RU2039947C1

RU2039947C1 - Device for measurement of parameters of deposits of underground minerals

Info

Publication number: RU2039947C1
Authority: RU
Inventors: Всеволод Евгеньевич Хмелинский; Михаил Дмитриевич Щиров
Original assignee: Всеволод Евгеньевич Хмелинский; Михаил Дмитриевич Щиров
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: device uses wire loop 1 located on the ground surface. Computer 10, via switch 2, connects loop 1 to the point of connection of the output of drive AC pulse generator 3 and via choke 11 the output of unipolar current pulse generator 12. The pulse amplitude and length of generators 2 and 12 are controlled by computer 10. An AC pulse in loop 1 excites a nuclear magnetic resonance signal in mineral-nearing horizons, which is caught by the loop. By the arrival of the signal computer 10 by means of switch 2 connects the loop to amplifier 6, where from the signal is transmitted via synchronous detector 8 and analog-to-digital converter 9 to the storage of computer 10. By way of action of a static field pulse produced by generator 12 on the nuclear magnetic resonance signal an additional information is obtained on the depth of occurrence of the mineral-bearing horizon corresponding to this signal. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 2 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к устройствам для измерения параметров залежей подземных минералов, преимущественно жидкости, например воды или нефти, использующих явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). The invention relates to geophysics, and more particularly to devices for measuring the parameters of deposits of underground minerals, mainly liquids, such as water or oil, using the phenomenon of nuclear magnetic resonance (NMR).

Изобретение может быть использовано для измерения глубины залегания, мощности и концентрации подземных минералов, дающих сигнал ЯМР. Оно может найти применение в инженерно-изыскательских работах, в строительстве и мелиорации, а также в гидрогеологии при выборе места для эксплуатационных водозаборных скважин и определения интервалов отбора подземных вод. The invention can be used to measure the depth, thickness and concentration of underground minerals that give an NMR signal. It can find application in engineering and survey works, in construction and land reclamation, as well as in hydrogeology when choosing a location for production wells and determining intervals for groundwater withdrawal.

Наиболее близким по физической и технической сущности к предлагаемому решению является устройство для измерения параметров залежей подземных минералов, преимущественно жидких, основанное на возбуждении и приеме без бурения скважин сигнала ЯМР, излучаемого подземным минералом. Это устройство включает расположенную на поверхности земли проволочную петлю, к которой присоединен программно-управляемый переключатель. К одному из выводов переключателя подключен силовым выходом генератор возбуждающих импульсов переменного тока, снабженный программно-управляемыми регуляторами амплитуды и длительности возбуждающих импульсов. К другому выходу переключателя подключены последовательно соединенные усилитель сигнала с программно-управляемым регулятором усиления, синхронный детектор и программно-управляемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с информационным входом ЭВМ. В генераторе возбуждающих импульсов имеется дополнительный выход опорного напряжения, соединенный с опорным входом синхронного детектора. Работой устройства управляет ЭВМ. Работа устройства начинается с цикла возбуждения в протонсодержащих горизонтах сигнала ЯМР путем подключения к проволочной петле на короткое время генератора импульсов, создающего в петле короткий импульс переменного тока. По окончании возбуждения к петле через переключатель подключается приемный тракт, состоящий из усилителя, синхронного детектора, АЦП и ЭВМ. В ЭВМ регистрируется амплитуда возникающего в петле после возбуждения сигнала ЯМР. Циклы возбуждения и приема повторяются, при этом площади возбуждающего импульса (произведение тока импульса I на длительность импульса Т, т. е. I*T) каждый раз придают новое значение. В результате таких измерений получают зависимость амплитуды Е сигнала ЯМР от площади возбуждающего импульса I*T, т.е. E=F(I*Т). Из полученной зависимости посредством решения так называемой "обратной" задачи находят распределение концентрации протонсодержащих минералов P=f(Z) по всем горизонтам, вносящим свой вклад в суммарный ЯМР-сигнал, в функции глубины Z. Функция Р=F(Z) во многих случаях дает достаточно полную и точную информацию об основных параметрах каждого горизонта глубине его залегания и границах, а также о содержании и концентрации в них соответствующих минералов. The closest in physical and technical nature to the proposed solution is a device for measuring the parameters of underground mineral deposits, mainly liquid, based on the excitation and reception without drilling of the NMR signal emitted by the underground mineral. This device includes a wire loop located on the surface of the earth to which a software-controlled switch is attached. A generator of exciting alternating current pulses is connected to one of the switch outputs by a power output, equipped with program-controlled regulators of the amplitude and duration of exciting pulses. A signal amplifier with a program-controlled gain controller, a synchronous detector and a program-controlled analog-to-digital converter (ADC), the output of which is connected to the computer information input, are connected to another switch output. The excitation pulse generator has an additional output of the reference voltage connected to the reference input of the synchronous detector. The operation of the device is controlled by a computer. The device starts with an excitation cycle in proton-containing horizons of the NMR signal by connecting a pulse generator to the wire loop for a short time, creating a short alternating current pulse in the loop. At the end of the excitation, a receiving path consisting of an amplifier, a synchronous detector, an ADC, and a computer is connected to the loop through a switch. The computer records the amplitude of the NMR signal that occurs in the loop after excitation. Excitation and reception cycles are repeated, while the areas of the exciting pulse (the product of the pulse current I by the pulse duration T, i.e., I * T) each time give a new value. As a result of such measurements, the dependence of the amplitude E of the NMR signal on the area of the exciting pulse I * T is obtained, i.e. E = F (I * T). From the obtained dependence, by solving the so-called “inverse” problem, the concentration distribution of proton-containing minerals P = f (Z) over all horizons contributing to the total NMR signal in the depth function Z is found. The function P = F (Z) in many cases provides fairly complete and accurate information about the main parameters of each horizon, its depth and boundaries, as well as the content and concentration of the corresponding minerals in them.

