Способ вертикального электрического зондирования и устройство для его осуществления

Способ вертикального электрического зондирования и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЫДЕТЕЛЬСТВУ

Сотов Советских

Соцнаннстнческих

Респу6лнк

«i>987550 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(5t)NL. Кд.

G 01 Ч 3/02 (22)Заявлено 30.04.81 (2l) 3279779/18 25 с присоединением заявки №

Гасударственные кемитвт (23) П рис ритет

Опубликовано 07 . 01,83, Бктллетень № 1

Дата опубликования описания 07. 01. 83 ла делам изаервтенн» и аткрытий (53) УДК У0.83 (088.8) г

Н,Н.Шарапанов, В.А,Попов, А,А.Рьрков и В,В;6Ушкевич

--/

t

Всесоюзный научно-исследовател 1щий инот11Тут ( гидрогеологии и инженерной геологий (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при проведении геоэлектроразведочных работ в комплексе геофизических методов.

Известен способ выполнения вертикальных электрических зондирований при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают электрическое по1О ле с помощью питающей линии с фиксированным разносом и измеряют разность потенциалов между множеством пар точек, максимальное расстояние между которыми выбирают близким к разносу

15 питающей линии, Для осуществления этого способа может быть использована любая многоканальная электроразведочная станция (1 ).

Недостатком этого способа зонди рований является то, что при измерении вызванной поляризации в результаты измерений полностью входит погрешность, обусловленная изменениЪ

2 ем во времени собственных потенци" алов электродов приемных линий.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ выполнения вертикальных электри ческих зондирований при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое поле установкой 8еМНера (Шлюмберже)с постоянно изменяющимся разносом, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации после выключения тока измеряют на каждом разносе также с одной приемной линии, по величине сигнала- во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление для всех разносов, а по отношению сигнала вызванн1зй поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуеиость

987550

3 объекта.,Устройство для осуществления этого способа, содержит согласующий блок, ко входам которого под- ключено несколько пар входных клемм, и измеритель: сигналов, вход котоРого подключен к выходу согласующего блока 1.2 ).

Недостатком этого технического решения является низкая точность измерения кажущейся поляризуемости щ объекта на больших разносах питающей линии, что обусловлено изменениями во времени собственных потенциалов приемных электродов. Так как при больших разносах питающих линий сигналы вызванной поляризации невелики (единицы милль вольт), а изменения во времени собственной разности потенциалов приемных электродов. дости гает величины долей единиц милливольт, то погрешность измерения кажущейся поляризуемости может достигать 1004 и более, Цель изобретения — повышение точности измерений при больших разносах питающей. линии путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов электродов приемной линии.

Для достижения этой цели согласно способу вертикального электрическо го зондирования, заключающемуся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера (Шлюмберже)с по35 степенно изменяющимся разносом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линии с одной приемной линии, по величине сигнала во время пропускания тока ,определяют кажущееся удельное сопротивление объекта для всех разносов, а по отношению сигнала вызванной поляризации к сигналу so время пропускания тока на соответствующем разносе определяют кажущуюся поляризуемость объекта, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии несколько произвольных пар точек с наиболее благоприятными условиями заземления и преимущественно в направлении основной приемной линии располагают .между этими точками дополнительные приемные линии, ойределяют сумму сигналов во время пропускания тока и сумф му сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий, соответствующих данному разносу питающей линии и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во время пропускания тока судят о кажущейся поляризуемости объекта.

В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколько пар входных клемм, измеритель сигналов, один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока,и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов, введен многовходовый сумматор, входы которого соединены с выходами согласующего блока, а выход соединен со вторым входом измерителя сигналов.

На фиг. 1 представлена схема расположения измерительной установки для одного из разносов питающей линии, большего 60-120 м, на фиг, 2 - структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Как показано на фиг ° 1, установка содержит питающую линию с питающими электродами А и Б, основную приемную линию с приемными электродами

В и Г, расположенными на одной линии с электродами А и Б симметрично отно. сительно центра питающей линии, и несколько дополнительных приемных линий с дополнительными приемными электродами Д и Е, Ж и К, расположен-. ными произвольно на участке в средней трети питающей линии АБ.

