Электроразведочная станция

 

ОП ИВАНКЕ изовре и .ния ""7 "688

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к аат. саид-sy— (22) Заявлено 221275 (21) 2301324/18-25 (53)М. Кл.

G 01 Ч 3/08 с присоедииеиием заявки ЙР—

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 250230. Бюллетень ¹ 7 (53) УДК sso. 837. .2.08 (088. 8) Дата опубликования описания 27.0280 (72) Авторы изобретевия

И. A. Безрук, Л. П. Брюшкова, А. Г, Клочков, В. Н. Ключкин, С. M Крылов, В. О. Лахтионов, Л. П. Левицкий, С. Е. Меликадзе, A. В. Рыжов, K. П. Хромоин и О. N. Чинарева

Всесоюзный научно-иаследОвательский институт геофизических методов разведки. (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ

Изобретение относится к электроразведочной технике и предназначено для измерения и регистрации компонент ! электромагнитного поля при электро--" раэведке на нефть и газ по методам магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и зондирования становлением по" ля (ЗС) .

Известна электроразведочная станция, предназначенная для измерения и регистрации компонент электромагнйвного поля, содержащая каналы измере.ния магнитных и электрических компонент естественного электромагнит-" ного поля, включающйе датчики магнит-15 ного и электрического поля, усилительно-преобразовательный тракт, устройство управления и сиихронизации,а также регистратор (1) .

Недостатком этой станции являет» ся то, что результаты измерений представляются в аналоговой форме, что затрудняет использование 3ВМ при интериретации результатов наблюдений.

Известна также цифровая электроразведочная станция ЦЭС-1, которая состоит из нескольких каналов, каждый из которых включает последователь но соединенные датчики электрических или магнитных компонент поля и усилители, подключенных.к последователь,но включенным коммутатору каналов, преобразователю аналог-код, магнитному регистратору и системы синхронизации и управления, подсоединенной к управляющим входам коммутатора, преобразователь аналог-код и магнитному регистратору. Станция имеет два канала для измерения электрических компонент поля и три канала для измерения магнитных компонент.

Датчиками электрических компонент являются заземленные электрические диполи, а датчиками магнитных компонент-магнитостатические магнитометры и индукционная петля. Частотные характеристики диполей магнитометров и усилителей равномерны до частоты

20 Гц. Динамический диапазон измерений равен 66 дБ (II-ти разрядный двоичный код). Запись результатов измерений производится в цифровой форме на магнитной ленте. Система синхронизации и управления обеспечивает внутреннюю синхронизацию работы всех узлов станции при регистрации магнитотеллурического ноля и внешнюю синхронизацию пс радиоканалу работы станции с работой генераторной уста717688 новки при регистрации сигналов становления поля (2).

В связи с совершенствованием метОдов электроразведКи станция цЭС-1 не в полной мере удовлетворяет новым требованиям, предъявляемым к электроразведочной аппаратуре. Это приводит к ограничению информативности и производительности электроразведочййх работ по методам МТЗ и ЭС. В основ"йом это связано с ограниченностью динамического и частотного диапазоl HoEt станции .

При работе по методу МТЗ для изучения большинства геоэлектрических разрезов достаточно регистрировать магнитотеллурическое поле в диапазоне частот О, 001-10 Гц.

В диапазоне частот 0,001-0,1 Гц среднестатический спектр поля неравномерей. С увеличением частоты он уменьшается в среднем со скоростью б дБ/ октава. Кроме того, в разли4ное время суток уровни сигналов на различных частотах изменяются на 30-40 дБ. Поэтому динамического диапазона (66 дБ) станции недостаточно для одновремен- 25 ной регистрации всех частот. Прихо (ится увеличивать длительность регистрации поля для того, чтобы гарантировать регистрацию различных частот с достаточно высоким уровнем сигнала. З0

При обработке результатов регистрации на ЭВМ достаточно, чтобы ™родолжительность регистрации была равна

15-20 периодам нижней граничной частоты. Это означает, что продолжитель- З5

-ность регистрации должна быть равна

5-6 часам. Однако, из-за ограниченнос ти динамического диапазона продолжи тельность- регистрации приходится уве личивв ать до 2 4 часов . уровень магнитотеллурического поля 40 в диапазоне частот О, 1-10 Гц "примерно на 40 дБ ниже, чем уровейь поля на частотах до 0,1 Гц. Частотные характеристики измерительных каналов станции равномерны до частоты 20 Гц, 4$

Однако, из-за ограниченного динами-. ческого диапазона зарегистрировать с необходймой точностью вариации поля в диапазоне частот 0,1-10 Гц на фоне более сильных низкочастстнйх вариа- 50 цйй в большинстве случаев не удается.

