Способ геоэлектроразведки

 

геологоразведочный. институт угольных месторожцений (54) СПОСОБ П:ОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение огносится к геоэпектроразвецке, в частности к электрическим мегоцам исследования геологических гопш месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано в полевой, скважинной и шахтной геофизике, а так5 же при провецении инженерно-строительных изысканий, археологических и палеонтологических раскопок.

Известен способ геоэпекгроразвецки, заключаюшийся в созцании эпектрическо

ro поля с помощью двух питаюших элекъроцов, оцин из которых является точечным и помешан в скважину, .а второй выполнен линейным и размешен на цневной поверхности параллельно просгиранию слоев,и фиксированный его изопинией, . измерений потенциала причем измерение потенциала произвоцят во внешней зоне питающей установки за линейным эпект- 20 роцом, при этом кратчайшее расстояние между, скважиной .и линейным электродом на поверхности выбирают не более

0,5 8 /2, а глубину погружения точечного

2 эпекгроца — в обратной зависимости в прецепах 1,25-0,59/2, гце 6 - длина линейного электрода. Характер неоднородности изучаемой геологической толщи определяют цо форме регистрируемых аномалий потенциала электрического поля 11.

Э гому способу элекгроразвецки присуши цва существенных недостатка: вопервых, необхоцимость механического перемешения пигаюших электродов при сканировании исспецуемой-зоны геологи ческой толши, что в ряде случаев (напри мер йри использовании затампонированной скважины, наличии сильно пересеченной дневной поверхности и т.п.) невозможно или черезвычайно сложно осуществить, во- вторых, невысокая разрешаюшая спо». собность измерений при выявлении тонкой. структуры йсслецуемой зоны геопогичео кой толщи, обусловпенная оцнороцным характером электрического поля во внеш ней зоне пигаюшей установки за линейным электродом.

3 йййй

Наиболее .близким по технической сущности к изобретению является способ геоэлекгрораэвецки, заключающийся в сканировании исслецуемой зоны геологической голши силовыми линиями электри» ческого поля центрального питающего

Флектроца, сконцентрированными в слой конечной толщины с помощью боковых концентрирующих электроцов, симметрично расположенньм относи гельно централь- о ного электрода и оцнополярных с ним, при механическом перемещении сисгемы из центрального пигающего элекгроца

Ъ . и боковых концентрирующих элекгроцов и опрецелении характеристик исслецуемой геологической толщи по резульгагаь ! измерений в ней параметров электрического поля (2 ), Разрешающая способность извес гного способа геоэлектроразведки за счет применения сконценгрированных силовых линий выше, однако необхоцимость механического перемещения сисгемы иэ пигающего и концентрирующих электроцов при сканировании исслецуемой зоны геологической толщи ограничиваег обласгь приб менения этого способа геоэлекгроразвецки.

11елью изобретения является расширение функциональньм возможносгей способа Э геоэлекгроразвецки.

Е1ель досгигаегся тем, что согласно способу геоэлекгроразведки, заключающемуся в сканировании исслецуемой зоны геологической толщи силовыми линиями

Э5 элекгрического поля ценгрального питаю щего электрода, сконцентрированными в слой конечной. толщины с помощью боко., вых концентрирующих элекгроцов, симмегрйчно расположенных относительно централь4ф ного элекгроца и оцнополярных с ним, и опрецелении харакгерисгик исслецуемой геологической толщи по результатам .измерений в ней парамегров элекгрического поля, в процессе сканирования

4S исслецуемой зоны геологической толщи изменяюг пространс гвенную ориентацию слоя сконцентрированных силовьм линий электрического поля ценгрального пигающего элекгроца, причем изменение пространственной ориентации слоя сконценгрированных силовых линий элекгрического поля центрального питающего элекгроца осуществляют путем изменения соотношения величин гоков, стекающих с боковых концен грируюших элекгроцов.