Как показано на фиг, 2, устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор 1.тока, согласующий блок 2 ко входам которого подключены несколько пар входных клемм 3, измеритель 4 сигналов, многовходовый сумматор 5 и блок 6 управления> причем входы сумматора 5 соединены с выходами roãëàñóþùåãî блока 2, к первому входу измерителя

4 сигналов подключен один из выходов согласующего блока 2, ко второму входу - выход многовходового сумматора

5, а блок 6 управления соединен с генератором 1 тока и измерителем 4 сигналов.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

50 6 та через пористую керамику сосуда.

Так как температура электродов постепенно достигает температуры почвенного слоя в точках, где располагаются приемные электроды (температура в различных точках почвы может быть различной на 5-10 . и более), а степень высачивания электролита зависит от пористости, влажности и других характеристик почвенного слоя, 1о потенциал каждого из приемных электродов изменяется по случайному закону, так что за время, прошедшее от компенсации поляризации электродов до измерения сигнала ВП, собот венная разность потенциалов приемHblx электродов может измениться на десятые доли милливольта, погрешность измерений за счет этого увеличивается и при разностях питающей линии, больших б0-120 м, может составить десятки процентов, Согласно предлагаемому способу при достижении амплитуды ВП величины единиц милливольт (а это обычно на1 блюдается на разносах, больших 60120 м) при каждом разносе питающей линии отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии несколько пар произвольно расположенных точек с наиболее благоприятными условиями заземления и располагают между этими точками дополнительныв приемные линии.. Точкам с наиболее благоприятными условиями заземления соответствуют точки поверхности земли, где почвенный слой представ1. лен влажными глинами и суглинками, черноземом, влажные засоленные участ ки поверхности земли, участки с ин тенсивным травяным покровом и т.д.

Кроме того, эти точки выбираются .также исходя из уровня одинаковой освещенности их солнцем, Собственный потенциал приемных электродов, распооженных в таких условиях, является наиболее стабильным, а изменение

-во времени разности собственных потенциалов пары электродов при этом ,оказывается минимальным. Точки, между которыми располагают приемные линии не обязательно должны располагаться на одной линии с питающими электродами и симметрично центру пи" ающей линии, они могут быть рас" положены так, как.показано на фиг,1 (дополнительные приемные электроды

Д.и Е, Ж и К), причем угол между линией, соединяющий основные прием9875

На объекте исследований, который представляет собой участок земли, где необходимо определить его геологическое строение (мощности слоев горизонтально-слоистого разреза, удельное сопротивление слоев и их поляризуемость) возбуждают и измеряют электрическое поле установкой Веннера (Шлюмбержв)с постепенно изменяющимся разносом питающей линии. Первона- 10 чально разнос питающей линии выбирают минимальным, равным, например 3 м, а длину приемной линии выбирают равной 1 м (установка Веннера) или менее 0,5 м (установка Шлюмберже). При- 15 чем приемные электроды располагают на .одной линии с питающими и симметрично относительно центра питающей линии. Через питающую линию пропускают импульс постоянного тока, изме- щ ряют его величину, измеряют также сигнал в приемной линии во время про пускания тока и сигнал вызванной поляризации (после выключения или во время пропускания тока), Зная коэф- 25 фициент установки К, силу тока 1 в питающей линии и сигнал bU на выходе приемной линии во время пропуска- ния тока, по стандартной формуле (1 =К ) определяют кажущееся удель-зо

Э ное сопротивление среды, соответс-. вующее данному разносу питающей линии, а по отношению сигнала вызванной поляризации (ВП) к сигналу во время пропускания тока определяют кажущу юся поляризуемость среды, После этого многократно увеличивают разнос питающей и приемной линии так, чтобы их соотношение остава-лось постоянным, и для каждого разноса определяют кажущееся сопротивление и кажущуюся поляризуемость. По мере увеличения разноса питающей линии до 60-120 м сигнала ВП уменьшается до единиц милливольт (напРимер, при разносе питающей линии .120 м, разносе приемной линии 40 м, удельном сопротивлении 5 Омм,,поляризуе мости 14 и поляризующем токе 10 А сигнал ВП составляет 2 м В), а точность его измерения резко падает в виду непостоянства во времени собственных потенциалов приемных электродов, Это непостоянство вызывается, в основном, двумя причинами: во-пер5S. вых, изменением температуры электродов, во-вторых, изменением концентрации электролита внутри сосуда электрода за счет высачивания электроли"

987550

35 ные электроды В и Г, и линией, соединяющей каждую пару дополнительных приемных электродов, может достигать

20-30О и более, Длина дополнительных приемных линий может изменяться ат

10 до 303 длины питающей линии, Число дополнительных приемных линий сос. тавляет., как правило, 4-5 и более.

