RU2279106C1 - Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants) - Google Patents

Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2279106C1
RU2279106C1 RU2005107958/28A RU2005107958A RU2279106C1 RU 2279106 C1 RU2279106 C1 RU 2279106C1 RU 2005107958/28 A RU2005107958/28 A RU 2005107958/28A RU 2005107958 A RU2005107958 A RU 2005107958A RU 2279106 C1 RU2279106 C1 RU 2279106C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
differences
pauses
electric
dipole
Prior art date
Application number
RU2005107958/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Рыхлинский (RU)
Николай Иванович РЫХЛИНСКИЙ
Original Assignee
Николай Иванович РЫХЛИНСКИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Иванович РЫХЛИНСКИЙ filed Critical Николай Иванович РЫХЛИНСКИЙ
Priority to RU2005107958/28A priority Critical patent/RU2279106C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279106C1 publication Critical patent/RU2279106C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: geophysical research, possible use for finding and contouring oil-gas deposits.
SUBSTANCE: method includes excitation of electromagnetic field within thick portion of researched environment, by letting through it a periodical series of rectangular current pulses with pauses between each one of them serially from two dipole sources. Between current pulses in pauses along whole length of these, momentary values of first and second axial and second orthogonal potentials differences are measured when resulting first difference of potentials between extreme measuring grounding parts is equal to zero. Along whole duration of each pause two momentary values positioned adjacently in time of first and second differences of potentials are selected, determining differences between their values. From values of differences, three normalized electrical parameters are calculated. Reverse problem is solved on basis of differential fading wave equation of mathematical physics for strength of dipole source in electrochemically self-polarizing conductive environment. Model of environment, most close to geometrical structure and electrical parameters of researched environment, is determined, and temporal cuts are constructed by electric conductivity, coefficient of caused polarization and time of fading of difference of potentials of aforementioned caused polarization.
EFFECT: increased success coefficient of searches for oil-gas deposits.
2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области геофизических исследований, а более конкретно к наземным способам геоэлектроразведки с использованием регулируемых искусственных источников электромагнитного поля с фокусировкой электрического тока, они предназначены для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей на основе раздельного определения и картирования свойственных каждому из элементов (горизонтов) толщи осадочных отложений горных пород следующих трех электрофизических параметров, необходимых для решения поставленной задачи, удельной электропроводности, вызванной поляризации и постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации.The invention relates to the field of geophysical research, and more particularly to ground-based geoelectro-prospecting methods using controlled artificial sources of electromagnetic fields with electric current focusing, they are designed to search and outline oil and gas deposits based on the separate determination and mapping of the thickness of sedimentary deposits characteristic of each element (horizon) rocks of the following three electrophysical parameters necessary to solve the problem, specific electrical conductivity caused by polarization and the decay time constant of the potential difference caused by polarization.

Известны способы геоэлектроразведки с искусственным возбуждением исследуемой среды электрическим током (способы сопротивлений на постоянном и переменном токе), которые предназначены для определения только одного электрофизического параметра из перечисленных выше трех, а именно электрического сопротивления, что недостаточно для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей. Среди этих способов наиболее распространенным является импульсный способ на переменном низкочастотном токе - способ становления электрического поля.Known methods of geoelectrical exploration with artificial excitation of the medium under study by electric current (methods of resistance to direct and alternating current), which are designed to determine only one electrophysical parameter from the above three, namely electrical resistance, which is not enough to search and outline the oil and gas deposits. Among these methods, the most common is the pulsed method with alternating low-frequency current - the method of formation of the electric field.

По результатам полевых измерений данным способом вычисляется электрическое сопротивление ρτ с помощью универсальной формулыBased on the results of field measurements, this method calculates the electrical resistance ρ τ using the universal formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где J - измеряемый скачок силы тока в токовом диполе;where J is the measured current jump in the current dipole;

ΔU - измеряемое напряжение на концах приемных заземлений MN или на клеммах горизонтального незаземленного контура, с помощью которого регистрируется скорость изменения вертикального магнитного поля

Figure 00000003
;ΔU is the measured voltage at the ends of the receiving ground MN or at the terminals of the horizontal ungrounded circuit, with which the rate of change of the vertical magnetic field is recorded
Figure 00000003
;

К - геометрический коэффициент зондирующей установки (см. «Электроразведка», Справочник геофизика. Ред. А.Г.Тархов, М., Недра, 1980, с.237) [1].K is the geometric coefficient of the sounding installation (see "Electrical exploration", Handbook of geophysics. Ed. A.G. Tarkhov, M., Nedra, 1980, p.237) [1].

При таком подходе, который применяется обычно при всех традиционных способах определения электрического сопротивления в геоэлектроразведке с регулируемым искусственным источником тока, получают лишь суммарные сведения о всех элементах строения исследуемой среды, в которой развивается поле, так как в ней распределение в пространстве измеряемого тока J источника ничем не контролируется и информации об указанном распределении в реально существующих трехмерно-неоднородных средах нет. Это означает, что нормирование измеряемого электрического параметра ΔU по силе тока питания J источника без фокусировки тока в трехмерно-неоднородных средах бессмысленно, так как ток J не несет никакой информации об исследуемой среде, а несет лишь сведения о мощности генератора тока и о сопротивлении заземления токовых электродов токового диполя.With this approach, which is usually used with all traditional methods of determining electrical resistance in geoelectrical prospecting with a controlled artificial current source, only summary information is obtained about all the structural elements of the medium under study, in which the field develops, since the distribution in the space of the measured current J of the source is nothing it is not controlled and there is no information about the indicated distribution in real-life three-dimensionally inhomogeneous media. This means that the normalization of the measured electric parameter ΔU according to the power supply current J of the source without focusing the current in three-dimensionally inhomogeneous media is pointless, since the current J does not carry any information about the medium being studied, but only information about the power of the current generator and the grounding resistance of the current electrodes of a current dipole.

Таким образом, способы сопротивлений мало пригодны для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей, по крайней мере, по двум причинам: первая - регистрируется только один из необходимых для этой цели трех электрофизических параметров исследуемой среды; вторая - регистрируемый параметр для той же цели слишком грубый, так как в нем из-за отсутствия фокусировки тока регистрируется сопротивление объема всех геологических объектов исследуемой среды, в которой развивается электрическое поле источника тока.Thus, resistance methods are not very suitable for searching and outlining oil and gas deposits, for at least two reasons: first, only one of the three electrophysical parameters of the medium under study is recorded for this purpose; the second is the recorded parameter for the same purpose is too coarse, because due to the lack of focusing of the current, the resistance of the volume of all geological objects of the medium under study, in which the electric field of the current source develops, is recorded in it.

Известны способы геоэлектроразведки, в которых используется эффект вызванной поляризации, присущей осадочным отложениям горных пород и обладающей аномальными значениями в средах, в которых находятся нефтегазовые залежи, например, способ ИНФАЗ-ВП (А.В.Куликов, Е.А.Шемякин. Электроразведка фазовым методом вызванной поляризации. М., Наука, 1978, с.81-88) [2]. При использовании этого способа в качестве интерпретируемого параметра выступает φВП - фазовый сдвиг между напряжением источника и приемника, рассчитываемый для всего осадочного чехла. Послойного его определения не производится. При таком подходе нефтегазовая залежь обнаруживается в виде интегральной аномалии по φВП. Это создает ложное впечатление, что залежь отображается по φвп косвенно за счет ореольного рассеивания углеводородов в «столбе» вышележащих над ней горных пород, в том числе и приповерхностных. Способ обладает еще одним существенным недостатком, а именно регистрируемый им параметр значительно подвержен искажающему его влиянию электрического сопротивления.Known methods of geoelectrical exploration, which use the effect of induced polarization inherent in sedimentary rocks and having anomalous values in environments in which oil and gas deposits are located, for example, the INFAZ-VP method (A.V. Kulikov, E.A. Shemyakin. Phase electrical exploration the method of induced polarization. M., Nauka, 1978, p.81-88) [2]. When using this method, φ VP acts as an interpreted parameter - the phase shift between the voltage of the source and receiver, calculated for the entire sedimentary cover. Its layered definition is not performed. With this approach, the oil and gas reservoir is detected in the form of an integral anomaly in φ of the airspace . This creates a false impression that the reservoir is displayed in φv indirectly due to the halo dispersion of hydrocarbons in the “column” of overlying rocks, including near-surface ones. The method has another significant drawback, namely, the parameter recorded by it is significantly susceptible to distorting influence of electrical resistance.

Наиболее близким к предложенному является способ геоэлектроразведки (Н.И.Рыхлинский и др. Способ геоэлектроразведки. Патент №1436675 по заявке №04216994/(051440) от 31.03.87) [3], в котором возбуждают исследуемую среду периодической последовательностью прямоугольных импульсов тока, пропускаемых через заземленную питающую линию (заземленный дипольный электрический источник), и измеряют в точках наблюдения в паузах между импульсами тока первые и вторые осевые разности потенциалов, из которых формируют картируемый параметр уже на основе нормирования не на неинформативный общий ток питания дипольного источника, а на первую разность потенциалов, пропорциональную плотности тока в Земле под точкой измерения этой разности (прототип).Closest to the proposed is the method of geoelectrical exploration (N.I. Rykhlinsky et al. Method of geoelectrical exploration. Patent No. 1436675 by application No. 04216994 / (051440) of 03/31/87) [3], in which the medium under investigation is excited by a periodic sequence of rectangular current pulses passed through a grounded supply line (grounded dipole electrical source), and measure the first and second axial potential differences at the observation points in the pauses between current pulses, from which the mapped parameter is already formed based on normalization of uninformative for general supply current dipole source, and a first potential difference is proportional to the current density in the world under the point of measurement of this difference (the prototype).