Вероятность встретить сильные вариации в этом диапазоне даже при увеличении времени наблюдения до нес- кольких суток мала. Поэтому на практике приходится ограничиваться регистрацией поля в диапазоне частот до

0,1 Гц. При этом в большинстве случаев на кривых МТЗ получаются только правые восходящие ветви, что сущест- венно ограничивает информативность 0 метода.

В последнее время широкое раСпространение" получил метод" зондированйя — становлением поля в ближней зоне ис точника. Динамический диапазон сигна- 65 лов становления в ближней зоне увеличился до 80-100 дБ. В связи с ограниченностью динамического диапазона станции такие сигналы приходится регистрировать 5-6 раз на различных пределах измерения с общим диапазоном изменения пределов 40-50 дБ.

Вначале на максимальном пределе измерения регистрируются начальные сТадии сигнала. Затем, уменьшая пределы измерения регистрируют более поздние стадии. При регистрации поздних стадий сигнала на малых пределах измерения начальные .стадии сигнала перегружают усилитель и переходные процессы в усилителе, искажают позд ние стадии полезного сигнала. Для исключения перегрузок вход усилителя отключается от датчика поля на то время, когда сигнал превышает предел измерения. В станции используется. специальная схема синхронизации и уп равления, которая отключает вход усилителя от датчика. При этом время переключения подбирается при-каждой регистрации оператором в зависимости от конкретной формы сигнала.

При регистрации сигнала по частям на различных пределах измерения и при последующем синтезировании всего сигнала неизбежны потери в точности из мерения. Кроме того, падает производительность работ эа счет повторных регистраций и за счет непроизводительных затрат времени (до 50%) на пробные наблюдения сигнала и подбор времени переклочения входа усилителя.

Цель предлагаемого изобретения расширение частотного диапазона из мерений..

Для этого в известной электроразведочной станции, содержащей несколько измерительных каналов, каждый из которых включает последовательно диненные магнитостатические или элект— рические датчики и усилители, подключенные к последовательно включенным коммутатору каналов, преобразователю аналог-код и магнитному регистратору, а также систему синхронизации и управления, подсоединенную к управляю- щим входам коммутатора, преобразователя аналог-код и магнитного регистратора, дополнительно параллельно магнитостатическим датчикам ко второму входу усилителей подключена через частотно-корректирующие предусилители йнЖукционные датчики, между усилителями и коммутатором каналов в каждом измерительном канале включен следящий аналог-цифровой преобразователь, между аналого-цйфровым преобразователем и.магнитным регистратором включен сумматор, соединенный также с одним из выходов каждого следящего аналогоцифрового преобразователя, а система синхронизации и управления дополнительно подключена к управляющим вхо717688 дам следящих аналого-цифровых преобразователей и сумматора.

Для расширения области рабочего частотного диапазона измерения магййтных компонент магнитотеллурического поля ко входу усилителей магнитных каналов кроме магнитостатических датчиков подключены индукционные датчики с частотнокорректирующими предварительными усилителями. Индукционные датчики с предварительными усилителями имеют отношение сигнал/шум в диапазоне частот 0,1-10 Гц на

40 дБ больше, чем магнитостатические датчики, а ослабление чувствительности на частотах ниже 0,1 Гц с крутизной б дБ/октава. Это позволяет вы- 5 равнить уровни сигналов в канале в диапазонах до 0,1 Гц и 0,1-10 Гц и регистрировать эти сигналы единым каналом.

Для расширения области рабочего 20 частотного диапазона измерения электрических компонент магнитотеллурического поля необходимо расширить частотную полосу усилителей. Эти усилители имеют повышенный коэффициент . 25 усиления в диапазоне частот 0,1-10 Гц по сравнению с диапазоном до 0,1 Гц, что позволяет выравнить уровни сигналов для этих диапазонов на входах основных усилителей электрических gg каналов.