После отыскания точек с наиболее благоприятными условиями зазем- to лений и расположения в них дополни тельных приемных линий через питающую линию АБ пропускают импульс тока, измеряют его амплитуду, измеряют сигнал во время пропускания тока на выходе основной приемной линии

ВГ (по результатам этих измерений, как и при использовании малых разносов питающей линии, определяется кажущееся удельное сопротивление), 2о измеряют сумму .сигналов во время про пускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий (В, Г, Д, Е и Ж, К в приведенной на фиг, 1 установке), on- 25 ределяют отношение суммы сигналов

ВП к сумме сигналов во время пропускания тока, которое принимают за величину кажущейся поляризуемости для данного разноса питающей линии, зо

Возможность определения величины кажущейся поляризуемости для данного разноса питающей линии по отношению указанных двух сумм сигналов подтверждается экспериментами, результатами теоретических расчетов и базируется на следующей закономерности изменения электрического поля в присутствии горизонтально-слоистых поляризующихся сред, При каждом 4о фиксированном разносе питающей линии и изменении разноса приемной личии в пределах от 10 до 301 от длины

1итающей линии глубинность исследований практически не меняется. При 45 .изменении длины приемной линии в указанных пределах изменяется и величина сигнала во время пропускания тока и величина сигнала ВП, но их отношение для каждого геоэлектрического

sî разреза свое > постоянное.

Ъ I

Результаты экспериментальных измерений над трехслойным разрезом для рассмотренного примера (АВ=120 м, л 1

g =5 Омм, 3=10 А) приведены в табл. (результаты измерений для каждой длины приемной линии даны как среднее значение из 20 независимых замеров).

200

2 l

1,78 1,02

1,39 0,99

0,91 1,01

140

20

При проведении рядовых наблюдений с одним разносом приемной линии, равной 40 м, измеренная амплитуда сигнала во время пропускания тока составляет 203 мВ, амплитуда сигнала ВП - 2,44 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 1,2i оказывается завышенной по сравнению с истинным значением на 20

При измерениях предлагаемым способом суммарный сигнал с четырех приемных линий во время пропускания тока (при рядовых, однократных наблюдениях) равен 610 мВ, амплитуда сигнала ВП - 6,35 мВ, а величина кажущейся поляризуемости - 1„043 оказывается завышенной по сравнению с истинным значением всего на 47,, т,е, при использовании предлагаемого способа погрешность измерений уменьшается примерно в 5 раз.

Точно в таком же порядке измерения выполняются и на всех других разносах питающей линии, больших 60-120 м.

Экспериментами подтверждено, что при использовании 4-5 дополнительных,приемных линий погрешность измерений уменьшается не менее, чем в 3-5 раз за счет того, что суммарный сигнал

ВП в значительно меньшей степени изменяется при изменении во времени собственных потенциалов электродов вследствие случайного характера изменения этих потенциалов. устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

С помощью генератора 1 управляемого от блока 6 управления, на каждом разносе в питающую линию пропускают импульсы тока, например, длительностью 15 с. Величину тока ста987550

1О

Формула изобретения

9 билизируют или фиксируют по показанию амперметра. При малых разносах к входным клеммам 3 подключают только одну приемную линию. В согласующем блоке 2, представляющем собой несколько масштабных и дифференциальных усилителей, предназначенном для согласования высокого выходного сопро. тивления приемных линий с низким вход ным сопротивлением измерителя сигналов 4, производится также предварительное усиление сигнала и компенсация собственной разности потенциалов электродов. С первого выхода блока 2 усиленный сигнал подается на первый вход измерителя 4 сигналов, Сумматор 5 в данном случае отключают с помощью переключателя ряда работ (на чертеже не показан), С помощью измерителя 4 сигналов, который представляет собой одноканальный или двухканальный аналогово-цифровой преобразователь с регистратором, производится измерение сигнала во время пропускания тока и сиг- 25 нала ВП. Сигнал разрешения измерений, согласованный с сигналом управления генератором 1, поступает на измеритель 4 с выхода блока 6 управления. эо

При разносах питающей линии, больших 60-120 м, ко всем входным клеммам 3 подключают выходы основной и

-, вспомогательйых приемных линий, а выход сумматора 5 подключают ко вто.

