Способ геоэлектрической разведки

 

Д. С. Котик, С. В. Поляков и B. О. Р2фопорт,.;

1. у

Горьковский ордена Трудового Красного Знамени научн исследовательский радиофизический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГЕОЗЛЕКТРИЧЕСКОД РАЗВЕДКИ

Изобретение относится к геоэлектрической разведке переменным током и может быть использовано, в частности, в рудной геофизике при поиске полиметаллов, нефти и газа.

Известен способ геоэлектрической разведки методом непрерывных частотных зондирований, основанный на том, что на поверхности Земли с помощью генератора переменного тока, подклю1О ченного к заземленному электрическому или незаземленному магнитному дипопю, возбуждают электромагнитное поле. Затем в каждой заданной точке !

5 исследуемого! региона регистрируют горизонтальную составляющую электрического поля или вертикальную составляющую магнитного поля поочеред но на всех частотах рабочего диапазона. Ilo полученным данным строят кривые частотного зондирования. Интерпретацию полученных данных .осуществляют путем подбора теоретической кривой (палетки), наиболее близкой и экспериментальной 1 .

Недостатком этого способа является то, что пространственный спектр сигнала в исследуемых точках представляет собой сложную суперпозицию пространственных гармоник поля, отраженных от различных слоев земной коры. Следствием этого являются сложность обработки и недостаточная точность измерений. Другим недостатком является низкая разре-. шающая способность по горизонтали, обусловленная тем, что для зондирования слоя, расположенного на глу бине h, расстояние между приемником ( и передатчиком должны быть порядка (5-8) h. Кроме того, для снятия кри» вых частотного зондирования на большой площади требуется частая перебазировка генераторной установки, что ведет к увеличению сроков и стоимости полевых работ.

3 98755

Наиболее близким по совокупности сходных признаков к данному техническому решению является способ геоэлектрической разведки, основанный на том, что измеряют в заданных точках исследуемого региона электрические и магнитные компоненты электромагнитного поля, обусловленного ионосферными токами. Затеи определяют поверхностные импедансы в заданных 16 точках, по которым судят о строении геоэлектрического разреза, т.е. распределении проводимости горизонтально-слоистого разреза земной коры и верхней мантии, 1 2). 35

Недостатком этого способа, как и других способов магнитотеллуричес-, кого зондирования является низкая дос товерность, так как измерения прово" дятся в узком диапазоне частот (пе- 20 риоды сигналов, создающих магнитотеллургическое поле, лежат в диапазоне от нескольких секунд до нескольких десятков секунд7, что дает сведения лишь о строении самых глубоких слоев И земной коры. Геологическая интерпретация полученных данных носит качест венный характер и не позволяет с достаточной достоверностью судить о строении всего геоэлектрического разре- 3О за в целом. Низкая достоверность способа обусловлена также неопределенностью источника, создающего магнитотеллурическое поле.

Целью изобретения является повышение достоверности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектрической разведки, основанному на том, что измеряют в заданных точках исследуемого региона, электрические и магнитные. компоненты электромагнитного поля, обусловленного ионосферными токами, и по поверхностному импедансу в этих точках судят о строении геоэлектри45 ческого разреза, дополнительно воэ" действуют на нижнюю ионосферу мощным радиоизлучением, модулированным по амплитуде набором сигналов частот в диапазоне от долей Герц до несколь« ких килоГерц, формируют в нижней ионосфере возмущенную область, с. помощью которой преобразуют амплитудно-модулированное радиоизлучение в электромагнитный сигнал на частоте модуляции, и измеряют в заданных точках исследуемоге региона электри" ческую и магнитную компонейты элек=

2 4 тромагнитного поля для всех значений набора частот модуляции.

На чертеже представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего способ.

Устройство содержит канал 1 передачи и N каналов 2 приема (И число заданных точек исследуемого региона). Канал передачи включает в себя последовательно соединенные программатор 3, генератор 4 и передатчик 5 с антенной 6. Каналы приема расположены в заданных точках исследуемого региона. Каждый из них включает в себя датчики 7, 8 элек- трической и магнитной компонент поля, подключенные к соответствующим входам блока 9 обработки. На выходе блока 9 включен блок 10 регистрации. Расстояние S между каналами

1 и 2 задается в виде Ь « Я (а, где расстояние а - коэффициент определяется мощностью передатчика 5, Ьминимальное расстояние, на котором можно пренебречь прямыми наводками в приемной аппаратуре {b 5-10 км).

В качестве генератора 4 могут быть использованы серийные генерато.-: ,ры, например, генераторы типа ГЗ-105 или Г3-110. В качестве передатчика

5 могут быть использованы серийные передатчики мощностью 100 кВт и выше. Антенна 6 выполнена в виде синфазной горизонтальной решетки, подвешенной на высоте =М (А.- длина рабочей волны передатчика 5). Датчик 7 выполнен в виде двух заземлен-ных электродов. Датчик 8 может быть выполнен в виде вертикальной рамки воздушного типа или в виде катушки с ферритовым сердечником. Блок 9 может быть выполнен либо в аналоговом варианте, либо в цифровом. В качестве блока 10 регистрации могут быть применены приборы серийного типа, например, самописец типа Н-3060 (в случае аналогового исполнения блока 9) или перфоратор, а также цифровой магнитофон (в случае цифрового исполнения блока 9) .