Первым недостатком этого способа является то, что он из-за отсутствия фокусировки электрического тока подвержен искажающему влиянию приповерхностных геологических неоднородностей на результаты измерений в трехмерно-неоднородных средах.The first disadvantage of this method is that due to the lack of focusing of the electric current, it is subject to the distorting effect of surface geological heterogeneities on the measurement results in three-dimensionally inhomogeneous media.

Вторым недостатком этого способа, несмотря на его повышенную разрешающую способность при дифференциации геологического разреза, является то, что не удается до конца разделить присущую элементам геологической среды, в том числе с находящимися в ней нефтегазовыми залежами, вызванную поляризацию от переходных электродинамических процессов, связанных с электропроводностью указанных элементов толщи слагающих разрез геологических пород.The second disadvantage of this method, despite its increased resolution when differentiating the geological section, is that it is not possible to completely separate the inherent elements of the geological environment, including the oil and gas deposits located in it, caused by polarization from transient electrodynamic processes associated with electrical conductivity the indicated elements of the strata composing the section of geological rocks.

В предложенном способе решается задача обнаружения, оконтуривания нефтегазовых залежей. Технический результат заключается в обеспечении возможности разделения параметров электропроводности и вызванной поляризации, а также возможности определения постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации - важного третьего наряду с двумя первыми параметра.The proposed method solves the problem of detection, contouring of oil and gas deposits. The technical result consists in providing the possibility of separating the parameters of electrical conductivity and induced polarization, as well as the possibility of determining the decay time constant of the potential difference caused by polarization - an important third along with the first two parameters.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, и в каждый период этой последовательности в точках зондирования измеряют первую и вторую осевые разности электрических потенциалов и вторую разность электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, согласно изобретению по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них поочередно от двух дипольных электрических источников, в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных временных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов с помощью измерительных заземлений, расположенных между дипольными электрическими источниками, одновременно в тех же дискретных временных точках в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы измеряют последовательность мгновенных значений вторых разностей электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, при этом обеспечивают фокусировку тока для исключения осевой составляющей тока под точкой зондирования, поддерживая равенство нулю результирующей разности потенциалов между крайними измерительными заземлениями, из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров:The specified technical result is achieved by the fact that in the method of geoelectrical exploration, in which the electromagnetic field is excited along the axis of the sounding profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them using a dipole electric source, and in each period of this the sequences at the sensing points measure the first and second axial differences of electric potentials and the second difference of electric potentials in the direction perpendicular to the axis of the profile, according to the invention, an electromagnetic field is excited along the axis of the sounding profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them alternately from two dipole electrical sources, in each pause between current pulses throughout the entire time the existence of this pause at discrete time points with a constant time interval measure the sequence of instantaneous values of the first and second axial sequence of instantaneous values of the second differences of electric potentials in the direction perpendicular to the axis of the profile, at the same time at the same discrete time points in each pause between current pulses throughout the entire lifetime of this pause, while providing focusing of the current to eliminate the axial component of the current under the sensing point, maintaining equality zero of the resulting potential difference between the extreme measuring grounding, from the values of the measured differences of the electric potentials, three sets of normalized electrical parameters of dipole sources of normalized electrical parameters are calculated:

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где к(ti) - коэффициент, полученный из уравнения ΔUx(ti)1+к(ti)ΔUx(ti)2=0;where k (t i ) is the coefficient obtained from the equation ΔU x (t i ) 1 + k (t i ) ΔU x (t i ) 2 = 0;

Δt - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями первых и вторых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δt is the time interval between the two nearest measured instantaneous values of the first and second differences of electric potentials throughout the existence of a pause;

ΔUx(ti)1, ΔUx(ti)2Δ2Ux(ti)1, Δ2Ux(ti)2 - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δt, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;ΔU x (t i ) 1 , ΔU x (t i ) 2 Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current on throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at predetermined equal time intervals Δt, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively;

Δ2Uy(ti)1, Δ2Uy(ti)2 - мгновенные значения вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные по направлению, перпендикулярному к оси профиля, в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через равные интервалы времени Δt при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U y (t i ) 1 , Δ 2 U y (t i ) 2 - instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in the direction perpendicular to the axis of the profile, in the pauses of current throughout the existence of each of these pauses from it beginning to the end at equal time intervals Δt when applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;

Δ2Ux(ti,Δt)1, Δ2Ux(ti,Δt) - разности значений между разделенными интервалами времени М, двумя ближайшими мгновенными значениями вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз;Δ 2 U x (t i , Δt) 1 , Δ 2 U x (t i , Δt) are the differences between the separated time intervals M, the two nearest instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each from these pauses;

используя значения нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей средеusing the values of normalized parameters and the differential equation of mathematical physics for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- оператор Лапласа;Where
Figure 00000008
- Laplace operator;

Figure 00000009
- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;
Figure 00000009
- the electric field strength of the dipole source, expressed in the equation for the case of a harmonic change in the magnitude of the electric field over time;

σ(iωσ0ητ) - частотно-зависимая электропроводность элементов среды;σ (iωσ 0 ητ) is the frequency-dependent electrical conductivity of the elements of the medium;

σ0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization;

η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization;

τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization,

решают математическую обратную задачу, определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации, и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem, determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 , induced polarization η, and decay time constant of the potential difference caused by polarization, and construct three time sections from these parameters.

Достижение технического результата обеспечивется также вторым вариантом способа геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них поочередно от двух дипольных электрических источников, в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных временных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, при этом обеспечивают фокусировку тока для исключения осевой составляющей тока под точкой зондирования, поддерживая равенство нулю результирующей разности потенциалов между крайними измерительными заземлениями; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров:The achievement of the technical result is also provided by the second variant of the method of geoelectrical exploration, in which an electromagnetic field is excited along the axis of the sounding profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them alternately from two dipole electrical sources, in each pause between pulses current for the entire duration of the existence of this pause at discrete time points with a constant time interval is measured after ovatelnost instantaneous values of the first and second axial electrical potential differences, while providing focusing current component to exclude the axial current under the sensing point while maintaining the vanishing of the resultant potential difference between the outer measuring earths; Three sets of independent dipole sources of normalized electrical parameters are calculated from the values of the measured differences in electric potentials:

Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000010
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где к(ti) - коэффициент, полученный из уравнения ΔUx(ti)1+к(ti)ΔUx(ti)2=0;where k (t i ) is the coefficient obtained from the equation ΔU x (t i ) 1 + k (t i ) ΔU x (t i ) 2 = 0;

Δt - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями первых и вторых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δt is the time interval between the two nearest measured instantaneous values of the first and second differences of electric potentials throughout the existence of a pause;

ΔUx(ti)1, ΔUx(ti)2Δ2Ux(ti)1, Δ2Ux(ti)2 - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δt, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;ΔU x (t i ) 1 , ΔU x (t i ) 2 Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current on throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at predetermined equal time intervals Δt, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively;

ΔUx(ti,Δt), ΔUx(ti,Δt)2, Δ2Ux(ti,Δt)1, Δ2Ux(ti,Δt)2 - разности значений между разделенными интервалом времени Δt двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз;ΔU x (t i , Δt), ΔU x (t i , Δt) 2 , Δ 2 U x (t i , Δt) 1 , Δ 2 U x (t i , Δt) 2 - differences between the separated time interval Δt the two closest instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses;

используя значения нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей средеusing the values of normalized parameters and the differential equation of mathematical physics for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- оператор Лапласа;Where
Figure 00000014
- Laplace operator;

Figure 00000015
- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;
Figure 00000015
- the electric field strength of the dipole source, expressed in the equation for the case of a harmonic change in the magnitude of the electric field over time;

σ(iωσ0ητ) - частотно-зависимая электропроводность элементов среды;σ (iωσ 0 ητ) is the frequency-dependent electrical conductivity of the elements of the medium;

σ0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization;

η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization;

τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization;

решают математическую обратную задачу, определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации, и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem, determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 , induced polarization η, and decay time constant of the potential difference caused by polarization, and construct three time sections from these parameters.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства для реализации предложенного способа с использованием датчика первой и второй осевых разностей электрических потенциалов и датчика второй разности электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля.In FIG. 1 is a block diagram of a device for implementing the proposed method using a sensor of the first and second axial differences of electric potentials and a sensor of the second difference of electric potentials in a direction perpendicular to the axis of the profile.

На фиг.2 показаны формы импульсов в функции времени t: (a) - форма одного из серии периодических прямоугольных импульсов тока J в сети дипольного источника АВ, (б) - форма одного из импульсов первых и вторых разностей потенциалов.Figure 2 shows the shape of the pulses as a function of time t: (a) the shape of one of a series of periodic rectangular pulses of current J in the network of the dipole source AB, (b) the shape of one of the pulses of the first and second potential differences.

