способ геоэлектроразведки

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, использующий первое питающее заземление, соединенное с одной из клемм источника электрического тока и отнесенное в практическую бесконечность, а также три заземления, расположенные на одной линии по профилю наблюдений при одинаковом расстоянии между крайними и центральным из них, из которых центральное заземление подключают к другой клемме источника электрического тока в качестве второго питающего заземления, а два оставшихся используют в качестве приемных заземлений для измерения падения электрического напряжения между ними, отличающийся тем, что в нем кроме четырех основных заземлений используют два дополнительных заземления, располагаемых по профилю наблюдений на одинаковом расстоянии от основного центрального питающего заземления и перемещаемых в процессе измерений вдоль профиля наблюдений на одинаковое заданное расстояние от центрального заземления и при каждой их установке подключают дополнительные заземления либо к клеммам источника электрического тока и измеряют падение электрического напряжения между основными неподвижными приемными заземлениями, либо к регистрирующему прибору, а к клеммам источника электрического тока подключают основные неподвижные питающие заземления, измеряют падение электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями, выполняют указанные операции при всех заданных положениях дополнительных заземлений, находят зависимости падения электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями и кажущегося электрического сопротивления между основными приемными заземлениями при всех положениях дополнительных заземлений и по их распределению судят о наличии и положении в разрезе геолектрических неоднородностей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электрической разведке по методу электросопротивления и позволяет повысить эффективность изучения верхней части разреза, выявления локальных геоэлектрических неоднородностей в коренных породах.

Область преимущественного применения предлагаемого способа: инженерно-геологические изыскания; обнаружение тектонически раздробленных, водопроницаемых пород; выявление рудоносных объектов, перекрытых рыхлыми отложениями; исследование распространения в геологической среде техногенно загрязненных подземных вод; изучение состояния грунтовых гидротехнических сооружений и др.

Известен способ вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), в котором используются четыре заземления, расположенных на одной линии (профиле наблюдений), два из которых - приемные - отстоят на одинаковом расстоянии от центра установки и подключены к клеммам измерительного прибора, а два других - питающие - отнесены на одинаковое расстояние от центра установки и подключены к клеммам источника электрического тока. После выполнения измерений при одном положении питающих заземлений они перемещаются на следующее заданное расстояние от центра установки и т.д. По результатам электрического зондирования определяют значения кажущегося электросопротивления пород для каждого положения питающих заземлений и по изменению электросопротивления в зависимости от расстояния между питающими заземлениями судят о наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей [1].

Известный способ имеет существенные недостатки: во-первых, он предназначен для изучения горизонтально-слоистых сред, поэтому при неоднородном строении верхней части разреза, наличии глубинных негоризонтальных поверхностей раздела результаты ВЭЗ не поддаются прямой количественной интерпретации; во-вторых, экспериментальные материалы значительно искажаются при неровностях рельефа [2].

Известен способ дипольного электрического зондирования, использующий питающий диполь (заземления А и В) и приемный диполь (заземления М и N), центры которых при начале измерений размещены на заданном расстоянии (разносе). В процессе работ один из диполей остается неподвижным, а второй перемещают вдоль профиля наблюдений с заданным шагом, т.е. увеличивают разнос зондирующей установки. При каждом разносе определяют значение кажущегося электросопротивления _к. По зависимости электросопротивления от разноса судят о геоэлектрическом строении изучаемого разреза [3].

Известный способ имеет следующие основные недостатки: во-первых, результаты зондирований с дипольной установкой существенно искажаются при неоднородном строении среды в горизонтальных направлениях (особенно в близповерхностных образованиях); во-вторых, небольшие неточности в определении ориентировки перемещаемого диполя приводят к значительным погрешностям [3].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ дифференциального электропрофилирования, в котором первое питающее заземление (В) относят в практическую бесконечность, а второе питающее заземление (А) и два приемных заземления (М и N) размещают на одной прямой (профиле наблюдений) так, что приемные заземления располагаются симметрично относительно центрального питающего заземления (А). Трехэлектродную дифференциальную установку перемещают по профилю наблюдений с заданным шагом. При каждой стоянке питающие заземления подключают к источнику электрического тока, а приемные к измерительному прибору и измеряют падение напряжения между приемными заземлениями ( U_MN). При электропрофилировании над однородным полупространством U_MN=0, а при наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей U_MN принимает отличные от ноля значения [4].

