Способ геофизической разведки

Способ геофизической разведки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к геофизике, а именно к области электромагнитной разведки с использованием измерений естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ), и может быть использовано для обнаружения структурных и литологических неоднородностей в земной коре, для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, в том числе месторождений углеводородов.

Известен способ магнитотеллургической разведки для поиска нефтяных и газовых месторождений [RU 1777449 С, МПК 6 G01V 3/08, опубл. 1995.03.27], согласно которому синхронные измерения компонент магнитотеллургического поля выполняют в ограниченном целевом частотном диапазоне, соответствующем перспективному стратиграфическому или глубинному интервалу разреза. При обработке по импедансным и адмитансным оценкам по нескольким независимым решениям на каждой частоте получают магнитотеллургические параметры t и m, связывающие электрические и магнитные поля в полевой и базисной точках, оценивают их почастотные погрешности. Корректируют параметры по допустимым пороговым отклонениям от среднего, рассчитывают погрешности и сравнивают их для выборок без коррекции и с коррекцией. Фиксируют выборки с минимальными погрешностями параметров на каждой частоте. В дальнейших частотах используют только эти выборки. По текущим значениям магнитотеллургических параметров в выборках с минимальными их погрешностями рассчитывают текущие значения на каждой частоте параметров Z^A=t/m; Z^a,i=0,5t/(m-0,5) их средние значения и почастотные погрешности. По средним значениям строят частотные характеристики параметров t, m, Z^a, Z^a,i, ΔZ^a, а также их графики или карты на наиболее информативных частотах целевого диапазона. Получают также графики или карты интегральных характеристик параметров t^u, m^u на целевых частотах, представляющих произведение значений данного параметра на двух или нескольких периодах в каждой точке профиля (площади). По комплексу полученных параметров судят о наличии и распределении геоэлектрических неоднородностей в пределах изученного стратиграфического интервала разреза на площади, а по оценкам погрешностей параметров - о достоверности и точности их выявления.

Однако в этом способе не учитывается, что регистрируемые поля создаются как атмосферными, так и литосферными источниками, а в регистрируемом сигнале подавляющая доля импульсов поступает от источников, находящихся за пределами площади работ и не несет информацию о ее геологическом и геофизическом строении. Поэтому высока погрешность измерений, а способ мало пригоден для геофизической разведки нефти и газа.

Известен способ геоэлектромагнитной разведки, при котором осуществляют регистрацию сигналов естественного электромагнитного поля Земли по электрической составляющей в диапазоне сверхдлинных волн [RU 2119680 С1, МПК 6 G01V 3/08, G01V 3/11, опубл. 1998.09.27]. В процессе измерений перемещают приемную антенну параллельно поверхности земли, выделяют из всего зарегистрированного спектра, по меньшей мере, одну узкую полосу частот. Регистрацию сигналов естественного электромагнитного поля Земли проводят по регистрации его шумовой компоненты. В выделенной узкой полосе измеряют фазовый сдвиг сигнала в процессе движения приемной антенны относительно значения его же фазового сдвига в начальной точке движения. По изменению фазового сдвига судят о неоднородности в грунте.

Это изобретение применимо для обнаружения неоднородностей на глубине, не превышающей нескольких метров, и непригодно для обнаружения месторождений нефти и газа. Регистрируемый шумовой сигнал крайне нестабилен во времени. Поэтому временные изменения фазы в процессе профильных измерений могут быть ошибочно интерпретированы как пространственные изменения, связанные с наличием неоднородности в грунте. Для уменьшения вероятности подобных ошибок требуются многократные повторные измерения одного и того же профиля.

Известен способ пассивной геофизической разведки, основанный на измерении с помощью антенны крайне низкочастотных электромагнитных полей, испускаемых поверхностью Земли [AU 718742 В2, МПК 7 G01V 3/08, G01V 3/12, опубл. 2000.04.20]. По данному способу регистрацию сигнала ведут в различных узких диапазонах частот, каждая из которых соответствует определенной глубине от поверхности Земли. Перестраивая частоту приема сигнала, судят о наличии неоднородностей в земной коре и глубине залегания этой неоднородности.