На чертеже прецсгавлена схема реализации предлагаемого способа геоэлекгр разведки. и 4

Схема включает сисгему из ценгрального пигающего 1 и боковых концентрирующих 2 и 3 электроцов, находящуюся внугри исслецуемой геологической толщи в питающей скважине 4, пересекающей цневную поверхносгь 5 этой толщи поц углом д., измерительный г рофиль 6, рас-. положенный в другой, параллельной пигаюшей, скважине, и искомую неоцнороцносгь

7, а гакже цанные измерений и обработки 8-12, Способ осуществляется следующим образом., Внугри или на границе изучаемой геологической толщи помещают систему из оцного центрального питающего 1 и опной или нескольких пар боковых концентрирующих электродов 2 и 3, причем концентрирующие элекгроцы 2 и 3 располагают вцоль граничащих в ценгральном элекгроце 1 цвух прямолинейньм пигающих профилей, в общем случае располагаемых поц произвольным углом E межцу собой.

На боковые электроды 2 и 3, концентрирующие силовые линии электрического поля, созцаваемого постоянным по величине током центрадьнога пигающего электрода 1, поцаюг пилообразноизменяюшие=я оцнополярные с током центрального электроца импульсы тока с равными амплигуцами и периодами колебаний or исгочника электрического поля, у когорого клемма с полярностью, обратной полярности элекгродов системы из ценгрального

1 и боковых элекгродов 2 и З,подсоединена к общему питающему электроцу, удаленному на "бесконечность" or этой системы (на чертеже не показаны). Знаки приращений токов, подаваемых на концентрирующие элекгроды 2, сжимающие силовые линии электрического поля ценгрального электрода 1 с одной сгороны от слоя сконцентрированных силовых линий, противоположны таковым цля элекгроцов

3, прижимающих эти силовые линии с цругой сгороны от указанного слбя.

Измерение параметров элекгрического поля в исслецуемой зоне геологической толщи проводяг вцоль прямолинейного измерительного профиля 6, располагаемого вне пределов сферы с ценгром в нача-! ле слоя сконцентрированных силовых линий. электрического поля центрального электроца и радиусом,. равным расстоянию от этого начала цо ближайшего иэ концентрирующих электродов 2 и 3.

Для упрощения процесса интерпретации . результагов измерений измеригельный профиль 6 располагают в плоскости, про5 998 хоцяшей через «онцентрируюшие электро» . цы.2 и 3, или вблизи ее, перпенцикуляр» но оси симметрии системы иэ ценгрального 1 и боковых элекгроцов 2 и 3, При любом 4-ои фиксированном положении в исслецуемой геологической толще элекгроцов 1 - 3 измерение параметров электрического поля в- кажцой точке из- . мерений на измеригельном профиле 6 произвоцят при токах концентрирующих 10 . электроцов 2 и 3 уцовлетворяюших равенству дГ,= „.-Р .

Э и огносигельного 12 отн Ь Р,„

1 FЭ

climax расхождения экспериментальных и эталон. ных разностей 9 и 10 при отличных от нуля максимальных значениях Fè.„пд„

I эталонных разностей F,, после чего Г1 фиксируют максимальные значений

ИУГН

4г . функций относительного расха » П1ЦХ дений 12, выделяют среци всех значений

4 ы с, наибольшее значение 6F гпск»

» МХд ",., сравнивают величину

1Г1 ПЩХ

Ь „„,„„с предварительно заданным цове ри ельйым уровнем расхождения 6Р и по превышении этой величины цоверн тельного уровня считают, что значение угла Ч, образованного биссектрисой: угла между обоими прямолинейными профилями с концентрирующими электродами 2 и 3 и вектором, проведенного из ценгрального электрода 1 в ценгр проек ции неоцнороцносги 7 на плоскость, прохоцяшую через эти профили, равно значе. Щ нию М; угла 4 ;, соответствующего это- . му наибольшему значению аГ „ и оп рецеляемого по формуле

tq Yi = zi Knl 3K81

КП1+ ЗКВ1 . гце. (масштабный коэффициент, рав ный —; Й = 180о

3N 3К81 3KB-1 КП1$ отличному or нуля при всех значениях 1

:из интервала -Я41<Й целых чисел при

42 Ю КП " КВ - токи кон

КП 1 КВ1 центрируюших элекгроцов соответсгвенно ,:первого (2) и вгорого (3) прямолиней- 20 ных профилей, зацаваемые при 1-ом за4 мере на измерительном профиле 6, А,фзнак, обозначающий целую часть слецующего за ним числа, н - угол, поц кото рым вицна из ценгрального электроца И наименьшая по размерам поперечного сечения неоцнороцносгь в исслецуемой зоне геологической толщи иэ поцлежаших обнаружению и опрецелению коорцинат их залегания. 30

