Способ измерения потенциала вызванной поляризации при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления

 

Использование: при поисках и разведке сульфидных руд и графита. Сущность: способ и реализующее его устройство измерения потенциала вызванной поляризации (ВП) заключаются в том, что в геологической среде или в условиях скважины или на дневной поверхности пропускают одиночные импульсы тока длительностью 2 - 30 с в цепи питающих электродов и после прекращения их действия измеряют потенциал ВП путем периодического прерывания процесса регистрации микросекундными интервалами, в результате полученные периодические импульсы напряжения подают на вход многоканального амплитудного анализатора импульсов (АИ), по спектрограммам которого оценивают величину потенциала ВП на заданное время, определенное по сумме количество зарегистрированных импульсов в каналах с момента включения АИ до канала, соответствующего значению потенциала ВП, умноженному на величину периода прерывания измерения. В результате применения предлагаемых изобретений повышается чувствительность при измерениях и появляется возможность использования вычислительной техники для обработки результатов измерений, их интерпретации и анализа. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к геоэлектрическим методам поисков и разведки полезных ископаемых и может быть использовано непосредственно для обнаружения сульфидных руд, угля и графита.

В современной геоэлектроразведке для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых широко используется метод вызванной поляризации /ВП/, когда через толщу горных пород пропускается постоянный или переменный ток, после прекращения действия которого ведут регистрацию спада ВП или изменение частоты или сдвига фаз. Изменение этих величин обусловлено электрохимическими процессами, происходящими в горных породах и рудах. Регистрацию потенциала ВП обычно производят с использованием электроразведочных станций, например ВП-62, ВПС-63, СВП-74 и др. При импульсном режиме в ранней стадии поля ВП регистрируют мгновенные значения потенциала в определенные моменты времени по показаниям стрелочных индикаторов импульсных приборов. При изучении поздних стадий ВП ведут регистрацию шлейфовыми осциллографами или цифровыми магнитофонами.

Известен способ измерения переходных процессов в методе ВП, заключающийся в возбуждении горных пород последовательностью импульсов тока и выполнении спектрального анализа после импульса, путем деления сигнала ВП на временные интервалы, в пределах которых оценивают усредненные значения потенциала ВП и скорость его спада. /"Полевая электроразведочная аппаратура". Справочник. Л.З.Бобровников и др. М. Недра, 1986, с. 101 105/.

Практическая реализация существующего способа требует использования сложной и дорогостоящей аппаратуры, но и при этом не вся информация о характере спада потенциала ВП будет зарегистрирована. При измерении спада сигнала ВП задают временные интервалы различной длительности, в пределах которых регистрируют усредненные параметры. Таких интервалов 12 и они в общем не превосходят длительности импульса поляризующего тока.

На практике может представлять интерес и поведение потенциала ВП за пределами указанного временного интервала. Сложность аппаратуры требует привлечения высококвалифицированного обслуживающего персонала. Способ не позволяет получить оперативную информацию о скорости спада потенциала ВП непосредственно на точке измерения.

Известно устройство электроразведки, содержащее генератор питающего тока, выходной стабилизатор, калибровочный делитель, блок коммутации, блок питания электронной схемы и цепи заземлений питающих и измерительных линий /а. с. N 280695. Бюл. N 28, 1970/.

Существующее устройство не позволяет также оперативно собирать и накапливать всю информацию на каждой точке измерения. Для оценки величины скорости спада потенциала ВП необходимо регистрировать несколько значений сигнала ВП в различное время, что усложняет измерительную аппаратуру и удорожает ее.

Перечисленные выше недостатки известных технических решений, используемых в геоэлектрических методах ВП, определили техническую задачу создания способа и устройства измерения потенциала ВП при геоэлектроразведке, которые позволили бы упростить измерительную аппаратуру, полностью собрать и накопить всю информацию о характере спада потенциала ВП в любом заданном временном интервале за счет использования амплитудных анализаторов импульсов /ААИ/, серийно выпускаемых для нужд ядерной физики и геофизики.

Указанная техническая задача решается заявляемой группой изобретений, согласно которым достигается высокий технический результат от их использования благодаря квантованию сигнала спада потенциала ВП путем прерывания его регистрации заданными периодическими, нормализованными по длительности интервалами, обеспечивающими строгую пропорциональность амплитуды сформированного импульса и значения сигнала ВП в данный момент времени и регистрацию с накоплением полученных импульсов в виде амплитудно-временного распределения в ААИ.

Сущность заявляемых изобретений, обеспечивающих решение поставленной технической задачи с достижением указанного технического результата, заключается в следующем.

Согласно заявленным изобретениям, предлагается способ измерения потенциала ВП при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что исследуемый объект возбуждают серией последовательных импульсов электрического тока и после каждого импульса путем деления спада регистрируемого потенциала ВП на временные интервалы определяют электрические характеристики, отличающийся тем, что после прекращения действия каждого импульса тока в цепи питающих заземлений производят регистрацию текущего значения потенциала ВП, периодически прерывая ее интервалами нормализованной длительности, при этом сохраняют прямую пропорциональную зависимость амплитуды сформированного импульса и значения потенциала ВП, а по накопленному амплитудно-временному распределению этих импульсов судят о величине потенциала ВП и скорости его спада на любых интервалах времени.

