Система электроразведки небрата-сочельникова-киселя с использованием вторичного сейсмоэлектрического эффекта

Использование: разведочная геофизика верхней части разреза в интервале глубин от 20 до 300 м. Сущность: система содержит средство возбуждения импульсного ЭМП, средство измерения, к которому подключен процессор обработки данных в составе модуля выделения осцилляции вторичного сейсмоэлектрического эффекта, фильтра, модуля сравнительного анализа и модуля интерпретации данных. Отличительной особенностью является то, что фильтр выполнен с полоской пропускания 1,5-40,0 кГц для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза в интервале глубин 20-300 м. Технический результат: повышение разрешающей способности до 1-3 м при изучении верхних слоев Земли в интервале глубин 20-300 м. 1 с. и 4 з.пп. ф-лы, 1 фиг.

Техническое решение относится к устройствам разведочной геофизики методом становления в ближней зоне и может быть использовано для изучения верхней части разреза в диапазоне глубин от 20 до 300 м при гидрогеологических, инженерно-геологических изысканиях и в рудной геофизике.

Известны устройства [4-7, 9] для проведения геоэлектроразведки методом зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ). Работа устройств ЗСБ основана на изучении переходных процессов, происходящих в слоях Земли при искусственном возбуждении поля прямоугольными импульсами постоянного тока и включает следующие операции: возбуждение импульсного электрического поля (ЭП) и измерения переходного процесса в паузах между импульсами тока. О геологическом строении судят по кривой становления поля, которая после специальной обработки [4-7] представляется в форме геоэлектрического разреза. Конструкция известных систем геоэлектроразведки [3, 5, 9], реализующих метод ЗСБ, включает средство возбуждения ЭП, средство измерения напряженности полного поля в паузах между импульсами тока и соединенный с ним блок обработки данных (и/или ЭВМ). В ряде случаев устройства [5, 6] метода ЗСБ электроразведки или его модификации (см. например [3, 4]) однако недостаточно помехоустойчивы или не обладают достаточной информативностью (либо достаточной разрешающей

способностью) для корректной реализации прямых (и непрерывных) методов разведки.

Помехозащищенность геоэлектроразведки может быть повышена путем специальной обработки сигнала переходного процесса (усиление, интегрирование на временном интервале, использование статистически обработанных измерений [7]), либо путем специальной методики многоканальных измерений с поканальным и межканальным группированием сигналов [5-7]. Однако существующие методы борьбы с помехами, реализуемые в устройствах типа [4], тем не менее, не позволяют достичь требуемой достоверности измерений вследствие недостаточной разрешающей способности, информативности, а также недостаточно эффективных методов обработки сигналов [7]. Кроме того, такие устройства не учитывают эффектов, приводящих к осцилляциям переходных характеристик, которые могут, как показали исследования [1-3, 7], повысить информативность и достоверность электроразведки.

Устранение указанных недостатков осуществлено в системах геоэлектроразведки [1-3].

Конструктивное выполнение систем [1-3] основано на экспериментально установленном и теоретически обоснованном (Сочельников В.В., Небрат А.Г. [4-7]) свойстве зондирующего электромагнитного поля, заключающемся в том, что вызванная поляризация обусловливается двумя составляющими: процессом вызванной поляризации (ВП) и индукционной вызванной поляризацией (ИВП), а осцилляции переходных характеристик при ЗСБ определяются тремя эффектами [7]: изменением ВП и ИВП во времени и сейсмоэлектрическим эффектом [8], возникающим в результате электрического удара при резком выключении тока большой силы. Каждый из этих трех эффектов несет информацию о геологическом разрезе и требует частотного выделения осцилляции для наиболее эффективной интерпретации данных электроразведки [7].

Системы [2, 3] электроразведки содержат средство возбуждения импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения ЭДС полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных, выполненный с возможностью выделения из напряженности полного ЭМП регистрируемых осцилляции напряженности ВСЭ в полосе частот 2-30 Гц.

Однако, как показали эксперименты [1], для корректной высокоразрешающей электроразведки верхней части разреза до глубины 200-300 м необходимо выделение осцилляции в полосе частот 1,5-2,0 кГЦ.

Система [1], электроразведки, принятая за прототип, позволяет, сохраняя достоинства устройств [2, З], расширить функциональные возможности за счет высокой разрешающей способности при изучении верхней части разреза (200-300 м).

Система [1] включает средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) ЭДС полного ЭП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных (ПОД), при этом процессор ПОД выполнен с возможностью выделения из ЭДС полного ЭМП регистрируемых осцилляции вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза и включает последовательно соединенные модуль выделения осцилляции (МВО), фильтр (Ф), модуль сравнительного анализа (МСА), а также модуль интерпретации данных (МИД).

Частотный диапазон обрабатываемых осцилляции ВСЭ в системе [1] установлен в интервале от 1,5 до 2,0 кГц, что ограничивает применение системы [1] для адекватного изучения верхней части разреза (с глубинами менее 200-300 м). В ряде случаев, для гидрогеологических, инженерно-геологических изысканий, в рудной геофизике и т.п. необходима информация о строении разреза на глубинах от 20 м, что не может быть реализовано известной системой [1].

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании системы геоэлектроразведки, для изучения верхней части разреза от 20 до 300 м. (Специальное название «Система электроразведки Небрата - Сочельникова - Киселя...») соответствует имени авторов технического решения).

