RU2098847C1

RU2098847C1 - Method for electric reconnaissance

Info

Publication number: RU2098847C1
Application number: RU94015133A
Authority: RU
Inventors: В.В. Кормильцев; Р.В. Улитин; А.И. Человечков
Original assignee: Институт геофизики Уральского отделения РАН
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: detection and tracing of regions of tectonic disintegration water-permeable rocks, investigation of cave generation processes, checking state of hydraulic plants. SUBSTANCE: method involves use of three ground points which are located in observation profile and spaced by equal distance, sequential measurement of three signals, calculation of ratio of signal, which is measured using central position of second supply ground point, to sum of absolute values of signals measured using extreme positions of second supply ground point. Distribution of this ratio for profile and area of observation is used for detection of presence and position of electric discontinuities. Detected abnormal regions are used for measurement of fourth signal with two additional ground points which are located in symmetry about central one on line which is perpendicular to profile. Ratio of this signal to same sum of absolute values of signals provides vector which projection on coordinate axes gives ratio values for measurements in parallel to profile and in perpendicular to it. Position of vectors is used for precise detection of discontinuity. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрической разведке по методу электросопротивления и позволяет повысить эффективность изучения верхней части разреза, выявления локальных геоэлектрических неоднородностей и определения их пространственного положения. The invention relates to electrical reconnaissance by the method of electrical resistance and improves the efficiency of studying the upper part of the section, identifying local geoelectric heterogeneities and determining their spatial position.

Область преимущественного применения предлагаемого способа обнаружение и трассирование зон тектонически раздробленных, водопроницаемых пород, изучение процессов карстообразования, контроль состояния гидротехнических сооружений (земляных плотин, ограждающих дамб), оконтуривание областей распространения очаговой мерзлоты на дражных полигонах, а также решение ряда других инженерно-изыскательских задач. The area of primary application of the proposed method is the detection and tracing of zones of tectonically fragmented, permeable rocks, the study of karst formation, monitoring the status of hydraulic structures (earth dams, enclosing dams), outlining the distribution areas of focal permafrost on dredge landfills, as well as solving a number of other engineering and survey tasks.

