывали, что ритмичное движение земной коры, связанные с ним процессы генерации электромагнитных сигналов могут быть выявлены только при оптимальной чувствительности устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли.

Такие оптимальные чувствительности выявлены нами в результате многолетних наблюдений за вариациями ЕИЭМПЗ в различных регионах Евразии.

Чувствительность выбирали в соответствии с местными геофизическими условиями так, чтобы регистрируемая интенсивность сигнала была близка по своим значениям к интенсивности «типичного» суточного хода (фиг.4).

На фиг.4 показаны типичные изменения интенсивности ЕИЭМПЗ в течение суток для различных декад различных месяцев года, полученные нами на основании многолетних наблюдений за вариациями ЕИЭМПЗ в Прибайкалье.

При настройке чувствительности после нескольких минут работы каждого устройства для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли определяли среднеминутные значения интенсивности потока импульсов (количество импульсов, зарегистрированных за одну минуту наблюдений). Полученные значения сравнивали с соответствующими значениями интенсивности на фиг.4. Если зарегистрированная интенсивность была меньше, чем должна быть в соответствующую декаду, месяц года и соответствующий час измерений, то чувствительность устройства повышали, если больше - снижали. Повышение или снижение чувствительности устройства осуществляли с клавиатуры компьютера 8 (ЭВМ) путем изменения опорного напряжения на компараторе 16 (КОМП) и/или изменения ступеней ослабления на аттенюаторах 10 (АТТ 1) и 13 (АТТ 2). Повторяя эту операцию, добивались, чтобы разница между измеряемыми и представленными на фиг.4 значениями интенсивности не отличалась более чем в два-три раза. После настройки устройств на оптимальную чувствительность переходили ко второму этапу: настройке идентичности всех устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Такая настройка необходима и должна выполняться с особой тщательностью, поскольку качество геофизической информации в определяющей мере зависит от идентичности реперных и маршрутных устройств.

Это связано, во-первых, с тем, что в структуре ЕИЭМПЗ значительную долю составляют не только импульсы атмосферного происхождения (атмосферики), но и импульсы, пришедшие от удаленных геофизических источников. Такие импульсы, возникшие за пределами интересующей территории, не несут информации о геологическом строении точки наблюдения и должны быть устранены из рассмотрения на стадиях обработки полученных результатов. Существенная неидентичность маршрутных и реперных устройств приведет к тому, что один и тот же импульс от одного и того же далекого источника будет регистрироваться разными устройствами по-разному. Это приведет к ошибкам при распознавании импульсов местного происхождения и, как следствие, к понижению точности способа.

Во-вторых, возможны ошибки за счет неточной привязки часов 22 к единому времени. Расхождения различных устройств по времени могут привести к тому, что один и тот же импульс будет зарегистрирован разными устройствами в разные дискреты времени, а затем интерпретирован как два различных импульса, что также увеличит ошибку при выделении импульсов местного происхождения.

Для уменьшения вероятности подобных ошибок в устройствах предусмотрен блок 24 (GPS навигатор), который обеспечивает более точную привязку всех устройств к единому мировому времени. Вторым назначением GPS навигатора 24 является автоматическое определение географических координат точки измерения, что повышает качество получаемой геофизической информации.

Точную настройку идентичности приема сигналов всеми устройствами осуществляли с использованием специализированной настроечной программы, сущность работы которой заключается в том, что в процессе настройки оператор видит на экране компьютера 8 (ЭВМ) показания сразу нескольких устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли в реальном времени. Изменяя коэффициенты ослабления на аттенюаторах 10 (АТТ 1) и 13 (АТТ 2) и опорное напряжение в компараторах 16 (КОМП), постепенно улучшали идентичность показаний различных устройств.