На фиг.3 показана форма электрического поля в однородной среде: а - форма распространения токовых линий при фокусировке тока при помощи поддержания равной нулю разности потенциалов

Figure 00000016
; б - форма электрического поля в пределах измерительных заземлений M1M2 при сфокусированном токе при помощи токовых диполей B1A1 и А2B2; в - форма электрического поля в пределах измерительных заземлений M1M2 при возбуждении исследуемой среды при помощи одного токового диполя B1A1 без фокусировки тока; г - форма электрического поля в пределах измерительных заземлений M1M2 при возбуждении исследуемой среды при помощи одного токового диполя А2В2 без фокусировки тока.Figure 3 shows the shape of the electric field in a homogeneous medium: a - the shape of the propagation of current lines when focusing the current by maintaining a potential difference equal to zero
Figure 00000016
; b - the shape of the electric field within the measuring grounding M 1 M 2 with a focused current using current dipoles B 1 A 1 and A 2 B 2 ; in - the shape of the electric field within the measuring grounding M 1 M 2 when the studied medium is excited with the help of one current dipole B 1 A 1 without focusing the current; g is the shape of the electric field within the measuring earths M 1 M 2 when the medium under investigation is excited with the help of a single current dipole A 2 V 2 without focusing the current.

На фиг. 4 даны результаты математического моделирования предложенным способом для пятислойной модели среды с субгоризонтальными бесконечно протяженными границами раздела.In FIG. 4 shows the results of mathematical modeling by the proposed method for a five-layer model of a medium with subhorizontal infinitely extended interfaces.

Устройство (фиг.1), исполненное в варианте с использованием датчиков первой и второй разностей электрических потенциалов и датчика второй разности электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, содержит устанавливаемые в грунт 1 питающие заземления 2 и 3 первого дипольного электрического источника (токового диполя A1B1), подключаемые к генератору 4 прямоугольных токовых импульсов. Для обеспечения синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока генератор 4 подключен к радиопередатчику 5 с антенной 6. Устройство также содержит второй токовый диполь А2В2 - заземления 7 и 8, подключаемые ко второму генератору 9 прямоугольных токовых импульсов, синхронизация которого с приемником осуществляется через передатчик 10 с антенной 11.The device (Fig. 1), made in the embodiment using sensors of the first and second electric potential differences and a second electric potential difference sensor in the direction perpendicular to the profile axis, contains ground supply 2 and 3 of the first electric dipole source (current dipole) installed in the ground 1 A 1 B 1 ), connected to the generator 4 rectangular current pulses. To ensure synchronization of the moments of turning on and off the current pulses, the generator 4 is connected to the radio transmitter 5 with the antenna 6. The device also contains a second current dipole A 2 B 2 - ground 7 and 8, connected to the second generator 9 of rectangular current pulses, which are synchronized with the receiver through transmitter 10 with antenna 11.

Приемный диполь (заземления 12-M1 и 14-М2) датчика первой осевой разности установлен на оси профиля посредине между питающими диполями. Датчик второй осевой разности электрических потенциалов, состоящий из трех электродов 12-M1, 13-N и 14-М2, служит для измерения второй осевой разности электрических потенциалов

Figure 00000017
, равной разности двух первых разностей электрических потенциалов
Figure 00000018
и
Figure 00000019
Figure 00000020
Датчик второй ортогональной разности потенциалов, состоящий из трех электродов 15-Му1, 13-N и 16-My2, служит для измерения второй ортогональной разности электрических потенциалов
Figure 00000021
, равной разности двух первых ортогональных разностей электрических потенциалов
Figure 00000022
и
Figure 00000023
Figure 00000024
. Согласующий усилитель 17 предназначен для измерения первой осевой разности потенциалов
Figure 00000025
. Согласующий усилитель 18 - для измерения второй осевой разности потенциалов
Figure 00000017
. Согласующий усилитель 19 - для измерения второй ортогональной разности потенциалов
Figure 00000026
, равной разности двух первых ортогональных разностей электрических потенциалов
Figure 00000027
и
Figure 00000028
Figure 00000024
.The receiving dipole (grounding 12-M 1 and 14-M 2 ) of the sensor of the first axial difference is mounted on the axis of the profile in the middle between the supply dipoles. The sensor of the second axial electric potential difference, consisting of three electrodes 12-M 1 , 13-N and 14-M 2 , is used to measure the second axial electric potential difference
Figure 00000017
equal to the difference of the first two differences of electric potentials
Figure 00000018
and
Figure 00000019
Figure 00000020
The sensor of the second orthogonal potential difference, consisting of three electrodes 15-M y1 , 13-N and 16-M y2 , is used to measure the second orthogonal potential difference
Figure 00000021
equal to the difference of the first two orthogonal differences of electric potentials
Figure 00000022
and
Figure 00000023
Figure 00000024
. Matching amplifier 17 is designed to measure the first axial potential difference
Figure 00000025
. Matching amplifier 18 - for measuring the second axial potential difference
Figure 00000017
. Matching amplifier 19 - for measuring the second orthogonal potential difference
Figure 00000026
equal to the difference of the first two orthogonal differences of electric potentials
Figure 00000027
and
Figure 00000028
Figure 00000024
.

Входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 20, 21 и 22 подключены к согласующим усилителям 17, 18 и 19, а выходы - ко входам цифровых фильтров 23, 24 и 25; выходы цифровых фильтров 23, 24 и 25 подключены к компьютерному обрабатывающему и регистрирующему блоку 26, к которому также подключен радиоприемник 27, который через приемную антенну 28 принимает от генераторов 4 и 9 синхронизирующие импульсы.The inputs of analog-to-digital converters (ADCs) 20, 21, and 22 are connected to matching amplifiers 17, 18, and 19, and the outputs are connected to the inputs of digital filters 23, 24, and 25; the outputs of the digital filters 23, 24 and 25 are connected to a computer processing and recording unit 26, to which a radio receiver 27 is also connected, which through a receiving antenna 28 receives synchronizing pulses from generators 4 and 9.

Рассмотрим теоретические основы предложенного способа его осуществления и новые возможности геоэлектроразведки, касающиеся распространения электромагнитного поля на основе затухающего волнового уравнения математической физики.Consider the theoretical foundations of the proposed method for its implementation and the new possibilities of geoelectro-exploration regarding the propagation of the electromagnetic field based on the damped wave equation of mathematical physics.

Известно, что электромагнитное поле в плохопроводящей физической среде распространяется по времени t согласно вытекающему из первого и второго уравнений Максвелла дифференциальному затухающему волновому уравнению математической физики для напряженности электрического поля, в том числе и в случае ее импульсного изменения:It is known that an electromagnetic field in a poorly conducting physical medium propagates in time t according to the differential decaying wave equation of mathematical physics for the electric field strength resulting from the first and second Maxwell equations, including in the case of its pulse change:

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000030
- оператор Лапласа;Where
Figure 00000030
- Laplace operator;

Е - напряженность электрического поля, вольты/м;E - electric field strength, volts / m;

μ - магнитная проницаемость - величина постоянная для немагнитных сред, к числу которых относятся осадочные геологические породы, и равна 4π·10-7 Генри/м;μ - magnetic permeability - a constant value for non-magnetic media, which include sedimentary geological rocks, and is equal to 4π · 10 -7 Henry / m;

σ0 - электропроводность неполяризующейся среды, Сименсы;σ 0 - electrical conductivity of non-polarizable medium, Siemens;

ε - диэлектрическая проницаемость, Фарада/м.ε is the dielectric constant, Farada / m.

(В.А.Говорков. Электрические и магнитные поля. М., Госэнергоиздат, 1960, с.257-263) [4].(V. A. Govorkov. Electric and magnetic fields. M., Gosenergoizdat, 1960, p. 257-263) [4].

В случае высокопроводящей среды, к которой относятся осадочные отложения горных пород, в связи с тем, что σ0 численно многократно больше ε, второй член в правой части уравнения (2) мал по сравнению с первым и его отбрасывают (Л.Л.Ваньян. Основы электромагнитных зондирований. М., «Недра», 1965, с.28-30) [5]. Физически это означает, что токами смещения в проводящих средах пренебрегают ввиду их малости по сравнению с токами проводимости. Тогда уравнение (2) принимает видIn the case of a highly conductive medium, to which sedimentary rocks belong, due to the fact that σ 0 is numerically many times greater than ε, the second term on the right-hand side of equation (2) is small compared to the first and is discarded (L.L. Vanyan. Fundamentals of electromagnetic sounding. M., "Nedra", 1965, p.28-30) [5]. Physically, this means that bias currents in conductive media are neglected due to their smallness compared to conduction currents. Then equation (2) takes the form

Figure 00000031
Figure 00000031

Это уравнение в геоэлектроразведке имеет решение лишь для одномерных осесимметричных сред, в частности для сред с субгоризонтальными неограниченно простирающимися границами раздела.In geoelectrical exploration, this equation has a solution only for one-dimensional axisymmetric media, in particular for media with subhorizontal unboundedly extending interfaces.

