RU2690207C1 - Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур - Google Patents

Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур Download PDF

Info

Publication number
RU2690207C1
RU2690207C1 RU2018128441A RU2018128441A RU2690207C1 RU 2690207 C1 RU2690207 C1 RU 2690207C1 RU 2018128441 A RU2018128441 A RU 2018128441A RU 2018128441 A RU2018128441 A RU 2018128441A RU 2690207 C1 RU2690207 C1 RU 2690207C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetotelluric
earth
measuring device
field
grounded
Prior art date
Application number
RU2018128441A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Сергеевич Могилатов
Валерий Викторович Плоткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2018128441A priority Critical patent/RU2690207C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690207C1 publication Critical patent/RU2690207C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано для изучения строения земной коры. Сущность: у поверхности Земли измеряют разнонаправленные электрические и магнитные компоненты магнитотеллурического поля, по которым определяют парциальные импедансы волн магнитного и электрического типа и судят о распределении проводимости горизонтально слоистого разреза земной коры в верхней мантии. Измерительное устройство для выделения вертикальной электрической компоненты в естественном магнитотеллурическом поле выполняется по схеме кругового электрического диполя, для чего располагают горизонтальные радиальные заземленные линии, сходящиеся к центру через равные угловые интервалы, с радиусом, соответствующим глубине исследований, и заземленные на внешних концах и общим центральным электродом. Измерительное устройство может располагаться на поверхности моря с помощью плавающих буев или на дрейфующей льдине, а электроды заземляются через отверстия во льду. Технический результат: повышение эффективности магнитотеллурических зондирований при выявлении слабых латеральных неоднородностей. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к геоэлектроразведке методом магнитотеллурического зондирования и может быть использовано для изучения сложного строения земной коры.
Известен способ электроразведки (SU №1062531 Способ геоэлектроразведки/ Могилатов B.C.; опубл. 23.12.83, Бюл. №47), при котором в Земле возбуждают электрическое поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю и измеряют параметры электрического поля по профилям, радиально расходящимся от точки введения осесимметричного электрического тока в Землю. При этом осесимметричное введение тока в Землю обеспечивается равномерным расположением наружных питающих электродов (заземлений) по окружности и присоединением их посредством радиальных линий к одному полюсу источника тока. Величина радиуса окружности определяется требуемой глубиной исследования. При этом внутренний питающий электрод заземляют в центре окружности, образованной наружными питающими электродами, и присоединяют к другому полюсу источника тока. Такой источник со времени опубликования способа называют круговым электрическим диполем (КЭД). На основе известного способа развит и применяется метод зондирований вертикальными токами (ЗВТ), показанный на фиг. 1, и который принадлежит к методам электроразведки с контролируемыми источниками.
Роль такого специфического источника состоит в том, что в Земле создается особая поляризация электромагнитного поля - поперечно-магнитная (ТМ), главной особенностью которой является наличие вертикальной электрической компоненты. В силу этого, поле такого источника весьма чувствительно к объектам повышенного сопротивления, а также вообще к горизонтальным неоднородностям в разрезе.
При этом следует заметить, что верно и обратное: - если использовать КЭД как приемник, то можно из произвольного электромагнитного поля выделить вклад ТМ-поля или, иными словами, определить вертикальную компоненту электрического поля, которую весьма желательно измерять в МТЗ.
Известен способ магнитотеллурического зондирования (Савин М.Г., авт.свидетельство SU 1323993, опуб. 15.07.1987, Бюл. №26), принятый далее за прототип, в котором у поверхности Земли измеряют четыре горизонтальных и две вертикальных компоненты поля, обозначаемые соответственно через Ех, Еу, Нх, Ну и Еz, Hz, где Ex,y,z электрические, a Hx,y,z магнитные компоненты магнитотеллурического поля; по этим измерениям находят комплексные спектральные амплитуды пространственных компонент магнитотеллурического поля на частоте ω; по указанным шести комплексным спектральным амплитудам пространственных компонент поля определяют горизонтальную неоднородность поля источников, характеризуемую скоростью горизонтального распространения геомагнитных пульсаций вдоль поверхности Земли, и соответствующие этой скорости импедансы, по которым затем судят об электрическом строении земной коры.
К недостаткам этого способа-прототипа следует отнести трудность измерения компоненты Ez (вертикальной электрической компоненты). Дело в том, что для обеспечения помехоустойчивости измерений Ez в рабочей области периодов геомагнитных пульсаций (десятков-сотен секунд) по отношению к случайным зарядам гидрометеоров приходится проводить измерения Ez в скважинах, что осложняет проведение измерений, например, при выполнении скважин в скальном грунте.