Процесс настройки иллюстрирует фиг.5, где на фиг.5 (а) и (б) показаны записи интенсивности сигнала на компьютере 8 (ЭВМ) двумя устройствами для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (устройства С2 и 0А), установленными рядом друг с другом для их настройки на оптимальную чувствительность и идентичность. В данном случае настройку осуществляли в конце августа. Видна идентичность регистрируемого суточного хода для обоих устройств. Зарегистрированный суточный ход аналогичен приведенному на фиг.4 типичному суточному ходу для последней декады августа (снижение интенсивности сигнала в утренние часы и повышение в ночное и послеполуденное время суток). Больший разброс точек на фиг.5 по сравнению с фиг.4 связан с тем, что при построении фиг.4 использовали измерения, усредненные по нескольким годам и по десяти дням каждой декады, тогда как на фиг.5 приведены однократные измерения в течение одних суток. При настройке важно не столько количественное, сколько качественное совпадение показаний настраиваемых устройств с типичными суточными ходами. Но что особенно важно, так это максимально возможное не только качественное, но и количественное совпадение показаний различных устройств между собой.

Идентичность устройств по чувствительности проверяли не только по числу зарегистрированных импульсов за некоторый дискрет времени, но и путем сравнения момента прихода отдельных импульсов. На фиг.5 (в) показаны примеры записи сигнала двумя устройствами в направлении запад-восток по каналу 5 (канал 2) за произвольно взятые 400 секунд измерений. Для наглядности показания устройства 0А умножены на минус единицу. Видно, что эти устройства регистрируют импульсы в один и тот же момент времени, и их число отличается незначительно. Такая идентичность записей обеспечивает при последующем анализе полевых измерений достаточно качественное удаление временных вариаций и выделение пространственных отличий в «излучательных» свойствах различных точек пространства обследуемой территории.

Оставшуюся после настройки разницу в показаниях различных устройств устраняли путем введения поправок по заранее полученным графикам поправок. Необходимость таких поправок связана с тем, что при изготовлении аппаратуры не может быть достигнута абсолютная идентичность приемных антенн, полос принимаемых частот, характеристик фильтров, усилителей, компараторов и других элементов и блоков устройств. Поэтому разницу в показаниях, оставшуюся после их настройки, учитывают при окончательной обработке результатов измерения.

Для получения графика поправок на неидентичность устройств все ранее установленные устройства для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли запускали на работу в непрерывном режиме измерений. Дискретность опроса каналов устанавливали такой же, какой она будет в дальнейшем при проведении последующих измерений. Результаты измерений для каждого устройства фиксировали в виде файла в компьютере 8 (ЭВМ), содержащего номер устройства, календарную дату, текущее время, номер канала, число импульсов, пришедших на данный канал за один дискрет времени, амплитуду первого импульса, пришедшего на данный канал в данный дискрет времени.

В таком режиме проводили синхронные измерения временных вариаций полей всеми устройствами в течение суток или в течение заранее определенных рабочих часов с таким расчетом, что именно в эти рабочие часы впоследствии будут выполняться профильные измерения.

Принимали решение о длительности будущих измерений tизм на одной физической точке (пикете) исследовательских профилей. Обычно длительность измерений tизм составляет 3-5 минут.

Полученные во время синхронных измерений записи временных вариаций полей делили на последовательность отрезков длительностью tизм и определяли средние значения интенсивности Iср..изм i для каждого устройства и каждого направления приема сигнала в каждый такой отрезок времени. Строили графики изменения средней интенсивности сигнала Iср. изм i, зарегистрированных данным устройством в такой отрезок времени, от времени суток или рабочих часов:

Iср. изм i=f(tизм i),

где tизм i - текущее время внутри суток или внутри рабочих часов (фиг.5 (г));

i - номер пикета или отрезка времени.

Сравнивали между собой полученные таким способом графики и сортировали устройства по их дальнейшему предназначению: либо на «реперные», либо на «маршрутные», с приблизительно равным числом тех и других устройств. В качестве реперных выбирали те устройства, которые в течение суток или в течение промеренных рабочих часов показывали наиболее близкие значения интенсивности сигнала к средним значениям показаний всех устройств.

Среди выбранных реперных устройств выбирали одно «базовое» устройство с самыми близкими значениями интенсивности сигнала, регистрируемого этим устройством, к средним значениям показаний всех устройств вместе взятых.