При этом отметим, что в реальности геологическая среда всегда трехмерно-неоднородна, так как в ней, во-первых, присутствуют приповерхностные локальные неоднородности, во-вторых, в целом, геологическая среда вдоль профиля исследований постоянно меняет свои электрофизические параметры. Однако уравнение (3) пока решено только для одномерных осесимметричных сред, в том числе для среды одномерной горизонтально-слоистой среды с неограниченными границами раздела. Поэтому использование решения уравнения (3) в обратных задачах геоэлектроразведки для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей допустимо лишь в том случае, когда при полевых измерениях осуществляется фокусировка электрического тока источника электромагнитного поля, так как в этом случае при равенстве нулю разности электрических потенциалов под точкой N (фиг.3а) форма распространения поля двух источников B1A1 и А2В2 практически всегда одинаковая как в трехмерно-неоднородной среде, так и в одномерной - с плоскопараллельными субгоризонтальными границами раздела.At the same time, we note that in reality the geological environment is always three-dimensionally heterogeneous, since, firstly, it contains near-surface local inhomogeneities, and secondly, in general, the geological environment constantly changes its electrophysical parameters along the research profile. However, equation (3) has so far been solved only for one-dimensional axisymmetric media, including a medium of a one-dimensional horizontally layered medium with unlimited interfaces. Therefore, the use of the solution of equation (3) in inverse problems of geoelectrical exploration for the search and contouring of oil and gas deposits is permissible only in the case when in the field measurements the electric current of the source of the electromagnetic field is focused, since in this case when the difference of electric potentials under the point N is equal to zero ( 3a) the form of the field propagation of the two sources of B 1 a 1 a 2 and B 2 is almost always the same in both three-dimensional inhomogeneous medium, and in the one-dimensional - with plane subgoriz ntalnymi boundaries.

В одномерной горизонтальной среде согласно фиг.3а, на которой, в частности, прямые полюса А1 и А2 обоих токовых диполей B1A1 и А2В2 расположены ближе к равноудаленной от них точке N, при равных токах в них (фиг.3б)In the one-dimensional horizontal medium according to figa, on which, in particular, the straight poles A 1 and A 2 of both current dipoles B 1 A 1 and A 2 B 2 are located closer to the point N equidistant from them, with equal currents in them (Fig .3b)

Figure 00000032
Figure 00000032

где

Figure 00000033
- разность потенциалов в точке зондирования N от действия тока
Figure 00000034
диполя B1A1 при выключенном диполе А2В2 (величина согласно фиг.3в в этой точке всегда отрицательная);Where
Figure 00000033
- the potential difference at the sensing point N from the action of the current
Figure 00000034
dipole B 1 A 1 with the dipole A 2 B 2 off (the value according to FIG. 3c is always negative at this point);

Figure 00000035
- разность потенциалов в точке зондирования N от действия тока
Figure 00000036
диполя А2В2 при выключенном диполе B1A1 (величина в этой точке всегда положительная).
Figure 00000035
- the potential difference at the sensing point N from the action of the current
Figure 00000036
dipole A 2 V 2 when the dipole B 1 A 1 is off (the value at this point is always positive).

Из формулы (4) вытекает, что согласно закону Ома суммарная от поочередного поэлементного включения обоих токовых диполей В1А1 и А2В2 осевая составляющая плотности тока jx под указанной точкой N согласно принципу суперпозиции равна нулю.It follows from formula (4) that, according to Ohm's law, the total axial component of the current density j x under the indicated point N, the total of the alternating element-by-element switching of both current dipoles B 1 A 1 and A 2 B 2, is zero according to the superposition principle.

Таким образом, под точкой зондирования происходит фокусировка тока, приводящая к исключению там составляющей плотности тока jx.Thus, under the sensing point, the current is focused, leading to the exclusion of the component of the current density j x there .

Однако в реальности геологическая среда всегда трехмерно-неоднородна и даже при равенстве токов

Figure 00000037
и
Figure 00000038
в обоих токовых диполей и равенстве их расстояний до точки N условие (4) не выполняется.However, in reality, the geological environment is always three-dimensionally heterogeneous, and even with equal currents
Figure 00000037
and
Figure 00000038
in both current dipoles and the equality of their distances to point N, condition (4) is not satisfied.

А именно, в трехмерно-неоднородных средах

Figure 00000039
и
Figure 00000040
по своим модулям отличаются в к раз, то есть для первого токового диполя B1A1 первая и вторая осевые разности потенциалов будут соответственно равны
Figure 00000041
и
Figure 00000042
а для второго
Figure 00000043
и
Figure 00000044
причем при расположении токовых диполей согласно фиг.3а обе вторые осевые разности потенциалов положительны.Namely, in three-dimensionally inhomogeneous media
Figure 00000039
and
Figure 00000040
in their modules they differ by a factor of time, that is, for the first current dipole B 1 A 1, the first and second axial potential differences will be respectively equal
Figure 00000041
and
Figure 00000042
and for the second
Figure 00000043
and
Figure 00000044
moreover, when the current dipoles are arranged according to Fig. 3a, both second axial potential differences are positive.

Для выполнения условия фокусировки тока в трехмерно-неоднородной среде с целью исключения осевой составляющей плотности тока jx под точкой измерения выражение (4) должно принять видTo fulfill the condition of focusing the current in a three-dimensionally inhomogeneous medium in order to exclude the axial component of the current density j x under the measuring point, expression (4) should take the form

Figure 00000045
Figure 00000045

Эта форма действительна для геометрически расположенных токовых диполей B1A1 и А2В2 согласно фиг.3.This form is valid for geometrically located current dipoles B 1 A 1 and A 2 B 2 according to Fig.3.

Чтобы обеспечить исключение осевой составляющей плотности jx под точкой N в предложенном способе построены соответствующие формулы измеряемых электрических параметров, напримерTo ensure the exclusion of the axial component of the density j x under point N in the proposed method, the corresponding formulas of the measured electrical parameters are constructed, for example

Figure 00000046
Figure 00000046

где к(ti)- коэффициент, полученный из уравнения ΔUx(ti)1+к(ti)·ΔUx(ti)2=0, вытекающего из условия равенства нулю результирующей осевой разности потенциалов электрического поля вдоль оси профиля в пределах зоны измерительных заземлений зондирующей установки.where k (t i ) is the coefficient obtained from the equation ΔU x (t i ) 1 + k (t i ) · ΔU x (t i ) 2 = 0, which follows from the condition that the resulting axial potential difference of the electric field along the profile axis be equal to zero within the measuring ground area of the sounding installation.

Формула (6) независимо от расположения токовых диполей на профиле и величины токов

Figure 00000047
и
Figure 00000048
этих диполей в любой трехмерно-неоднородной среде в каждой точке пространства в направлении вертикальной координаты z под точкой N в плоскости, перпендикулярной к оси профиля на всем протяжении времени переходных процессов ti, обеспечивает равенство нулю зависящей от времени t осевой составляющей плотности тока jx(t). Это происходит всегда независимо от того, меняется множитель К в процессе времени переходных процессов t или нет.Formula (6) regardless of the location of the current dipoles on the profile and the magnitude of the currents
Figure 00000047
and
Figure 00000048
of these dipoles in any three-dimensionally inhomogeneous medium at each point in space in the direction of the vertical coordinate z under the point N in the plane perpendicular to the axis of the profile for the entire duration of the transition processes t i , ensures that the time-dependent axial component of the current density j x t). This always happens regardless of whether the factor K changes during the transient time t or not.

Благодаря этому при решении обратной задачи исключается плечевой эффект, т.е. электрическое поле в трехмерно-неоднородной среде под точкой N, описанное, в частности, формулой (6), всегда практически совпадает с полем в одномерной горизонтально-слоистой среде с неограниченными границами раздела.Due to this, when solving the inverse problem, the shoulder effect is excluded, i.e. the electric field in a three-dimensionally inhomogeneous medium under the point N, described, in particular, by formula (6), always practically coincides with the field in a one-dimensional horizontally layered medium with unlimited interface.

Это позволяет относительно устойчиво решать обратную задачу в точке зондирования N для трехмерно-неоднородной среды, используя известное аналитическое решение для одномерной среды с горизонтально-слоистыми границами раздела.This makes it possible to relatively stably solve the inverse problem at the sounding point N for a three-dimensionally inhomogeneous medium using the well-known analytical solution for a one-dimensional medium with horizontally layered interfaces.

Могут быть другие способы выравнивания потенциалов крайних измерительных заземлений: создание групп токовых заземлений, групп измерительных заземлений и пр. Могут модифицироваться группы измерительных заземлений, например, вместо трех - четыре. Можно вводить разнополярные источники с целью изменения глубины проникновения вертикального тока jz(t) и определения вертикальной изменчивости пород. Можно менять размер установки. Однако, независимо от модификации установки, основой предлагаемого способа является равенство нулю результирующей первой разности потенциалов электрического поля на базе ее измерения, что позволяет исключить влияние осевой компоненты плотности тока jx(t).There may be other ways to equalize the potentials of extreme measuring groundings: creating current grounding groups, measuring grounding groups, etc. The measuring grounding groups can be modified, for example, instead of three, four. Bipolar sources can be introduced in order to change the penetration depth of the vertical current j z (t) and determine the vertical variability of the rocks. You can change the size of the installation. However, regardless of the installation modification, the basis of the proposed method is the equality to zero of the resulting first potential difference of the electric field based on its measurement, which eliminates the influence of the axial component of the current density j x (t).