По принципу действия известного устройства полезный сигнал, поступающий с петли на вход приемника, представляет собой сумму отдельных сигналов от каждого из минералсодержащих горизонтов. Выделение вклада каждого из этих горизонтов в суммарный полезный сигнал и определение по этому вкладу качественных и количественных характеристик минералов, содержащихся в каждом горизонте, выполняются ЭВМ по специальной программе в результате решения обратной задачи. Недостаток устройства заключается в том, что точность этих решений в ряде случаев является недостаточной, что снижает достоверность получаемых результатов. Кроме того, возможны погрешности измерения, обусловленные самой конструкцией устройства. Так, когда под проволочной петлей имеется горизонт с высокой электрической проводимостью (например, если он содержит сильно минерализованную воду), ЯМР-cигналы от протонсодержащих минералов, расположенных ниже этого горизонта, ослабляются и тем сильнее, чем выше проводимость. В результате устройство показывает большую глубину залегания протонсодержащего минерала по сравнению с фактической. И наоборот ЯМР-сигналы от протонсодержащих минералов, расположенных выше этого горизонта, воспринимаются устройством как исходящие от источников, расположенных на меньшей по сравнению с фактической глубине. Аналогичные ошибки возникают и при оценке мощности залежи и концентрации минералов в горизонте. According to the principle of operation of the known device, the useful signal coming from the loop to the input of the receiver is the sum of the individual signals from each of the mineral-containing horizons. The allocation of the contribution of each of these horizons to the total useful signal and the determination by this contribution of the qualitative and quantitative characteristics of the minerals contained in each horizon are carried out by a computer according to a special program as a result of solving the inverse problem. The disadvantage of this device is that the accuracy of these solutions in some cases is insufficient, which reduces the reliability of the results. In addition, measurement errors due to the design of the device itself are possible. So, when there is a horizon with high electrical conductivity under the wire loop (for example, if it contains highly mineralized water), the NMR signals from proton-containing minerals located below this horizon are weakened and the stronger the higher the conductivity. As a result, the device shows a greater depth of proton-containing mineral compared to the actual one. Conversely, NMR signals from proton-containing minerals located above this horizon are perceived by the device as coming from sources located at a depth less than the actual depth. Similar errors arise when evaluating the thickness of the reservoir and the concentration of minerals in the horizon.

В основу изобретения положена задача повышения достоверности информации о количественных и качественных характеристиках каждого минералсодержащего горизонта за счет совершенствования устройства. The basis of the invention is the task of increasing the reliability of information on the quantitative and qualitative characteristics of each mineral-containing horizon by improving the device.