Основной технический результат - обеспечение высокой разрешающей способности измерений геоэлектроразведки при изучении слоев Земли с использованием ВСЭ в диапазоне глубин 20-300 м для надежного вынесения суждений о структуре геоэлектрических слоев.

Технический результат достигается следующим образом.

Система электроразведки для изучения верхней части разреза включает средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) ЭДС полного ЭП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных (ПОД), при этом процессор ПОД выполнен с возможностью выделения из ЭДС полного ЭМП регистрируемых осцилляции вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза и включает последовательно соединенные модуль выделения осцилляции (МВО), фильтр (Ф), модуль сравнительного анализа (МСА), а также модуль интерпретации данных (МИД).

Отличительной особенностью системы Небрата - Сочельникова - Киселя является то, что фильтр Ф выполнен с полосой пропускания 1,5-40,0 кГц для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза в интервале глубин 20-300 м.

Система также отличается тем, что СВ и СИ выполнены в виде одной совмещенной приемопередающей петли или в виде дипольной многоканальной установки.

Кроме того, отличием системы является то, что МВО выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренной

ЭДС полного ЭМП осцилляции ВСЭ путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени.

Отличительной особенностью системы также является то, что МСА выполнен в виде вычислителя, реализующего сравнение регистрируемой величины ЭДС ВСЭ с теоретически рассчитываемой зависимостью ВСЭ от плотности вторичных электрических зарядов.

При этом система отличается тем, что МИД выполнен с возможностью отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геоэлектрических разрезах величины осцилляции ВСЭ, а также полного ЭМП для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза в интервале глубин от 20 до 300 м.

На чертеже приведена общая конструктивная схема системы Небрата - Сочельникова - Киселя с использованием ВСЭ.

Система электроразведки содержит СВ 1, СИ 2 и ПОД 3 в составе МВО 4, Ф 5, МСА 6 и МИД 7.

Работа системы в основном аналогична работе систем [1, 2] и заключается в следующем.

СВ 1 вырабатывает прямоугольные импульсы длительностью 1-3 с. СИ 2 регистрирует значения ЭДС полного ЭМП, которые поступают в процессор ПОД 3 на вход модуля МВО 4, который выделяет осцилляции ВСЭ путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени. В фильтре Ф 5 в полосе частот 1,5-40,0 кГц выделяются сигналы осцилляции, которые с выхода фильтра Ф 5 поступают на вход модуля МСА 6, реализующего сравнение регистрируемой величины

ЭДС ВСЭ с теоретически рассчитываемой зависимостью ВСЭ от плотности вторичных зарядов (например, аналогично системе [1, 2]. Сигналы с выхода СИ 2, а также с выхода МСА 6 поступают на входы МИД 7, который дает возможность отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геоэлектрических разрезах.

Полученные авторами в 2007 г. эмпирические разрезы подтверждают высокую информативность предложенной системы для вынесения суждения о строении верхних слоев Земли в интервале глубин от 20 до 300 м. Сравнение с известными геологическими структурами показывает высокую адекватность измерений с помощью предложенной системы электроразведки с использованием ВСЭ. При этом разрешающая способность системы составляет от 1 до 3 м, что делает эффективным ее применение при гидрогеологических, инженерно-геологических изысканиях, в рудной геофизике и т.п.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 17634 U1, 10.04.2001 (прототип).

2. RU 14085 U1, 27.06.2000 (аналог).

3. RU 17811 U1, 27.04.2001 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

4. RU 67732 U1, 27.10.2007.

5. RU 2094829 C1, 27.10.1997.

6. Сочельников В.В., Небрат А.Г. и др. Теория и практические возможности метода ЗСБ - ИВП при поисках нефти и газа. - Физика Земли, N6,1994,c.54-56.

7. Сочельников В.В. Высокоразрешающая электроразведка. -Новороссийск: изд-во МГА им. Адм. Ф.Ф. Ушакова, 2006, 41 с.

8. Сочельников В.В., Небрат А.Г. Теоретические оценки сейсмоэлектрического эффекта. - Геофизика, 1997, N2, с.28-38.

9. RU 2007147984/22 А, решение о выдаче патента 30.01.2008.

1. Система электроразведки для изучения верхней части разреза, включающая средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) ЭДС полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных (ПОД), при этом процессор ПОД выполнен с возможностью выделения из ЭДС полного ЭМП регистрируемых осцилляции вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза и включает последовательно соединенные модуль выделения осцилляции (МВО), фильтр (Ф), модуль сравнительного анализа (МСА), а также модуль интерпретации данных (МИД), отличающаяся тем, что фильтр Ф выполнен с полосой пропускания 1,5-40,0 кГц для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза в интервале глубин 20-300 м.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что СВ и СИ выполнены в виде одной совмещенной приемопередающей петли или в виде дипольной многоканальной установки.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что МВО выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренной ЭДС полного ЭМП осцилляции ВСЭ путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что МСА выполнен в виде вычислителя, реализующего сравнение регистрируемой величины ЭДС ВСЭ с теоретически рассчитываемой зависимостью ВСЭ от плотности вторичных электрических зарядов.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что МИД выполнен с возможностью отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геоэлектрических разрезах величины осцилляции ВСЭ, а также полного ЭМП для последующего вынесения суждения о строении верхней части разреза в интервале глубин от 20 до 300 м.