Для каждого устройства и каждого направления приема сигнала с помощью компьютера 8 (ЭВМ) рассчитывали и строили графики поправок Кi на неидентичность устройств, аналогичные графику, приведенному на фиг.5 (д), и отражающие разницу в показаниях данного i-того устройства и соответствующих показаний базового устройства в определенное время суток или рабочих часов:

Ki=f(t),

где Кi=Icp. изм i(t)/Iср. изм. баз.(t),

Iср. изм баз(t) - среднее значение интенсивности сигнала по соответствующему направлению приема для базового устройства в данный интервал времени суток или рабочих часов.

Сглаживали полученные таким способом графики поправок на неидентичность устройств скользящим окном такой ширины (длительности), чтобы полученные графики Кi сгл=f(t) не имели острых скачков в течение всего рабочего времени (фиг.5 (д), жирная кривая).

Запоминали результаты сглаживания в виде графиков или таблиц или вносили эти таблицы в специализированные программы для автоматической обработки результатов полевых измерений.

Выполнив такие подготовительные операции, начинали обследование интересующей территории путем проведения профильных или площадных измерений.

Выставляли параметры каждого устройства в соответствии с параметрами, определенными в процессе настройки.

Затем устанавливали все реперные устройства (в данном примере их было 3), включая и базовое, в одной из выбранных точек (репере) обследуемой территории, ориентировали антенны по сторонам света с помощью компаса. Часы 22 всех устройств выставляли по GPS навигатору 24 с привязкой к единому мировому времени путем нажатия кнопки запуска 20.

Запускали реперные устройства в непрерывном режиме измерений с заданным дискретом опроса каналов, в данном примере 1 раз в сек. С маршрутными устройствами переходили на первый пикет (физическую точку) профиля. Ориентировали антенны 1, 2, 3 в пространстве с помощью компаса. Привязку к единому мировому времени осуществляли по команде, нажимая кнопку запуска 20. Проводили измерения всеми маршрутными устройствами в течение ранее выбранного отрезка времени tизм (5 минут) и с заданной дискретностью опроса каналов приема.

После завершения измерений в первой физической точке перемещали маршрутные устройства на следующую физическую точку (пикет) и вновь проводили измерения аналогичным образом.

Измеренные значения запоминали с помощью оперативного запоминающего устройства 21 (ОЗУ).

По завершению профильных измерений на всех пикетах с помощью компьютера 8 (ЭВМ), используя специально разработанные программы, осуществляли статистическую обработку полученных результатов и вычисляли пространственные вариации измеренных параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля.

Использовали следующую последовательность обработки.

Для первого маршрутного устройства и одного из его каналов (например, для канала приема в направлении запад-восток 5 (канал 2) строили зависимость изменения интенсивности сигнала от времени измерения на данном пикете, начиная от момента запуска устройства с помощью кнопки запуска 20 на данном пикете (tнач. изм i), до момента окончания измерений (tоконч. изм i). Определяли дисперсию результатов измерений на данном пикете и доверительный интервал. Если в построенной зависимости обнаруживали явные выбросы (отдельные значения, зарегистрированные в некоторый непродолжительный момент времени, превышали в несколько раз доверительный интервал), то такие значения расценивали как «подозрительные» (фиг.6 (а), 145-146 секунды измерения), требующие дополнительного анализа. Дополнительный анализ сводился к тому, что просматривали аналогичные участки показаний реперных устройств для этих же моментов времени между tнач. изм i и tоконч. изм i для каналов с такой же ориентацией. Если в показаниях реперных устройств подобных выбросов не обнаруживали, то такие аномальные отсчеты в показаниях маршрутного устройства удаляли или заменяли на средние значения интенсивности сигнала на данном пикете для данного маршрутного устройства, рассчитанные без учета выбросов (фиг.6 (б)).

Таким же образом проверяли качество результатов измерений всех реперных устройств путем сравнения их показаний между собой и с показаниями маршрутных устройств. Случайные выбросы удаляли.

Затем строили таблицы замеров на данном профиле. В таблице 1 приведен пример выделения пространственных вариаций ЕИЭМПЗ для маршрутного устройства 4С по отношению к базовому устройству 0А по каналу приема в направлении запад-восток. Для этого по показаниям маршрутного устройства определяли время измерения на данном пикете и заполняли столбец 2. По времени измерения и соответствующему графику поправок на неидентичность устройств определяли значение поправки для данного устройства 4С и данного канала по отношению к базовому устройству 0А (столбец 3). В приведенном примере с 14 часов до 16 часов 30 минут значение поправки практически не менялось, поэтому приведены одни и те же средние значения поправки для этого времени суток. Таким же образом определяли поправки для соответствующего реперного устройства и заполняли столбец 4. В приведенном примере сравнивают показания маршрутного устройства 4С с базовым устройством 0А. Поправка на неидентичность для базового устройства всегда равна единице.