Недостатком этого способа является то, что регистрируют интегральный сигнал от всех источников и не осуществляют последующую сортировку сигнала на импульсы местного происхождения и импульсы от удаленных источников, не имеющих отношения к интересующей территории. Поэтому подавляющая доля зарегистрированного сигнала не связана с конкретной точкой площади работ и не несет информации о геологическом строении такой точки.

Известен способ геофизической разведки [Малышков С.Ю., Малышков Ю.П., Ростовцев В.Н. Картирование месторождений углеводородов по параметрам естественного импульсного электромагнитного поля Земли. В сб. Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. К созданию общей теории нефтегазоносности недр. Книга 1. М: ГЕОС, 2002. - с.350-354]. Согласно этому способу измеряют интенсивность естественного импульсного электромагнитного поля Земли и среднюю амплитуду импульсов в различных точках обследуемой территории. Интенсивность импульсного потока регистрируют в очень низком частотном диапазоне волн с преимущественным приемом сигнала в направлениях север-юг и запад-восток. Строят графики изменения измеренных характеристик вдоль профиля. К перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности потока импульсов ЕИЭМПЗ и пониженными значениями их средней амплитуды.

Известен способ поиска и картирования месторождений углеводородов [Перспективные технологии и новые разработки. http://www.sibpatent.ru/default.asp?khid=51487&code=385719&sort=1], выбранный в качестве прототипа, включающий проведение измерений интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в различных точках обследуемой территории, при этом измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных направлениях приема сигнала с помощью многоканальных геофизических регистраторов, определяют пространственные вариации параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля работ, по которым дают геологическую интерпретацию полученных результатов, причем к перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности ЕИЭМПЗ, при этом один регистратор используют в качестве неподвижной базовой станции, а другие - в качестве маршрутных. Определение пространственных вариаций параметров ЕИЭМПЗ станции осуществляют путем удаления из показаний маршрутных станций временных вариаций ЕИЭМПЗ, измеренных базовой станцией.

В этих способах не учитывается факт, что в потоке регистрируемых импульсов всегда присутствует доля атмосфериков, импульсов, связанных с местной и тропической грозовой активностью. Атмосферики не несут информации о глубинном строении земной коры, являются помехой при выявлении структурных и литологических неоднородностей земной коры.

Поэтому необходимы меры по снижению ошибок, вызванных присутствием атмосфериков, импульсов, зародившихся за пределами точки измерения, и импульсных помех другого происхождения. Важно учитывать, что снижение интенсивности сигнала и уменьшение амплитуды импульсов, предлагаемые в способе-прототипе в качестве критериев нефтегазоносности, часто бывают связаны не с наличием неоднородности в земной коре, а с чисто временными вариациями сигнала. Временные вариации ЕИЭМПЗ содержат как периодические вариации (полусуточные, суточные, годовые и др.), так и апериодическую компоненту. Причинами апериодических вариаций, прежде всего, являются тектонические процессы в земной коре. Движение тектонических блоков, их объединение или разъединение, проскальзывание относительно друг друга и т.д. сопровождается активизацией или подавлением потока импульсов из литосферы. Например, процессы подготовки сильного землетрясения могут нарушать ритмичность движения земной коры в течение нескольких суток в радиусе 1000 и более километров, изменять в несколько раз интенсивность регистрируемого потока импульсов. Крупные геологические неоднородности, например трансконтинентальные разломы и крупные разрывные нарушения, могут изменять интенсивность регистрируемого потока импульсов и их амплитуду на удалении десятков километров от данной неоднородности. Поэтому при изучении конкретной территории надо учитывать только импульсы «местного» происхождения. Следовательно, способы геофизической разведки, основанные на регистрации ЕИЭМПЗ, должны предусматривать специальные мероприятия по «сортировке» импульсов далекого и местного происхождения, удалению временных вариаций, выделению пространственных вариаций только тех импульсов, источниками которых являются геологические структуры, непосредственно расположенные на изучаемой территории.

