Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления

 

Союз Советскик

Социалистических

РЕспублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СИИ ЕТЕЛЬСТВУ

Опубликовано 301281, бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30. 12. 81

<я)м. к,.

G 01 V 3/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК ЬЬ0.83 (088.8) аявитель методики и техники разведки (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРЛЗВЕДКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к геоэлек- трораэведке и может быть использовано при поисках злектропроводящих. рудных тел, а также металлических : предметов, например, металлопроводов в археологии.

Известен метод переходных процессов (НПП) и устройство геоэлектроразведки, основанные на возбуждении в земле импульса первичного электромагнитного поля и изучении электрической или магнитной составляющей вторичного неустановившегося поля, возбуждаемого электропроводящими объектами. Эти способы включают в себя возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного электрического. или магнитного поля, преобразование вторичного электрического или магнитного поля в электрический сигнал измерение его мгновенного значения спустя время задержки t после момента выключения первичного поля.

По совокупности измеренных мгновенных значений сигнала вторичного поля судят о физических свойствах и элементах залегания геологических объектов (1).

Известные способы и устройства обладают низкой помехозащищенностью и слабой избирательностью.

Известен способ измерения скорос» ти протекания переходного процесса электрической системы, в котором разность величин сигналов в граничных точках выбранного временного интерО вала, деленную на величину этого временного интервала, получают путем фильтрации составляющих спектра выходного сигнала, частоты которых

2п-1 удовлетворяют равенству И 2де где п 1, 2, 3..., ь - величина выбранного временного интервала, и их суммирование в момент окончания выбранного временного интервала.

Сущность этого способа заключается в том, что разность сигналов определяют путем свертки сигнала во временном интервале Т с весовой функцией

1 — cos (2n-1) t

Т Т

И=4 и измерения преобразованного в результате свертки сигнала в момент

3Q окончания временного интервала Т j2).

894650

Свертка усиленного сигнала во временном интервале Т, задержанном относительно времени t c весовой функцией

Б1 (— Й co) Ф ) где г — фаза сигнала, реализуется с помощью преобразователя, в качестве которого могут быть использованы активный или пассивный фильтры (3).

Трудность применения этого способа в геоэлектроразведке заключается в том, что при геофизических исследованиях необходимо реализовать значительное число членов ряда для обеспечения указанной точности 15 измерений. Это условие трудно реализуемое.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ индукционной геоэлектрораз- 20 ведки, реализованный в аппаратуре

ИПП-З, который помимо первых двух операций включает вырезку сигнала спустя время задержки t. после момента выключения первичного поля, g$ . вырезку сигнала в момент времени Т, где Т вЂ” временный интервал, на котором осуществляют измерение раз- ности значений сигнала вторичного поля, образование разности амплитуд указанных вырезок, накопление этих разностей при периодическом повторении измерительного цикла и регистрацию накопленной величины.

Способ реализован в устройстве, состоящем из импульсного генератора, нагруженного на проволочную петлю, и соединенных последовательно индукционной рамки, входного коммутатора, усилителя, первого стробирующего каскада с элементом 40 памяти, второго стробирующего каскада, вычитающего каскада, накопителя и регистратора. Устройство имеет синхронизатор, который связан импульсным генератором и подключен 45 к стробирующим каскадам. Синхронизатор снабжен переключателем задержек t< и переключателем длительности временных интервалов Т.

Способ и реализующее его устрой- gg ство обладают весьма низкой помехоустойчивостью, обусловленной тем, что полосу пропускания усилителя приходится расширять до величины, обеспечивающей окончание собственного переходного процесса в усилитйле к моменту первой вырезки

Кроме того, указанное устройство обладает низкой разрешающей способностью, так как оно позволяет измерять мгновенные значения суммар- 40 ного сигнала от комплекса объектов и не обладает избирательностью по отношению к сигналам, возбуждаемым каждым геологическим объектом в отдельности l4). 65

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и разрешающей способности геоэлектроразведки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе геоэлектроразведки, который включает возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного поля в электрический сигнал, вырезку сигнала в моглент окончания временного интервала Т, начало которого задержано относительно момента выключения первичного поля на время t, и регистрацию амплитуды вырезанного сигнала во временном интервале времени измерения Т генерируют вспомогательный сигнал вида

А sin (— (t — t ) ) + ) где А — амплитуда сигнала; текущее время; ч — начальная фаза, определенная как Чг =О при измерении электрической составляющей поля и как 9=Т )2при измерении магнитной составляющей поля, перемножают принимаемый сигнал с вспомогательным, интегрируют произведение этих сигналов и по амплитуде вырезанного сигнала судят о напряженности вторичного поля, возбуждаемого в момент t от тех геологических объектов, постоянные времени Ч которых лежат в пределах

K

Изучение вторичных полей от протяженных объектов выполняют при неизменном отношении времени задержки временного интервала к его длительности.

