Способ геоэлектроразведки

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 261079 (21) 2831916/18-25 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 07,1pp1 Бюллетень Н9 37

Дата опубликования описания 071081 (51}М. Кл З

G 01 V 3/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550. 837 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Ф. Сарбаш, В.И.Лемец, В.Д. Жил ников,и Т.Л. Мицкевич

Казахский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института разведочной геофизики

) (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к способам электрораэведки рудных-месторождений на переменном токе, основанным на излучении поляризуемости геологических сред.

Известен частотный способ фазовых измерений эффектов вызванной поляризации, основанныи на изучении фазовых частотных характеристик электрического поля, созданного заземленными источниками тока. Разделение полей поляризационного и индукционного происхождения осуществляют на основе различия формы их частотных характеристик. Фазовые частотные характерис- 15 тики (ФЧХ) полей ВП имеют один или несколько экстремумов и пологие низкочастотные и высокочастотные ветви.

Положение экстремумов на оси частот дает информацию о геологических осо- 20 бенностях поляризующихся объектов.

Фаэовые частотные характеристики индукционных полей в области малого параметра электромагнитного поля (ниэких частот) прямо пропорционально зависят от частоты. Пользуясь различием в крутизне ФЧХ полей, индукционные эффекты исключают иэ результатов измерений путем преобразования сигналов, иэмеренных на двух или трех 30 частотных по специальному алгоритму (13.

Недостатком способа является то, что он применим только в области относительно малых параметров поля.

Известен способ разделения поляриэационных и индукционных эффектов, в котором измеряют фазовую частотную характеристику суммарного поля, соэ- 1 даваемого заземленным источником, питаемым гармоническим током (23.

С целью увеличения глубинности и разрешающей способности метода BI1 изменяют взаимное положение приемных и питающих линий, образуя острые или тупые углы между ними. Угол между линиями меняют до тех пор, пока не изменится вид фазовой частотной характеристики, и по низкочастотной асимптоте судят о наличии поляриэующихся объектов.

Недостатком способа является его невысокая разрешающая способность в высокочастотной области. Это связано с тем, что в способе подразумевается применение относительно больших расстояний между питающими и приемными электродами, при которых велики и индукционные эффекты. Сближение электродов с целью исключения индукции при"

871035 водит к уменьшению глубинности исследований за счет увеличения вклада поля, порожденного вмещающей средой, в измеряемый суммарный сдвиг фазы. Это позволяет применять способ при изучении частотных характеристик в широком диапазоне частот на этапе детального изучения выявленных аномалией с целью оценки их геологической природы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, в котором .используют приближенно потенциальную установку, у которой приемные электроды располагаются по разные стороны питающего электрода, причем один из приемных электродоьР размещается в центре уста- 15 зм ковки, а отношение n = — строго фиксировано. Такая установка обеспечивает частичную компенсацию первичного поля и приемной линии (31 .

Однако один из приемных электро- 2О дов располагается в центре питающей линии, где потенциал поля равен нулю.

Для того, чтобы разность потенциалов в приемной линии была близка к нулю (этим определяется компенсация поля и ослабление влияния вмещающей среды), второй приемный электрод требуется удалять на "бесконечность", что увеличивает сигналы — помехи, наводимые в приемной линии, и усложняет технологию работ. Кроме того, отношение п=ЬИ/Ам фиксировано. Фиксация параметра и не позволяет в процессе измерений менять положение приемных электродов независимо от питающих, что не обеспечивает глубокой компенсации 35 первичного поля.

Дополнение фазовых измерений амплитудными при использовании известных установок не приводит к ослаблению индукционных влияний в методе ВП 4О на переменном токе.

Целью изобретения является повыаение разрешающей способности измерений при излучении геологических особенностей поляризующихся объектов.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу геоэлектроразведки по методу вызванной поляризации при возбуждении первичного поля заземленным источником и измерении амплитудно-фазовых характеристик суммарного поля при изменении взаимного положения питающих и приемных электродов изменяют взаимное расположение приемных и питающих линий до тех пор, пока фаза суммарного поля на фаэовой частотной характеристике не перейдет через значение вЂ, и по

У

9. совокупности дополнительных амплитуд-, но-частотных и фазовых измерений судят о геологических особенностях по- ц ляризующихся объектов.

Для пояснения теоретических предо посылок способа, рассмотрим идеализированную модель геоэлектрического разреза, состоящую из однородного у поляризующегося полупространства с включением в виде поляризующегося объекта, не отличающегося по удельному сопротивлению от вмещающей среды.