Задачей изобретения является обнаружение и картирование структурных и литологических неоднородностей земной коры на основе измерений параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли: геологических разломов и мест их пересечений, трещин, границ разнородных пород, углеводородных ловушек, включая ловушки неантиклинального типа, для которых существующие способы геофизической разведки малоэффективны.

Поставленная задача решена за счет того, что способ геофизической разведки, так же как в прототипе, включает проведение синхронных измерений интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в различных точках обследуемой территории, при этом все измерения ведут в диапазоне очень низких частот не менее чем в двух различных направлениях приема сигналов с помощью устройств для регистрации параметров ЕИЭМПЗ, причем одно неподвижное устройство используют в качестве базового, а другие - в качестве маршрутных, определяют пространственные вариации параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля работ путем удаления из показаний маршрутных станций временных вариаций ЕИЭМПЗ, измеренных базовым устройством, построение графиков пространственных изменений интенсивности полей вдоль профиля работ, по полученным пространственным вариациям параметров ЕИЭМПЗ дают геологическую интерпретацию полученных результатов, причем к перспективным территориям, содержащим нефть или газ, относят территорию с аномально низкими значениями интенсивности ЕИЭМПЗ.

Согласно изобретению дополнительно регистрируют момент прихода импульсов естественного импульсного электромагнитного поля Земли и их количество. При этом вначале антенны n-устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли, где n=2, 3, 4, …, устанавливают на расстоянии не более 1 м друг от друга. Для одинаковых каналов приема ориентируют антенны в одинаковых заданных направлениях пространства. Настраивают чувствительность каналов по типичному суточному ходу ЕИЭМПЗ. Сравнивая друг с другом показания устройств, выравнивают чувствительности каналов, принимающих сигналы с одинаковых направлений, регулируя коэффициенты ослабления и величины опорных напряжений. Полученные параметры настройки устройств запоминают. Затем проводят синхронные измерения временных вариаций полей всеми устройствами в течение рабочих часов, определяют средние значения интенсивности для каждого устройства и каждого направления приема сигналов, строят графики изменения средней интенсивности от времени. Сравнивая полученные графики между собой, сортируют устройства на реперные и маршрутные. В качестве реперных выбирают те устройства, показания которых близки к средним значениям показаний всех устройств. Среди реперных устройств выбирают базовое устройство, зарегистрировавшее наиболее близкие значения интенсивности сигнала к средним значениям показаний реперных устройств. Для всех устройств и каждого направления приема сигнала определяют поправки на неидентичность устройств, характеризующие изменение в течение суток или рабочих часов отношения среднего значения интенсивности сигнала данного устройства к среднему значению интенсивности сигнала по соответствующему направлению приема, базового устройства, строят графики этих зависимостей, сглаживают их скользящим окном такой длительности, чтобы они не имели острых скачков. Затем устанавливают реперные устройства, включая базовое, в выбранных точках обследуемой территории, ориентируют антенны их одинаковых каналов приема в одинаковых заданных направлениях пространства. Используя параметры, определенные при настройке, по сигналу точного времени проводят измерения в непрерывном режиме, с заданной дискретностью опроса каналов. Затем, используя маршрутные устройства, проводят профилирование, причем ориентируют их антенны в пространстве так, чтобы их ориентация совпадала с ориентацией антенн реперных устройств, а параметры настройки и измерения соответствовали ранее выбранным значениям. Используя графики поправок, в показания всех устройств вносят поправки на неидентичность, в соответствии с направлением приема сигнала и временем измерения. Определяют вариации измеренных параметров ЕИЭМПЗ вдоль профиля путем удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций, зарегистрированных реперными устройствами. Делают вывод о наличии геофизической аномалии на изученном профиле, картируют границы аномалий и дают геологическую интерпретацию полученных результатов. При этом наличие структурных и литологических неоднородностей оценивают по изменению интенсивности сигнала. Разрывные нарушения обнаруживают по повышенным значениям интенсивности сигнала, причем крупные и трансконтинентальные разломы повышают интенсивность сигнала в районе берегов и понижают интенсивность сигнала в осевой зоне. При картировании границ месторождений углеводородов или других полезных ископаемых сравнивают показания маршрутных устройств с показаниями реперных, которые устанавливают на продуктивной территории и считают продуктивными те территории, где регистрируемые параметры незначительно отличаются от параметров, регистрируемых реперными устройствами, остальные территории относят к малопродуктивным. По границам продуктивных и малопродуктивных территорий очерчивают границу месторождения. В случае если информация о продуктивности территории отсутствует, то проводя вышеуказанные измерения, определяют территории с максимально низкой и максимально высокой интенсивностью ЕИЭМПЗ, затем, используя другие способы геофизической разведки или бурение, определяют в одной из найденных аномальных территорий наличие нефти или газа, по полученным комплексным результатам делят оставшуюся территорию на продуктивную и непродуктивную. К продуктивным территориям относят те, где регистрируемые устройствами параметры незначительно отличаются от параметров, зарегистрированных устройствами на территориях с наличием нефти или газа. Остальные территории относят к малопродуктивным.

