Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социапмстичесинх

Реснубнии

Оп ИСАНИЕ

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)890330 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 5. 04.80 (2! ) 2910672/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл. а 01 V З/OS зееуАврстеенпый квинтет

СССР по Аеиеи изобретений и открытий

Опубликовано 15 . 12.81 ° Бюллетень At 46

Дата опубликования описания 15. 12.81 (53) УДК 550.837 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.А.Попов, В.В.Сушкевич, А.А.Рыжов, Ц,Н.Шарапанов, Л.З.Бобровников и N.Â.Àëàäèíñêèé „.:

° t . :Л1 ;

;с

Московский ордена Трудового Красно о наи вйи геологоразведочный институт им. Се го Ощуриикидзе .!

1 (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЗОНДИРОВАНИЙ В ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к техничес кой физике и может быть применено в геоэлектроразведке при выполнении вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) методами сопротивлений и вызванной поляризации (ВП).

Известен способ выполнения ВЭЗ при геоэлектроразведке, заключающийся. в том, что на объекте исследований располагают заземленную линию с малым разносом, симметрично относительно центра этой линии располагают пару приемных электродов, соединяют электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, который располагают в центре питающей линии, пропускают в землю ток, измеряют возникающую разность потенциалов, затем многократно повторяют укаэанный цикл при последо вательном увеличении разносов питаь кицей и приемной линий и фиксированном положении генераторно-измерительного блока в центре питающей линии. Устройство для осуществления этого способа содержит генератор постоянного тока и электроразведочный осциллограф (11.

Недостатком этого технического решения является то, что оно не позволяет обеспечить высокую производительность измерений из-за необходимости многократных перемещений заземлений питанхцей линии.

Известен также способ выполнения

ВЭЗ, заключакхцийся в том, что на объекте исследований располагают заземленную питающую линию, расстоя ние между заземлениями которой превышает трехкратную максимальную глубину. исследований, и множество рас- положенных симметрично относительно центра питакхцей линии пар приемных электродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, расположенным в центре питающей линии, пропускают через питающую линию ток и из890330 4 меряют ток и разность потенциалов между каждой парой расположенных симметрично относительно центра питающей линии приемных электродов. Для осуществления этого способа может быть использована многоканальная электрораэведочная станция, содержащая несколько измерительных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные датчики и усили" тели, подключенные к последовательно включенным коммутатору каналов, аналого-цифровому преобразователю . (АЦП) и регистратору, причем в каж-. дом канале между усилителем и коммутатором включен следящий.АЦП, между

АЦП и регистратором включен сумма- . тор, к входам которого подключены выходы следящих АЦП, а к управляющим входам всех блоков подключены выходы системы синхронизации и управления. Данный способ выполнения

В33 пазволяет при одной раскладке питающей линии выполнить .весь цикл

1 зондирований, что значительно повышает производительность работ (21.

Недостатком известного технического решения является недостаточная эффективность технологического процесса выполнения зондирований, обусловленная двумя причинами, Во-первых, при данном способе зондирований приемные электроды в количестве 3040 штук располагаются в виде двух групп, сосредоточенных вблизи заземлений питающей линии. В центральной части питающей линии, на участке, равном половине длины питающей линии, приемных электродов нет, и именно здесь располагается генераторноизмерительный блок. Из-за того, что почвенный слой в различных точках является разным, невозможно сразу обеспечить хорошие условия заземления для всех 30-40 неполяризующихся электродов, в связи с чем для подготовки заземлений обслуживающий пер-. сонал вынужден периодически перемещаться из одного конца питающей линии к другому, что приводит к увеличению затрат времени, к увеличению числа обслуживающего персонала и т.д. Вовторых, даже при длине питающей линии в 500 м для соединения всех приемных электродов. к генераторно-измерительному блоку, расположенному в центре питающей линии, требуется не меньше 16 км проводов, оборудованных в "косу". Масса такой "косы" превы10

55 шает 200 кг, ее невозможно перетаскивать вручную, при смотке и размотке выводы обрываются, что значительно усложняет технологический процесс выполнения зондирований.

Устройство для осуществления данного способа не обеспечивает необходимой точности измерений в широком динамическом диапазоне входных сигналов, так как приемные электроды располагаются как в непосредственной близости от питающих электродов (до

10-15 см), так и на значительном расстоянии от них (до 1-2 км), то на измерительный блок одновременно поступают сигналы с амплитудой от десятков вольт до нескольких сот микровольт, а кроме того, сигналы естественного поля. Для регистрации этих сигналов по тому алгоритму, который предусмотрен в известном устройстве АЦП должен иметь 20-25 разрядов, что невозможно осуществить.