Эта задача решается заявляемым устройством для измерения параметров залежей подземных минералов, которое, как и известное устройство, содержит генератор возбуждающих импульсов переменного тока, входы управления которого соединены с выходами программно-управляемых регуляторов амплитуды и длительности импульсов переменного тока, а силовой выход соединен с силовым входом программно-управляемого переключателя, к которому подключены проволочная петля и усилитель, снабженный регулятором усиления, Выход усилителя соединен с информационным входом синхронного детектора, опорный вход которого соединен с опорным выходом генератора импульсов переменного тока, а выход через АЦП соединен с первым информационным входом ЭВМ, выходы управления которой соединены с входами управления программно-управляемых регуляторов амплитуды и длительности импульсов переменного тока, программно-управляемого переключателя, регулятора усиления и АЦП. This problem is solved by the claimed device for measuring the parameters of underground mineral deposits, which, like the known device, contains a generator of exciting pulses of alternating current, the control inputs of which are connected to the outputs of program-controlled regulators of the amplitude and duration of pulses of alternating current, and the power output is connected to the power input software-controlled switch, to which a wire loop and an amplifier equipped with a gain control are connected. The output of the amplifier is connected to the input of the synchronous detector, the reference input of which is connected to the reference output of the alternating current pulse generator, and the output through the ADC is connected to the first information input of the computer, the control outputs of which are connected to the control inputs of the program-controlled regulators of the amplitude and duration of the alternating current pulses, the program-controlled switch gain control and ADC.

В отличие от известного заявляемое устройство дополнительно содержит генератор прямоугольных импульсов постоянного тока, программно-управляемые регуляторы амплитуды и/или длительности импульсов постоянного тока и дроссель, индуктивность которого в 5-10 раз больше индуктивности проволочной петли, при этом выход генератора импульсов постоянного тока соединен через дроссель с выходом генератора возбуждающих импульсов переменного тока, управляющие входы генератора импульсов постоянного тока соединены с соответствующими управляющими выходами ЭВМ и программно-управляемых регуляторов амплитуды и/или длительности импульсов постоянного тока, а управляющие входы программно-управляемых регуляторов амплитуды и/или длительности импульсов постоянного тока соединены с соответствующими управляющими выходами ЭВМ. In contrast to the known device, the device further comprises a rectangular rectangular pulse generator, program-controlled regulators of the amplitude and / or duration of the direct current pulses and a choke whose inductance is 5-10 times greater than the inductance of the wire loop, while the output of the direct current pulse generator is connected via a choke with the output of the generator of exciting pulses of alternating current, the control inputs of the generator of pulses of direct current are connected with the corresponding control Exit and computer program-controlled amplitude controllers and / or DC pulse duration, and control inputs of the program-controlled amplitude regulators and / or duration of pulses of DC are connected to respective computer control outputs.

Достигаемый эффект в предлагаемом устройстве основывается на смещении частоты ЯМР протонсодержащих минералов под действием импульсов постоянного магнитного поля в месте расположения этих минералов. Известно, что частота ЯМР протонсодержащих образцов прямо пропорциональна величине постоянного магнитного поля, в котором находится образец. Представим, что протонсодержащий горизонт состоит из отдельных элементов или элементарных объемов, характеризуемых тем, что во всех его точках действуют одинаковые электромагнитные поля. Наложение прямоугольных импульсов постоянного магнитного поля на магнитное поле Земли приводит к изменению частоты ЯМР каждого элемента протонсодержащего минерала на величину, пропорциональную амплитуде импульсов магнитного поля в том месте, где находится этот элемент. При этом частоты ЯМР элементов смещаются относительно частоты возбуждающих импульсов переменного тока, и в результате частотной расстройки ЯМР-сигнал уменьшается. Кроме того, магнитное поле проволочной петли в плоскости, параллельной плоскости петли и находящейся от нее на глубине Z, характеризуется значительной неоднородностью. Это приводит к дополнительному уменьшению амплитуды ЯМР-сигнала за счет взаимной частотной расстройки отдельных элементов и их соответствующей расфазировки. The achieved effect in the proposed device is based on a shift in the NMR frequency of proton-containing minerals under the influence of pulses of a constant magnetic field at the location of these minerals. It is known that the NMR frequency of proton-containing samples is directly proportional to the constant magnetic field in which the sample is located. Imagine that a proton-containing horizon consists of individual elements or elementary volumes, characterized in that the same electromagnetic fields act at all its points. The application of rectangular pulses of a constant magnetic field to the Earth's magnetic field leads to a change in the NMR frequency of each element of the proton-containing mineral by an amount proportional to the amplitude of the magnetic field pulses in the place where this element is located. In this case, the NMR frequencies of the elements are shifted relative to the frequency of the exciting pulses of the alternating current, and as a result of frequency detuning, the NMR signal decreases. In addition, the magnetic field of the wire loop in a plane parallel to the plane of the loop and located at a depth of Z from it is characterized by significant heterogeneity. This leads to an additional decrease in the amplitude of the NMR signal due to the mutual frequency detuning of the individual elements and their corresponding misphasing.