Устройства для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли осуществляют фильтрацию сигналов в нужной полосе частот и с нужной амплитудой, а также регистрацию момента прихода, амплитуду и форму импульсов естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Этим обеспечивается удаление малоинформативных сигналов уже на стадии их регистрации.

Выделение литосферной составляющей сигнала, уменьшение доли атмосфериков, импульсов помехи и импульсов далекого не местного происхождения достигается оптимальной настройкой чувствительности устройств.

Удаление временных вариаций полей и сортировку импульсов местного и далекого происхождения измерения осуществляют несколькими синхронно работающими устройствами для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Их число не может быть меньше двух.

Одни устройства являются неподвижными, реперными, и регистрируют только временные вариации электромагнитных полей. С помощью других, маршрутных, устройств проводят измерения параметров импульсов, связанных как с временными, так и пространственными вариациями интенсивности ЕИЭМПЗ по маршрутам (профилям), пересекающим исследуемую территорию. Вывод о наличии или отсутствии геофизических аномалий, углеводородных ловушек и т.п. на обследуемой территории делается путем определения пространственных вариаций электромагнитных полей после удаления из показаний маршрутных устройств временных вариаций полей.

Измерения параметров ЕИЭМПЗ могут быть осуществлены одним или несколькими операторами в пешем варианте или с использованием любого вида наземного транспорта.

Интенсивность потока литосферных импульсов определяется двумя условиями: наличием структурных и литологических неоднородностей в земной коре вблизи устройства для регистрации естественного электромагнитного поля Земли и активностью процессов, приводящих в движение эти неоднородности и их границы.

Каждая геологическая структура обладает своей излучательной способностью. Так, например, геологические разломы отличаются от окружающего пространства повышенной интенсивностью сигнала на бортах разломов и некоторым снижением интенсивности в осевой зоне разлома, заполненной, как правило, глинкой трения. Ширина зоны с аномальными характеристиками электромагнитных полей при пересечении глубинных геологических разломов может достигать в поперечнике нескольких сотен метров. Мощные трансконтинентальные разломы создают аномальную зону шириной несколько километров и даже несколько десятков километров. Мелкие разрывные нарушения в земной коре или границы разнородных пород проявляются в виде пиков повышенной интенсивности сигнала в пределах нескольких метров или десятков метров. Границы рудных тел и их территория могут выявляться в окружающем пространстве либо повышенными, либо пониженными значениями интенсивности сигнала.

Территории перспективные по возможному содержанию углеводородов (углеводородные ловушки) имеют свои характерные признаки. Месторождение в большинстве случаев окружено «ореолом» территории с повышенной интенсивностью естественного электромагнитного поля земли. Тогда как над самим месторождением углеводородов регистрируется сигнал с более низкими значениями интенсивности потока импульсов. Эти признаки указывают, что имеющиеся в данном месте геологические структуры малоподвижны, разрывные нарушения либо отсутствуют, либо герметично запакованы. Именно такие структуры могут обеспечить возможность накопления углеводородного сырья. Бывают и исключения из этого правила, когда по одному направлению приема сигнала регистрируется снижение, а по другому направлению - возрастание характеристик регистрируемого поля.