Выходное сопротивление предусилителей (100-200 Ом) мало, по сравнению с выходными сопротивлениями диполей (1-10 кОм) и индукционных датчиков (20- кОм) . Малое выходное сопротивление и высокий уровень выходного сигнала резко уменьшают влияние поводок на соединительные провода между предварительными:и основными усилителями и позволяют, применив легкие @ неэкранированные соединительные провода, устанавливать датчики поля на больших расстояниях (до 10 км) от основной аппаратуры. Это дает возмож-. ность проводить измерения одновремен- 45 но на 3-4,точках МТЗ и, применяя веерную установку, на 4-5 точках ЭС.

Реализовать измерение магнитотеллурического оля в расширенном диапазоне можно при эффективной борьбе . $Q с импульсными грозовыми помехами, спектр которых попадает в рабочий диапазон частот. Эти помехи, амплитуды которых могут на 20-бО дБ превышать полезный сигнал, перегружают измерительный канал и вызывают длительные переходные процессы. Для ослабления влияния импульсных помех к выходу усилителя в каждом канале подключен пороговый элемент, выход которого подключен к дополнительному входу датчика (к дополнительной обмотке индукционного датчика или к сопротивлению, включенному последовательно с диполем). Порог срабатывания элемента равен пределу измерения, приведенному к выходу усилите.ля. если сигнал превысит порог, то избыточная часть сигнала поступит на вход датчика в противофазе с входным сигналом. Включится глубокая отрицательная обратная связь и сигнал в усилителе будет практически равен пределу измерения. Перегрузки канала не произойдет и после окончания помехи не возникнет длительного переходного процесса.

Пределы измерения изменяются путем изменения коэффициентов усиления усилителей. Поэтому порог срабатывания элементов постоянен для ecex пределов.

Применение пороговых элементов позволяет увеличить производительность работ при измерении сигналов станов- ления поля в ближней зоне источника.

При измерении поздних стадий сигнала пороговые элементы предотвращают перет рузку канала на ранних стадиях сигнала. Это позволяет исключить непроизводительные затраты времени на пробные наблюдения сигнала и на подбор времени переключения входа усилителя.

Особенно существенен выигрыш при одновременном измерении сигналов на нескольких точках наблюдения.

При расширении частотного диапазона измерения магнитотеллурического поля необходимо увеличить точность измерений, иначе увеличатся погреш" ности при спектральном анализе и выделении отдельных спектральных составляющих поля при обработке.

Для увеличения точности измерения между усилителями и коммутатором каналов включено соответствующее количество преобразователей аналог-код следящего действия. На цифровом, выходе преобразователя аналог-код действует код, соответствунлций с погрешностью младшего разряда входному сигналу, а на аналоговом выходе действует сигнал рассогласования между входным сигналом и аналоговым эквивалентом кода на цифровом выходе. Сигнал рассогласования после коммутатора каналов кодируется основным преобразователем аналог-код. Результаты кодирования двух преобразователей суммируются сумматором. Основной пре» образователь поочередно кодирует сигналы рассогласования, действующие на выходах преобразователей следящего действия каждого канала. При этом сумматор поочередно вырабатывает суммарные коды сигналов каждого канала.

Масштабы кодирования преобразователей и коэффициент усиления коммутатора каналов установлены такими, что вес младшего разряда каждого предварительного преобразователя, приведенный ко входу основного преобразователя, равен весу старшего разряда основного преобразователя. т.

717688

Формула изобретения

Преобразователй работают следующим — образом (положим для просФбты", что каждый преобраэователь является пятиразрядным преобразователем аналоГ - дво-. ичный код) .

В общем случае такой двуступенчатый преобразователь с пятью разрядами в каждой ступени зкаивалентен обычно йу- девятйразряднойу йреобраэбвателю

- " аналог-код. Однако, при измерении маг "ий ..отелйурйчгеского ffozi двуступенчатый О преобразователь |имеет существенные "-преимущества. допустим, что погрешность кодирования каждой ступени двуступенчатого преобразователя равйа младшему разряду ступени. Тогда- ошибки кодирования малых сигналов, действующих в пределах основного преобразователя, не превйшают 1 ед. Если под действием большого"сигнала начинает изменяться

" код" йредйарительного преобразователя, 20 то ошибки возрастают. Так при измене нии кода 00001 00010 ошибкй равнй

2 ед=," йри кодах 00011 Ы 00100 ошибки фавны. 4 ед", и т.д. Однако"если из= меряется случайный сигнал с затухаю- яя щим спектром (магнитотеллурическое поле), то частота появления ошибок, больших 1 ед., в бреднем будет обрат но йропорциональнф величине этих ошиок