Для упрощения процесса обработки и ингерпретации данных измерений токи конценгрируюших электродов желательно изменять в соответствии с условиями: гце С. и С » -С.,=,* E, -. постоянные величины, и- коэффициент пропорциональности.

По величинам 8 экспериментальных измерений градиента потенциала дЦ,, и д0 q. »а01,, электрического поля цля 4>, соответственно 1-го и 1-го замеров в кажцой точке измерений измерительно

ro профиля 6 формируют величины 9 экс пе риме нгальных разностей

Для опрецеления величин удаления ценгра проекции неоцнороцности 7 на плоскость, в которой расположены профи ли с концентрирующими электроцами 2 и 3, от измерительного профиля 6 и .про30 филей с конценгрируюшими элекгроцами

2 я 3 опрецеляют длину 3>- tlи участка . межцу проекцией центрального электрода

1 на измерительный профиль 6, когорый выявляют по точке Ъ перехода кривых

8 измерений градиента потенциала через ноль при значении угла Vi О... и по ,точке 4я проекции центра неоднородности

7 на измерйгельный профиль 6, в которой значение угла V равно М .

F .=60„,.— ЙU g °

=3 .=3 . -Э.КП i+ 1 КГ1 1 КЬ-1+1 Kg-1

Э

Kg <+< KB1. КП- +1 КП-1 2 значений грациента потенциала электрического поля, а по априорным цанным о структуре и физических свойсгвах исследуемой геологической толши пугем расчета и моделирован»ия формируют величины 60 . иа0,„. = ЬО„, . эталонных

У

-9. М-1 измерений градиента потенциала элекгри993 4 ческого поля в кажцой точке измерений". на измерительном профиле 6 соответствен но цля i -re и - j -го замеров и формируют величины 10-ти эталонных раз» нос гей Г<„=Ь О„,,-р0 этих измерений.

Э» Э Э

Загем определяют значения функций

Ч абсолютного 11

После этого.по формулам ц

У =юпхт — -4 .

1.2

I =ь- е

1 р1 л 1. . сов 4,"

К ф - Ь

16

Т Н

4g "„ где 8 и I32 величины уцаления центра проекщюк неоднородности 7 на плоскость, s которой расположены профили с концен- 15 трирующими электродами 2 и 3 соответственно, or ближайшего из этих профилей к измерительного профиля 6; г - цлика радиуса вектора, проведенного из центрального элекгроца 1 в центр проек- що ции неоднороцности 7 на плоскость, в которой расположены профили с концентрирующими электроцами 2 и 3; L, - величина удаления измерительного профиля 6 от центрального эпектроца 1; 9< - вели- 25 чика удаления центра проекции неоднородности 7 на плоскость расположения концен грируюшнх электродов 2 и 3 or прямой линии, прохоцящей в этой плоскости через центральный электрод 1 парал- 5й пепьно измерительному профилю 6, нахоцят искомые величины.

1 для проверки прецлагаемого способа геозлектроразвецки было приведено физическое моделирование, при котором к двумерной моцели яз электропровоцной бумаги с уцельным электрическим сопротивлением 300 Ом м, имитирующей неограниченную однородную геологическую опщу, прижималась система оцнополяр-, н лх токовых. электродов, соцержащая центральный питающий электрод 1 и первый (2) и второй (3} прямолинейные профили с концентрирующими злекгроцами

2 и 3, с удаленным на бесконечность общим токовым электроцом цругой полярСГ ности, и медный диск диаметром Д ™вЂ”

0,15 Ь 0,25L 2 см, гце а =

4 см расстояние межцу центральным

1 и ближайшим к нему концентрирующим электроцом 2 кли 3; $ 13 см - цлина . прямолинейных профилей с концентрирующими элекгроцами 2 и 3; L 8 смрасстояние между скважиной 4 и параллельным ей профилем измерений 6.