Известен способ комбинированного электропрофилирования с трехэлектродной установкой, в котором одно из питающих заземлений (A) размещают на одной прямой (профиле наблюдений) с двумя приемными заземлениями (M и N), а второе питающее заземление (B) относят практически в бесконечность. С помощью питающих заземлений возбуждают электрическое поле в среде. В процессе измерений трехэлектродную установку перемещают по профилю наблюдений с заданным шагом при неизменном расстоянии между питающим и приемными заземлениями. При каждой стоянке установки измеряют падение напряжения между приемными заземлениями и определяют значение кажущегося электрического сопротивления (ρ_к). Обычно выполняют измерения с прямой (AMN) и обратной (BMN) трехэлектродными установками. По пересечению графиков кажущегося электросопротивления по профилю, полученных с прямой и обратной установками, выявляют геоэлектрические неоднородности в изучаемом разрезе [1]
Известный способ имеет существенные недостатки: во-первых, это сложный характер практических графиков ρ_к, обусловленный влиянием экранных эффектов при прохождении питающего заземления над геоэлектрической неоднородностью; во-вторых, низкая эффективность при расчленении близкорасположенных объектов [2]
Известен способ дипольного электропрофилирования, использующий питающий диполь (заземления A и A) и приемный диполь (заземления M и N), которые размещают вдоль одной прямой (профиль наблюдений) при заданном расстоянии между центрами диполей. Установку перемещают вдоль профиля при неизменном расстоянии между всеми заземлениями. При каждой стоянке установки определяют значение ρ_к. Полевые исследования, как правило, выполняют с двухсторонней установкой (A'AMN и MNBB') и по пересечениям графиков электросопротивления, полученных с прямой и обратной установками, судят о наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей [3]
Существенный недостаток известного способа появление дополнительных аномалий, возникающих при прохождении над геоэлектрической неоднородностью питающего диполя. Это приводит к излишней изрезанности практических графиков ρ_к, особенно при наличии в разрезе нескольких неоднородностей, что делает затруднительной интерпретацию результатов.A known method of combined electrical profiling with a three-electrode installation, in which one of the supply ground (A) is placed on one straight line (observation profile) with two receiving ground (M and N), and the second supply ground (B) are carried almost to infinity. With the help of supply grounding, an electric field is excited in the medium. In the process of measurement, the three-electrode installation is moved along the observation profile with a given step at a constant distance between the supply and receiving ground. At each installation stand, the voltage drop between the receiving earthing is measured and the value of the apparent electrical resistance (ρ _k ) is determined. Typically, measurements are made with forward (AMN) and reverse (BMN) three-electrode installations. By crossing the graphs of the apparent electrical resistance along the profile obtained with direct and reverse installations, geoelectric heterogeneities in the studied section are revealed [1]
The known method has significant drawbacks: firstly, it is the complex nature of the practical graphs ρ _to , due to the influence of screen effects during the passage of the supply ground over the geoelectric heterogeneity; secondly, low efficiency in the dismemberment of nearby objects [2]
A known method of dipole electric profiling using a supply dipole (grounding A and A) and a receiving dipole (grounding M and N), which are placed along one straight line (observation profile) at a given distance between the centers of the dipoles. The installation is moved along the profile at a constant distance between all groundings. At each parking installation determine the value of ρ _to . Field studies, as a rule, are performed with a two-sided installation (A'AMN and MNBB ') and by the intersections of the electrical resistance graphs obtained with the forward and reverse installations, they judge the presence of geoelectric heterogeneities in the section [3]
A significant disadvantage of the known method is the appearance of additional anomalies that occur when passing over the geoelectric heterogeneity of the supply dipole. This leads to excessive ruggedness of the practical graphs ρ _k , especially if there are several heterogeneities in the section, which makes it difficult to interpret the results.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ электропрофилирования, в котором первое питающее заземление (B), соединенное с одной из клемм источника тока, отнесено практически в бесконечность, а второе питающее заземление (A), подключенное к другой клемме источника тока, и два приемных заземления (M и N) размещены на одной прямой (профиле наблюдении) так, что приемные заземления располагаются симметрично относительно центрального питающего заземления. Указанную трехэлектродную установку перемещают по профилю наблюдений с заданным шагом и при каждой стоянке измеряют падение напряжения между приемными заземлениями ΔU_MN. При профилировании над однородным полупространством ΔU_MN 0, а при наличии в разрезе геоэлектрической неоднородности ΔU_MN принимает отличные от нуля значения [4]
Способ-прототип имеет существенный недостаток. При профилировании над геоэлектрической неоднородностью известным способом аномальные значения ΔU_MN пропорциональны сопротивлению вмещающих пород, в которых залегает неоднородность. Поэтому амплитуда фиксируемой аномалии без знания сопротивления вмещающей среды является неопределенной.The closest in technical essence to the proposed one is the method of electric profiling, in which the first supply ground (B) connected to one of the terminals of the current source is almost infinite, and the second supply ground (A) connected to the other terminal of the current source, and two receiving earths (M and N) are placed on one straight line (observation profile) so that the receiving earths are located symmetrically with respect to the central supply ground. The specified three-electrode installation is moved along the observation profile with a predetermined step, and at each parking position, the voltage drop between the receiving ground ΔU _{MN is} measured. When profiling over a homogeneous half-space, ΔU _MN 0, and if there is a geoelectric heterogeneity in the section, ΔU _MN assumes non-zero values [4]
The prototype method has a significant drawback. When profiling over geoelectric heterogeneity in a known manner, the anomalous values of ΔU _{MN are} proportional to the resistance of the host rocks in which the heterogeneity lies. Therefore, the amplitude of the fixed anomaly without knowledge of the resistance of the enclosing medium is uncertain.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в изучаемом разрезе и снижение неоднозначности интерпретации полученных результатов при неоднородном строении верхней части разреза. The aim of the proposed method is to increase the efficiency of detecting geoelectric heterogeneities in the studied section and reduce the ambiguity of the interpretation of the results with the heterogeneous structure of the upper part of the section.

