Способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

С оцналнстнчесннк

Республнк (1855582

Ф (61) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заявлено 050379 (21) 2734665/18-25

<я) м. к. с присоединением заяекм Ио

G 01 Ч 3/06

Государственный комитет

СССР по делам пзобретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1508,81, Бюллетень " 30 (53) УДК 550. 837 (088. 8) Дата опубликования описания 1/0/81 (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ВЫЗВАННОЙ

ПОЛЯРИЗАЦИИ В ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при проведении геоэлектрораэведочных работ методом вызванной поляризации, а также при каротаже скважин.

Известен способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке, в котором из измеряемого сигнала выделяют составляющие двух частот, усиливают нх и измеряют разность амплитуд, по которой судят о параметре вызванной поляризации.

Для осуществления этого способа известно устройство, содержащее приемный датчик, блок усиления и фильтрации сигналов, детектор, сумматор, интегратор, регистратор и источник эталонного напряжения f1) .

Данное изобретение не обеспечивает высокой точности измерений иэ-за 2О влияния индукционных эффектов.

Известен другой способ выделения параметра вызванной поляризации (ВП) при многочастотной геоэлектрораэведке, заключающийся в том, что из измеряемого сигнала вырезают с разными временами отсечки синхронно с момента изменения направления тока в источнике началъную искаженную влияни- . ем электродинамнческого становления 30 поля стадию каждого импульса и по зависимости от времени .отсечки амплитуды и фазы фильтрованного гармонического сигнала судят о наличии поляризу япегося объекта p) . Для осуществ,ления этого способа может быть применено устройство, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и фильтрации сигналов, два синхронных детектора и дифференциальный вольтметр, соединенный с выходами детекторов, а также источник опорного сигнала P), Недостатком этого изобретения является низкая точность определения параметра вызванной поляризации, обусловленная тем, что при изменении времени отсечки изменяется амплитуднофазовый и частотный спектр сигнала чисто прямоугольной форэм, причем эта зависимость является довольно сложной, даже при небольших изменениях времени отсечки фазовые углы фильтрованного гармонического сигнала изменяются на большие величины, и на фоне этих неконтролируемых изменений невозможно точно выделить фазовые углы ВП.

Кроме того, при измерениях во время перемещения источника измеряемого сигнала вдоль скважины (при выполне

855582 нии каротажа скважин) наблюдаются значительные изменения фазовых углов фильтровального гармонического сигнала из-за переходных процессов в избирательных усилителях, что также не позволяет получить необходимую точность измерений.

Цель изобретения — повышение точ.ности определения параметра вызванной поляризации.

Для достижения этой цели в извест ном способе выделения параметра Жзванной поляризации .при геоэлектрораэведке, заключающемся в том, что иэ измеряемого прямоугольного периодического сигнала исключают с изменяемым временем отсечки синхронно с 15 моментами изменения направления тока в источнике начальную искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса, из оставшегося импульса выделяют Щ второй импульс напряжения меньшей длительности, начало которого совпадает с началом первого импульса большей длительности, усиливают эти импульсы с коэффициентами усиления, отношение которых выбирают обратно пропорциональным отношению длительностей импульсов напряжений, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, по величине которой судят о параметре вызванной поляриза, ции, причем длительность второго импульса напряжения выбирают постоянной в пределах от 0,5 до 0,06 длительности первого импульса, а величи- ну фиксированного интервала времени отсечки выбирают путем изменения этого интервала до получения минимальных значений амплитуды второго импульса постоянной длительности, а в известное устройство для осуществления дан- 40 ного способа, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и фильтрации, дифференциальный вольтметр и источник опорного сигнала, введены блок формирова- 4ц ния импульсов, подключенный к синхронному детектору, блок изменения длительности импульсов, соединенный с блоком формирования импульсов, нормирующий усилитель, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, а выход ко входу дифференциального вольтметра, и дискретный переключатель коэффициента усиления, подключенный к нормирующему усилителюе (.На фиг. 1 изображены эпюры возбуждаемого тока;на фиг. 2 — то же, принятого из земли сигнала, на фиг. 3 и

4 - то же,двух выделенных импульсов напряжений разной длительности

sht<,удаленных от начала импульса на время отсечки, на фиг. 5 - устройство для осуществления способа при проведении наземных измерений, на фиг. б — устройство для проведения каротажных работ, вариант.

Устройство для осуществления способа(фиг. 5) выделения параметра вызванной поляризации содержит последовательно соединенные источник 1 измеряемого сигнала, блок 2 усиления и фильтрации сигналов, синхронный детектор 3, нормирующий усилитель 4, дифференциальный вольтметр 5, а также блок б формирования импульсов, соединенный с синхронным детектором

3, источник 7 опорного сигнала и блок 8 изменения длительности импульсов, подключенные к блоку б формирования импульсов, и дискретный переключатель 9 коэффициента усиления,подключенный к нормирунхцему усилителю.