Поскольку регистрируемый поток импульсов определяется пространственно-временными вариациями, то в случае выполнения геофизических работ для получения информации о строении земной коры из зарегистрированного сигнала должны быть удалены временные вариации полей и оставлены только пространственные вариации.

Как показали наши многолетние исследования, временные вариации естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне очень низких частот определяются суточными и годовыми ритмами движения земной коры. Эти ритмы имеют четкие суточные ходы, зависящие от календарной даты и географических координат местности, ее геофизических особенностей. Поэтому настройку устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли на оптимальную чувствительность осуществляют непосредственно в районе предстоящих полевых работ перед их началом. Для настройки используют специальные тарировочные зависимости, полученные на основе анализа наших многолетних исследований естественного импульсного электромагнитного поля Земли в различных регионах Евразии.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с другими известными способами геофизической разведки обусловлены двумя основными факторами.

1. Высокой проникающей способностью электромагнитных волн в диэлектрических материалах и особенно в приземном слое атмосферы.

Этот фактор обеспечивает сбор информации с больших территорий и большого объема массива горных пород, тогда как все остальные способы основаны на регистрации сигнала в некоторой точке поверхности. Следовательно, повышается вероятность обнаружения крупных геологических неоднородностей, таких как месторождения нефти и газа, даже при глубоких уровнях залегания.

2. Источниками сигналов в горных породах являются литологические и структурные неоднородности, генерирующие сигнал за счет микродвижения горных пород, вызванных естественными процессами в земной коре.

Этот фактор обеспечивает, во-первых, экологичность метода, но что особенно важно, избирательную чувствительность к границам всевозможных геологических структур. Именно границы разнородных пород чаще всего интересуют специалистов при поиске и разведке любого месторождения. Не менее важно, что именно к областям структурных нарушений земной коры, обладающим повышенной излучательной способностью в диапазоне радиошума, приурочено большинство месторождений различных полезных ископаемых.

Эти два фактора обеспечивают чрезвычайно высокую чувствительность способа к различным геологическим нарушениям. Чувствительность, например, к изменению относительных деформаций земной коры может достигать 10^-11, что на три порядка превышает чувствительности современных гравитационных и деформационных методов геофизики, как показано в работе [Малышков и др. Влияние литосферных процессов на формирование импульсного электромагнитного поля Земли. Прогноз землетрясений. // Вулканология и сейсмология, 1998, №1. с.92-10].

Таким образом, в основу заявляемого способа положены такие физические процессы в земной коре и горных породах, которые ранее не применялись для геофизической разведки. Предложенный способ геофизической разведки совмещает в себе положительные моменты электроразведочных и сейсморазведочных способов. Так натурные исследования и апробирование способа показали его чрезвычайно высокую чувствительность к наличию разрывных нарушений в земной коре, границам разнородных пород, в том числе и к структурам, плохо различимым в методах сейсморазведки. По сравнению с сейсморазведочными способами предлагаемый способ не требует специальной подготовки профилей, взрывных работ, выполняется несколькими операторами в пешем варианте или с использованием любого вида наземного транспорта. Значительно снижается трудоемкость, себестоимость и сроки выполнения геофизических работ.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства для регистрации естественного электромагнитного поля Земли.

На фиг.2 представлена блок-схема одного из каналов устройства.

На фиг.3 - блок-схема устройства управления.

На фиг.4 показаны типичные суточные изменения интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли для различных декад и месяцев года.

На фиг.5 - пример построения графика поправок на неидентичность устройств, где а), б) - суточные записи сигнала соответственно реперного и маршрутного устройств; в) - более подробный кусочек записи двух устройств; г) - суточный ход, зарегистрированный двумя устройствами по одному из приемных каналов; д) - соотношение сигналов (поправка на неидентичность устройств).

На фиг.6 приведен пример помехи, создаваемой близко проезжающим автомобилем, а) - исходная запись сигнала, в) - после удаления выброса значений.