Цель достигается тем, что в нем каждое из трех заземлений, расположенных на профиле наблюдений на равном расстоянии друг от друга, поочередно используют в качестве питающего, поочередно измеряют три сигнала, определяют отношение сигнала, измеренного при центральном положении второго питающего заземления к сумме абсолютных значений сигналов, измеренных при крайних положениях второго питающего заземления, и по распределению этого отношения на профилях и площади наблюдений судят о наличии и положении геоэлектрических неоднородностей. В пределах выявленных аномальных участков выполняют измерение четвертого сигнала с двумя дополнительными заземлениями, расположенными симметрично по отношению к центральному на линии, перпендикулярной профилю, определяют отношение этого сигнала к той же сумме абсолютных значений сигналов, дополнительно получают вектор (направленный отрезок), проекциями которого на оси координат являются отношения, полученные при измерениях вдоль профиля и перпендикулярно к нему, и по плану векторов уточняют положение неоднородности. Кроме того, осуществляют в аномальных участках перемещение крайних заземлений по окружности в одном направлении на одинаковый угол до тех пор, пока абсолютная величина сигнала, измеренного при центральном положении второго питающего заземления, не достигнет максимума и по направлению установки судят о простирании геоэлектрической неоднородности. The goal is achieved by the fact that in it each of the three groundings located on the observation profile at an equal distance from each other is used alternately as a supply, three signals are measured in turn, the ratio of the signal measured at the central position of the second supply ground to the sum of the absolute values of the signals is determined measured at the extreme positions of the second supply ground, and by the distribution of this ratio on the profiles and the observation area, the presence and position of geoelectric heterogeneities are judged. Within the detected anomalous sections, the fourth signal is measured with two additional groundings, located symmetrically with respect to the center line on the line perpendicular to the profile, the ratio of this signal to the same sum of the absolute values of the signals is determined, and a vector (directional segment) is projected, the projections of which on the axis coordinates are relations obtained during measurements along the profile and perpendicular to it, and according to the plan of the vectors, the position of the inhomogeneity is specified. In addition, extreme anomalies are moved in abnormal areas along the circumference in one direction at the same angle until the absolute value of the signal measured with the central position of the second supply ground reaches a maximum and the geoelectric heterogeneity is judged in the installation direction.

На фиг.1-3 показаны схемы предлагаемых установок. Сигналы

регистрируются при использовании в качестве второго питающего центрального заземления A. Сигналы

регистрируются при использовании в качестве второго питающего электрода заземлений M₁, N₁ соответственно. Первое питающее заземление (B) отнесено в практическую бесконечность. Стрелками на фиг. 3 показано направление перемещения приемных заземлений.Figure 1-3 shows a diagram of the proposed installations. Signals

recorded when used as a second supply central ground A. Signals

recorded when used as the second supply electrode grounding M ₁ , N _1, respectively. The first supply ground (B) is put into practical infinity. The arrows in FIG. 3 shows the direction of movement of the receiving ground.

Предлагаемый способ осуществляется с выпускаемой серийно электроразведочной аппаратурой (например, ЭРА, ЭВП-801) следующим образом. На обследуемом участке земной поверхности по заданному профилю размещают два приемных (M₁, N₁) и второе питающее заземление (A), причем заземления M₁, N₁ располагают симметрично относительно питающего A (фиг.1). Первое питающее заземление (B) относят в практическую бесконечность, т.е. на такое расстояние, чтобы соблюдалось условие: AB в 10-15 раз больше AM₁ AN₁. Питающие заземления с помощью соединительных проводов подключают к источнику стабилизированного тока. Приемные заземления M₁, N₁ подключают к измерительному прибору. При включенном источнике тока регистрируют сигнал

. Далее к клемме источника тока подсоединяют заземление M₁, а заземление A к входу измерителя и измеряют сигнал

Затем к источнику тока подключают заземление N₁, а заземление M₁ к входу измерителя и регистрируют сигнал