° . Щ

Если же использовать эквивалецтный по точйости--одноступенчатый девятйразрядный преобразователь", то частота поязления больших ошибок не зависит . от величины ошибки и может быть значйтельно выше (в пределах >авна частоте кодирования) . Например ;- еали" между кодированиями сигйал" изменяется на g 1 ед. на фоне: постоянной состав; лякщей, код которой равен 011111111, iо ошибка будет равна 16 ед. при ® каждом кодйров ании., В настоящее время в полевой аппаратуре исполЬзуются 11-12 раэфЩМые одностуйенчатые преобразователи. двуступенчатый преобразователь мо- 45 жет иметь 21 -23 разряда". При э".гЪм оЪ -" носительная-среднесФфтическая ошибка измерения магнитбтеллурического поля в различных участках его-сйектра будет йрймерно одйнакова. и равна у)

0,1 В. Ошибки больше 1 ед. ocHoвного преобразователя; котОрые вознМмавт при:йзмейенйи" кода прегварительного йреобразователя искажают и высокочас- тотные слабйе вариаций поля. Одйако,. у их влияние ослабляется при обработке, так как число неискаженных перно доз вариаций растет с ростом частоты этих вариаций.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство имеет ид(ентичные ка" налы для измерения компонент магййтного "поля, каждый из которых содержит магнитостатический датчик 1, индукциойный датчик 2, частотно-корректирую- щий предварительный усилитель 3, усилитель 4, пороговый элемент 5, преобразователь 6 аналог-код следящего действия. Устройство имеет идентичные каналы для измерения компонент электрического поля каждый из которых содержит датчик 7 электрического поля, частотно-корректирующий предварительный усилитель 8, усилитель 9, пороговый элемент 10, преобразователь 11 аналог-код следя-. щего действия. Аналоговые выходы преобразователей аналог-код следящего действия подключены ко, входам коммутатора каналов 12, С выхода коммутатора сигнал поступает в преобразователь аналог-код 13, коды с преобразо-. вателя поступают в сумматор 14, где суммируются с кодами, поступающими с

Соответствующих преОбразователей аналог-код следящего действия. Суммарные. коды поступают в цифровой маг нитный регистратор 15, для записи на

"магййтной ленте..Система 16 синхронизации и увравлейия анализирует коды на выходе преобразователя 13 и сумматора 14 и управляет работой преобразователей аналог-код следящего действия коммутатора, Преобразоватемя и сумматора.

Устройство работает следующим образом.

Электрические сигналы с датчиков электрического и магнитного полей усиливаются и поступают через сле-, дящий аналого-цифровой преобразователь на коммутатор, который поочередно и через заданный интервал оп роса коммутирует аналоговые сигналы и подает их на вход аналого-цифрового преобразователя. Сигналы в цифровой форме поступают с каждого следя щего аналого-цйфрового преобразователя и аналого-цифрового преобразо-вателя на" cymviaтор и регистратор.

Электроразведочная станция, содержащая несколько измерительных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные магнитостатичес- кие или электрические датчики и усилители, подключенные к последовательно включенным коммутатору каналов, йреобразователю аналог-код и магнитному регистратору, а также систему синхронизации и управления, подсоединенную к управляющим. входам коммутатора, преобразователя аналог-код и магнит— ного регистратора, o т л и ч а ю —, щ а я с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, параллельно магнитостатическим датчикам, ко второму входу усилителей подключенй через частотно-корректирующие предусилители индукционные датчики, между усилителями и коммутатором

9 717688

Сост авитемь Л. Воскобойников (Редактор В. Павлов Техред М.Петко Корректор М Пожо

Эаказ 9837/63 Тираж 649 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП Патнт, z . Ужгород, Ул. Проектная, 4 каналов в каждом измерительном канале включен следящий аналого-цифровой преобразователь, между аналого-цифровым преобразователем и магнитным регистратором включен сумматор, соединенный также с одним из выходов каж дого следящего аналого-цифрового преобразователя, а система синхрони» зации и управления дополнительно подключена к управляющим входам следящих аналого-цифровых преобразователей и сумматора.

И"точнлки информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кротевич И. Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппарату5 ра для магнитотеллурических исследований, Новосибирск, Наука, 1972, с. 122-138.

2. Якубовский Ю. В. Электроразведка M., Недра, 1973, 223224.