На фиг.7 - результаты профильных измерений относительной интенсивности естественного электромагнитного поля Земли в районе Урбинского надвига в Томской области в различные годы, после удаления временных вариаций.

На фиг.8 показано изменение интенсивности ЕИЭМПЗ по маршруту, пересекающему геологический разлом.

На фиг.9 показано изменение интенсивности потока импульсов вдоль профиля, пересекающего два соседних месторождения нефти.

В таблице 1 приведен образец таблицы, заполняемой в процессе статистической обработки результатов измерения для каждого i-того маршрутного устройства по отношению к каждому j-тому реперному устройству и каждому каналу приема устройств.

В таблице 2 приведен образец таблицы, заполненной для получения итогового результата профильных изменений интенсивности ЕИЭМПЗ тремя маршрутными устройствами (4С, D6, С2) и тремя реперными устройствами (0А-базовая, 8D, BE) с последующим усреднением показаний всех станциям и одному из направлений ориентации антенн (запад-восток).

Способ геофизической разведки реализован с помощью устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли (фиг.1), каждое из которых содержит антенны приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю), в направлении запад-восток 2 (антенна З-В) и в вертикальном направлении 3 (антенна вертикальная), которые соответственно подключены к каналам приема магнитной компоненты сигнала в направлении север-юг 4 (канал 1), запад-восток 5 (канал 2), к каналу с круговой диаграммой направленности приема 6 (канал 3). Каналы 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) подключены к устройству управления 7, которое может быть подключено к последовательному порту компьютера 8 (ЭВМ).

Антенны для приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю), в направлении запад-восток 2 (антенна З-В) и в вертикальном направлении 3 (антенна вертикальная) относительно плоскости земной поверхности представляют собой магнитные ферритовые антенны, принимающие сигнал в диапазоне очень низких частот.

Каналы приема магнитной компоненты сигнала в направлении север-юг 4 (канал 1), запад-восток 5 (канал 2) и в вертикальном направлении 6 (канал 3) реализованы одинаково. Устройство одного из каналов показано на фиг.2.

Выход антенны для приема естественного импульсного электромагнитного поля Земли в направлении север-юг 1 (антенна С-Ю) подключен к входу предварительного усилителя 9 (ПУС), к которому последовательно подсоединены первый аттенюатор 10 (АТТ 1), первый усилитель 11 (УС 1), полосовой фильтр 12 (ПФ), второй аттенюатор 13 (АТТ 2), второй усилитель 14 (УС 2), повторитель 15 (ПОВТ). Выход второго усилителя 14 (УС 2) через компаратор 16 (КОМП) подключен к микроконтроллеру канала 17, который подключен к первому и второму аттенюаторам 10 (АТТ 1), 13 (АТТ 2), компаратору 16 (КОМП) и повторителю 15 (ПОВТ).

Микроконтроллер 17 канала подключен шинами связи и управления каналами к управляющему микроконтроллеру 18 (фиг.3) устройства управления 7.

Устройство управления 7 (фиг.3) содержит управляющий микроконтроллер 18, подключенный к зуммеру 19, кнопке запуска 20, оперативному запоминающему устройству 21 (ОЗУ), часам 22, контроллеру последовательного порта 23, который подключен к GPS навигатору 24. Контроллер последовательного порта 23 подключен к оперативному запоминающему устройству 21 (ОЗУ) и часам 22. Управляющий микроконтроллер 18 связан с компьютером 8 (ЭВМ).

Предварительный усилитель 9 (ПУС) может быть реализован на микросхеме ОР184. Аттенюаторы 10 (АТТ 1) и 13 (АТТ 2) реализованы на микросхеме AD7528LR. Усилители 11 (УС 1) и 14 (УС 2) реализованы на микросхеме ОР184. Полосовой фильтр 12 (ПФ) может быть выполнен на микросхеме ОР184. Повторитель 15 (ПОВТ) может быть выполнен на микросхеме ОР184. Компаратор 16 (КОМП) реализован на микросхеме AD8561. В качестве микроконтроллера канала 17 использован микроконтроллер типа ADuC841BS. Управляющий микроконтроллер 18 реализован на микросхеме АТ89С52. Зуммер 19 выполнен на базе пьезоэлектрического зуммера типа EFM-260. Кнопка запуска 20 типа КМ1. Оперативное запоминающее устройство 21 (ОЗУ) выполнено на микросхеме К6Х8008С2В. Часы 22 реализованы на микросхеме DS1687. Контроллер последовательного порта 23 реализован на микросхеме АТ89С4051. В качестве GPS навигатора 24 использован навигатор серии GARMIN.