Степень воздействия импульса постоянного поля на сигнал ЯМР от того или иного горизонта зависит от амплитуды импульса и глубины залегания горизонта. Используя эту зависимость, можно с помощью воздействия на сигнал ЯМР от определенного горизонта определить глубину залегания этого горизонта. Пусть, например, сигнал от протонсодержащего горизонта наблюдается на некоторой глубине Z. Подавая импульсы постоянного тока одновременно с четными возбуждающими импульсами переменного тока, а затем определяя относительное изменение амплитуд сигналов ЯМР в каждых двух смежных периодах (четном и нечетном), можно определить амплитуду импульса постоянного тока, соответствующую уменьшению сигнала в четные периоды, например, до 0,9 его максимального значения. Обозначим через dU/U относительное изменение сигнала под действием импульсов постоянного тока. Тогда
dU/UU(2i+1) U(2i)} / U(2i+1), (1) где U(2i) сигналы, генерируемые протонсодержащим горизонтом в результате воздействия на него четных возбуждающих импульсов;
U(2i+1) сигналы, генерируемые протонсодержащим горизонтом в результате воздействия на него нечетных возбуждающих импульсов;
i целое число, изменяющееся от 0 до N;
2N общее число возбуждающих импульсов в серии.The degree of influence of a constant field pulse on the NMR signal from one horizon or another depends on the amplitude of the pulse and the depth of the horizon. Using this dependence, it is possible to determine the depth of this horizon using the effect on the NMR signal from a certain horizon. Suppose, for example, a signal from a proton-containing horizon is observed at a certain depth Z. By applying DC pulses simultaneously with even exciting AC pulses, and then determining the relative change in the amplitudes of the NMR signals in every two adjacent periods (even and odd), we can determine the amplitude of the constant pulse current corresponding to a decrease in the signal in even periods, for example, to 0.9 of its maximum value. Denote by dU / U the relative change in the signal under the action of direct current pulses. Then
dU / UU (2i + 1) U (2i)} / U (2i + 1), (1) where U (2i) are the signals generated by the proton-containing horizon as a result of the action of even exciting pulses on it;
U (2i + 1) signals generated by the proton-containing horizon as a result of exposure to odd exciting pulses;
i is an integer ranging from 0 to N;
2N is the total number of exciting pulses in the series.

dU/U зависит только от глубины залегания горизонта и амплитуды импульсов постоянного тока, изменяясь в пределах от нуля до единицы при изменении амплитуды импульсов постоянного тока от нуля до максимума, и не зависит от любых других факторов, влияющих на абсолютную величину амплитуды сигнала. В самом деле, если, например, возрастает концентрация протонов в горизонте, пропорционально увеличиваются все члены в правой части выражения (1), при этом сама величина dU/U не изменяется. Точно так же взаимно компенсируются результаты влияния всех остальных факторов. dU / U depends only on the depth of the horizon and the amplitude of the DC pulses, varying from zero to unity when changing the amplitude of the DC pulses from zero to maximum, and does not depend on any other factors affecting the absolute value of the signal amplitude. Indeed, if, for example, the concentration of protons in the horizon increases, all terms on the right-hand side of expression (1) increase proportionally, while the value of dU / U itself does not change. In the same way, the effects of all other factors are mutually compensated.