Затем определяли средние значения интенсивности сигнала на данном пикете для определенного маршрутного устройства и определенного канала приема (в приведенном примере для устройства 4С и канала приема в направлении запад-восток, столбец 5), средние значения интенсивности сигнала, зарегистрированные в это же время соответствующим каналом базового или реперного устройства (столбец 6). Корректировали показания данного канала данного устройства с учетом их неидентичности (столбец 7). Поправку вносили путем деления всех значений, занесенных в столбец 5, на значения поправок на неидентичность (столбец 3) как для маршрутного, так и реперного устройства по отношению к базовому устройству (столбцы 7, 8).

Рассчитывали пространственные отклонения вариаций ЕИЭМПЗ на данном пикете относительно реперной территории путем удаления из показаний маршрутного устройства временных вариаций, зарегистрированных реперным устройством. Для этого из скорректированных средних значений интенсивности сигнала маршрутного устройства на данном пикете (табл.1, столбец 7) вычитали средние значения показаний базового устройства (табл.1, столбец 8) или скорректированные значения соответствующего канала соответствующего реперного устройства. Полученные значения заносили в столбец 9.

Также определяли профильные вариации интенсивности ЕИЭМПЗ по всем остальным маршрутным устройствам по отношению к базовому устройству и всем реперным устройствам и заполняли таблицу 2 столбцы 2-10. В таблице 2 представлены результаты измерений пространственных вариаций интенсивности ЕИЭМПЗ по каналу приема в направлении запад-восток тремя маршрутными устройствами 4С, D6, С2 и тремя реперными устройствами 0А - базовое, 8D и BE. Находили средние значения профильных вариаций интенсивности потока импульсов ЕИЭМПЗ по определенному направлению приема сигнала по всем измерениям (табл.2, столбец 11). Аналогичную обработку выполняли по другим направлениям приема сигнала, строили итоговые зависимости профильных вариаций интенсивности ЕИЭМПЗ.

Анализировали пространственные вариации ЕИЭМПЗ по данному профилю по всем направлениям приема сигнала. Делали вывод о наличии геофизической аномалии на изученном профиле, картировали границы аномалии, делали геологическую интерпретацию полученных результатов.

Для проверки воспроизводимости результатов этот маршрут проходили несколько раз. На фиг.7 представлены некоторые результаты этих измерений. Применялись различные способы удаления временных вариаций. Поэтому кривые можно сравнивать только качественно. Из фиг.7 видно, что в районе 12 пикета по каналу приема в направлении запад-восток наблюдается аномалия электромагнитных полей в виде резкого снижения интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли.

Качественная настройка и хорошая идентичность реперных и маршрутных устройств обеспечивают четкое выявление аномалии даже в разные дни, в летние и осенние месяцы, в том числе и в дни грозовой активности, при наличии глубокого снежного покрова почвы. Это обеспечивается тем, что атмосферики, возникающие в момент разряда молнии, регистрируются в одинаковой степени и реперными и маршрутными устройствами и поэтому хорошо удаляются при выявлении пространственных вариаций ЕИЭМПЗ.

Представленная на графиках (фиг.7) геофизическая аномалия, вероятнее всего, связана с одним из разрывных нарушений в земной поверхности, оперяющих границу Урбинского надвига. На местности указанная аномалия была приурочена к длинному логу, обрамленному с одной стороны пологим спуском, а с другой стороны высоким берегом с крутым протяженным подъемом.

Приведем пример обнаружения геологического разлома. Измерения проводились в Красноярском крае. Маршрут пересекал активированный разлом неясной морфологии и кинематики, выявленный на основе дешифрирования авиа- и космических снимков. Расстояние между пикетами составляло 50 метров. Время измерений на каждом пикете составляло не менее 5 минут (300 сек). Дискретность считывания показаний составляла 1 секунду. Поэтому на каждом пикете выполнено не менее 300 замеров интенсивности ЕИЭМПЗ.