Отметим также, что уравнение (3) является уравнением распространения по времени электромагнитного поля в проводящей неполяризующейся среде, которое совпадает с известным в математической физике уравнением теплопроводности или диффузии и которое в геофизике в способах сопротивлений обычно используют для изучения распространения переменного электромагнитного поля в глубь толщи исследуемых геологических пород, при этом считают, что электропроводность σ0 того или иного геологического горизонта является главным и практически единственным определяющим его электрические свойства параметром, обладает своим постоянным значением для каждого горизонта и не зависит от частоты возбуждения электромагнитного поля. Однако геологическим осадочным породам при их возбуждении применяемым в геофизике переменным низкочастотным электрическим током свойственна вызванная им поляризация η. Вызванная поляризация есть безразмерная величина, зависящая от электрохимической активности осадочных горных пород. Она определяется как отношение разностей потенциалов, измеренных на образце исследуемой породы после выключения импульсов тока через 0,5 сек (ΔUвп) и до выключения (ΔU). Это отношение обычно выражают в процентахWe also note that equation (3) is an equation of time propagation of an electromagnetic field in a non-polarizable conducting medium, which coincides with the heat conduction or diffusion equation known in mathematical physics and which is usually used in geophysics in resistance methods to study the propagation of an alternating electromagnetic field deep into the thickness of the studied geological rocks, while it is believed that the electrical conductivity σ 0 of a particular geological horizon is the main and almost unique which determines its electrical properties, has its constant value for each horizon and does not depend on the frequency of excitation of the electromagnetic field. However, geological sedimentary rocks, when excited by the alternating low-frequency electric current used in geophysics, are characterized by the polarization η caused by them. The induced polarization is a dimensionless quantity that depends on the electrochemical activity of sedimentary rocks. It is defined as the ratio of potential differences measured on a sample of the studied rock after turning off current pulses after 0.5 seconds (ΔU vp ) and before switching off (ΔU). This ratio is usually expressed as a percentage.

Figure 00000049
Figure 00000049

Вызванная поляризация осадочных геологических пород имеет уникальную среди физических параметров стабильность и практически не зависит от состава пород и их температуры. Она для ионопроводящих (осадочных) пород зависит от многих факторов: влажности и пористости, состава и концентрации раствора в порах породы, структуры и размера пор, содержания глинистых минералов и т.д. (В.А.Комаров. Электроразведка методом поляризации. Л., Наука, 1980, с.392) [6]. И, самое главное, как показали широкие практические геоэлектрические исследования предложенным способом на геологических объектах, вызванная поляризация несет основную информацию о присутствии в геологической среде обладающих высокой степенью этой поляризации нефтегазовых залежей.The induced polarization of sedimentary geological rocks has unique stability among physical parameters and practically does not depend on the composition of the rocks and their temperature. For ion-conducting (sedimentary) rocks, it depends on many factors: moisture and porosity, composition and concentration of the solution in the rock pores, pore structure and size, clay mineral content, etc. (V.A. Komarov. Electrical exploration by the polarization method. L., Nauka, 1980, p. 392) [6]. And, most importantly, as shown by extensive practical geoelectric studies of the proposed method at geological objects, the induced polarization carries basic information about the presence in the geological environment of a high degree of this polarization of oil and gas deposits.

Установлено (W.H.Pelton, S.H.Ward, P.G.Hallof, W.R.Sill and P.H.Nelson. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency JP, Geophysies 43, 1978, с.588-603) [7], что электропроводность осадочных горных пород не постоянна, а зависит от вызванной поляризации и от частоты возбуждения электрического поля по предложенной, в частности, K.S.Cole и R.H.Cole в форме гармоничного его изменения по времени эмпирической формулеIt has been established (WHPelton, SHWard, PGHallof, WRSill and PHNelson. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency JP, Geophysies 43, 1978, p. 588-603) [7] that the electrical conductivity of sedimentary rocks is not constant , and depends on the induced polarization and on the frequency of excitation of the electric field according to the proposed, in particular, KSCole and RHCole in the form of its harmonious temporal change in the empirical formula

Figure 00000050
Figure 00000050

в которой эта электропроводность зависит от ω, σ0, η и τ,in which this electrical conductivity depends on ω, σ 0 , η and τ,

где η - вызванная поляризация пород, безразмерная величина, обычно выражающаяся в процентах;where η is the induced polarization of the rocks, a dimensionless quantity, usually expressed as a percentage;

τ - постоянная времени, определяющая скорость спада разности потенциалов, связанной с вызванной поляризацией, сек;τ is the time constant determining the decay rate of the potential difference associated with the induced polarization, sec;

ω - гармоническая частота электрического возбуждения, Герцы;ω is the harmonic frequency of electrical excitation, Hertz;

с - безразмерный показатель степени, который хотя и не является физическим параметром горных пород, но и от него зависит σ(iωσ0ητ).c is a dimensionless exponent, which, although it is not a physical parameter of rocks, σ (iωσ 0 ητ) also depends on it.

Вызванная поляризация η на низких частотах электрического возбуждения, в отличие от диэлектрической проницаемости ε, численно не столь мала по сравнению с электропроводностью σ0 для осадочных геологических пород, измеренной, например, при токах высоких частот (ω→∞), когда, как это видно из формулы (8), вызванная поляризация не проявляется. Следовательно, вызванной поляризацией при изучении с целью поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей геоэлектрических параметров осадочных геологических пород на низкочастотном переменном токе уже пренебрегать нельзя. Известно (Электроразведка. Справочник геофизика. Ред. В.К.Хмелевский и др. М., Недра, 1989, Книга вторая, с.99-102) [8], что для тех или иных осадочных геологических пород через 0,5 сек после выключения импульса возбуждающего тока величина вызванной поляризацией разности потенциалов, несмотря на ее интенсивный спад, еще сохраняет уровни, численные значения которых составляют от 0,2% до 10% от численных значений разностей потенциалов прямого поля, связанных с электропроводностью σ0, измеренной, как отмечалось выше, при токах высоких частот, когда вызванная поляризация не проявляется. Чтобы сохранить по форме формулу (8), тепловое уравнение (3) запишем для случая гармонического изменения величины электромагнитного поля по времени, имея в виду, чтоThe induced polarization η at low frequencies of electric excitation, unlike the dielectric constant ε, is numerically not so small compared to the electrical conductivity σ 0 for sedimentary geological rocks, measured, for example, at high frequency currents (ω → ∞), when, as can be seen from formula (8), the induced polarization does not occur. Therefore, the polarization caused by studying with the aim of searching and delineating the oil and gas deposits of the geoelectric parameters of sedimentary geological rocks at low-frequency alternating current cannot be neglected. It is known (Electrical Exploration. Handbook of Geophysics. Ed. V.K. Khmelevsky and others M., Nedra, 1989, Book Two, p. 99-102) [8] that for certain sedimentary geological rocks in 0.5 sec after switching off the exciting current pulse, the magnitude of the potential difference caused by polarization, despite its intense decline, still retains levels whose numerical values are from 0.2% to 10% of the numerical values of the potential differences of the direct field associated with the electrical conductivity σ 0 , measured as noted above at high frequency currents when called Single polarization is not observed. To keep formula (8) in shape, we write the thermal equation (3) for the case of a harmonic change in the magnitude of the electromagnetic field over time, bearing in mind that

Figure 00000051
Figure 00000051

и учитывая то, чтоand given that

Figure 00000052
Figure 00000052

и

Figure 00000053
and
Figure 00000053

Тогда уравнение (3) для проводящей неполяризующейся среды с учетом преобразования (9) примет видThen equation (3) for a conducting non-polarizable medium, taking into account transformation (9), takes the form

Figure 00000054
Figure 00000054

Но поскольку электропроводность осадочных горных пород непостоянна, а зависит от вызванной поляризации и от частоты возбуждения по формуле (8), то уравнение (11) с учетом этой формулы приобретает уже четыре определяющих свойства поляризующейся среды параметра σ0, η, τ и с вместо одного σ0 и для случая гармонического изменения величины электромагнитного поля по времени принимает видBut since the electrical conductivity of sedimentary rocks is unstable, and depends on the induced polarization and on the excitation frequency according to formula (8), equation (11), taking this formula into account, acquires four defining properties of the polarized medium of parameter σ 0 , η, τ and c instead of one σ 0 and for the case of a harmonic change in the magnitude of the electromagnetic field with time takes the form

Figure 00000055
Figure 00000055

а в общем виде с учетом (8) -and in general terms, taking into account (8),

Figure 00000056
Figure 00000056

Замена независимой от частоты электропроводности σ0, которая присутствует в уравнении (3) на частотно-зависимую σ(iω), присутствующую в уравнении (13), математически корректна и теоретически доказана (А.К.Куликов, С.А.Шемякин. Электроразведка фазовым методом вызванной поляризации. Москва «Недра» 1978 г. стр.24-26) [2].The replacement of the frequency-independent conductivity σ 0 , which is present in equation (3), with the frequency-dependent σ (iω) present in equation (13), is mathematically correct and theoretically proved (A.K. Kulikov, S. A. Shemyakin. phase method of induced polarization. Moscow "Nedra" 1978, pp. 24-26) [2].

Уравнение (13) становится уже близким по существу к затухающему волновому уравнению (2) для напряженности электрического поля на низких частотах, по законам которого переменное электромагнитное поле проникает в Землю не только благодаря диффузионным токам индукции, вызванным электропроводностью σ0, но и благодаря также токам «смещения», вызванным поляризацией η этих же пород. Последнее обстоятельство говорит о том, что возможности геоэлектроразведки для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей на низкочастотном переменном (гармоническом или импульсном) токе выше, чем это считалось ранее. Эти возможности реализуются (по крайней мере) при двух условиях: первое - когда круг измеряемых электрических нормированных параметров расширяется до необходимых для корректного решения уравнения (12) трех, и второе - когда осуществляется фокусировка электрического тока с целью исключения осевой составляющей плотности тока jx(t).Equation (13) becomes essentially close to the decaying wave equation (2) for the electric field at low frequencies, according to the laws of which an alternating electromagnetic field penetrates the Earth not only due to diffusion induction currents caused by the electrical conductivity σ 0 , but also due to currents “Displacements” caused by the polarization η of the same rocks. The latter circumstance suggests that the possibilities of geoelectrical exploration for prospecting and contouring oil and gas deposits on a low-frequency alternating (harmonic or pulsed) current are higher than previously thought. These possibilities are realized (at least) under two conditions: the first - when the range of measured electrical normalized parameters expands to three necessary for the correct solution of equation (12), and the second - when the electric current is focused in order to eliminate the axial component of the current density j x ( t).