Если ввести в память ЭВМ определенную теоретически или экспериментально зависимость I= F(Z) амплитуды импульсов постоянного тока I от глубины залегания горизонта Z, на которой ЯМР-сигнал под действием такого тока уменьшается на 10% то в дальнейшем, исходя из этой зависимости, появляется возможность по величине тока I, уменьшающего сигнал от некоторого горизонта на 10% получить дополнительную информацию о глубине залегания этого горизонта Z и в результате повысить точность его определения. If we introduce into the computer memory a dependence theoretically or experimentally determined I = F (Z) of the amplitude of direct current pulses I on the depth of horizon Z, at which the NMR signal under the influence of such a current decreases by 10%, then in the future, based on this dependence, appears the possibility by the value of current I, which reduces the signal from a certain horizon by 10%, to obtain additional information about the depth of this horizon Z and, as a result, to increase the accuracy of its determination.

Известно, что толщина скин-слоя обратно пропорциональна корню квадратному из частоты. Поскольку длительность импульсов постоянного тока по крайней мере на два порядка превышает длительность периода частоты ЯМР, то электромагнитное поле, создаваемое импульсами постоянного поля, ослабляется экранирующим горизонтом на порядок меньше, чем поля на частоте ЯМР. Также известно, что толщина скин-слоя на частоте ЯМР в горизонтах с высокой электропроводимостью, встречающихся в практике геологоразведки, не менее 10 м. Поэтому для импульсов постоянного тока скин-слой в таких горизонтах заведомо превышает 100 м. В пределах применимости прототипа толщина экранирующих горизонтов существенно меньше этой величины (100 м). В результате импульсы постоянного тока, совпадающие с четными возбуждающими импульсами, оказывают такое же действие на ЯМР-сигнал, какое они оказывали бы в отсутствие экранирующего горизонта. Отсюда следует, что величина параметра dU/U от наличия горизонта с повышенной электропроводностью практически не зависит и для определения глубины залегания протонсодержащего горизонта, находящегося в зоне влияния экранирующего горизонта, можно использовать график I=F(Z), построенный в предположении отсутствия эффекта экранирования. При этом даже в предельных случаях точность определения глубины залегания на порядок выше, чем в прототипе. It is known that the thickness of the skin layer is inversely proportional to the square root of frequency. Since the duration of direct current pulses is at least two orders of magnitude longer than the duration of the NMR frequency period, the electromagnetic field generated by the constant field pulses is attenuated by the screening horizon by an order of magnitude less than the fields at the NMR frequency. It is also known that the thickness of the skin layer at the NMR frequency in horizons with high electrical conductivity encountered in exploration practice is at least 10 m. Therefore, for direct current pulses, the skin layer in such horizons is obviously greater than 100 m. The thickness of the shielding horizons is within the limits of applicability of the prototype significantly less than this value (100 m). As a result, direct current pulses, which coincide with even exciting pulses, have the same effect on the NMR signal as they would have in the absence of a shielding horizon. It follows that the value of the parameter dU / U practically does not depend on the presence of a horizon with increased electrical conductivity, and to determine the depth of the proton-containing horizon located in the influence zone of the screening horizon, we can use the graph I = F (Z), constructed under the assumption that there is no screening effect. Moreover, even in limiting cases, the accuracy of determining the depth is an order of magnitude higher than in the prototype.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения параметров залежей полезных минералов; на фиг.2 принципиальная схема генератора импульсов постоянного тока и регуляторов амплитуды и длительности импульсов постоянного тока. Figure 1 shows a functional diagram of a device for measuring the parameters of mineral deposits; figure 2 is a schematic diagram of a generator of pulses of direct current and regulators of the amplitude and duration of pulses of direct current.