Разместим один из питающих электродов вблизи объекта и положим, что частота переменного тока настолько низка, что электрическое поле можно считать квазипотенциональным. Поляризуемость среды, учтем через комплексное сопротивление: где,, Ро где 9е()зо,2 08 — действительная и мнймая компоненты поля ВП, создаваемого локальным объектом, зависящие, в общем случае как от величины RÄ, так и от частоты полям сила тока в питающей линии, Расположим приемные электроды на одной линии с питающим электродом по разные стороны от него на расстояниях Я„ и Rg . Суммарное напряжение в приемной линии можно представить формулой — 1(amaUbn.Йт(Зу ъ1(ГГ ()1

Сдвиг фазы суммарного напряжения относительно тока определяется из выражения

Ящ Оо (— — — )+%Е д 0Ьп о — „

Рассмотрим знаменатель выражения (2). Первое слагаемое знаменателя определяется геометрическими параметрами установки (9„и К ) и может быть как положительным так и отрицательным сколь угодно малым числом. Второе слагаемйе зависит как от R и R, так и от частоты поля. Можно подобрать соответственно поляриэуемость и удельное сопротивление среды; постоянная времени процесса поляризации среды, и — частота поля.

На поверхности полупространства и окрестностях одного из питающих электродов, пренебрегая влиянием другого электрода, потенциал поля определяется выражением

В 1035 такие величины Я„и Я на фиксированной частоте wo, что

-93iJp0(—" — — ")+"а зп=о, т.е. (Ô) я„

Ч=Т

При отключении частоты поля от и>р в большую или меньшую сторону частотная характеристика фазы суммарного напряжения, монотонно иэменяясь, переходит через значение — - (вследЛ свтие зависимости Ке з о п от частоты) .

Нетрудно показать, что в области частот. гдето близко K. — +, мнимая

УГ компонента напряжения, создаваемая локальным объектом, намного превышает мнимую компоненту напряжения,связанную с вмещающей средой. Для грубых оценок примем для вмеща их ионяопроводящих пород (. = 0,02, 1, а для локального объекта: 4 йU$z =-08bUgq . С учетом выражения (3) и едем.анных допущений перепишем выражение (1) ЬО 1-. . Ь О Ьп+ О,Othe Ь Вп=". « US °

Отсюда видно, что измеряемое напряжение при 4 = - - равно. мнимой

Л компоненте напряжения поля ВП от локального объекта с точностью 0,02%.

Изменение реальной и мнимой компонент поля ВП от частоты не увеличивает указанную погрешность, поэтому частотная характеристикаДп л0з„ определяется в основном электрохимическнми процессами, связанными с изучаемым локальным объектом.

В однсродном полупространстве для получения сдвига фазы величиной

Q. достаточно обеспечить геометрическую симметрию в расположении приемных электродов относительно питающЕго,, поскольку линии равного потенциала точечного источника тока представляют собой окружности. В реальных условиях симметрия поля потенциала как правило нарушается, что требует выполнения специальных операций, на.правленных на определение на местности такого положения приемных электродов вблизи питающего электрода,при котором фазовая частотная характеристика суммарного напряжения переходит через—

Л

При измейениях по данному способу осуществляются следующие операции.

1. В земле задается первичное электрическое поле с помощью источника в виде заземленной двухзлект.— родной линии, питаемой гармоническим током, причем один из электродов (основной) располагается в пределах исследуемой аномалии ВП.

2. Располагают приемные электроды по разные стороны основного питающего электрода, предпочтительно на одной линии с ним.

3. Измеряют фазовые частотные ха- рактеристики суммарного напряжения в приемной линии при изменении взан ного расположения электродов.

4. Находят такое положение приемных электродов, при котором фазовая частотная характеристика суммарного напряжения в используемом диапазоне частот переходит через значение — — . х а

5. При достигнутом положении электродов измеряют дополнительно амплитудную частотную характеристику.

По совокупности амплитудных и фазовых измерений при таком положении электродов, когда фазовая частотная характеристика переходит через значение- —, судят о геологических осо-. у бенностях поляризующихся объектов ..

1Ъ Операция 4 обеспечивает в приемной линии компенсацию напряжения, связанного с вмещающей средой..что позволяет приблизить приемные электроды к питающим и снизить мадукцйбнййе влия"

Щ ния без поте >и информации о погруженных поляриз ющихся объектах.

При найде ной оптимальной расстановке электродов можно построить частотную характеристику мнимой1компоненты напряжения в приемной латвии и судить по ней о геологический осо бенностях поляриэующихся объектов.

Таким образом, удается снизить индукционные влияния на высоких .частотах, получить частотную характеристику. вторичного поля ВП в широком диапазоне частот и увеличить разрешающую способность метода при детализационных исследованиях.