Целью изобретения является повышение эффективности технологического процесса выполнения зондирований.

Для достижения этой цели согласно способу выполнения вертикальных электрических зондирований при геоэлектроразведке, заключающемуся в том, что на объекте исследований размещают заземленную питающую линию, расстояние между заземлениями которой превышает трехкратную максимальную глубину исследований, и мйожество приемных электродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, с помощью которого пропускают через питающую линию ток, и измеряют ток и возникающую в земле разность потенциалов, вначале располагают генераторно-измерительный блок у первого заземления питакицей линии и измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных меиду центром и первым заземлением питающей линии относительно дополнительного приемного электрода, который располагают в произвольной точке в пределах средней части питающей линии, затем перемещают генераторно-измерительный блок ко второму заземлению питающей линии, измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и вторым заземлением питающей линии относительного того же дополнитель890330 6 б0 б$

$0

S$ ного приемного электрода, положение которого сохраняют неизменным, и по полученным параметрам судят о глубинном строении объекта исследований.

В устройство для осуществления способа, содержащее коммутатор, ко входам которого подключены входные клеммы, а к выходу-блок согласования, аналогово-цифровой преобразователь, выход которого соединен с регистратором, систему синхронизации и управления, выходы которой соединены с управляющими входами коммутатора, аналогово-цифрового преобразователя, регистратора и генераториого блока, введены цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого включен между выходом блока согласования и входом

АЦП, оперативное запоминающее устройство, выходы которого соединены со входами ЦАП, а управляющие входы — с выходами системы синхронизации и управления, причем вспомогательный выход АЦП соединен со. входом системы синхронизации и управления.

На фиг. 1 изображена схема измерительной установки для осуществления способа на фиг. 2 - устройство для осуществления способа.

Как показано на фиг. 1, в точках

A и 5 исследуемого объекта расположены заземления питающей линии, а в то.ках а,5, Ь, Ъ, а,Е,ж, 3,И

g, A,t4, 11 — пары приемных электродов. и произвольной точке О в средней части питающей линии установлен дополнительный электрод, а вблизи питающего электрода A — генераторно-измерительный блок (ГИБ), который соединен с группой приемных электродов и с питающими электродами.

Устройство для осуществления спосо6а (см. фиг. 2) содержит входные клеммы 1, соединенные с коммутатором

2, выход которого через блок 3 согласования, .ЦАП 4,, АЦП 5 соединен с регистратором 6, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), входы которого соединены с выходом системы В синхронизации и управления, а выходысо входами цифро-аналогового преобразователя, и генераторный блок 9, соединенный с системой 8 синхронизации и управления, выходы кото ой соединены также с коммутатором 2 АЦП 5 и регистратором 6, а вспомогательS

1$

2$

3$ ный выход аналогово-цифрового преобразователя 5 соединен со .входом системы 8 синхронизации и управления.

Сущность способа заключается в следующем.

На объекте исследований в заданных точках, где требуется определить глубинное строение участка, располагают заземленную питающую линию, расстояние между заземлениями А и ф которой (см. фиг. I) превышает трехкратную максимальную заданную глубину исследований. На участке между заземлениями Д и размещают множество приемных электродов а,б,в...,м,н и дополнительный электрод, расположенный в произвольной точке О в средней части питающей линии AS . Приемные электроды вначале располагают, например, между центром питающей линии и заземлением А, так что расстояние А =0,1 м; А0 =Os15 м1AS =0,2м;

А1,=0,25 м; А =О,З м; Ав =0,45 м

111=150 м; Д0 =240 м. К приемным электродам подключают "косу", соединяющую эти электроды с ГИБ, который располагают вблизи заземления A . .Так как основная группа приемных электродов расположена вблизи заземления оператор ГИБ может быстро и оперативно устранить неполадки в выполнении заземлений приемных электродов, К ГИБ подключают также питающую линию ДЬ . Проверив стабильность потенциалов каждого из приемных электродов и скомпенсировав естественную разность потенциалов между каждым из приемных электродов а,б,в,...м,н и электродом О, оператор включает ток в питающую линию, измеряет его величину и потенциал каждого иэ приемных электродов относительно допол" нительного приемного электрода О, Затем перемещают ГИБ ко второму заземлению ф питающей линии н соединяют его со второй группой приемных электродов а, Е, 9,..., й, и расположенных между центром питающей линии и заземлением S (эти электроды могут быть либо перемещены после окончания первого цикла измерений от заземпения Д, либо при конвейерной технологии, заранее размещены на этом участке). Положение дополнительного электрода О сохраняют неизменным. К ГИБ подключают также вновь питающую линию AS . Оператор вначале контролирует качество выполнения заземлений приемных

: 890330!