Устройство (фиг. 1) включает расположенную на поверхности земли проволочную петлю 1. Петля присоединена к программно-управляемому переключателю 2. К одному из выводов переключателя подсоединен своим силовым выходом генератор 3 возбуждающих импульсов переменного тока, соединенный входами с программно-управляемыми регуляторами амплитуды 4 и длительности 5 возбуждающих импульсов. К другому выводу переключателя присоединены последовательно соединенные усилитель 6, другим входом соединенный с программно-управляемым регулятором 7 усиления, и синхронный детектор 8, к выходу которого информационным входом подсоединен программно-управляемый АЦП 9, выход которого соединен с информационным входом ЭВМ 10. В генераторе 3 возбуждающих импульсов имеется дополнительный выход опорного напряжения, к которому подключен вход опорного напряжения синхронного детектора 8. К силовому выходу генератора 3 возбуждающих импульсов через дроссель 11 подсоединен выходом генератор 12 импульсов постоянного тока, соединенный входами с программно-управляемыми регуляторами амплитуды 13 и длительности 14 импульсов постоянного тока. Управляющие выходы ЭВМ соединены с соответствующими входами программно-управляемых переключателя 2, регуляторов амплитуды 4 и длительности 5 импульсов переменного тока, генератора 3 возбуждающих импульсов переменного тока, регулятора 7 усиления, АЦП 9, генератора 12 импульсов постоянного тока, регуляторов амплитуды 13 и длительности 14 импульсов постоянного тока. The device (Fig. 1) includes a wire loop located on the surface of the earth 1. The loop is connected to a program-controlled switch 2. An oscillator 3 of alternating current pulses 3 connected to the inputs by program-controlled amplitude regulators 4 and connected to its output terminals is connected to its outputs duration of 5 exciting pulses. To another output of the switch are connected a series-connected amplifier 6, another input connected to a program-controlled gain controller 7, and a synchronous detector 8, the output of which is connected to an information input by a program-controlled ADC 9, the output of which is connected to the information input of a computer 10. In the generator 3 exciting pulses there is an additional output of the reference voltage, which is connected to the input of the reference voltage of the synchronous detector 8. To the power output of the generator 3 exciting pulses through the inductor 11 is connected to the output by a generator of 12 pulses of direct current connected by inputs to program-controlled regulators of the amplitude 13 and a duration of 14 pulses of direct current. The control outputs of the computer are connected to the corresponding inputs of the program-controlled switch 2, amplitude regulators 4 and duration 5 pulses of alternating current, generator 3 of exciting pulses of alternating current, regulator 7 gain, ADC 9, generator 12 of pulses of direct current, amplitude regulators 13 and duration of 14 pulses direct current.

Генератор 12 импульсов постоянного тока (фиг.2) может быть выполнен, например, на тиристорах 15 и 16 по известной схеме последовательного инвертора с обратными диодами 17 и 18. Генератор 12 включает также блокинг-генераторы 19 и 20, выполненные по любой известной схеме, логические элементы 21 и 22 и генератор 23 опорного напряжения (Коннели Дж. Аналоговые интегральные схемы. М. Мир, с. 410, 411). Общая точка тиристоров 15 и 16 через дроссель 11 соединена с силовым выходом генератора 3 возбуждающих импульсов (фиг. 1). Управляющие электроды тиристоров 15 и 16 соединены с блокинг-генераторами 19 и 20 соответственно. Входы блокинг-генераторов 19 и 20 соединены с выходами логических элементов 21 и 22 соответственно, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам генератора 23 опорного напряжения. Анод тиристора 15 объединен с катодом диода 17 и подсоединен к выходу регулятора 13 амплитуды. Катод тиристора 16 и анод обратного диода 18 объединены и соединены с общей шиной. Вход генератора 23 опорного напряжения является входом управления генератора 12. The generator 12 pulses of direct current (figure 2) can be performed, for example, on thyristors 15 and 16 according to the known serial inverter circuit with reverse diodes 17 and 18. Generator 12 also includes blocking generators 19 and 20, made according to any known scheme, logical elements 21 and 22 and the generator 23 of the reference voltage (Connelly J. Analog integrated circuits. M. Mir, S. 410, 411). The common point of the thyristors 15 and 16 through the inductor 11 is connected to the power output of the generator 3 of the exciting pulses (Fig. 1). The control electrodes of the thyristors 15 and 16 are connected to the blocking generators 19 and 20, respectively. The inputs of the blocking generators 19 and 20 are connected to the outputs of the logic elements 21 and 22, respectively, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the generator 23 of the reference voltage. The anode of the thyristor 15 is combined with the cathode of the diode 17 and is connected to the output of the amplitude regulator 13. The cathode of the thyristor 16 and the anode of the reverse diode 18 are combined and connected to a common bus. The input of the reference voltage generator 23 is the control input of the generator 12.