На фиг.8 представлены результаты измерений интенсивности потока импульсов ЕИЭМПЗ. Как видно из приведенных рисунков, наблюдается достаточно сложное пространственное изменение импульсного потока с несколькими максимумами по обоим направлениям приема сигнала.

Наиболее значимая аномалия выделяется на участке между 65 и 95 пикетами. Именно на этом участке маршрут пересекает активированный разлом, разделяющий неотектонические блоки.

Использование ЕИЭМПЗ для поиска месторождений углеводородов основано на том, что многие месторождения полезных ископаемых, в том числе и месторождения углеводородов, приурочены к зонам повышенной неоднородности земной коры, к зонам геологических разломов и их пересечений. Именно такие зоны по результатам наших многолетних исследований являются источниками полей ЕИЭМПЗ повышенной интенсивности. Во-вторых, сами структурно-литологические ловушки обладают повышенной неоднородностью на водонефтяном и газонефтяном контактах. В то же время ловушки должны представлять собой закрытые системы, способные накапливать и удерживать углеводородное сырье. При наличии системы многочисленных разрывных нарушений, всегда имеющихся в земной коре, герметичность ловушек возможна только при условии малой подвижности бортов трещин относительно друг друга и, соответственно, низкой эффективности механоэлектрических преобразований.

Следовательно, территория, перспективная по возможному содержанию углеводородов, должна выделяться в окружающем ее пространстве излучающим ореолом и внутренней зоной «молчания». Зона пониженного уровня электромагнитных полей, должна располагаться непосредственно над самим месторождением углеводородов.

Проверка возможности применения предлагаемого способа проводилась на нескольких месторождениях нефти и газа в Томской области, в Красноярском крае и в Удмуртии. Приведем пример использования предлагаемого способа для определения границ двух нефтяных месторождений в Удмуртии. Работы проводились в ноябре 2008 года.

При выполнении данных исследований использовали одновременно двадцать устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Десять устройств функционировали в качестве реперных (неподвижных) и десять устройств в качестве маршрутных. Все реперные устройства находились в центре непродуктивной территории. Результаты измерений представлены на фиг.9. Видно, что продуктивная территория месторождений 1 и 2 выделяется пониженными значениями интенсивности сигнала по сравнению с непродуктивными территориями. При этом по мере приближения к центру месторождения (углеводородной ловушки) интенсивность сигнала снижается все больше и больше. Поэтому по результатам данных измерений можно оценивать не только границы месторождений, но и продуктивность отдельных участков данного конкретного месторождения. Границы водонефтяных контактов (ВНК) этих месторождений показаны вертикальными линиями.