35 электродов и стабильность собственной разности потенциалов электродов, затем компенсирует разность потенциалов естественного поля между каждым из приемных электродов а, 5

6,Ь....М,н и электродом О, включает ток в питающую линию AS, измеряет

его величину и потенциал каждого из приемных электродов относительно дополнительного приемного электрода О . На этом выполнение зондирования заканчивается.

В процессе обработки результатов измерений вычисляется разность потенциалов для каждой одноименной пары приемных электродов, расположенных симметрично относительно центра питающей линии, т.е. для электродов ас!,56t55 1д., ° ° °,!Чл, HH. Полученная разность потенциалов для каждой пары электродов содержит информацию о разной глубине исследования: чем ближе приемные электроды располагаются к питающим, тем меньшая глубина исследований получается для той пары электродов, которая расположена в средней трети питающей линии АВ,, т. е. при длине чн = — AB . При даль I нейшем уменьшении расстояния между приемными электродами информация о большей глубине практически не получается, поэтому такое уменьшение расстояния нецелесообразно.

По полученным отношениям разностей потенциалов к току для разных длин приемных линий получают мощности и удельные сопротивления слоев, слагающих изучаемый геоэлектрический разрез, а также их поляризуемости, по которым и судят о глубинном строении объекта исследований.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Перед началом работы к входным клеммам 1 подсоединяют (через "косу") приемные электроды с!,6,B, °,w,!!, I а также дополнительный электрод О а к генераторному блоку 9 — питающую линию AB . Работа устройства осуществляется в трех режимах по командам, вырабатываемым системой 8 синхронизации и управления. В первом режиме осуществляется компенсация разности потенциалов естественного поля и собственной поляризации приемных электродов относительно дополни- 55 тельного электрода О который является общим для каждого из других приемных электродов. В режиме компенсации по команде из системы 8 в АЦП 5 источник опорного напряжения отключается, а опорный вход АЦП соединяется с общей шиной устройства, к которой подключен и электрод О.

Кроме того, регистратор 6 блокируется, в него не заносится никакая информация. По команде из системы

8 синхронизации и управления коммутатор 2 подключает через согласующий блок 3 выход первой приемной линии через ЦАП 4 ко входу АЦП 5.

В данном режиме АЦП 5 выполняет функции нуль-индикатора: когда суммарное напряжение, равное сумме разности потенциалов в первой приемной линии и напряжения на выходе ЦАП 4, станет равным нулю, из вспомогательного выхода АЦП 5 на систему 8 синхронизации и управления поступает запрещающий импульс, прекращающий изменение напряжения на выходе ЦАП 4.

Блок 3 согласования предназначен для развязки приемных линий и ЦАП

4 представляет собой усилитель (повторитель) с высоким входным и низким выходным сопротивлением.

ЦАП 4 представляет собой многоразрядный (до 20-25 разрядов) неградиуированный преобразователь, позволяющий с высокой степенью дискретности, скомпенсировать естественную разность потенциалов. В состав ЦАП 4 входят ключи, резистивная матрица и операционный усилитель.

Выход операционного усилителя и блока 3 согласования через суммируф ющие резисторы подключен ко входу

АЦП 5, Управление работой ЦАП 4 осуществляется через ОЗУ 7 от системы

8 синхронизации и управления. ОЗУ 7 имеет столько выходов, сколько разрядов имеется в ЦАП 4, например, 20.

Одновременно с подключением первой приемной линии ко входу блока 3 на адресный вход ОЗУ 7 с системы

8 управления поступает команда на запись информации в первую строку

ОЗУ (в исходном состоянии во все ячейки ОЗУ занесен низкий уровень сигнала, т.е. "логический 0") . В режиме записи информация, которая записывается в ОЗУ, одновременно поступает на выходы ОЗУ, т.е. на выходы ключей ЦАП 4 (например, для ОЗУ, выполненных на интегральных микросхемах 565, 527 и других серий). Компенсация осуществляется в режиме пораэ890330 10

Формула изобретения рядного уравновешивания: с системы

8 управления в ячейки ОЗУ 7 поочеред.но поступают сигналы высокого уровня (" логическая l"), начиная с ячейки, подключенной к старшему разряду

ЦАП 4. Если происходит перекомпенсация, то по сигналу, поступающему со вспомогательного выхода АЦП 5, система 8 управления вместо сигнала

"логическая 1" подает в соответствующую ячейку ОЗУ 7 сигнал "логический 0", а затем в ячейку более младmего разряда сигнал "логическая 1" и так до тех пор, пока не сработает младщий разряд ЦАП 4.