Устройство для измерения потенциала ВП, содержащее генератор тока, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, блок коммутации и заземления, отличающееся тем, что в него введены блок контрольно-измерительных приборов, усилитель, блок квантования, схема согласования по входу и калибровочный делитель, выход которого соединен с входом усилителя, соединенного с коммутатором и с измерительными заземлениями, информационный выход усилителя через блок квантования и схему согласования по входу соединен с ААИ, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выход стабилизатора тока соединен с входом блока контрольно-измерительных приборов, управляющий вход которого через блок коммутации соединен с выходом генератора тока, выход которого соединен с питающими заземлениями, а другой выход блока коммутации соединен с входом ААИ.

На фиг. 1 представлена схема измерения и блок-схема измерительного устройства. На фиг. 2 показана электрическая схема блока квантования. На фиг. 3 и 4 приведены для примера результаты модельных измерений на образцах с различной поляризуемостью.

Простейшее устройство для реализации геоэлектрического способа ВП содержит заземленную питающую линию с электродами 1, соединенными с генератором тока 2, связанным со стабилизатором 3 и блоком контрольно-измерительных приборов 4 и с усилителем. Блок коммутации 5 соединен с генератором 2, с блоком контрольно-измерительных приборов 4 и с усилителем. Измерительное устройство содержит заземления в виде слабо поляризующихся электродов 6, соединенных через усилитель 7, блок квантования 8 и схему согласования по входу 9 с ААИ 10, имеющим выход на вычислительный блок 11. Калибровочный делитель 12 периодически подключается к входу усилителя 7.

Способ измерения потенциала ВП в своей практической реализации может представляться в виде такой последовательности функционирования аппаратуры.

Через питающие заземления 1 с выхода генератора тока 2, соединенного со стабилизатором тока 3 и с блоком контрольно-измерительных приборов 4, подается стабилизированный импульс тока длительностью, например, 5 20 с. При этом на измерительных заземлениях регистрируется падение напряжения (U_пр). По величине стабилизированного тока I и по значению (U_пр) оценивают "кажущееся" удельное сопротивление (_к) по формуле: где К коэффициент электродной установки.

Одновременно с прекращением действия импульса тока в цепи питающих заземлений 1 срабатывает блок коммутации 5 и подключает выход усилителя 7 на вход блока квантования 8, где с помощью приведенной на фиг. 2 схемы потенциал ВП периодически прерывается. Величина периода прерывания устанавливается в зависимости от помехоустойчивости регистрирующей аппаратуры, от требуемой чувствительности и точности измерений, а также от величины питающих и измерительных заземлений.

Приведенный на фиг. 2 блок квантования 8 состоит из эмиттерного повторителя и транзисторного ключа, собранных на транзисторах Т₁ и Т₂, и задающего генератора импульсов, собранного по схеме мультивибратора с самовозбуждением на Т₃ и Т₄. В исходном состоянии Т₂ заперт. С выхода генератора положительные импульсы с частотой 16,7 кГц /для нашего примера/ поступают на базу Т₂ и открывают его, на выходе отсутствует падение напряжения и на вход ААИ не поступает информация. При отсутствии импульса с генератора Т₂ заперт и напряжение падает на выходе в течение 30 мкс прямо пропорционально среднему значению потенциала ВП. И так последовательно, через каждые 30 мкс, регистрируется и не регистрируется потенциал ВП, т.е. создается серия импульсов одинаковой длительности, но с уменьшающейся амплитудой в соответствии с характером спада величины потенциала ВП.

На фиг. 3 приведена временная диаграмма работы блока квантования.

Таким образом аналоговый сигнал с измерительных заземлений 6, усиленный в блоке 7, преобразуется на выходе блока квантования 8 в периодические, нормализованные по длительности импульсы с амплитудой, изменяющейся в соответствии со значением величины аналогового сигнала на определенные моменты времени. Импульсы с информационного выхода блока 8 через схему согласования по входу 9 поступают на вход ААИ 10, управляемый блоком коммутации 5, т.е. одновременно с прекращением действия импульса тока в цепи питающих заземлений 1 ААИ начинает регистрировать и накапливать спектр импульсов, распределенных по амплитуде. Таким образом по заданному времени работы таймера ААИ регистрирует спад во времени потенциала ВП на участке между измерительными заземлениями 6.

Блок ААИ 10 является стандартным прибором, выпускаемым серийно промышленностью в лабораторном и полевом вариантах. Так завод "Рудгеофизика" выпускает 2- и 6-канальные амплитудные анализаторы импульсов РРК-103М и РАГ-М-101. Финская фирма "Nokia" выпускает многоканальные амплитудные анализаторы.