. После выполнения этих операций определяют отношение сигнала

к сумме абсолютных значений сигналов

. Так как каждый из трех сигналов при прочих равных условиях пропорционален электрическому сопротивлению пород, вмещающих неоднородность, то полученное отношение становится независимым от этого сопротивления.The proposed method is carried out with commercially available electrical prospecting equipment (for example, ERA, EVP-801) as follows. Two receiving (M ₁ , N ₁ ) and a second supply ground (A) are placed on the surveyed area of the earth’s surface along a predetermined profile, and the ground M ₁ , N ₁ are located symmetrically with respect to supply A (Fig. 1). The first supply ground (B) is taken to practical infinity, i.e. to such a distance that the condition is met: AB is 10-15 times greater than AM ₁ AN ₁ . Supply grounding using connecting wires is connected to a stabilized current source. The receiving earths M ₁ , N _{1 are} connected to the measuring device. When the power source is turned on, a signal is recorded

. Then, ground M ₁ is connected to the current source terminal, and ground A to the meter input and the signal is measured

Then, ground N ₁ is connected to the current source, and ground M ₁ to the meter input and a signal is recorded

. After performing these operations, determine the signal ratio

to the sum of the absolute values of the signals

. Since each of the three signals, ceteris paribus, is proportional to the electrical resistance of the rocks containing the heterogeneity, the resulting ratio becomes independent of this resistance.

Если отношение

) не превосходит нескольких процентов, что свидетельствует об отсутствии в разрезе геологической неоднородности, то установку перемещают по профилю с шагом, равным AM₁ AN₁ и все операции повторяют.If the ratio

) does not exceed several percent, which indicates the absence of geological heterogeneity in the section, the installation is moved along the profile with a step equal to AM ₁ AN ₁ and all operations are repeated.

Выполнив такие наблюдения на исследуемой площади, строят план изолиний указанного отношения при отнесении точки записи к положению среднего из трех электродов. Каждая неоднородность электропроводности будет отмечена на этом плане знакопеременной областью повышенных значений отношения, а линия перехода отношения через ноль будет указывать на центральную или осевую часть неоднородности. Характер неоднородности проводящая или непроводящая - устанавливают по характеру смены знака. Для маркировки заземлений, показанной на фиг. 1, в случае, например, крутопадающего проводника, слева от проекции проводника будет область положительных значений отношения, а справа - отрицательных. Положительная и отрицательная области поменяются местами при переходе установки через крутопадающий изолятор. Дополнительная информация может быть получена по кривым комбинированного профилирования, которые вычисляют из измерений при крайних положениях питающего заземления по известной методике [1,2] Как уже было отмечено, величина используемого отношения в большей степени зависит от контраста электропроводности неоднородности и вмещающей среды и в меньшей степени от абсолютных значений электропроводности. Это уменьшает колебания отношения при изменении геоэлектрических условий и позволяет выделять более слабые неоднородности на значительной глубине. Having made such observations on the studied area, they build a plan of isolines of the indicated ratio when assigning the recording point to the position of the middle of the three electrodes. Each heterogeneity of electrical conductivity will be marked on this plane by an alternating region of increased ratio values, and the line of transition of the ratio through zero will indicate the central or axial part of the heterogeneity. The nature of the heterogeneity conductive or non-conductive is determined by the nature of the sign change. For the ground marking shown in FIG. 1, in the case of, for example, a steeply falling conductor, to the left of the projection of the conductor there will be an area of positive ratio values, and to the right - negative. The positive and negative areas will change places when the unit passes through a steeply falling insulator. Additional information can be obtained from the combined profiling curves, which are calculated from measurements at the extreme positions of the supply ground according to a known method [1,2] As already noted, the ratio used is more dependent on the contrast of the electrical conductivity of the heterogeneity and the surrounding medium and to a lesser extent from the absolute values of electrical conductivity. This reduces the fluctuation of the ratio with changing geoelectric conditions and allows us to distinguish weaker inhomogeneities at a considerable depth.