Другим недостатком способа-прототипа является то, что в нем скорость горизонтального распространения поля пульсаций, характеризующая горизонтальную неоднородность поля источников, определяют в предположении горизонтально-однородного разреза. В связи с этим этот способ ориентирован на весьма низкую горизонтальную неоднородность разреза, значительно более низкую, чем неоднородность поля источников, поскольку неоднородность разреза в горизонтальном направлении смещает начало отсчета горизонтальной фазовой скорости поля пульсаций, входящей в оценки импеданса разреза. Поэтому такой способ оказывается неприемлемым в условиях значительной горизонтальной неоднородности разреза, когда горизонтальная неоднородность разреза становится сопоставимой с горизонтальной неоднородностью поля источников, так как резко падает точность и достоверность измерений.
Заявленное изобретение относится к геоэлектроразведке методом магнитотеллурических зондирований. В настоящее время измерения вертикальной электрической компоненты при магнитотеллурических зондированиях практически не проводятся. Для стабильного и надежного измерения такой составляющей необходимо заглубляться в скважины, которые доступны в необсаженном виде в исключительных случаях. Между тем, отсутствие в измеряемых данных Ez резко снижает возможности МТЗ при исследовании латеральных неоднородностей в мантии и в верхних слоях земной коры. Это наглядно демонстрируется на фиг. 4, где аномальный эффект от присутствия неоднородности весьма слаб в измеряемой горизонтальной электрической компоненте на дневной поверхности, а вертикальная компонента вся целиком определяется неоднородностью.
В заявленном техническом решении для фиксации вертикальной электрической компоненты измерительное устройство выполняется по схеме кругового электрического диполя (см фиг. 2).
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение эффективности и расширение использования магнитотеллурических зондирований при выявлении слабых латеральных неоднородностей.
Технический результат заявленного изобретения заключается в существенном повышении зависимости принимаемых сигналов от горизонтальной неоднородности разреза и связанной с этим эффективности электромагнитных зондирований Земли при выявлении слабых латеральных неоднородностей.
Заявленный технический результат достигается за счет использования в заявленном способе электроразведки для изучения трехмерных геологических структур измерительного устройства для выделения вертикальной электрической компоненты в естественном магнитотеллурическом поле, выполненного по схеме кругового электрического диполя, для чего располагают горизонтальные радиальные заземленные линии, сходящиеся к центру через равные угловые интервалы, с радиусом, соответствующим глубине исследований, и заземленные на внешних концах и общим центральным электродом.
В частном случае реализации заявленного способа упомянутое измерительное устройство располагается на поверхности моря. Техническая реализация следует из известного способа прямого поиска локальных объектов на шельфе Мирового океана согласно патенту РФ №2116658, в котором круговой электрический диполь располагают на поверхности моря с помощью плавающих буев, снабженных электродвигателями и гребными винтами. Геометрия всей установки поддерживается с помощь тросов, соединяющих буи с судном и между собой. При этом центральный электрод опускают в воду с судна, а внешние электроды, соединенные электрически с центром изолированными проводами вдоль радиальных тросов, опускают в морскую воду с буев.
В частном случае реализации заявленного способа упомянутое измерительное устройство располагается на дрейфующей льдине. Техническая реализация следует из известного способа морской электроразведки и устройства для его осуществления согласно патенту РФ №2434251, в котором в одном из вариантов предлагается располагать круговой электрический диполь на дрейфующей льдине, заземляя электроды в морской воде через отверстия во льду. При этом внешние электроды и, соответственно, через отверстия во льду располагаются равномерно по окружности (радиус КЭД), а в центре окружности через отверстие во льду заземляется в морскую воду центральный электрод. Внешние электроды соединены изолированными проводами, располагаемыми на льду строго радиально, в центральной части установки, где производится измерение эдс между центральным электродом и общим концом радиальных линий от внешних электродов.
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - метод зондирований вертикальными токами.
Фиг. 2 - измерительное устройство по схеме кругового электрического диполя.
Фиг. 3 - вертикальная электрическая компонента и сигнал с измерительного устройства по схеме КЭД.
Фиг. 4 - Сравнение обычных измерений на поверхности и сигнала с вертикальной линии.
Изобретение характеризует геоэлектроразведку методом магнитотеллурических зондирований с использованием в геоэлектроразведке отклика ТМ-поляризованного электромагнитного поля, приемником которого являются измерительная конфигурация по схеме кругового электрического диполя.
Круговой электрический диполь (КЭД), как известно - это совокупность горизонтальных радиальных заземленных по концам линий, один конец которых расположен в центре круга, а второй конец находится на окружности, при этом соблюдается условие, что все линии находятся на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, и в известном техническом решении электрический ток, подаваемый в линии, одинаков в любой момент времени.
В пределах участка работ располагают небольшую установку КЭД в виде, обычно, восьми, горизонтальных заземленных линий, сходящихся к центру под углом 45 градусов, с радиусом (длиной линий), соответствующим глубине исследований. В пределах участка измеряют магнитотеллурическое поле в разных, магнитных и электрических компонентах. В том числе, для реализации преимуществ использования ТМ-поляризованного поля установку КЭД используют как измерительную. Измеряют разность потенциалов между центральным электродом и внешними. Эту разность потенциалов пересчитывают в значение Ez на эффективной глубине под КЭД.