Устройство для реализации способа ,выделения параметра вызванной поляризации при проведении каротажных работ (фиг. б) дополнено по сравнению: с устройством, изображенным на фиг. 2, вторым синхронным детектором

10, вход которого соединен параллельно со входом первого синхронного детектора, а выход подключен ко входу второго нормирующего усилителя 11, двумя интеграторами 12 и 13, входы которых соединены с выходами указанных детекторов, а выходы со входами дифференциального вольтметра, схемой

14 сравнения, источником 15 эталонного напряжения, блоком 1б управления коэффициентом усиления, а также вторым блоком 17 формирования импульсов, вход которого соединен с источником

7 опорного сигнала, а выход со вторым синхронным детектором 10.

Электромагнитное поле в исследуемом участке, среды возбуждается переменным током прямоугольной формы (фиг. 1). В точках измерений из земли выделяют сигналы, форма которых отличается от прямоугольной вследствие протекания вихревых токов в земле (индукционные эффекты электродинамического становления поля) н вследствие эффектов поляризации среды.

При этом индукционные эффекты искажают начальную стадию импульса напряжения, а эффекты поляризации более позднюю стадию (фиг. 2). Из этого сигнала выделяют два импульса напряжения разной длительности с фиксированным временем отсечки синхронно с моментами изменения напряжения тока в источнике (фиг. 3 и 4). Интервал ф t времени отсечки либо задают, исходя иэ анализа условий измерений в данном участке, в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен, либо определяют экспериментально. Для этого, ие изменяя длительности дТ второго короткого импульса, сдвигают этот импульс влево и вправо,йо вре менной оси и определяют амплитуду этого импульса. В том случае, когда амплитуда импульса имеет минимальную

855582 величину, время отсечки оказывается оптимальным, та;< как индукционные эфФекты при этом имеют уже минимальную

В величину, а интенсивность поляризационных процессов еще мала.

Полученные. импульсы напряжениядлктельностью g Т и ЬТ усиливают

c:éoý44èöèåíòàèé усиления, откошение которых выбирают обратно пропорциональным отношению длительностей этих импульсов, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, noseличине которой судят о параметре

ВП. Действительно, если среда не поляризуется, то амплитуда усиленных указанным способом импульсов оказыва ется одинаковой, а их разность равна 1З нулю. Если же среда поляризуется,то полученная разность амплитуд сигналов отлична от нуля, причем разностиый сигнал служит мерой поляризуемости среды. 20

Для того, чтобы выделяемый предложенным способом параметр был эквивалентен обычно применяющимся параметрам ВП, следует отдельно измерить амплитуду второго импульса длитель- 25 костью йТ„, а затем определить отношение разности амплитуд сигналов к амплитуде второго импульса.

Длительность импульсов Т @AT> выбирают, исходя кз конкретнйх геоло- у) гических условий района исследований и ожидаемого уровня электрических помех. Чем меньше длительность импульса ILТ, тем больший полезный сигнал

ВП регистрируется, но и тем сильнее влияют помехи ка точность измерений, обычно длительность второго импульса Т выбирают, исходя из условия

ЬТ = 005+ 0 25 Т, где Т вЂ” период возбуждающего тока,а 40 соотношение длительностей импульсов выбирают, исходя из условия

ЬТ = 2 — 16b. Т .

При этом, чем меньше соотношение ,цлительностей импульсов, тем выше помехозащищенность, но и тем меньше полезный сигнал. Поэтому, если измерения проводятся в условиях действия помех, ко поляризующиеся объекты имеют высокую полярнзуемость, следует выбирать

ЬТ = 0,1 — 0,2 ТДТ = 5 — "0 Т».

Если же проводится картирование слабо поляризуккцихся пород, например .при гндрогеологических и икженерногеологических изысканиях, следует выбирать Т„= 0,05 T;hT< — — 16 Ь Т+ .

Устройство для реализации способа в наземных условиях (фиг. 2) работа- 40 ет следующим образом.

Принятый из земли сигнал от источника 1 измеряемого сигнала поступает на блок 2 усиления и фильтрации, где усиливается, фильтруется QT noмех и далее передается на синхронный детектор 3. Синхронный детектор 3 представляет собой ключевое устройство с инвертором отрицательных полупериодов сигнала, управляемое блоком

6 формирования импульсов, соединенным с источником 7 опорного сигнала и блоком 8 изменения длительности импульсов. Источник 7 опорного сигнала может быть выполнен в виде автономного кварцевого генератора, триггерных делителей частоты и дискретных логических элементов И, ИЛИ в интегральном исполнении. Кварцевый генератор должен периодически синхронизироваться с задающим генератором источника тока (на чертеже не показан).

На выходе блока 6 формируется сначала импульс длительностью bT,, задержанный относительно моментов изменения направления тока в источнике на время отсечки gt (фиг. 3), а с помощью блока 8 осуществляется увеличение длительности этого импульса до величины A+ (фкг. 3, 4).Синхронный детектор Э вначале преобразует измеряемый сигнал в последовательность импульсов с длительностью Т,затем инвертирует отрицательные импульсы, преобразуя их в положительные.