Реализация новых возможностей геоэлектроразведки достигается предложенным способом. А в том, что уравнение (12) является близким по существу к затухающему волновому уравнению для напряженности электрического поля уравнению (2), легко убедиться, разложив формулу (8) в ряд Тейлора относительно разности частот ω-ω0 (где ω0 - частота следования импульсов тока возбуждения), используя, в частности, всего лишь два члена этого ряда ввиду его быстрой сходимости при ω0-1 (что на практике обычно выполняется). При этом допущении получим уравнениеRealization of new opportunities for geoelectrical exploration is achieved by the proposed method. And the fact that equation (12) is essentially close to the decaying wave equation for the electric field, equation (2), it is easy to verify by expanding formula (8) in the Taylor series with respect to the frequency difference ω-ω 0 (where ω 0 is the frequency following pulses of the excitation current), using, in particular, only two members of this series due to its rapid convergence at ω 0-1 (which is usually done in practice). With this assumption, we obtain the equation

Figure 00000057
Figure 00000057

Как видно, уравнение (14) по форме не отличается от затухающего волнового уравнения для напряженности электрического поля (2) для случая импульсного изменения величин электромагнитного поля. И хотя коэффициент при -ω2·E(iω) меньше, чем коэффициент при

Figure 00000058
, но все же не настолько как ε по сравнению с σ0 в проводящей неполяризующейся среде, и пренебрегать вторым членом этого уравнения уже не допустимо.As can be seen, equation (14) in form does not differ from the decaying wave equation for the electric field strength (2) for the case of a pulsed change in the magnitude of the electromagnetic field. And although the coefficient at -ω 2 · E (iω) is less than the coefficient at
Figure 00000058
, but still not so much as ε in comparison with σ 0 in a conducting non-polarizable medium, and it is no longer permissible to neglect the second term of this equation.

Уравнение (12) считается близким по своей сути к уравнению (2), а не равное ему аналитически потому, что при его выводе использована эмпирическая формула (8) из-за отсутствия аналитической формулы связи между электропроводностью σ(iωσ0ητ) и вызванной поляризацией η.Equation (12) is considered to be inherently close to equation (2), and not equal to it analytically because in its derivation the empirical formula (8) was used due to the lack of an analytical formula for the relationship between the electrical conductivity σ (iωσ 0 ητ) and polarization induced η.

Для предложенного способа задача обнаружения нефтегазовых залежей в исследуемой толще горных пород как математическая обратная задача решается согласно уравнению (13) в функции времени, т.е. в функции, зависящей от времени глубины проникновения электромагнитного поля, по трем независимым друг от друга параметрам среды: электропроводностью σ0; вызванной поляризацией η; постоянной времени τ спада разности электрических потенциалов вызванной поляризации; и по четвертому, не являющемуся параметром среды показателю степени с, вытекающему из эмпирической формулы (8).For the proposed method, the problem of detecting oil and gas deposits in the studied rock mass as a mathematical inverse problem is solved according to equation (13) as a function of time, i.e. in a function depending on the time of penetration depth of the electromagnetic field, in three medium parameters independent from each other: electrical conductivity σ 0 ; caused by polarization η; the time constant τ of the decay of the difference in electric potentials caused by polarization; and according to the fourth, non-environmental parameter, exponent c, which follows from the empirical formula (8).

Эта задача, как обратная математическая задача, решается для предложенного первого варианта способа с датчиками первой и второй осевых разностей электрических потенциалов и с датчиком второй разности электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, путем использования всего массива определяемых этим способом, по крайней мере, трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметров:This problem, as an inverse mathematical problem, is solved for the proposed first variant of the method with sensors of the first and second axial differences of electric potentials and with a sensor of the second difference of electric potentials in the direction perpendicular to the axis of the profile by using the entire array determined in this way, at least three sources of normalized electrical parameters independent of current strength:

Figure 00000059
Figure 00000060
Figure 00000059
Figure 00000060

Figure 00000061
Figure 00000061

в паузах тока в моменты времени ti(0≤i≤n), равных t0, t0+Δt, t0+2Δt, t0+3Δt и т.д. до t0+nΔt, т.е. до конца паузы, и дифференциального уравнения математической физики (12) для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде, в частности, например, одним из методов решения обратной математической задачи - методом подбора (А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. Методы решения некорректных задач. Москва «Наука» 1979. стр.37-43) [9]. При этом для уменьшения количества вариантов подбора используют имеющиеся данные о модели исследуемой геологической среды, например данные бурения опорных или параметрических скважин, которые, как правило, с редким шагом разбурены повсеместно, или данные сейсморазведки, если последняя в районе исследования уже проводилась. В случае отсутствия каких-либо априорных данных о геологическом разрезе что, как правило, при поисковых исследованиях встречается наиболее часто, обратная задача также решается, но с увеличенным количеством вариантов подбора.in current pauses at time t i (0≤i≤n) equal to t 0 , t 0 + Δt, t 0 + 2Δt, t 0 + 3Δt, etc. to t 0 + nΔt, i.e. to the end of the pause, and the differential equation of mathematical physics (12) for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium, in particular, for example, one of the methods for solving the inverse mathematical problem is the selection method (A.N. Tikhonov, V.Ya. Arsenin, Methods for Solving Ill-posed Problems, Moscow, Nauka 1979. p. 37-43) [9]. At the same time, to reduce the number of selection options, the available data on the model of the studied geological environment are used, for example, drilling of reference or parametric wells, which are usually drilled everywhere with a rare step, or seismic data, if the latter has already been carried out in the study area. In the absence of any a priori data on the geological section, which, as a rule, is most often encountered in prospecting studies, the inverse problem is also solved, but with an increased number of selection options.

В конечном результате решением обратной задачи получают модель среды, наиболее близкую к реальной по геометрическому строению, и по значениям параметров σ0, η и τ для каждого ее элемента и, как следствие этого, разделяют эти три параметра. И, наконец, строят три временных разреза σ0, η и τ: по вертикальной координате - в функции времени переходного процесса в паузе тока, функционально связанного с глубиной проникновения поля, а следовательно, и с глубиной залегания каждого из горизонтов, найденной в результате решения обратной задачи модели среды; по горизонтальной координате - в функции расстояния между точками зондирования на поверхности Земли по заданному профилю; а значения входящих в уравнение (12) электрофизических параметров σ0, η и τ представляют по прилагаемой для каждого разреза цифровой шкале в цветном изображении по цветовой гамме.In the end result, by solving the inverse problem, we obtain a model of the medium that is closest to the real one in terms of geometric structure and in the values of the parameters σ 0 , η and τ for each of its elements and, as a consequence of this, separate these three parameters. And finally, three time sections σ 0 , η, and τ are built: along the vertical coordinate as a function of the time of the transition process in a pause of the current functionally related to the depth of penetration of the field, and therefore to the depth of each horizon found as a result of the solution inverse problem of the model of the environment; along the horizontal coordinate - as a function of the distance between the sensing points on the Earth's surface according to a given profile; and the values of the electrophysical parameters σ 0 , η and τ included in equation (12) are represented by the digital scale attached to each section in a color image in a color gamut.

Аналогичным образом обратная математическая задача решается для второго варианта способа с осевыми датчиками первой и второй разностей электрических потенциалов, где также используется весь массив определенных этим способом трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметров:Similarly, the inverse mathematical problem is solved for the second variant of the method with axial sensors of the first and second electric potential differences, where the entire array of three sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is also used:

Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000062
Figure 00000063

Figure 00000064
Figure 00000064

Следует отметить, что измеряемая вторая разность электрических потенциалов ортогональным датчиком, ось которого расположена перпендикулярно к оси профиля зондирования, свободна от действия электропроводности верхнего слоя геоэлектрического разреза и тем самым гораздо меньше подвержена влиянию электродинамических эффектов, чем измеряемые разности осевыми датчиками (фиг.4). Поэтому при картировании слабоконтрастных по вызванной поляризации нефтегазовых залежей способ с применением ортогональных датчиков второй разности наиболее эффективен. И особенно в тех случаях, когда геологические отложения, в которых находится залежь, перекрыты слоем с высокой электропроводностью.It should be noted that the measured second electric potential difference by the orthogonal sensor, the axis of which is perpendicular to the axis of the sounding profile, is free from the electric conductivity of the upper layer of the geoelectric section and is therefore much less affected by electrodynamic effects than the measured differences by axial sensors (Fig. 4). Therefore, when mapping low-contrast oil and gas deposits that are low in contrast due to polarization, the method using the second difference orthogonal sensors is most effective. And especially in those cases when the geological deposits in which the deposit is located are covered by a layer with high electrical conductivity.