После этого компенсация естественного поля (ЕП) в первом канале окончена, на адресный вход ОЗУ 7 из системы 8 управления поступает команда смены адреса, к входам ЦАП 4 подключаются ячейки второй строки

ОЗУ 7, а коммутатор 2 подключает вторую приемную линию к блоку 3 согласования, после чего аналогичным образом производится компенсация. ЕП во втором канале, и т.д. до тех пор, пока все каналы не будут опрошены.

При этом информация о том, какой код ЦАП 4 соответствует сигналу ЕП в каждой приемной линии, хранится в соответствующих ячейках ОЗУ 7.

Второй режим работы устройства— режим контроля стабильности собственной разности потенциалов приемных электродов. В этом режиме к опорному входу АЦП 5 по команде из системы 8 управления подключается опорный источник, включается регистратор 6, нй ОЗУ 7 подается команда считывания, коммутатор 2 подключает соответствующий опрашиваемый канал, а на входы ЦАП 4 из соответствующих ячеек ОЗУ 7 поступает код, ранее соответствовавший полной компенсации ЕП в данном канале. Если при этом показания . регистратора 6 близки к нулю и не выходят за рамки заданной погрешности, условия заземления считаются хорошими, а в противном случае оператор дает команду улучшить состояние заземления того или иногс электрода, после чего вновь производится компенсация ЕП и контролируется стабильность электрода.

Третий режим работы устройства— режим собственно измерений. Он, отличается от режима контроля только

1тем, что предварительно от генера15

4S

55 торного блока 9 в питающую линию АВ пропускается ток, величина которого измеряется, и в режиме измерений на выходах приемных линий имеется полезный сигнал, который измеряется с помощью АЦП 5 и регистрируется в регистраторе 6.

1. Способ выполнения вертикальных электрических зондирований в геозлектроразведке, заключающийся в том; что на объекте исследований размещают заземленную питающую линию, расстояние между заземлениями которой превышает трехкратную глубину исследований, и множество приемных электродов, соединяют приемные электроды и питающую линию с генераторно-измерительным блоком, с помощью которого пропускают через питающую линию ток, и измеряют ток и возникающую в земле разность потенциалов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности зондирований, вначале располагают генераторно-измерительный блок у первого заземления питающей линии и измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и первым заземлением питающей линии относительно дополнительного приемного электрода, который располагают в произвольной точке в пределах средней части питающей линии..затем перемещают генераторно-измерительный блок ко второму заземлению питающей линии, измеряют потенциал каждого из приемных электродов, расположенных между центром и вторым заземлением питающей линии относительно того же дополнительного приемного электрода, положение которого сохраняют неизменным, и по пог ученным параметрам судят о глубинном строении объекта исследований.

2. Устройство для осуществления способа по п., 1, содержащее коммутатор, ко входам которого подключены входные клеммы, а к выходу — блок согласования, аналогово-цифровой преобразователь, выход которого соединен с регистратором, систему синхронизации и управления, выходы которой соединены с управляющими входами коммутатора, аналогово-цифрового преобразователя, регистратора и

9Ьа 8

ВНИИПИ Заказ 10985/75 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 генераторного блока, о т л и ч а — ю щ е е с я тем, что,,с целью повьпиекия точности измерений, в него введены цифро-аналоговый преобразователь, выход которого включен между вьиодом блока согласования и входом аналогово-цифрового преобразователя, оперативное запоминающее устройство, выходы которого соединены со входами цифра-аналогового преобразователя, а управляющие входы — с выходами системы синхронизации и управления, причем вспомогательный выход анало890330 12 гово.-цифрового преобразователя соединен со входом системы синхрониза-,. ции и управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Якубовский lO.В., Ляхов Л.Л.

Электроразведка, M., "Недра", 1974, с, 103-109.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2661027/18-25, кл. 6 О1 V 3/08, 28.08.73 (прототип) .