В заявленном техническом решении измерительное устройство в виде КЭД позволяет оценить вертикальную компоненту электрического поля в любом месте, без использования скважин.
Заявленный способ магнитотеллурических зондирований для изучения геологических структур включает этапы, на которых:
в пределах участка работ располагают приемную установку в виде кругового электрического диполя,
обеспечивают измерение радиальной разности потенциала, что существенно увеличивает информативность работ по сравнению с существующими методиками, предусматривающими измерения только горизонтальных электрических компонент,
по результатам судят о величине вертикальной электрической компоненте, которая прямо указывают на глубинные неоднородности геологической среды.
Преимущества заявленного способа в использовании КЭД в качестве приемника:
1) при такой работе нет необходимости в скважинах;
2) полученные результаты, в зависимости от радиуса КЭД, относятся к различным глубинам и являются дополнительным зондированием;
3) измерения, полученные таким образом, в отличие от традиционных методик МТЗ, позволяют прямо и непосредственно судить о латеральных неоднородностях в разрезе, не требуя широких площадных наблюдений.
В варианте реализации заявленного способа измерительное устройство в виде КЭД располагают на поверхности моря.
В варианте реализации заявленного способа измерительное устройство в виде КЭД располагают на поверхности дрейфующего льда.
Эффективность предлагаемого способа связана с доказанной эффективностью применения ТМ-поляризованного поля в виде нового метода электроразведки - зондирований вертикальными токами (ЗВТ), условно представленного на фиг. 1.
На фиг. 2 показана схема устройства измерительного устройства в виде КЭД.
На фиг. 3 показано сравнение вертикальной электрической компоненты и сигнала с измерительного устройства по схеме КЭД.
На фиг. 4 показано сравнение обычных измерений на поверхности и сигнала от вертикальной линии.
Покажем, как реализуется наше предложение с помощью трехмерного математического моделирования. Во-первых, на фиг. 3 представлено сравнение кривых сигналов от вертикальной линии и приемной установки на дневной поверхности по схеме КЭД. Среда - однородное полупространство с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м. На глубине 12.5 км находится проводящая неоднородность с сопротивлением 10 Ом*м. Измерения проводятся в точке, обозначенной крестиком. Кривые представлены в зависимости от частоты магнитотеллурического поля. С точностью до некоторого технического коэффициента, кривые близки и совпадают на низких частотах. Приемная установка КЭД, установленная на поверхности, действительно позволяет оценить вертикальную компоненту электрического поля на глубине.
Покажем теперь, что вертикальная компонента электрического поля, если она измерена, действительно повышает эффективность магнитотеллурических зондирований. На фиг. 4 показано сравнение обычных измерений на поверхности и сигнала от вертикальной линии вдоль профиля. Видно, что аномальный эффект от присутствия неоднородности весьма слаб в измеряемой горизонтальной электрической компоненте на дневной поверхности, а вертикальная компонента меняется радикально на несколько порядков.
Заявленный технический результат достигается за счет использования в заявленном способе электроразведки для изучения трехмерных геологических структур измерительного устройства для выделения вертикальной электрической компоненты в естественном магнитотеллурическом поле выполненного по схеме кругового электрического диполя для чего располагают горизонтальные радиальные заземленные линии, сходящиеся к центру через равные угловые интервалы, с радиусом, соответствующим глубине исследований, и заземленные на внешних концах и общим центральным электродом.
В частном случае реализации заявленного способа упомянутое измерительное устройство располагается на поверхности моря. Техническая реализация следует из известного способа прямого поиска локальных объектов на шельфе Мирового океана согласно патенту РФ №2116658, в котором круговой электрический диполь располагают на поверхности моря с помощью плавающих буев, снабженных электродвигателями и гребными винтами. Геометрия всей установки поддерживается с помощь тросов, соединяющих буи с судном и между собой. При этом центральный электрод опускают в воду с судна, а внешние электроды, соединенные электрически с центром изолированными проводами вдоль радиальных тросов, опускают в морскую воду с буев.
В частном случае реализации заявленного способа упомянутое измерительное устройство располагается на дрейфующей льдине. Техническая реализация следует из известного способа морской электроразведки и устройства для его осуществления согласно патенту РФ №2434251, в котором в одном из вариантов предлагается располагать круговой электрический диполь на дрейфующей льдине, заземляя электроды в морской воде через отверстия во льду. При этом внешние электроды и, соответственно, через отверстия во льду располагаются равномерно по окружности (радиус КЭД), а в центре окружности через отверстие во льду заземляется в морскую воду центральный электрод. Внешние электроды соединены изолированными проводами, располагаемыми на льду строго радиально, в центральной части установки, где производится измерение эдс между центральным электродом и общим концом радиальных линий от внешних электродов.