В качестве регулятора 14 длительности импульсов постоянного тока может быть использован счетчик 24 импульсов, выполненный по любой известной схеме. Выход счетчика 24 соединен с объединенными вторыми входами логических элементов 21 и 22 генератора 12. Вход счетчика 24 импульсов является входом регулятора 14 длительности импульсов. As a regulator 14 of the duration of the DC pulses, a pulse counter 24 can be used, made according to any known scheme. The output of the counter 24 is connected to the combined second inputs of the logic elements 21 and 22 of the generator 12. The input of the counter 24 pulses is the input of the controller 14 of the pulse duration.

В качестве регулятора 13 амплитуды импульсов постоянного тока можно использовать схему преобразователя постоянного нерегулируемого напряжения в регулируемое по величине постоянное напряжение. Преобразователь содержит силовые транзисторы 25 и 26, трансформатор 27, вторичная обмотка которого соединена с входом диодного моста 28, а первичные обмотки подсоединены к коллекторам транзисторов 25, 26 и соединены с источником питания (не показан). Эмиттеры транзисторов 25, 26 объединены и соединены с общей шиной. Нагрузкой диодного моста 28 является буферный конденсатор 29 емкостью в несколько десятков или сотен микрофарад. Запуск такого преобразователя может осуществляться от собственного тактового генератора, в качестве которого может быть использован мультивибратор 30, выход которого соединен с первыми входами логических элементов 31 и 32, вторые входы которых объединены и соединены с выходом триггера 33 Шмитта. Первый вход триггера Шмитта соединен с общей точкой делителя напряжения, собранного на резисторах 34 и 35, свободные выводы которых соединены с выходом диодного моста 28. Второй вход триггера 33 Шмитта является входом регулятора 13 амплитуды. Выводы логических элементов 31, 32 соединены с базами транзисторов 25 и 26. Положительная обкладка конденсатора 29 является выходом регулятора 13 амплитуды. As the regulator 13 of the amplitude of the pulses of direct current, you can use the circuit of the Converter constant unregulated voltage into a variable-sized constant voltage. The converter contains power transistors 25 and 26, a transformer 27, the secondary winding of which is connected to the input of the diode bridge 28, and the primary windings are connected to the collectors of transistors 25, 26 and connected to a power source (not shown). The emitters of transistors 25, 26 are combined and connected to a common bus. The load of the diode bridge 28 is a buffer capacitor 29 with a capacity of several tens or hundreds of microfarads. Such a converter can be started from its own clock generator, which can be used as a multivibrator 30, the output of which is connected to the first inputs of the logic elements 31 and 32, the second inputs of which are combined and connected to the output of the Schmitt trigger 33. The first input of the Schmitt trigger is connected to the common point of the voltage divider assembled on resistors 34 and 35, the free terminals of which are connected to the output of the diode bridge 28. The second input of the Schmitt trigger 33 is the input of the amplitude controller 13. The findings of the logic elements 31, 32 are connected to the bases of the transistors 25 and 26. The positive lining of the capacitor 29 is the output of the amplitude controller 13.

В предлагаемом устройстве может быть использована любая ЭВМ например, как в прототипе, типа 9815S фирмы Hewlet Packard (Каталог фирмы Hewlet Packard, 1981, изд. США, с. 623). In the proposed device, any computer can be used, for example, as in the prototype, type 9815S from Hewlet Packard (Catalog of Hewlet Packard, 1981, US edition, p. 623).

