Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

 

ОПИСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Реслублнк

<111868679

4i

®,, (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 170180 (21) 2871010/18-25 с присоединением заявки Но (23) ПриоритетОпубликовано 3009.81, Бюллетень 89 36

Дата опубликования описания 3009,81 (51)М. Кл з

6 01 Ч 3/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550. 837, (088.8) I

6,В,Аладинский, JI.З.Бобровников, JI H.IJðëîâ, В,A.Попов и В.В.Сушкевич 1 (72) Авторы изобретения

Московский ордейа Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

В ГЕОЭЛЕКГРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к технической физике и может быть использовано в геоэлектроразведке при измерениях вызванной поляризации (ВП) на переменном токе.

Известны способы измерения ВП при геоэлект рораз ведке, заключающиеся в ToM . что с помощью одной заземленной линии возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами, а с помощью другой заземленной линии или магнитометра измеряют принимаемие из земли сигналы.

Устройства для осуществления известных способов содержат две линии питающую и измерительную, каждая из которых соединена со своей парой электродов, одна линия соединена с двухчастотным генератором тока, а вторая — c двухчастотным избирательным усилителем 11 .

Недостатками известного способа являются сравнительно низкая производительность работ, связанная с необходимостью перемещения в процессе ,работы обеих линий, а также относительная сложность его реализации, поскольку для проведения полевых работ требуется использовать отдельную питающую линию и отдельную измерительную линию. В ряде случаев, например при проведении скважинных измерений, использование такого способа является затруднительным.

Известен также другой способ измерения ВП при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что принимаемые из земли сигналы измеряют -.îé же

10 линией, которая используется для возбуждения электромагнитного поля (2).

Для реализации такого способа измерений может быть использовано устройство, содержащее генератор тока, 15 к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы первого добавочного резистора и .

20 шунта, ко второй выходной клемме подключен первый отвод второго добавочного резистора, вторые отводы резисторов соединены между собой, второй отвод шунта и вторая выходная клемма служат нагрузочными клеммами устройства, к выходам шунта и первого добавочного резистора подключены оптроны, соединенные с логометром, а также с

-двухканальным формирователем фазовых

30 отметок, соединенным с передатчиком, 868679 ного усилителя 8 подключен двухчастотный избирательный милливольтметр 9, а нагрузочными клеммами 10 и 11 устройства, к которым подключается питающая линия, служат второй отвод

5 шунта 4 и вторая выходная клемма 3.

Способ осуществляется следующим образ.ом. и двухканальный фазометр, соединенный с радиоприемником. С помощью указанного устройства измеряются джазовые сдвиги возбужданзцих сигналов .двух частот в питающей линии 1.3.1.

Однако ввиду того, что фазовые углы ВП, обусловленные как поляриза цией среды, так и поляризацией электродов от частоты не зависят . то оазделить их не удается, s связи с чем по результатам таких измерений трудно судить о поляризуемости среды. 10

Цель изобретения — исключение погрешностей измерений, обусловленных вызванной поляризацией металлических электродов.

Поставленная цель достигается тем, 5 ччто, в способе измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, оаключающемся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами гармонических составляющих, пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измеряют амплиту ду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, определяют разность величин мнимах составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по . которой судят о поляризуемости пород.

В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первый З5 отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, введены ключ, подключенный между вторыми отводами пер- 40 вого и второго добавочных резисторов, а также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двухчастотный избирательный милливольтметр. причем один из входов диФферен 45 циального усилителя подключен ко второму отводу первого добавочного резистора, второй вход дифференциального усилителя соединен со вторым отводом шунта, общая шина дифференциаль- 5() ного усилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предла-, гаемого способа.

Устройство содержит генератор 1 тока, к выходным клеммам 2 и 3 которого подключены шунт 4, первый добавочный резистор 5 и второй добавочный40 резистор 6. Между вторыми отводаьы этих резисторов включен ключ 7. Второй отвод шунта и резистор соединены с двумя входами дифференциального

vvvnw can а Я v savant лийааваитты ян ъ» 65

Электромагнитное поле в земле возбуждается токами нескольких, преимущественно двух, частот, например, током прямоугольной форма, s спектре которого содержатся гармонические составляющие с убывающими пропорционально увеличению номера гармоники амплитудами (амплитуда тока третьей гармоники в 3 раза меньше амплитуды тока первой гармоники). При этом величина возбуждающего тока выбирается таким образом, чтобы уже дпя тока меньшей величины на электродах питающей линии происходило насыщение сигнала ВП. Как показывают результаты лабораторных н полевых измерений, при использовании железных штырей минимальная плотность тока должна быть равна 300/400 MKA/см поверхности электрода. Соответственно, на второй частоте (первой гармонике) ппотность тока должна быть в 3 pasa больше. В этом случае мнимая составлякщая сигнала на электродах, обусловленная поляризацией этих электродов, является постоянной, независимой от силы тока как при указанных выше, так и при больших плотностях возбуждающего тока. Мнимае же составляющие сигналов, обусловленные поляризацией изучаемой среды и индукционными эффектами в этой среде, изменяются пропорционально величине возбуждающего тока.