На пунктах измерений, где указанное выше отношение имеет аномальные значения (составляет 10% и более), приемные заземления M₁, N₁ перемещают в положения M₂, N₂ на линии, перпендикулярной профилю наблюдений (фиг.2). Используя в качестве второго питающего заземление A, регистрируют сигнал

и определяют отношение этого сигнала к сумме абсолютных значений сигналов

и

, измеренных при наблюдениях вдоль профиля. По двум отношениям (по профилю и по перпендикуляру к нему ) определяют направление вектора. При площадной съемке по плану векторов уточняют положение геоэлектрической неоднородности. Если начало каждого вектора совмещать с положением среднего электрода и положительными считать направления слева направо и сверху вниз, то вектора будут направлены к центру проводника. Векторные построения важны при редкой сети наблюдений, когда неоднородности почти целиком умещаются между профилями.At the measurement points, where the above ratio has anomalous values (10% or more), the receiving ground M ₁ , N _{1 is} moved to the position M ₂ , N ₂ on the line perpendicular to the observation profile (figure 2). Using A as the second supply ground, a signal is recorded

and determine the ratio of this signal to the sum of the absolute values of the signals

and

measured during observations along the profile. Two relations (according to the profile and perpendicular to it) determine the direction of the vector. When areal survey according to the plan of vectors, the position of the geoelectric heterogeneity is specified. If the beginning of each vector is combined with the position of the middle electrode and the directions from left to right and top to bottom are considered positive, then the vectors will be directed to the center of the conductor. Vector constructions are important in a rare network of observations when heterogeneities almost entirely fit between profiles.

При выполнении исследований по отдельным профилям после выполнения измерений с установкой, размещенной вдоль профиля, приемные заземления перемещают по окружности вокруг центрального питающего заземления на одинаковый угол в одном направлении (фиг.3). При каждом положении приемных заземлений измеряют сигнал в приемной линии. Перемещение заземлений производят до достижения максимального абсолютного значения сигнала. Полученное направление отрезка N_iAM_i указывает положение геоэлектрической неоднородности. Например, при наличии в разрезе линейно-вытянутой неоднородности, отличающейся от вмещающей среды повышенной электропроводностью, направление установки, при котором фиксируется максимальный сигнал, соответствует простиранию проводящей зоны.When performing studies on individual profiles after performing measurements with the installation located along the profile, the receiving grounding is moved around the circumference around the central supply grounding at the same angle in one direction (Fig. 3). At each position of the receiving ground, the signal in the receiving line is measured. The movement of grounding is carried out until the maximum absolute value of the signal is reached. The obtained direction of the segment N _i AM _i indicates the position of the geoelectric heterogeneity. For example, if there is a linearly elongated inhomogeneity in the section, which differs from the enclosing medium by increased electrical conductivity, the installation direction at which the maximum signal is fixed corresponds to the strike of the conductive zone.

Таким образом, преимущество предлагаемого способа состоит в повышении эффективности выявления неоднородностей в верхней части разреза в различных геоэлектрических условиях, так как конечный результат измерений (отношение сигналов) не зависит от электрического сопротивления среды, вмещающей неоднородность. Thus, the advantage of the proposed method is to increase the efficiency of detecting inhomogeneities in the upper part of the section under various geoelectric conditions, since the final measurement result (signal ratio) does not depend on the electrical resistance of the medium containing the heterogeneity.

Claims

1. The method of geoelectrical exploration, using the first supply ground, connected to one of the terminals of the electric current source and assigned to practical infinity, as well as three earths located on the observation profile at the same distance between the extreme and central ones, of which one is connected to the other terminal an electric current source as the second supply ground of the supply line, and the two remaining ones are used as receptors for measuring the voltage between them, different we note that in it each of the three grounds on the observation profile is used alternately as the supply voltage, three voltages are measured in turn, the ratio of the voltage measured at the central position of the second supply ground to the sum of the absolute values of the voltages measured at the extreme positions of the second supply ground is determined, and the distribution of this ratio on the profiles and the area of observation is judged on the presence and position of geoelectric heterogeneities.

2. The method according to p. 1, characterized in that it measures the fourth voltage in an additional pair of receiving grounds, located symmetrically relative to the central one on a line perpendicular to the profile, determine the ratio of this voltage to the same sum of the absolute values of the voltages, additionally receive a vector by projections which on the coordinate axis are this relation and the relation defined in paragraph 1, and according to the plan of the vectors, the position of the geoelectric inhomogeneities is specified.

3. The method according to p. 1, characterized in that the extreme electrodes are moved around the circumference in one direction at the same angle until the absolute value of the voltage measured with the center position of the supply ground reaches a maximum, and the direction of installation is specified position of geoelectric heterogeneity.