Предлагаемый. способ может быть реализован с помощью устройства,которое помигло импульсного генератора подключенного к датчику первичного поля и соединенных последовательно: датчика вторичного поля, входного коммутатора, усилителя, стробирующего каскада, накопителя и регистратора, а также синхронизатора, подключенного к стробирующему каскаду и генератору, снабженному переключателем временных задержек, включенному ме>хду синхронизатором и усилителем, и переключателем длительности временных интервалов, связанным с усилителем, синхронизатором и накопителем, содержит включенный между усилителем и стробирующим каскадом преобразователь, осуществляющий свертку сигнала с весовой функцией, например, резонансный контур, связанный с переключателем временных интерва894650 лов и соединенный через ключ с синхронизатором. Кроме того, переключатель временных интервалов соединен с импульсным генератором и накопителем. Для увеличения производительности измерений переключатель вре ленных интервалов целесообразно соединить с регулятором усиления усилителя.

На фиг. 1 представлена передаточная функция, характеризующая связь между амплитудой вырезки преобразованного сигнала и напряженностью вторичного поля; на фиг. 2 — структурная электрическая схема устройства, реализующего способ.

Изобретение основано на следующем утверждении. Пусть напряженность вторичного магнитного Н (с) или электрического E(t) поля представляет собой суперпозицию экспонент, т.е.

20 (1) H(t) - не где à — постоянная времени, пропорциональная электропроводности,магнитной проницаемости площади эф- 25 фективного сечения проводника, а каждая экспоненциальная составляющая обусловлена определенным геологическим объектом и характеризует его свойства. 30

Тогда мгновенное значение отклика, измеренное в момент окончания временного интервала Т на выходе линейного коммутируемого преобразователя, работа которого описыва- 35 ется в математической форме интегралом свертки

+ о+Тккл

О„(+т) = I Е, ИС -ч (4 " -т)Ж

+о И=л и (2) 40 к (т ). » <„å-"к»>„

"Ъ и l (Щ )+ТГ ((1» т) и т/5и с„/ (rc >+- ("

d0.тогда зависимость (t +Т)-а .@ > К() ° "„(o) (5)

Н о нт и=л 65 при регистрации магнитной составляющей, или фри )ЕЬо+т)=) Е сМ Е Е "— сбе — (а -+-т)у и„е и T т О 45 (3) при регйстрации электрической сос- тавляющей, где U è 01, — электрические сигналы на выходе магнитного и электрического датчиков вторичного поля, оказывается пропорциониым 5О напряженности соответствующего вторичного поля в момент Т. В указанных выражениях коэффициенты а .и а характеризуют свойства датчиков.Интегрирование дает равенства 55 характеризует связь между измеренной величиной 0н(т + Т) и определяемой величиной Н(Т . Величина К называется передаточной функцией. Из формы передаточной функции (фиг.1) сле-, дует, что способ обладает повышенной разрешающей способностью за счет избирательности по отношению к телам, постоянные времени которых близки к 0,35 Т. Отклонение передаточной функции от максимального значения можно считать удвоенной систематической погрешностью измерений, обусловленную изменениями постоянных времени исследуемых объектов. Так, например, для К,. Т â€” . K T где К = 0,28 и К > = 0,5 йаибольшее отклонение передаточной функции от максимального значения не превышает ЗЪ, а предельная погрешность измерений составляет 15%. На практике длительности временных интервалов Т следует выбирать, пользуясь выражением (4), принимая во внимание диапазон изменения постоянных времени исследуемых объектов и допустимую погрешность измерений.

Вторичные поля от проводящих сред, протяженность которых значительно превосходит расстояние между датчиками первичного и вторичного полей, аппроксимируются степенной функцией

H(t) = H — или Е (е) = Е. — у к (6)

1 1 Р t где параметр р характеризует физические свойства среды.

В этом случае передаточная функция зависит лишь от отношения / вследствие чего измерение вторичных полей от протяженных сред следует производить при неизменном отношении

t /T.

Способ обладает повышенной помехоустойчивостью за счет того,что операция отфильтрования из сигнала гармонической составляющей сужает полосу пропускания приемного тракта.

При этом выигрыш в помехоустойчивости зависит от постоянных времени исследуемых объектов, возрастая с их увеличением, и колеблется от

2,5 до 10.

Устройство, реализующее способ, состоит (фиг.2) из импульсного генератора 1, подключенного к датчику

2 первичного поля и включенных последовательно: датчика 3 вторичного поля, входного коммутатора 4, связанного по цепи управления с импульсным генератором, усилителя 5 с регулятором 6 усиления, преобразователем 7 с ключом 8, стробирующего каскада 9, накопителя 10 и регистратора 11. Кроме того, устройство содержит синхронизатор 12, связанный по цепи управления с импульсным генератором и снабженный пере894650

10!

25 лителя.

d0

65 ключателем 13 задержек и переключателем 14 временных интервалов.