Полученный сигнал с выхода синхронно- . го детектора 3 поступает на нормирующий усилитель 4, с помощью которого сигнал усиливается в заданное числораз к интегрируется. Проинтегрированный сигнал поступает на вход дифференциального вольтметра 5 и запоминается.

Затеи включается блок 8 изменения длительности импульсов и одновременно дискретно изменяется коэффициент усиления кормирующего усилителя 4 с помощью дискретного переключателя 9 коэффициента усиления. При этом с помощью синхронного детектора 3 формируется импульс длительности ЬТ (фиг. 3 и 4), отрицательный полупериод этого сигнала инвертируется,полученный сигнал усиливается с коэффициентом усиления в ЬЧ /АТ„ раз меньшим, чем предыдущий импульс с меньшей длительностью, усиленный сигнал поступает .ка дифференциальный вольтметр 5, который в этом случае измеряет с высокой точностью приращение амплитуд сигналов, пропорциональное параметру ВП.

Устройство для осуществления спо" соба при проведении каротажных работ (фиг. 6) выполнено по двухканальной схеме, вместо одного синхронного детектора Э в нем преобразуемый сигнал одновременно подается на второй синхронный детектор 10; который управляется от второго блока 17 формирования импульсов. При этом синхронный детектор 10 вырабатывает импульсы с длительностью И Т, в то время как синхронный детектор. 3 вырабатывает

855582 импульсы с длительностью Т, (фиг.3 и 4) . Каждая из этих последователь ностей импульсов усиливается своим нормирующим усилителем 4 или 11, интегрируется интеграторами 12 и 13 и поступает на дифференциальйый вольтметр 5, Коэффициент усиления усилителя 10 выбирают в g То/h$. раз меньшим чем у усилителя 4, поэтому выходное напряжение вольтметра 5 пропорционально параметру ВП, Для того, чтобы этот параметр был выражен непосредственно в процентах от амплитуды сигнала с длительностью h,Т используется цепь нормирующей обратной связи, состоящая из схемы 14 сравнения, выход ко торой через блок 16 управления коэф- 15 фициентом усиления подключен к блоку

2 усиления и фильтрации сигналов. К одному входу схемы 14 сравнения подключен выход интегратора 12, а к другому входу источник 15 эталонного щ напряжения. Схема 14 сравнения выдает сигнал управления на блок 16, который изменяет коэффициент усиления блока 2 таким образом, чтобы напряжение на выходе интегратора поддерживалось постоянным независимо от амплитуды сигнала на выходе источника 1. Благодаря этому выходной сигнал дифференциального вольтметра выражается непосредственно в процентах, а изменения амплитуды сигнала на выходе 30 схемы 14 сравнения, несущие информацию о сопротивлении среды, могут быть записаны с помощью самописца (на чертеже не показан) .

Технико-экономическая зффектив35 ность применения предлагаемого изобретения заключается в увеличении точности измерений благодаря тому, что измеряемый параметр ВП не зависит от времени отсечки, а изменения амплиту- 4О ды сигналов несут информацию только о ВП.

Формула изобретения

1. пособ. выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что из измеряемого прямоугольного периодического сигнала с изменяемым временем отсечки исключают синхронно с переключениями напряжения тока в источнике начальную искаженную влиянием электродиыамического становления поля стадию каждого импульса, а тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения параметра вызванной поляризации из оставшегося импульса выделяют второй импульс напряжения меньшей длительности, начало которого совпадает с началом импульса большей длительности, усиливают эти импульсы с коэффициентами усиления, отношение которых выбирают обратно пропорциональным отношению длительностей импульсов напряжений, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, по величине которой судят о параметре вызванной поляризации.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что длительность второго импульса напряжения выбирают постоянной в пределах от 0,5 до 0,06 длительности первого импульса, а величину интервала времени отсечки выбирают путем изменения этого интервала до получения минимальных значений амплитуды второго импульса постоянной длительности.

3. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и фильтрации сигналов, дифференциальный вольтметр и источник опорного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок формирования импульсов, подключенный к синхронному детектору, лок изменения длительности импульсов, соединенный с блоком формирования импульсов, нормирующий усилитель, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, а выход ко входу дифференциального вольтметра, . и дискретный переключатель коэффициента усиления, подключенный к нормирующему усилителю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 396651, кл. 6 01 Ч 3/02, 1970.

2, Авторское свидетельство СССР

9 392434, кл. Q 01 V 3/02, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

9 530296, кл. G 01 Ч 3/06, 1972 (прототип}.

855582

Составитель B. Зверев

Редактор Л. Повхан Техред Ж. Кастелевич Корректор Э. Синицкая

Заказ 6901/65 Тираа 732 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4