Исследованиями предложенным способом на нефтегазовых месторождениях установлено, что в присутствии нефтяной или газовой залежи независимо от типа ловушки и ее геометрической формы все три параметра (удельная электропроводность σ0, вызванная поляризация η и постоянная времени τ) в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза, там, где находится эта залежь.Investigations by the proposed method in oil and gas fields established that in the presence of an oil or gas reservoir, regardless of the type of trap and its geometrical shape, all three parameters (electrical conductivity σ 0 , induced polarization η and time constant τ) within the reservoir contour take the form of an anomaly in the depth of the section, where this deposit is located.

Пример конкретного выполненияConcrete example

На фиг.1 представлена блок-схема аппаратуры для реализации предложенного способа. На блок-схеме показаны заземленные в грунт 1 токовые диполи A1B1 (2 и 3) и A2B2(7 и 8), питаемые генераторами 4 и 9 прямоугольных импульсов тока с паузами между ними. На оси диполей на заданном от них расстоянии при помощи измерительных заземлений измеряют в паузе тока через заданные промежутки времени Δt множество разностей ΔUx(tx), Δ2Uх(tx) и Δ2Uу(tх) на всем протяжении существования пауз. Все указанные измеренные разности усиливают усилителями 17, 18 и 19. Для обеспечения точности измерения, необходимой для того, чтобы выявить связанные с вызванной поляризацией исследуемых пород особенности кривых переходного процесса становления поля в паузах тока, измеренные усилителями 17, 18 и 19 разности оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 19, 21 и 22 с разрядностью 24 и более. Для реализации предложенного способа разработано и изготовлено измерительное устройство с двадцатичетырехразрядным АЦП. В этом устройстве после двадцатичетырехразрядного оцифровывания измеренных сигналов последние при помощи многозвенных цифровых фильтров 23, 24 и 25 отфильтровываются от случайных помех. Отфильтрованные полезные сигналы с выходов цифровых фильтров 23, 24 и 25 поступают на вход компьютерного обрабатывающего и регистрирующего блока 26.Figure 1 presents the block diagram of the equipment for implementing the proposed method. The block diagram shows current dipoles A 1 B 1 (2 and 3) and A 2 B 2 (7 and 8) grounded in the ground 1, fed by generators 4 and 9 of rectangular current pulses with pauses between them. On the axis of the dipoles at a predetermined distance from them, using the measuring earths, in the current pause, at a given time interval Δt, the set of differences ΔU x (t x ), Δ 2 U x (t x ) and Δ 2 U y (t x ) is measured throughout the existence of pauses. All of the indicated measured differences are amplified by amplifiers 17, 18, and 19. To ensure the measurement accuracy necessary to identify the features of the transition curves of field formation in current pauses associated with polarization of the studied rocks, the differences measured by amplifiers 17, 18, and 19 are digitized by analog digital converters (ADC) 19, 21 and 22 with a resolution of 24 or more. To implement the proposed method, a measuring device with a twenty-four-digit ADC has been developed and manufactured. In this device, after twenty-four digitization of the measured signals, the latter are filtered out from random interference using multi-link digital filters 23, 24 and 25. Filtered useful signals from the outputs of digital filters 23, 24 and 25 are fed to the input of a computer processing and recording unit 26.

Для обеспечения синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока с моментами измерения в приемнике приемных сигналов используют радиопередатчики 5 и 10 и радиоприемник 27 соответственно с передающими антеннами 6 и 11 и приемной 28.To ensure synchronization of the moments of turning on and off the current pulses with the moments of measurement in the receiver of the receiving signals, radio transmitters 5 and 10 and a radio receiver 27, respectively, with transmitting antennas 6 and 11 and receiving 28 are used.

Для определения необходимых трех нормированных электрических параметров (15) и (16) измеряют серию мгновенных значений первых и вторых разностей электрических потенциалов переходных процессов ΔUx(ti), Δ2Ux(ti) и Δ2Uy(ti) в паузах на всем протяжении времени существования пауз между импульсами тока. Также определяют серию разностей значений из каждых двух рядом расположенных по времени мгновенных величин первых и вторых разностей потенциалов на всем протяжении времени существования пауз между импульсами тока. Эпюры одного из токовых импульсов и измеренных i-х мгновенных значений первой и вторых разностей потенциалов в одной из пауз показаны на фиг.3. Индексы 1 и 2 в формуле (15) и (16) обозначают то, что измерение электрических параметров осуществлялось при раздельном возбуждении первого и второго токовых диполей.To determine the necessary three normalized electrical parameters (15) and (16), a series of instantaneous values of the first and second differences of the electric potentials of transients ΔU x (t i ), Δ 2 U x (t i ) and Δ 2 U y (t i ) is measured in pauses for the entire duration of the existence of pauses between current pulses. A series of difference values is also determined from each two adjacent instantaneous values of the first and second potential differences along the entire duration of the existence of pauses between current pulses. Plots of one of the current pulses and the measured i-th instantaneous values of the first and second potential differences in one of the pauses are shown in Fig.3. Indices 1 and 2 in formulas (15) and (16) denote that the measurement of electrical parameters was carried out with separate excitation of the first and second current dipoles.

На фиг.4 даны результаты математического моделирования предложенным способом для пятислойной модели среды с субгоризонтальными бесконечно протяженными границами раздела. Данные этой модели смотри в таблице математического моделирования в слоистой среде. В нижнем левом квадрате таблицы даны параметры слоев исходной модели (h - километры каждого слоя, ρ - Ом·м и η - вызванная поляризация - проценты). В нижнем среднем квадрате дано изменение удельного сопротивления второго слоя до 500 Ом·м относительно 100 Ом·м этого слоя в исходной модели. В нижнем правом квадрате дано изменение вызванной поляризации второго слоя до 10% относительно 0,5% этого слоя в исходной модели.Figure 4 shows the results of mathematical modeling by the proposed method for a five-layer model of a medium with subhorizontal, infinitely extended interfaces. See the data of this model in the table of mathematical modeling in a layered medium. In the lower left square of the table, the parameters of the layers of the original model are given (h - kilometers of each layer, ρ - Ohm · m and η - induced polarization - percent). In the lower middle square, the change in the resistivity of the second layer to 500 Ohm · m relative to 100 Ohm · m of this layer in the original model is given. The lower right square shows the change in the induced polarization of the second layer to 10% relative to 0.5% of this layer in the original model.

В первом столбце графиков (фиг.4) даны результаты моделирования по параметрам

Figure 00000065
Figure 00000066
Figure 00000067
Figure 00000068
In the first column of the graphs (figure 4) the results of modeling by parameters
Figure 00000065
Figure 00000066
Figure 00000067
Figure 00000068

Для исходной модели (сплошные кривые) и для модели с аномальным удельным электрическим сопротивлением до 500 Ом·м во втором слое (пунктирные кривые).For the original model (solid curves) and for the model with anomalous electrical resistivity of up to 500 Ohm · m in the second layer (dashed curves).

Во втором столбце графиков даны результаты моделирования по параметрам

Figure 00000069
Figure 00000070
Figure 00000071
Figure 00000072
The second column of the graphs gives the results of modeling by parameters
Figure 00000069
Figure 00000070
Figure 00000071
Figure 00000072

Для исходной модели (сплошные кривые) и для модели с аномальной вызванной поляризацией до 10% во втором слое (пунктирные кривые).For the original model (solid curves) and for the model with anomalous induced polarization of up to 10% in the second layer (dashed curves).

На всех восьми графиках по оси абсцисс дано время в секундах в логарифмической шкале. Длина зондирующей установки равна 1,6 км.On all eight graphs, the abscissa gives time in seconds on a logarithmic scale. The length of the sounding installation is 1.6 km.

Предложенный способ реализован в виде комплекса питающей, измерительной и обрабатывающей аппаратуры. Как уже отмечалось выше, исследованиями предложенным способом на нефтегазовых месторожденях установлено, что в присутствии нефтяной или газовой залежи независимо от типа ловушки и ее геометрической формы все три параметра σ0, η и τ в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза там, где находится эта залежь, и коэффициент удачи геофизического поиска нефтегазовых залежей с применением предлагаемого способа существенно повышается. Последнее дает значительный экономический эффект в деле поиска и разведки скоплений углеводородов.The proposed method is implemented as a complex of feeding, measuring and processing equipment. As noted above, studies of the proposed method in oil and gas fields established that in the presence of an oil or gas reservoir, regardless of the type of trap and its geometrical shape, all three parameters σ 0 , η and τ within the reservoir contour take the form of an anomaly in the depth of the section where this deposit is located, and the coefficient of success of the geophysical search for oil and gas deposits using the proposed method is significantly increased. The latter gives a significant economic effect in the search and exploration of hydrocarbon accumulations.