Таблица 2
Способ геофизической разведки
Разница между средними показаниями интенсивности маршрутных и реперных устройств, имп./сек Среднее значение имп./сек
№ пикета 4С0А D60A С20А 4C8D D68D C28D 4СВЕ D6BE С2ВЕ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
20 0.00469 0.01288 -0.01518 -0.01022 -0.00204 -0.0301 0.02334 0.03152 0.00346 0.00204
19 0.0485 -0.06452 -0.05026 -0.000883 -0.1139 -0.09964 0.07867 -0.03435 0.02008 -0.0285
18 0.02604 -0.02904 -0.02327 0.02013 -0.06062 -0.05484 0.07629 -0.01097 -0.0052 -0.00683
17 0.0703 -0.03603 -0.04422 0.03594 -0.07039 -0.07857 0.08168 -0.02465 -0.03283 -0.01097
16 0.05706 -0.1349 -0.07733 0.08132 -0.11065 -0.05307 0.11297 -0.079 -0.02143 -0.025
15 0.10348 -0.06302 -0.00236 0.07033 -0.09616 -0.0355 0.1121 -0.05439 0.00627 0.00453
14 0.04203 -0.02004 -0.02036 0.07508 0.01301 0.01268 0.11328 0.05121 0.05089 0.03531
13 0.1136 -0.0727 -0.07712 0.06591 -0.12039 -0.12481 0.1359 -0.05039 -0.05481 -0.02053
12.6 0.20411 0.06203 -0.00267 0.09894 -0.04315 -0.03425 0.21923 0.07715 -0.00737 0.06378
12.3 0.04512 -0.03805 0.03156 0.04642 -0.03674 0.03286 0.08751 0.00435 0.07395 0.02744
12 -0.02792 -0.10719 -0.07781 -0.03102 -0.11029 -0.08091 0.014 -0.06527 -0.03589 -0.05803
11.6 -0.01966 -0.07435 -0.03812 -0.05064 -0.10533 -0.0691 -0.0309 -0.08559 -0.04935 -0.05811
11.3 -0.02677 -0.08208 -0.05668 -0.01876 -0.07406 -0.05369 0.07258 0.01727 0.03625 -0.02066
11 0.031 -0.07457 -0.16406 -0.02946 -0.13503 -0.22452 0.05057 -0.055 -0.14449 -0.08284
10 -0.05917 0.02499 -0.07179 -0.03064 0.0407 -0.05608 -0.02198 0.05577 -0.04102 -0.01769
9 0.02782 -0.01753 -0.05925 0.06308 0.01773 -0.02399 0.05133 0.00598 -0.03574 0.00327
8 -0.02414 -0.11182 -0.06875 -0.01281 -0.10048 -0.05741 0.05513 -0.03254 0.01053 -0.03803
7 0.02022 -0.0213 -0.04209 0.02996 -0.01156 -0.03234 0.06728 0.02575 0.00497 0.00454
6 0.04865 -0.08384 -0.12918 0.09077 -0.04172 -0.08705 0.1086 -0.02389 -0.06923 -0.02077

Способ геофизической разведки, включающий проведение синхронных измерений интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в различных точках обследуемой территории, при этом все измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных в направлениях приема сигнала с помощью устройств для регистрации параметров ЕИЭМПЗ, причем одно неподвижное устройство используют в качестве базового, а другие - в качестве маршрутных, определяют пространственные вариации параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля работ путем удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций ЕИЭМПЗ, измеренных базовым устройством, по полученным пространственным вариациям параметров ЕИЭМПЗ дают геологическую интерпретацию полученных результатов, причем к перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности ЕИЭМПЗ, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют момент прихода и число импульсов естественного импульсного электромагнитного поля Земли, при этом вначале антенны n устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли, где n=2, 3, 4, устанавливают на расстоянии не более 1 м друг от друга и для одинаковых каналов приема ориентируют антенны в одинаковых заданных направления пространства, настраивают чувствительность каналов по типичному суточному ходу ЕИЭМПЗ, затем сравнивая друг с другом показания устройств, выравнивают чувствительности каналов, принимающих сигналы с одинаковых направлений, регулируя коэффициенты ослабления и величины опорных напряжений, полученные параметры настройки устройств запоминают, затем проводят синхронные измерения временных вариаций полей всеми устройствами в течение рабочих часов, определяют средние значения интенсивности для каждого устройства и каждого направления приема сигналов, строят графики изменения средней интенсивности от времени, сравнивая полученные графики между собой, сортируют устройства на реперные и маршрутные, причем в качестве реперных выбирают те устройства, показания которых близки к средним значениям показаний всех устройств, среди реперных устройств выбирают базовое устройство, зарегистрировавшее наиболее близкие значения интенсивности сигнала к средним значениям показаний реперных устройств, для каждого устройства и каждого направления приема сигнала определяют поправки на неидентичность устройств, характеризующие изменение в течение суток или рабочих часов отношения среднего значения интенсивности сигнала данного устройства к среднему значению интенсивности сигнала по соответствующему направлению приема базового устройства, строят графики поправок, сглаживают их скользящим окном такой длительности, чтобы они не имели острых скачков, затем устанавливают реперные устройства, включая базовое, в выбранных точках обследуемой территории, ориентируют антенны их одинаковых каналов приема в одинаковых заданных направления пространства, используя параметры, определенные при настройке, по сигналу точного времени проводят измерения в непрерывном режиме с заданной дискретностью опроса каналов, затем, используя маршрутные устройства, проводят профилирование, причем ориентируют их антенны в пространстве так, чтобы их ориентация совпадала с ориентацией антенн реперных устройств, а параметры настройки и измерения соответствовали ранее выбранным значениям, используя графики поправок, в показания всех устройств вносят поправки на неидентичность в соответствии с направлением приема сигнала и временем измерения, определяют вариации измеренных параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля путем удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций, зарегистрированных реперными устройствами, делают вывод о наличии геофизической аномалии на изученном профиле, картируют границы аномалий и дают геологическую интерпретацию полученных результатов, при этом наличие структурных и литологических неоднородностей оценивают по изменению интенсивности сигнала, а разрывные нарушения обнаруживают по повышенным значениям интенсивности сигнала, причем крупные и трансконтинентальные разломы повышают интенсивность сигнала в районе берегов и понижают интенсивность сигнала в осевой зоне, а при картировании границ месторождений углеводородов или других полезных ископаемых сравнивают показания маршрутных устройств с показаниями реперных, которые устанавливают на продуктивной территории, и считают продуктивными те территории, где регистрируемые параметры незначительно отличаются от параметров, регистрируемых реперными устройствами, остальные территории относят к малопродуктивным, по границам продуктивных и малопродуктивных территорий очерчивают границу месторождения, в случае если информация о продуктивности территории отсутствует, то, проводя вышеуказанные измерения, определяют территории с максимально низкой и максимально высокой интенсивностью ЕИЭМПЗ, затем, используя другие способы геофизической разведки или бурение, определяют в одной из аномальных территорий наличие нефти или газа, по полученным комплексным результатам делят оставшуюся территорию на продуктивную и непродуктивную, причем к продуктивным территориям относят те территории, где регистрируемые устройствами параметры незначительно отличаются от параметров, зарегистрированных устройствами на территориях с наличием нефти и газа, остальные территории относят к малопродуктивным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геофизическим методам поиска и разведки полезных ископаемых. .