Способ-прототип имеет существенный недостаток: при электропрофилировании над геоэлектрической неоднородностью аномальные значения U_MN пропорциональны электросопротивлению пород, вмещающих неоднородности. Это приводит к тому, что без информации об электросопротивлении вмещающих пород фиксируемая аномалия является неопределенной.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в геологической среде и снижение неоднозначности интерпретации экспериментальных данных при неоднородном строении верхней части разреза.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки, в котором используют первое питающее заземление, отнесенное в практическую бесконечность, а также три заземления, расположенные вдоль профиля наблюдений при одинаковом расстоянии между крайними и центральным из них, из которых центральное используют в качестве второго питающего заземления, а два других являются приемными заземлениями и применяются для измерения падения электрического напряжения между ними, заключающемся в том, что в нем кроме четырех основных заземлений используют два дополнительных заземления, расположенных вдоль профиля наблюдений на одинаковом расстоянии от центрального питающего заземления, и при каждой их установке в процессе работ подключают дополнительные заземления либо к источнику электрического тока и измеряют падение электрического напряжения между основными неподвижными приемными заземлениями, либо к измерительному прибору, а к источнику электрического тока подключают основные неподвижные питающие заземления, измеряют падение электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями, выполняют указанные операции при всех заданных положениях дополнительных заземлений, находят зависимости падения электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями, кажущегося электросопротивления между основными приемными заземлениями при всех положениях дополнительных питающих заземлений и по их распределению судят о наличии и положении в разрезе геоэлектрических неоднородностей.

Выполненными расчетами показано, что при дифференциальном профилировании над вертикальным пластом график падения электрического напряжения вдоль профиля наблюдений имеет характерные особенности: переход через ноль над центром пласта; знакопеременные экстремумы в зонах контакта пласта с вмещающей средой. Если пласт имеет повышенное электросопротивление по сравнению с вмещающей средой, то экстремумы фиксируются в приконтактных областях. Для пласта пониженного электросопротивления по сравнению с вмещающей средой экстремальные значения падения электрического напряжения наблюдаются во вмещающей среде, а положение их зависит от расстояния между вторым питающим заземлением и приемными заземлениями [5].

На чертеже показана схема предлагаемой установки. Сигнал U_MN измеряют при использовании в качестве питающих заземлений А и В. Сигнал U_M1N1 измеряют при использовании в качестве питающих заземлений А₁ и В ₁.

Предлагаемый способ осуществляется с выпускаемой серийной электроразведочной аппаратурой (например, ЭРА, ЭРА-ЗНАК) следующим образом. На профиле наблюдений размещают два основных приемных заземления (M₁, N ₁) и второе питающее заземление (А), причем заземления M₁ и N₁ располагают симметрично относительно питающего заземления А. Первое питающее заземление (В) относят в практическую бесконечность (должно соблюдаться условие: АВ в 10-15 раз больше AM₁=AN ₁). Дополнительно на профиле наблюдений симметрично относительно питающего заземления А располагают два заземления М, А ₁ и N, B₁ (см. чертеж). При выполнении измерений указанные заземления поочередно подключают: питающие заземления A₁ и В₁ - к источнику стабилизированного электрического тока, а приемные заземления М₁ и N₁ - к измерительному прибору и измеряют падение электрического напряжения U_M1N1; первое (А) и второе (В) питающие заземления - к источнику стабилизированного электрического тока, а приемные заземления М и N - к измерительному прибору и измеряют падение электрического напряжения U_MN. После выполнения измерений при одном положении дополнительных заземлений (М, А ₁) и (N, B₁) их перемещают на одинаковое заданное расстояние от питающего заземления А и процесс измерений повторяют. Указанные операции повторяют при всех заданных положениях дополнительных заземлений. По обследованному профилю наблюдений по значениям U_M1N1 вычисляют значения кажущегося электросопротивления ( _к) и строят разрезы _к и U_MN. По разрезу падения электрического напряжения выделяют геоэлектрические неоднородности, а по разрезу кажущегося электросопротивления классифицируют неоднородности на связанные с объектами либо пониженного, либо повышенного электрического сопротивления.

Таким образом, преимущество предлагаемого способа состоит в повышении эффективности выявления неоднородностей в верхней части разреза в различных геоэлектрических условиях, так как конечный результат измерений учитывает не только пространственное положение неоднородностей, но и соотношение их электросопротивления и электросопротивления вмещающей среды.

Источники информации

1. Якубовский Ю.В. Электроразведка. - М.: Недра, 1973, с.56-57.

2. Матвеев Б.К. Электроразведка. - М.: Недра, 1990, с.303.

3. Альпин Л.М. Теория дипольных зондирований. - М., Л.: Гостоптехиздат, 1950, с.6; с. 88-89.

4. Тархов А.Г. Об электроразведочных методах чистой аномалии. Известия АН СССР. Сер. геофизическая № 8, 1957, с.981-982.

5. Улитин Р.В., Федорова О.И., Харус Р.Л. К методике геоэлектрического картирования при геоэлектрических исследованиях// Теория и практика геоэлектрических исследований. Сб. научн. трудов, вып. 2. Екатеринбург: Ураль.отд. РАН, 2000, с.48-49, рис.4, 5.