Если измерения проводятся на первой и третьей гармониках, то, как известно, фазовые углы ВП электродов и среды сохрайяют постоянной свою величину независимо от частоты, а фазовые углы индукции увеличиваются пропорционально частоте возбуждающего поля. Поэтому

1щ0(„) 1щ0ц1+ I 0 + 31щ0@ (1) где 1товп - мнимая составлякщаяобус ловленная поляризацией питающих электродову

1„,0„ - мнимая составляющая индукционного происхождения;

1,„0 „ - мнимая составляющая, обусловленная Ьоляризуемостью изучаемой среща.

В выражениях (1) и (2) мнимае составляющие, обусловленные поляризацией питающих электродов, равны несмотря на разную величину возбуждающего тока на первой и третьей гармониках ввиду насыщения ВП на электродах ия»яя 6hlTTiltthO TtlTh934Apvn nhclйювляат-аггь

868679 тока. Мнимые же составляющие, обусловленные индукционными эффектами, также равны, ибо интенсивность индукционных эффектов на третьей гармонике в 3 раза больше, чем на первой армонике, но.так как ток.третьей армоники в 3 раза меньше, чем ток первой гармоники, то мнимые состав ляющие индукционного происхождения оказь ваются одинаковыми.

Разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот определяется только поляриэуемостью среды и не зависит от поляризации электродов ц(ш ) - 1Р(ш ) ° 21,„0зд (3)

Данный параметр мажет служить мерой поляриэуемости среды, так как для неполяриэующейся среды он равен нулю.

Помимо укаэанного виае параметра 20

ВП может быть получен также относительный параметр ВП - фазовый угол

ВП. Для этого полученную разность мниваас составляющих, соответствующую уравнению (3),, нормируют путем де- 21 ления ее на разность амплитуд сигнапов возбуждающего поля первой и второй частот, например на разность амплитуд напряжений первой и третьей гармоник на питающих электродах. Этот параметр также характеризует только

ЗП изучаемой среды.

Для повышения точности измерений может быть использована третья частота. В этом слУчае, если мнимая составляющая, обусловленная поляризацией питающих. электродов, оказывается зависимой от плотности тока, этот факт будет отмечен и может быть устранен. устройство для реализации способа 4О работает следующим образом, Генератор 1 тока, вырабатывает ток прямоугольной форьы, в котором содержатся первая и третья гармоники. Напряжение с выхода генератора подает- 45 ся на выходные клетей 2 и 3. Последовательно в питающую цепь включен шунт 4, падение напряжения на котором повторяет, форму питающего тока.

На делителе, образованном добавочными Я резисторами 5 и 6, создается падение напряжения, форма которого повторяет форму питающего напряжения, вырабатываемого генератором 1. Если ключ 7 разомкнут, то дифференциальный усили- у йель 8 работает в режиме масштабного усиления сигнала с выхода шунта 4..

При этом с помощью избирательного уилливольтметра 9 измеряется амплитуда возбуждающего сигнала первой и второй частот (или их разность). Избиратель- ® ный милливольтметр представляет собой стандартный милливольтметр с последовательным переключением рабочих час тот и возможностью провмжуточного за.поминания сигнала одной иэ частот с тем, чтобы впоследствии непосредственно измерить разность сигналов двух частот. 1

После замыкания ключа 7 дифферен-. циальный усилитель 8 работает в режиме вычитания сигналов, поступающих на два его входа. При этом, если реактивность цепи, подключенной к клеммам 10 и 11, равна нулю, форма сигналов на шунте 4 и добавочномрезисторе 5 одинакова, и, изменяя коэффициент деления выходного напря,жения с помощью плавно-ступенчатого резистора 6, можно добиться нулевых показаний милливольтметра 9 как на первой, так и на второй частотах,.

При наличии ВП питающих электродов и изучаемой среды с помощью аттенюатора 6 может быть скомпенсиро, вана только активная компонента возбуждающего сигнала, а мнимая компонента измеряется с помощвю избирательного милливольтметра 9 как минимальное значение сигнала, который не может быть скомпенсирован с помощью аттенюатора 6. Разность мнимых составляющих возбуждающего сигнала, определяющаяся выражением (3), также, считывается непосредственно с выхода измерителя 9 и служит мерой поляризуемости среды.

Формула изобретения

1. Способ измерения вызванной поляризации в геоэлектроразведке, заключающийся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами гармонических составляющих, пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измеряют амплитуду возбуждающих сигналов с помощью той же-заэемпенной линии, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, обусловленных вызванной цоляриэацней заземлений линий, определяют. разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой судят о поляризуемости пород.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт,. причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первый отвод второго добавочного резистора, а нагруэочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, о т л и ч а ю щ е е с я "тем что, с целью повьаиения точности изме" рений, B него введены ключ, подключенный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов, а 7

868679

Составитель В. Зверев

Редактор И.Михеева Техред Л.Пекарь Корректор О. Билак

Заказ 8322/67 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двухчастотный избирательный милливольтметр, причем один из входов дифференциального усилителя подключен ко второму отводу первого добавочного резистора, второй вход дифференциального усилителя соединен со вторым отводом шунта, общая шина дифференциального усилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 627428, кл. О 01 Ч 3/02.

5 2. Комаров В. A. Электроразведка методом вызванной поляризации, Л., "Недра", 1972, с. 71.

3. Авторскре свидетельство СССР

В 433438, кл. G 01 Ч 3/02, 1974 (прототип}.