Claims (3)

1. Способ магнитотеллурического зондирования для изучения геологических структур, при котором у поверхности Земли измеряют разнонаправленные электрические и магнитные компоненты магнитотеллурического поля, по которым определяют парциальные импедансы волн магнитного и электрического типа и судят о распределении проводимости горизонтально слоистого разреза земной коры в верхней мантии, отличающийся тем, что измерительное устройство для выделения вертикальной электрической компоненты в естественном магнитотеллурическом поле выполняется по схеме кругового электрического диполя, для чего располагают горизонтальные радиальные заземленные линии, сходящиеся к центру через равные угловые интервалы, с радиусом, соответствующим глубине исследований, и заземленные на внешних концах и общим центральным электродом.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое измерительное устройство располагается на поверхности моря с помощью плавающих буев.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое измерительное устройство располагается на дрейфующей льдине, а электроды заземляются через отверстия во льду.
RU2018128441A 2018-08-02 2018-08-02 Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур RU2690207C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128441A RU2690207C1 (ru) 2018-08-02 2018-08-02 Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128441A RU2690207C1 (ru) 2018-08-02 2018-08-02 Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690207C1 true RU2690207C1 (ru) 2019-05-31

Family

ID=67037682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128441A RU2690207C1 (ru) 2018-08-02 2018-08-02 Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690207C1 (ru)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU488176A1 (ru) * 1973-03-09 1975-10-15 Ордена Ленина Институт Физики Им. О.Ю.Шмидта Ан Ссср Способ магнито-теллурического зондировани
US4591791A (en) * 1984-07-31 1986-05-27 Board Of Regents, University Of Texas System Electromagnetic array profiling survey method
SU1323993A1 (ru) * 1986-02-26 1987-07-15 Вычислительный Центр Дальневосточного Научного Центра Ан Ссср Способ магнитотеллурического зондировани
US4686476A (en) * 1981-11-23 1987-08-11 Mobil Oil Corporation Plotting of magnetotelluric impedance to determine structure and resistivity variation of anomalies
RU2069877C1 (ru) * 1992-12-25 1996-11-27 Институт радиотехники и электроники РАН Способ магнитотеллурического зондирования
US5770945A (en) * 1996-06-26 1998-06-23 The Regents Of The University Of California Seafloor magnetotelluric system and method for oil exploration
RU2323456C2 (ru) * 2002-06-11 2008-04-27 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Способ и система для геологических исследований дна моря с использованием измерения вертикального электрического поля
US20090302853A1 (en) * 2007-03-08 2009-12-10 Liu Junchang High resolution magnetotelluric method for removing static frequency domain
WO2010104907A2 (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Schlumberger Canada Limited Electromagnetic survey using naturally occurring electromagnetic fields as a source