Изобретение относится к области геофизической разведки и предназначено для организации электромагнитного мониторинга сейсмоактивных зон земной коры методами активной электроразведки.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поиска повреждений изоляции трубопроводов, кабелей и других подземных коммуникаций. .

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения мелких предметов, выполненных из драгоценных металлов, при контроле проходов аэропортов, морских портов и проходных промышленных предприятий.

Изобретение относится к области морской магнитной съемки и может быть использовано при проведении морской магниторазведки. .

Изобретение относится к электрической разведке методом электросопротивления для выявления участков развития оползневых процессов и контроля состояния насыпных сооружений.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и, в частности, к гидравлическому разрыву подземных пластов, необходимому, например, для интенсификации притока нефти и/или газа в скважину.

Изобретение относится к области разведочной геофизики, в частности к комплексам оборудования для осуществления морской геоэлектроразведки, в частности, методами вызванной поляризации, магнито-теллурики и/или сейсморазведки, и предназначено для прогнозирования залежей углеводородов и других полезных ископаемых, а также для изучения строения земной коры.

Изобретение относится к геофизике, в частности к геоэкологии, и может использоваться при геоэкологическом мониторинге с интегрально-комплексной оценкой индекса экологической опасности среды

Изобретение относится к устройствам измерения магнитной индукции переменного электромагнитного поля в диапазоне частот от единиц герц до 1 МГц

Изобретение относится к морской геоэлектроразведке и предназначено для обнаружения подповерхностных углеводородных коллекторов

Изобретение относится к морской электроразведке методом становления электромагнитного поля в открытом море, на шельфе Мирового океана и в районах, закрытых полярными льдами

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для обнаружения пробойников или буров в грунте

Изобретение относится к способам регулирования нефтяных и газовых промысловых скважин

Изобретение относится к способам геофизической разведки на нефть и газ

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оперативного прогнозирования эпицентра ожидаемого землетрясения

Изобретение относится к геофизике и предназначено для поисков залежей углеводородов как на шельфе Мирового океана, так и на суше

Изобретение относится к геологоразведке методами становления электромагнитного поля

Изобретение относится к геофизике, а именно к области электромагнитной разведки с использованием измерений естественного импульсного электромагнитного поля Земли, и может быть использовано для обнаружения структурных и литологических неоднородностей в земной коре, для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, в том числе месторождений углеводородов

Наверх