35 рому входу измерителя 4, По команде из блока 6 управления генератор

1 вырабатывает импульс тока в питающей линии, so время пропускания тока с первого выхода блока 2 сигнал, соответствующий основной приемной линии, поступает непосредственно на измеритель 4, где производится его измерение. Кроме того, сигналы всех приемных линий после прохождения

45 их через блок 2 согласования, поступают на входы многовходового сумматора 5, представляющего собой стан," дартный, преимущественно инвертирующий сумматор на операционном усилителе. Суммарный сигнал с выхода

5О сумматора 5 поступает на второй вход измерителя 4, где производится его измерение. При измерениях сигнала

ВП на первый вход измерителя сигнал не поступает, а измеряется только суммарный сигнал, поступающий с выхода сумматора 5. По полученным данным определяется кажущееся удель ное сопротивление и кажущаяся поляризуемость для каждого разноса питающей линии ° Вравнивая полученные результаты с результатами теоретических расчетов, получают истинные значения параметров изучаемых гео i электрических разрезов - мощности слое, их удельные сопротивления и поляризуемости, I

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения заключается в увеличении точности измерений при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов приемных электродов. Как показывают результаты экспериментов, точность при этом увеличивается не менее, чемв 3-5, При использовании известного уст рой ст ва для та кого же увели ч ения точности измерений на каждом разносе выполнялось не менее 5-7 самостоятельных циклов измерений с последующим осреднением результатов измерений. При этом после каждого цикла измерений выдерживалась пауза, длительность которой равнялась не менее

5 длительностей импульса тока, что приводило к значительным затратам времени на выполнение ВЭЗ. Испольэование предлагаемого технического решения позволяет исключить. дополни- тельные циклы измерений, что приведет к сокращению затрат времени на каждый В33 примерно в 1,7 раз.

1. Способ вертикального электрического зондирования, заключающийся в том, что на объекте исследований возбуждают и измеряют электри" ческое поле установкой Веннера (Шлюмберже) с постепенно изменяющимся раэ. носом питающей линии, причем сигнал во время пропускания тока измеряют на каждом разносе с одной приемной линии, сигнал вызванной поляризации измеряют на каждом разносе питающей линии с одной приемной линии, по величине сигнала во время пропускания тока определяют кажущееся удельное сопротивление, объекта для всех разносов, а по отношению сигнала вызванной поляризации к сигналу во время пропускания тока на соответствующем разносе определяют

987550

11 кажущуюся поляризуемость объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере- ний при больших разносах питающей линии путем уменьшения погрешностей, обусловленных изменением во времени собственных потенциалов электродов приемной линии, дополнительно отыскивают на участке в пределах средней трети питающей линии не . 10 сколько произвольных пар точек с наиболее благоприятными условиями заземления и преимущественно в направлении основной приемной линии располагают между этими точками до- 15 полнительные приемные линии, определяют сумму сигналов во время пропускания тока и сумму сигналов вызванной поляризации со всех приемных линий,, соответствующих данному раз- 2о носу питающей линии, и по отношению суммы сигналов вызванной поляризации к сумме сигналов во время .пропускания тока судят о кажущейся поляризуемости объекта. 25

12

2, Устройство для осуществления. способа по и. 1,содержащее генератор тока, согласующий блок, к входам которого подключены несколько пар входных клемм, измеритель сигналов,.один из входов которого соединен с одним из выходов согласующего блока, и блок управления, выходы которого соединены с генератором тока и измерителем сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него веер н многовходовый сумматор, входы которого соединены с выходами согласующего блока, а выход соединен со вторым входом измерителя сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 802886, кл. G 01 V. 3/02, 1981.

2, Комаров В,А. Электроразведка методом вызванной поляризации, "Недра", 1980, с, 155-162, 208-210 (прототип).

3 ираж 70 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Чилиал П атент, r. жгород, ул. Проектная, Составитель Е. Поляков

Редактор О.Бугир Техред М.Гергель Корректор М.Демчик

Заказ 10 9