Центр мецного диска отстоял от профилей

55 с концентрирующими электроцами 2 ..и 3

"2Л. иа расстоянии В *-у 5 см, 8 В табл, 1 приведены данные. о значениях токов Э„„, и Эк „концентрирующих

: электродов 2 и 3 соответственно первого (2) и второго (3.) профилей из этих злектроцов и угла V., с которыми провоцилось моделирование. Величина тока

3цз центрального электрода 1 была зада на равной 8 мА.

По результатам измерений градиента

9 потенциала dU „и dUy- электрического

1 поля,провеценных соответственно на моделях с неоцнороцностью и без нее, с помощью дискретно перемещаемого по измерительному профилю 6 измерительным цвухзлекгроцным зондом с длиной в 1 см при различных значениях углов Ч - и была составлена таблица; В табл. 2 представлены зависимости максимальных значений ЬГ„, функций отклонений ДЕ отн от.н, Щ mc(x Ю1 от величины углов ;отн и /

Анализ данных показал, что величина

ЬГ,„ принимает максимальные знач 1 mgx огн чейия dS „, =-МОХ dFy П1с х при равенстве или пизости углов )ш и Ч,, например

1 при 4 ; = 18 (как видно из табл.2), и по превышении этой величины некоторогодоверительного уровня d F = сопМ, допустим отн

20%го уровня, можно ойределять координаты, Vj и Р2 залегания неоднороан тив-Э следуемой зоне геологической толщи.

Результаты моцелирования с описанной моделью, а также цанные цругих исслецований указывают на высокую точность и цостоверносгь опрецеления коорцинат центра неоцнороцности при широком циапазоне значений углов " вицения " Ю, что позволяет сделать вывод о возможности использования прецлагаемого способа геозлектроразвецки в условиях затруцненности ипи невозможности механических перемещений внутри или на границе исследуемой геологической толщи, Это в свою очередь, указывает на возможность существенного повышения рентабельности, в частности буровых работ, за счет цопговременного использования затампонированных скважин, поверхностных злекроразвецочных работ за счет уменьшения трудоемкости техпроцесса сканирования земных недр при сильно пересеченной цневной поверхности и т.п.

Использование прецпагаемого способа геоэлекгроразвецки в нароцном хозяйстве позволит существенно повысить техникоэкономическую эффективность геологоI развецочных работ при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых на основе расширения функциональных возможностей в исслецовании земных нецр.

Таблица 1

0 кЮ мА

4,5 5

1 2 3

0 6 KIli мА

), о

-38 -29 -18

Таблица2

-1 0

-35 0

80

18 35. 60 70

М1 max) о

1) 0

21

+18

+ 1

13 17

15 16

15 130

+29

+ 3

1. Способ геоэлектроразведки, заключающийся в сканировании исследуемой эоны геолбгической толщи силовыми ли- 35 ! пнями электрического поля центрального питающего электрода, сконцентрированными в слой конечной толщины с помощью боковых концентрирующих электродов, симметрично расположенных относительно центрального электрода и однополярных с ним, и определении характеристик исследуемой геологической толщи по результатам измерений в ней параМетров электрического поля, о т л и ч а ю. ш и и - 45 с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в процессе сканирования исследуемой эоны геологической толщи..изменяют пространственную ориен-!

Формула изобретения тацию слоя сконцентрированных силовых линий электрического. поля центрального питающего элек грода.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что, изменение простран- ственной ориентации слоя сконцентрированных силовых линий электрического поля центрального питаюшего электрода .осуществляют путем изменения соотношении величин токов, стекающих с боковых кон» центрируюших электродов.

- Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР

М 737903, кл. G Ol V 3/61..

2. Итенберг С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М., Недра, 1972, с. 70-72 (прототип).

gputne с

Составитель Е. Поляков Редактор В. Иванова Техрец О.Неце Корректор Л. Бокшан

Заказ 1150/69 Тираж 708 Поцписное

ВНИИПИ Госупарственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

113035, Моксва, Ж 35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгороц, ул, Проектная, 4