Геоэлектрическую разведку с помощью разработанного способа осуществляют следующим образом. ь помощью генератора 4 и передатчика 5 канала 1 формируют мощное радиоизлучение, модулированное по амплитуде сигналом частотыЯ.„-ф лежит в диапазоне от долей герц до

С помощью данного способа можно также проводить электроразведку наклонных структур. При этом в каждой точке исследуемого региона необходимо расположить два приемных канала, причем электрические оси датчиков 7 и 8 в этих каналах должны быть взаимно перпендикулярны. При зондировании наклонных структур импеданс анизотропен.

Таким образом, в данном способе геоэлектрической разведки реализо-вано формирование зондирующего сигн ла в заданном месте ионосферы, после которого в Земле представляет собой плоскую волну, распространяющуюся вер. тикально вниз, и осуществлено измере;ние амплитуды и фазы поверхностного .импедййса Земли в заданных точках исследуемого региона для заданного набора значений частоты зондирующего сигнала. Зтопозволяет судитьо строейии всего геоэлектрического. разреза в целом и решить задачу о структуре подстилающего полупространства по измерениям поверхностного импеданса Земли, в результате чего обеспечивается положительный эффектповышается достоверность способа гео-. электрической разведки.

5 987 нескольких килогерц). Воздействуют этим излучением на нижнюю ионосферу с помощью антенны 6. При таком воздействии за счет тепловой нелинейности ионосферы в ней формируется возмущенная область, характеризующаяся модулированным нагревом элек- . тронов. При этом осуществляется преобразование мощного радиоизлучения, модулированного по амплитуде сигна- >0 лом частотый-, в излучение ионосфер" ных токов на частоте модуляции Я:,.

Для частот модуляции, лежащих в диапазоне от долей Герц до нескольких килоГерц на Земле выполняются им" М педансные граничные условия, и на произвольном расстоянии от передатчика электромагнитное поле в Земле представляет собой плоскую волну, распространяющуюся вертикально вниз. 20

Затеи осуществляют прием горизонтальных электрической и магнитной компонент поля на поверхности Земли в каждой заданной точке исследуемого региона с помощью датчиков 7 и 8 со- 25 ответствующего канала 2. С помощью блока 9 получают сигналы, пропорциональные амплитуде и фазе поверхностного импеданса Земли в каждой заданной точке исследуемого региона 36

Я1Х М )

,(;,хр;)= „,,„,. „;,->

" Х,(Я; (®:," поверхностный импеданс земли в точке;Х., Y — координаты

° ч

1-ы точки из" мерения;

Ь (Я;,Х.3.),Н,(R1 Õð-) - горизонтальные электрическая и магнит46 ная компоненты поля на поверхности Земли в

J точке;

9; - частота моду43 ляции (1 3,2, ...,е).

С помощью блока 10 фиксируют сигналы, пропорциональные амплитуде и фазе поверхностного импеданса в каждои

v Я заданной точке исследуемого региона для частоты модуляции Я ;, С помощью программатора 3 изменяют частоту генератора 4 по заданной программе. Для каждой частоты модуляцииЯ ° повторяют весь цикл из1 мерений. При этом в каждом канале 2 с помощью блока 10 фиксируют сигналу.

552 6 пропорциональные амплитуде и фазе по верхностного импеданса Земли в каждой заданной точке исследуемого региона для всех частот Q ... Данные полевых измерений сводятся в карты за" висииости амплитуды импеданса Z(Q;, Х, Y) от координат Х, Y для разлийных частотя:(Я-. используется как па1 1 раметр). Изолинии этих карт соответствуют распределению геологических структур в исследуемом регионе. Чем ниже частотами ., тем более глубокие слои отражают карты.

Достоинством способа является воэможность детального восстановления структуры исследуемого разреза за счет решения обратной задачи: каким должно быть строение разреза, чтобы обеспечить заданные значения импеданса на поверхности Земли.

Обратная задача решается для модели среды в виде а слоев, каждый из которых имеет проводимость О и граничит с нижележащим полупространством на глубине Ь ° <11,2,...,е). Решение обратной задачи дает сведения

oQ „-, h - -для а слоев (я определяет.ся мощностью ЭВИ).

987552

Формула изобретения

Дополнительным достоинством способа является то, что генераторная часть установки значительно удалена от района разведки. При этом для проведения геоэлектроразведки по способу могут быть использованы передающие средства связи. Кроме этого могут быть использованы специаль1 ные йсследовательские стенды, соз- данные в ряде научных центров страны для изучения нелинейных процессов в ионосфере.

Способ геоэлектрической разведки,, основанный на том, что измеряют в заданных точках исследуемого региона электрические и магнитные компоненты электромагнитного поля, обусловленного ионосферными токами, и по поверхностному импедансу судят о строении геоэлектрического разреза, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа, воздействуют на нижнюю ионосферу радиоизлучением, модулированным по амплитуде набором сигналов частот в диапазоне от долей Герц до нескольких килоГерц, формируют в нижней ионосфере возмущенную область, с помощью которой преобразуют амплитудно-модулированное радиоизлучение в в электромагнитный сйгнал на частоте модуляции,. и измеряют в заданных точках исследуемого региона электрическую и магнитную компоненты электромагнитного поля для всех значений на 5 бора частот модуляции..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2о 1. Иванов Л, П., Скугаревская С,Н.

Методика частотных электромагнитных зондирований. "Наука", 1978, с.38-50

2. Авторское свидетельство СССР

11 488176, кл. G 01 V 3/12, 1973

2s (прототип).

ВНИИПИ Заказ 10298/34

Тираж 708 Подписное

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