Устройство регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли работает следующим образом.

Импульсные электромагнитные поля, генерируемые массивом горных пород в точке расположения устройства, принимаемые антеннами 1, 2, 3, поступают на входы соответствующих каналов 4, 5, 6, где происходит фильтрация импульсов в определенной полосе частот и по их амплитуде суммирование числа импульсов за заданный промежуток времени. Устройство управления 7 управляет работой всего устройства с помощью специализированной программы.

Устройство управления 7 через последовательный интерфейс типа RS-232 или RS-485 может быть подключено к компьютеру 10 (ЭВМ) для записи программ, установки режимов измерений на стадиях настройки устройства перед началом измерений. Устройство управления 7 осуществляет прием/передачу данных из/в компьютер после завершения профильных измерений, синхронизирует работу каналов 4, 5, 6 с помощью часов 22 реального времени, программирует параметры усилительных трактов различных каналов устройства, считывает цифровые данные из каналов 4, 5, 6 и сохраняет их в ОЗУ 21.

Управление каналами 4, 5, 6 осуществляют через последовательный высокоскоростной интерфейс. Данные измерения хранятся в оперативном запоминающем устройстве 21 (ОЗУ). Емкость ОЗУ 1 Мб. Возможно расширение ОЗУ до 4 Мб.

Вначале сигнал с антенны 1 поступает на предварительный усилитель 9 (ПУС), где происходит согласование по сопротивлению антенны с первым аттенюатором 10 (АТТ 1). В первом аттенюаторе 10 (АТТ 1) происходит ослабление амплитуды сигнала с сохранением его формы. Величину ослабления можно ступенчато регулировать в процессе настройки устройства регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (256 ступеней ослабления). Установку нужной ступени ослабления сигнала выполняет микроконтроллер канала 17 по команде с компьютера 8 (ЭВМ) через устройство управления 7, по команде оператора в процессе настройки устройства. После усиления первым усилителем 11 (УС 1) аналоговый сигнал поступает на вход полосового фильтра 12 (ПФ), который пропускает только сигнал в заданной полосе частот. Далее аналоговый сигнал в нужной полосе частот поступает на второй каскад усиления, состоящий из второго аттенюатора 13 (АТТ 2) и второго усилителя 14 (УС 2), где происходит последующее уменьшение амплитуды сигнала со ступенчатой регулировкой ослабления сигнала с помощью микроконтроллера канала 17. С выхода второго усилителя 14 (УС 2) усиленный и отфильтрованный аналоговый сигнал поступает на повторитель 15 (ПОВТ) и компаратор 16 (КОМП). Компаратор 16 (КОМП) сравнивает амплитуду поступивших сигналов с величиной опорного напряжения и формирует на выходе прямоугольные импульсы, в случае если поступившие сигналы превышают по амплитуде величину опорного напряжения. Регулировку опорного напряжения компаратора 16 (КОМП) производят с клавиатуры компьютера 8 (ЭВМ) при помощи микроконтроллера канала 17 на стадии настройки устройства. Регулировкой опорного напряжения удаляют импульсы с малой амплитудой. Они, как правило, представляют шумы аппаратурного происхождения, техногенные помехи, а также малоинформативные флуктуационные шумы природного происхождения. С компаратора 16 (КОМП) прямоугольные импульсы поступают на встроенные счетчики микроконтроллера канала 17, происходит подсчет числа импульсов, принятых антеннами 1, 2, 3, в заданный дискрет времени. С выхода второго усилителя 14 (УС 2) усиленный и отфильтрованный аналоговый сигнал поступает на повторитель 15 (ПОВТ), который предназначен для согласования выхода усилителя 14 (УС 2) с входом встроенного АЦП микроконтроллера канала 17. С помощью АЦП оцифровывают аналоговый сигнал измеряемого параметра ЕИЭМПЗ. Этот оцифрованный сигнал либо запоминают, либо определяют и запоминают амплитуду импульса. Таким образом, микроконтроллер канала 17 обеспечивает регистрацию текущего времени, количество импульсов и величину амплитуды первого импульса, пришедшего на данный канал в данный дискрет времени. С микроконтроллера канала 17 вышеперечисленная информация о ЕИЭМПЗ поступает в управляющий микроконтроллер 18 устройства управления 7. Устройство управления 7 с помощью последовательного интерфейса типа RS-232 или RS-485 осуществляет прием/передачу данных между компьютером 8 (ЭВМ) и устройством управления, осуществляет предварительную обработку аналоговых сигналов, синхронизирует работу всех измерительных каналов, программирует параметры усилительных трактов, считывает цифровые данные из каналов в буферную память, выполняет оцифровку аналоговых сигналов, поступающих из измерительных каналов.