Работа устройства заключается в возбуждении, приеме и обработке сигнала ЯМР. ЭВМ 10 устанавливает регуляторы амплитуды 4 и длительности 5 возбуждающих импульсов в начальное состояние, а переключателем 2 подключает проволочную петлю 1 к генератору 3 возбуждающих импульсов, создавая в петле короткий импульс переменного тока. По окончании возбуждения ЭВМ 10 к петле 1 через переключатель 2 подключает приемный тракт, состоящий из усилителя 6, синхронного детектора 8, АЦП 9 и ЭВМ 10. В ЭВМ регистрируется амплитуда возникающего в петле после возбуждения сигнала ЯМР. Циклы возбуждения и приема повторяются, при этом каждый раз ЭВМ придает новое значение площади возбуждающего импульса. В результате измерений и последующей обработки получают зависимость амплитуды сигнала ЯМР от площади возбуждающего импульса -Е= F(I*T), а из полученной зависимости посредством решения обратной задачи находят зависимость концентрации протонсодержащего минерала P=f(Z) в функции глубины. Затем в соответствии с предметом заявки производится уточнение границ залегания обнаруженных минералсодержащих горизонтов. Для этого, например, на глубинах, соответствующих максимумам концентрации в полученной зависимости Р=f(Z), ЭВМ во время возбуждения сигнала одновременно с генератором 3 включает и генератор 12. Площадь импульса генератора 3 устанавливается в соответствии с проверяемой глубиной, а амплитуду тока генератора 12 ЭВМ устанавливает такой, чтобы глубина модуляции сигнала ЯМР под действием импульсов постоянного тока составляла 10% и замеряет ее. По найденной амплитуде импульса постоянного тока в каждой точке максимума концентрации определяется фактическая глубина в каждой точке. Исходя из полученных результатов производится повторный, уточняющий, расчет зависимости P=f(Z), из которой уже исключены погрешности, обусловленные влиянием горизонтов с повышенной электропроводимостью. The operation of the device is to excite, receive and process the NMR signal. The computer 10 sets the regulators of the amplitude 4 and duration 5 of the exciting pulses in the initial state, and with a switch 2 connects the wire loop 1 to the generator 3 of the exciting pulses, creating a short alternating current pulse in the loop. At the end of the excitation of the computer 10 to the loop 1 through the switch 2 connects the receiving path, consisting of an amplifier 6, a synchronous detector 8, the ADC 9 and the computer 10. The amplitude of the NMR signal that appears in the loop after excitation is recorded in the computer. Excitation and reception cycles are repeated, and each time the computer gives a new value to the area of the exciting pulse. As a result of measurements and subsequent processing, the dependence of the amplitude of the NMR signal on the area of the exciting pulse —E = F (I * T) is obtained, and the dependence of the concentration of the proton-containing mineral P = f (Z) as a function of depth is found from the obtained dependence by solving the inverse problem. Then, in accordance with the subject of the application, the boundaries of the discovered mineral-containing horizons are clarified. For this, for example, at depths corresponding to the concentration maxima in the obtained dependence P = f (Z), the computer, during excitation of the signal simultaneously with the generator 3, also includes the generator 12. The pulse area of the generator 3 is set in accordance with the tested depth, and the amplitude of the generator current 12 the computer sets such that the depth of modulation of the NMR signal under the action of direct current pulses is 10% and measures it. Based on the found amplitude of the DC pulse at each point of maximum concentration, the actual depth at each point is determined. Based on the results obtained, a repeated, clarifying calculation of the dependence P = f (Z) is made, from which errors due to the influence of horizons with increased electrical conductivity are already excluded.

Возможны и другие алгоритмы корректировки функции Р=f(Z) в зависимости от ее характера и особенностей исследуемой геологической структуры. Other algorithms for adjusting the function P = f (Z) are also possible depending on its nature and characteristics of the studied geological structure.

Claims

DEVICE FOR MEASURING PARAMETERS OF DEPOSITS OF UNDERGROUND MINERALS giving a nuclear magnetic resonance signal containing an excitation pulse of alternating current, the control inputs of which are connected to the outputs of program-controlled regulators of the amplitude and duration of alternating current pulses, and the power output is connected to the power input of a program-controlled switch, connected to a wire loop and an amplifier, the control input of which is connected to the gain control, and the output is connected to the information input m synchronous detector, the reference input of which is connected to the reference output of the alternating current pulse generator, and the output through an analog-to-digital converter is connected to the first information input of the computer, the control outputs of which are connected to the control inputs of program-controlled regulators of the amplitude and duration of alternating current pulses, program controlled switch, gain control and analog-to-digital Converter, characterized in that the device is additionally introduced pulse generator constant current, program-controlled regulators of the amplitude and / or duration of direct current pulses and a choke whose inductance is 5 to 10 times greater than the inductance of the wire loop, while the output of the direct current pulse generator is connected through the inductor to the output of the alternating current pulse generator, the control inputs of the pulse generator direct current are connected to the corresponding control outputs of the computer and program-controlled regulators of the amplitude and / or duration of the direct current pulses, and The inputs of programmable controllers for the amplitude and / or duration of direct current pulses are connected to the corresponding computer control outputs.