На фиг. 1, 2 показана измерительная установка для выполнения способа геоэлектроразведки в полевых условиях и даны результаты измерений ! при разных ее положениях.

Установка содержит основной 1 и

4Q вспомогательный 2 питающие электроды генератор тока 3, неподвижный 4 и подвижный 5 приемные электроды и ам" плитудно-фазовый измеритель б.

Измерения выполнены на одной иэ аномалий Kl, Измерительную установку, показанная на фиг. 1 ° размещали на местности так, чтобы основной питающий электрод находился в пределах аномалии ВП. Приемные электроды размещались симметрично относительно питающего электрода. Измеряли фазовую частотную характеристику (ФЧМ) суммарного напряжения в приемной линии в частотном диапазоне 0,3-156 Гц с помощью образца аппаратуры ЭВА-203.

Вначале приемные электроды (в предложении однородности среды по со» противлению) располагали симметрично относительно питающего электрода в позиции Э . Характер ФЧХ в этой пофф зиции показан на фиг. 2.1. Он отличается практической независимостью фазы от частоты,. Аналогично ведут себя амплитуда (ЬО) и мнимая компонента (Эюь0) напряжения, что объясняется отсутствием достаточно глубокой ком" 7

871035 пенсации напряжений в приемной линии, создаваемых первичным полем источника тока.

В дальнейшем подвижный приемный электрод занимал положение !!, III, (У и т.д. отстающие друг от друга на местности на несколько сантиметров. В позициях III u IV фазовая частотная характеристика переходит через — ф соответственно на частотах

1,2 и 4,3 Гц. С точки зрения реализации данного способа измерений позиции III u IV равноценны. В одной из этих позиций измерения амплитуды поля являются обязательными, так как они позволяют в совокупности с фазо Ъ выми измерениями вычислить мнимую часть поля ВП (ее знак условно принимается положительным)

,„ьо= (). !,!ср, В позициях ill u IV частотная ха20 рактеристикаЗп!АО имеет экстремум, положение которого на оси частот характеризует геологические особенности объекта 1. В качестве информатив-. ного параметра может быть использова- 25 на также величина, определяющая крутизну частотной характеристики

k, = ьо Я )! au(K„), 30 где Лщ и IJ (Е1) и 3m hU(9„) — напряжение на частотах „и Я .

При дальнейшем перемещении электрода в сторону вспомогательного питающего электрода ФЧХ суммарного напря- Я жения целиком переходили в о! пасть значений Ч „ лежащих между- - -и -Я напоминая по форме кривые V, полученные в позициях I! и I (эти ФЧХ на фиг. 2 не показаны). 40

Приведенные данные свидетельствуют .о том, что при измерениях переход фазовой частотной характеристики через значение в — четко определяется

Л

Я. в реальных условиях. При положениях приемных электродов, отвечающим таким 45

ФЧХ, на частотных характеристиках мнимой компоненты напряжения область экстремальных значений проявляется наиболее четко. При других положени- ях электродов, например в позиции 50 изучение частотной характеристики Эи д0 с достаточной для практики точностью осуществлять не удается.

Дополнительными измерениями установлено, что характер графиковV,DО, 2 AU практически не зависит от размеров приемной линии, если она изменяется от 5 до 20 м и от угла между приемной и питающей линиями.

Для осуществления данного способа могут быть использованы общеизвестные технические средства, например, серийная электроразведочная станция

ИНФАЗ ВП (диапазон частот 0,3-78 Гц) или станция 3ВА-203 (диапазон частот 0,03-156 Гц).

Формула из обретения

Способ геоэлектроразведки по методу вызванной поляризации путем возбуждения первичного поля заземленным источником и измерения амплитуднофазовых частотных характеристик суммарного поля при изменении взаимного положения питающих и приемных электродов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности измерений при изучении геологических особенностей поляризующихся объектов, изменяют взаимное расположение приемного и питающего электродов до тех пор, пока фаза суммарного поля на фазовой частотной характеристике не перейдет через значение — -, и по совокупности дополнительных амплитудно-частотных и фазовых измерений при этом положении электродов судят о геологических особенностях поляризующихся объектов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аладинский 10.В. и др. Об одном способе определения фаэово-частотных характеристик вызванной поляризации, "Известия ВУЗов", "Геология и разведка", 1973, 9 7250-73.

2. Авторское свидетельство СССР

9 324601, кл. G V 3/02, 1972.

3. Фролов В.Х. Основные положения приближенно-потенциального способа электроразведки. Труды СНИИГИМСА, вып. 215, Новосибирск, 1975, с. 7883 (прототип).