Таким образом, на выходе устройства регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли в памяти компьютера 8 (ЭВМ) формируется файл, содержащий следующую информацию: календарную дату и текущее время, номер канала, число импульсов, пришедших на данный канал за один дискрет времени (1 сек, 10 сек, 1 мин и т.п.), устанавливаемый оператором перед началом измерений, амплитуду первого импульса, пришедшего на данный канал в данный дискрет времени, а также 128 оцифрованных значений формы первого импульса, зарегистрированного в данный дискрет времени.

Часы 22 осуществляют привязку времени прихода импульсов ЕИЭМПЗ к единому мировому времени. Установку часов осуществляют при помощи GPS навигатора 24 либо в момент запуска устройства, либо в момент нажатия кнопки запуска 20.

Зуммер 19 включается в момент нажатия кнопки запуска 20 и выключается после автоматического выключения устройства через заданное оператором время измерения на данном пикете. Своим звуковым сигналом он оповещает оператора о работе станции в режиме измерений.

Для каналов 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) разработана своя программа, которую загружают во встроенное электрически перепрограммируемое ПЗУ собственного микроконтроллера канала 17. Это позволяет быстро менять алгоритмы сбора и предварительной обработки данных.

Рассмотрим пример выполнения профильных измерений в районе Урбинского надвига в Томской области.

Использовали шесть устройств для регистрации параметров естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Антенны 1, 2, 3 этих устройств устанавливали на расстоянии не более одного метра друг от друга. С помощью компаса для одинаковых каналов приема 4, 5, 6 ориентировали антенны в одинаковых заданных направлениях пространства. Кнопкой запуска 20 включали все устройства, по сигналу точного времени с помощью часов 22, используя GPS навигатор 24.

В течение нескольких минут производили измерения интенсивности сигнала (количество импульсов за 1 сек (10 сек, 1 мин и т.п.) наблюдений). Результаты измерений запоминали в устройстве в виде файла и выводили на экран компьютера в виде таблицы замеров. При этом использовали специализированные программы, разработанные для данных устройств.

Затем осуществляли настройку каналов 4 (канал 1), 5 (канал 2), 6 (канал 3) каждого устройства на оптимальную чувствительность. При этом учитывали, что ритмичное движение земной коры, связанные с ним процессы генерации электромагнитных сигналов могут быть выявлены только при оптимальной чувствительности устройств для регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли.

Такие оптимальные чувствительности выявлены нами в результате многолетних наблюдений за вариациями ЕИЭМПЗ в различных регионах Евразии.

Чувствительность выбирали в соответствии с местными геофизическими условиями так, чтобы регистрируемая интенсивность сигнала была близка по своим значениям к интенсивности «типичного» суточного хода (фиг.4).

На фиг.4 показаны типичные изменения интенсивности ЕИЭМПЗ в течение суток для различных декад различных месяцев года, полученные нами на основании многолетних наблюдений за вариациями ЕИЭМПЗ в Прибайкалье.

При настройке чувствительности после нескольких мину