Синхронизатор управляет ключом 8 и стробирующим каскадом 9. Переключатель временных интервалов связан с импульсным генератором,преобразователем, накопителем и вместе с переключателем задержек 13 с регулятором усиления усилителя.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный генератор 1, нагруженный на датчик первичного поля 2, вырабатывает периодическую последовательность импульсов тока,длительность которых устанавливается переключателем 14 временных интервалов. Задним фронтом зондирующих импульсов импульсный генератор запускает синхронизатор 12, управ- ляющий временным циклом работы прибора. Кроме того, импульсный генератор управляет работой коммутатора

4, который подключает датчик 3 вторйчного поля ко входу усилителя лишь на время паузы между импульсами первичного поля.

Сигнал вторичного поля усиливается усилителем 5 и поступает на вход преобразователя 7. Ключ 8 разряжает реактивные элементы преобразователя, освобождая их от запаса энергии предыдущего измерительного цикла. Спустя время задержки после окончания импульса первичного поля ключ 8, управляемый синхронизатором, размыкается, и преобразователь начинает отфильтровывать из сигнала гармоническую составляющую, частота которой обратно пропорциональна длительности временного интервала Т ° В момент времени t< + Т стробирующий каскад, управляемый синхронизатором, производит кратковременную вырезку отфильтрованной гармонической составляющей сигнала, которая поступает на наполнитель. После осуществления вырезки синхронизатор 12 замыкает ключ 8, который разряжает реактивные элементы преобразователя, подготавливая его к следующему измерительному циклу. число накапливаемых вырезок устанавливается переключателем 7 временных интервалов. По прошествии заданного числа измерительных циклов регистратфр 11 фиксирует накопленную величину, которая, будучи осреднена по числу измерительных циклов, характеризует напряженность вторичного поля в момент t . Преобразователь может быть реализован либо как сочетание генератора весовой функции, перемножителя и интегратора, либо с помощью пассивного четырехполюсника, импульсная характеристика которого совпадает с весовой функцией.

При переключении временных интервалов Т следует изменить частоту отфильтровываемой гармонической составляющей, в связи с чем преобразователь связан с переключателем временных интервалов. Кроме того, переключатель временных интервалов связан с импульсным генератором таким образом, что при изменении длительности временного интервала изменяются длительность и частота следования импульсов первичного поля. Для выравнивания помехоустойчивости при измерении вторичных полей от различных объектов переключатель временных интервалов связан с накопителем. Эта связь обеспечивает уменьшение числа измерительных циклов при увеличении длительности временного интервала.

Воэможность избирательного измерения вторичных полей позволяет предусмотреть необходимую величину коэффициента усиления усилителя при изменении tä и Т, Поэтому для увеличения производительности полевых измерений переключатель задержек и переключатель временных интервалов связаны с регулятором усиления усиФормула изобретения

1. Способ геоэлектрораэведки,включающий возбуждение импульса первичного электромагнитного поля, преобразование вторичного поля в электрический сигнал, вырезку сигнала в момент окончания временного интервала Т, начало которого задерживают относительно момента выключения первичного поля на время t,è регистрацию амплитуды вырезанного сигнала, отличающийся тем,что, с целью повышения помехоустойчивости и разрешающей способности, в выбранном временном интервале времени измерения Т генерируют вспомогательный сигнал вида где A — амплитуда сигнала;

t — текущее время; начальная фаза, опредеяемая как ф =0 при измерении электрической составляющей поля и как Ч = -- при измерении K

2 магнитной составляющей поля, перемножают принимаемый сигнал со вспомогательным, интегрируют произведение этих сигналов и по амплитуде вырезанного сигнала судят о напряженности вторичного поля, возбуждаемого в момент от тех геологических объектов, постоянные времени ь которых лежат в пределах

894650

x(>

02

Фиг.1

К,T 6 К, где К и K< козффйциецты, зависящие от величины погрешности измерений.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью исследования вторичных полей от протяженных объектов, отношение величины времени задержки временного интервала к его длительности сохраняют неизменным.

3. Устройство для осуществления способа по п.1, содер>кащее импульсный генератор, подключенн >й к датчику первичного поля, и соединенные последовательно: датчик вторичного поля, входной коммутатор, усилитель, стробирующий каскад, накопитель и регистратор, а также ссдержашее синхронизатор, подключенный к стробирующему каскаду и генератору,переключатель временных задержек,который включен между синхронизатором и усилителем и переключатель длительности -временных интервалов, связанным с усилителем, синхронизатором и накопителем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и разрешающей способности, в нем между усилителем и стробирующим каскадом включен преобразователь, осуществляюший свертку сигнала с весовой функцией, например, резонансный контур, связанный с переключателем временных интервалов и соединенный через ключ с синхронизатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Якубовский Ю.В. Электрораэ ведка. М., "Недра", 1973, с. 26615 278.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 432463, кл. 6 05 Ь 23/00, 1974.

3. Харкевич А.A. Борьба с помехами. М., 1965, с. 86-88.

20 4. Авторское свидетельство СССР

Р 270122, кл. 21 g 30/02, 1970 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 11483/75

Тираж 735 Подписное

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