Для количественных оценок электрических характеристик исследуемой среды выход ААИ соединяется с вычислительным блоком 11. Цена одного канала ААИ в единицах потенциала определяется с помощью калибровочного делителя 12, периодически присоединяемого к входу усилителя 7 и с которого снимается последовательно несколько значений постоянного потенциала. По положению пиков в каналах ААИ и точному значению потенциала вычисляют цену одного канала. Просуммировав все импульсы, начиная с момента включения ААИ /прекращения действия импульса тока в питающей цепи/, и умножив эту сумму на величину периода квантования в блоке 8, можно вычислить значение времени. По спектру в ААИ можно получить значение потенциала ВП (U_вп) на любой заданный момент времени и отсюда можно оценить величину поляризуемости // геологической среды по формуле: В качестве примера на фиг. 4 приведены амплитудные спектры, полученные после пропускания импульса тока длительностью 5 с в увлажненном песке и при наличии в нем: куска флюорита /CaF₂/ весом 570 г кривая 1; куска пирита /FeS₂/ весом 400 г кривая 3; куска графита /С/ весом 120 г - кривая 4 и при отсутствии каких-либо посторонних включений кривая 2.

Визуально из кривых, изображенных на фиг. 4, видно, что поляризуемость графита выше, чем у других образцов. Так для графита =1,3 В, для пирита ^Uвп= 1,18 В, для флюорита U_вп=1,08 В, с уровня спада 150 мкс. При этом по кривым спада также видно различие характера уменьшения значения потенциала ВП для разных кусков: особенно это заметно для пирита в интервалах U_вп=0,4 0,5 В и U_вп=1,0 1,2 В.

Поляризуемость исследуемой среды однозначно определяет и величину скорости спада потенциала ВП. Так, например, из кривых на фиг. 4 в интервале U_вп= 1,0 1,2 В /заштрихован/, при периоде квантования 60 мкс скорость спада составила: для флюорита 18,6 В/с, для пирита 6,8 В/с, для графита 2,2 В/с, для увлажненного песка 13,4 В/с. Из амплитудных спектров /фиг. 4/ видно, что импульсы регистрируются и в каналах, превышающих значение потенциала ВП более 1,35 В. При этом приблизительно в каждый канал попадает 2 3 импульса, что соответствует скорости спада 66,7 В/с. Причина этого объясняется быстро протекающими электродинамическими процессами в геологической среде и в элементах электронной схемы, после выключения тока в цепи питающих заземлений.

Из приведенного примера видно, что при использовании предлагаемого изобретения можно с высокой достоверностью и оперативностью разделять геологические объекты по величине поляризуемости и для ее вычисления достаточно сигнал с выхода ААИ подать на вычислительный блок 11 и обработать зарегистрированный спектр по заданной программе путем сопоставления с данными по эталонным моделям.

Предлагаемый способ измерения еще шире может быть использован при каротаже скважин, когда квантование спада потенциала ВП осуществляется в скважинном приборе и информация передается на поверхность в виде периодических импульсов, где они накапливаются и обрабатываются с меньшими искажениями.

На основе тонкого анализа характера спада потенциала ВП на различных временных интервалах возможна более точная оценка природы его возникновения и, тем самым, может повышаться достоверность решения обратной задачи геоэлектроразведки. За счет этого может быть повышена эффективность поисков новых месторождений полезных ископаемых.

Предлагаемый способ может найти широкое применение и в других геоэлектрических методах, где исследуются быстро протекающие переходные процессы. В этом случае период квантования уменьшают до единиц микросекунд или наносекунд и также сформированные импульсы регистрируют на ААИ.

Формула изобретения

1. Способ измерения потенциала вызванной поляризации при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что исследуемый объект возбуждают последовательностью импульсов электрического тока и после каждого импульса путем деления спада регистрируемого потенциала вызванной поляризации на временные интервалы определяют электрические характеристики, отличающийся тем, что после прекращения действия каждого импульса тока в цепи питающих заземлений производят регистрацию текущего значения потенциала вызванной поляризации, периодически прерывая ее интервалами нормализованной длительности, при этом сохраняют прямую пропорциональную зависимость амплитуды сформированного импульса и значения потенциала вызванной поляризации, а по накопленному амплитудно-временному распределению этих импульсов судят о величине потенциала вызванной поляризации и скорости его спада на любых интервалах времени.

2. Устройство для измерения потенциала вызванной поляризации, содержащее генератор тока, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, блок коммутации и заземления, отличающееся тем, что в него введены блок контрольно-измерительных приборов, усилитель, блок квантования, схема согласования по входу и калибровочный делитель, выход которого соединен с входом усилителя, соединенного с коммутатором и с измерительными заземлениями, информационный выход усилителя через блок квантования и схему согласования по входу соединен с амплитудным анализатором импульсов, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выход стабилизатора тока соединен с входом блока контрольно-измерительных приборов, управляющий вход которого через блок коммутации соединен с выходом генератора тока, выход которого соединен с питающими заземлениями, а другой выход блока коммутации соединен с входом амплитудного анализатора импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4