Таблица математического моделирования в слоистой средеThe table of mathematical modeling in a layered environment Номер слояLayer number исходная модельsource model изменение сопротивления (слой 2)resistance change (layer 2) изменение поляризации (слой 2)polarization change (layer 2) h, кмh, km ρ, Ом·мρ, Ohm η, %η,% h, кмh, km ρ, Ом·мρ, Ohm η, %η,% h, кмh, km ρ, Ом·мρ, Ohm η, %η,% 1.one. 1one 20twenty 1one 1one 20twenty 1one 1one 20twenty 1one 2.2. 1one 100one hundred 0.50.5 1one 500500 0.50.5 1one 100one hundred 1010 3.3. 22 50fifty 0.10.1 22 50fifty 0.10.1 22 50fifty 0.10.1 4.four. 0.50.5 20twenty 0.050.05 0.50.5 20twenty 0.050.05 0.50.5 20twenty 0.050.05 5.5. 10001000 0.00.0 10001000 0.00.0 10001000 0.00.0

Claims (2)

1. Способ геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них поочередно от двух дипольных электрических источников, в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных временных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов с помощью измерительных заземлений, расположенных между дипольными электрическими источниками, одновременно в тех же дискретных временных точках в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы измеряют последовательность мгновенных значений вторых разностей электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, при этом обеспечивают фокусировку тока для исключения осевой составляющей тока под точкой зондирования, поддерживая равенство нулю результирующей разности потенциалов между крайними измерительными заземлениями, из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров1. The method of geoelectrical exploration, in which an electromagnetic field is excited along the axis of the sounding profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them alternately from two dipole electric sources, in each pause between current pulses throughout the entire time the existence of this pause at discrete time points with a constant time interval measure the sequence of instantaneous values of the first and second axial differences of potentials with the help of measuring groundings located between dipole electric sources, simultaneously at the same discrete time points in each pause between current pulses throughout the entire lifetime of this pause measure the sequence of instantaneous values of the second differences of electric potentials in the direction perpendicular to the profile axis, this provides focusing of the current to eliminate the axial component of the current under the sensing point, maintaining the equality to zero result ruyuschey potential difference between the outer measuring earths, calculated from three independent sets of current dipole sources normalized electrical parameters of the measured electrical potential difference values
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000075
Figure 00000075
гдеWhere к(ti) - коэффициент, полученный из уравнения ΔUx(ti)1+к(ti)·ΔUx(ti)2=0;k (t i ) is the coefficient obtained from the equation ΔU x (t i ) 1 + k (t i ) · ΔU x (t i ) 2 = 0; Δt - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями первых и вторых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δt is the time interval between the two nearest measured instantaneous values of the first and second differences of electric potentials throughout the existence of a pause; ΔUx(ti)1, ΔUx(ti)2Δ2Ux(ti)1, Δ2Ux(ti)2 - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δt, при подаче токов, соответственно, в первый и второй дипольные электрические источники;ΔU x (t i ) 1 , ΔU x (t i ) 2 Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current on throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at given equal time intervals Δt, when currents are supplied, respectively, to the first and second dipole electric sources; Δ2Uy(ti)1, Δ2Uy(ti)2 - мгновенные значения вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные по направлению, перпендикулярному к оси профиля, в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через равные интервалы времени Δt при подаче токов, соответственно, в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U y (t i ) 1 , Δ 2 U y (t i ) 2 - instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in the direction perpendicular to the axis of the profile, in the pauses of current throughout the existence of each of these pauses from it beginning to the end at equal time intervals Δt when applying currents, respectively, to the first and second dipole electric sources; Δ2Ux(ti,Δt)1, Δ2Ux(ti,Δt) - разности значений между разделенными интервалами времени М двумя ближайшими мгновенными значениями вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз;Δ 2 U x (t i , Δt) 1 , Δ 2 U x (t i , Δt) are the differences between the separated time intervals M by the two nearest instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses; используя значения нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей средеusing the values of normalized parameters and the differential equation of mathematical physics for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium
Figure 00000076
Figure 00000076
где
Figure 00000077
- оператор Лапласа;
Where
Figure 00000077
- Laplace operator;
Figure 00000078
- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;
Figure 00000078
- the electric field strength of the dipole source, expressed in the equation for the case of a harmonic change in the magnitude of the electric field over time;
σ(iωσ0ητ) - частотнозависимая электропроводность элементов среды;σ (iωσ 0 ητ) is the frequency-dependent conductivity of the elements of the medium; σ0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization; η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization; τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization, решают математическую обратную задачу, определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации, и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem, determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 , induced polarization η, and decay time constant of the potential difference caused by polarization, and construct three time sections from these parameters.
2. Способ геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них поочередно от двух дипольных электрических источников, в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных временных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, при этом обеспечивают фокусировку тока для исключения осевой составляющей тока под точкой зондирования, поддерживая равенство нулю результирующей разности потенциалов между крайними измерительными заземлениями; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров2. A method of geoelectrical exploration, in which an electromagnetic field is excited along the axis of the sounding profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them alternately from two dipole electric sources, in each pause between current pulses throughout the entire time the existence of this pause at discrete time points with a constant time interval measure the sequence of instantaneous values of the first and second axial differences ble potentials, while providing focusing current component to exclude the axial current under the sensing point while maintaining the vanishing of the resultant potential difference between the outer measuring earths; from the values of the measured electric potential differences, three sets of dipole sources of normalized electrical parameters independent of the current strength are calculated
Figure 00000079
Figure 00000080
Figure 00000079
Figure 00000080
Figure 00000081
Figure 00000081
гдеWhere к(ti) - коэффициент, полученный из уравнения ΔUx(ti)1+к(ti)·ΔUx(ti)2=0;k (t i ) is the coefficient obtained from the equation ΔU x (t i ) 1 + k (t i ) · ΔU x (t i ) 2 = 0; Δt - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями первых и вторых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δt is the time interval between the two nearest measured instantaneous values of the first and second differences of electric potentials throughout the existence of a pause; ΔUx(ti)1, ΔUx(ti)2Δ2Ux(ti)1, Δ2Uх(ti)2 - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δt, при подаче токов, соответственно, в первый и второй дипольные электрические источники;ΔU x (t i ) 1 , ΔU x (t i ) 2 Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current on throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at predetermined equal time intervals Δt, when currents are supplied, respectively, to the first and second dipole electric sources; ΔUx(ti,Δt), ΔUx(ti,Δt)2, Δ2Ux(ti, Δt)1, Δ2Uх(ti,Δt)2 - разности значений между разделенными интервалом времени Δt двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз;ΔU x (t i , Δt), ΔU x (t i , Δt) 2 , Δ 2 U x (t i , Δt) 1 , Δ 2 U x (t i , Δt) 2 - the difference between the separated time interval Δt the two closest instantaneous values of the first and second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses; используя значения нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей средеusing the values of normalized parameters and the differential equation of mathematical physics for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium
Figure 00000082
Figure 00000082
где
Figure 00000083
- оператор Лапласа;
Where
Figure 00000083
- Laplace operator;
Figure 00000084
- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;
Figure 00000084
- the electric field strength of the dipole source, expressed in the equation for the case of a harmonic change in the magnitude of the electric field over time;
σ(iωσ0ητ) - частотнозависимая электропроводность элементов среды;σ (iωσ 0 ητ) is the frequency-dependent conductivity of the elements of the medium; σ0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization; η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization; τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization, решают математическую обратную задачу, определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации, и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem, determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 , induced polarization η, and decay time constant of the potential difference caused by polarization, and construct three time sections from these parameters.
RU2005107958/28A 2005-03-22 2005-03-22 Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants) RU2279106C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005107958/28A RU2279106C1 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005107958/28A RU2279106C1 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279106C1 true RU2279106C1 (en) 2006-06-27

Family

ID=36714757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005107958/28A RU2279106C1 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279106C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210389391A1 (en) * 2020-06-11 2021-12-16 Technoimaging, Llc System and Method for Reservoir Monitoring Using SQUID Magnetic Sensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210389391A1 (en) * 2020-06-11 2021-12-16 Technoimaging, Llc System and Method for Reservoir Monitoring Using SQUID Magnetic Sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2284555C1 (en) Method of naval geological survey based onto focusing of electric current (versions)
Okpoli Sensitivity and resolution capacity of electrode configurations
Binley et al. DC resistivity and induced polarization methods
Aizebeokhai 2D and 3D geoelectrical resistivity imaging: Theory and field design
US4875015A (en) Multi-array borehole resistivity and induced polarization method with mathematical inversion of redundant data
US8762062B2 (en) Method for marine geoelectrical exploration with electrical current focusing
EP0566578A1 (en) Method and apparatus for surveying terrain resistivity.
Niculescu et al. Application of electrical resistivity tomography for imaging seawater intrusion in a coastal aquifer
EP2230534A1 (en) Method for determining resistivity anistropy from earth electromagnetic responses
Szalai et al. Parameter sensitivity maps of surface geoelectric arrays I. Linear arrays
RU2236028C1 (en) Method for marine geoelectrical exploration (alternatives)
Nimeck et al. A progressive geophysical exploration strategy at the Shea Creek uranium deposit
Oskooi et al. 2D inversion of the Magnetotelluric data from Travale Geothermal Field in Italy
Olowofela et al. Measuring the electrical resistivity of the earth using a fabricated resistivity meter
RU2235347C1 (en) Method for geoelectrosurveying (variants)
Rangel et al. Electrical resistivity tomography and TDEM applied to hydrogeological study in Taubaté basin, Brazil
RU2279106C1 (en) Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants)
RU2231089C1 (en) Process of geoelectric prospecting
Davydycheva et al. A large-scale field study in eastern Siberia using novel time-domain electromagnetic technology
Union Electrical resistivity (ER), self potential (SP), induced polarisation (IP), spectral induced polarisation (SIP) and electrical resistivity tomography (ERT) prospection in NGRI for the past 50 years-a brief review
Kirsch et al. Geoelectrical methods
Stummer New developments in electrical resistivity imaging
Adam et al. Geoelectromagnetism
RU2408036C1 (en) Focused current marine geoelectric prospecting method
Aly et al. Use of electromagnetic–terrain conductivity and DC–resistivity profiling techniques for bedrock characterization at the 15th-of-May City extension, Cairo, Egypt

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110323

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140327

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140429

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180323