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU488176A1 (ru) * 1973-03-09 1975-10-15 Ордена Ленина Институт Физики Им. О.Ю.Шмидта Ан Ссср Способ магнито-теллурического зондировани
US4686476A (en) * 1981-11-23 1987-08-11 Mobil Oil Corporation Plotting of magnetotelluric impedance to determine structure and resistivity variation of anomalies
US4591791A (en) * 1984-07-31 1986-05-27 Board Of Regents, University Of Texas System Electromagnetic array profiling survey method
SU1323993A1 (ru) * 1986-02-26 1987-07-15 Вычислительный Центр Дальневосточного Научного Центра Ан Ссср Способ магнитотеллурического зондировани
RU2069877C1 (ru) * 1992-12-25 1996-11-27 Институт радиотехники и электроники РАН Способ магнитотеллурического зондирования
US5770945A (en) * 1996-06-26 1998-06-23 The Regents Of The University Of California Seafloor magnetotelluric system and method for oil exploration
RU2323456C2 (ru) * 2002-06-11 2008-04-27 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Способ и система для геологических исследований дна моря с использованием измерения вертикального электрического поля
US20090302853A1 (en) * 2007-03-08 2009-12-10 Liu Junchang High resolution magnetotelluric method for removing static frequency domain
WO2010104907A2 (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Schlumberger Canada Limited Electromagnetic survey using naturally occurring electromagnetic fields as a source

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В. С. МОГИЛАТОВ и др., Свойства кругового электрического диполя как источника поля для электроразведки, Геология и геофизика, т.55, N 11, 2014, с. 1692-1700. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8030934B2 (en) Method for hydrocarbon reservoir mapping and apparatus for use when performing the method
RU2335788C2 (ru) Система и способ контроля месторождения углеводородов с использованием электромагнитных полей регулируемого источника
US6603313B1 (en) Remote reservoir resistivity mapping
CA2921822C (en) Borehole electric field survey with improved discrimination of subsurface features
USRE40321E1 (en) Remote reservoir resistivity mapping
RU2284555C1 (ru) Способ морской геоэлектроразведки с фокусировкой электрического тока (варианты)
JPS60135783A (ja) 水域下の土地累層の領域を探査し特性表示する方法とシステム
WO2015030993A2 (en) Mapping resistivity distribution within the earth
RU2410728C2 (ru) Способ разведки месторождений
US9846254B2 (en) Method for marine electric survey of oil-gas deposits and apparatus for carrying out thereof
CN110376651B (zh) 基于水平双极电流源的时频电磁装置及地球物理勘探方法
RU2639728C1 (ru) Системы сбора данных для морской модификации с косой и приемным модулем
RU2690207C1 (ru) Способ магнитотеллурического зондирования геологических структур
WO2019132699A1 (ru) Способ электроразведки для изучения трехмерных геологических структур
RU2434251C1 (ru) Способ морской электроразведки и устройство для его осуществления
CN111474592A (zh) 一种井间电磁探测系统及方法
Nabighian et al. Electrical and EM methods, 1980–2005
RU2408036C1 (ru) Способ морской геоэлектроразведки с фокусировкой электрического тока
RU2466430C2 (ru) Способ электроразведки
RU2453872C1 (ru) Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления
CN110879117A (zh) 一种堤防漏水口探测装置及方法
RU2446417C2 (ru) Способ пространственной частотно-временной геоэлектроразведки (ftem-3d)
Ezersky et al. Geoelectric investigation of the Soreq Cave area in Israel
RU2310214C1 (ru) Способ вертикального индукционного зондирования
RU2581768C1 (ru) Способ геоэлектроразведки