SU868679A1 - Способ измерени вызванной пол ризации в геоэлектроразведке и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геоэлектроразведке при измерениях вызванной поляризации (ВП) на пере- _ менном токе.

Известны способы измерения ВП при [геоэлектроразведке, заключающиеся fe том, что с помощью одной заземленной линии возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с разными амплитудами, а с помощью другой заземленной линии или магнитометра измеряют принимаемые из земли сигналы.

Устройства для осуществления из- 15 вестных способов содержат две линии питающую и измерительную, каждая из которых соединена со своей парой электродов, одна линия соединена с двухчастотным генератором тока, а *0 вторая - с двухчастотным избирательным усилителем Г11 .

Недостатками известного способа являются сравнительно низкая производительность работ, связанная с необходимостью перемещения в процессе .работы обеих линий, а таюке относительная сложность его реализации, поскольку для проведения полевых работ требуется использовать отдельную 30 питающую линию и отдельную измерительную линию. В ряде случаев, например при проведении скважинных измерений, использование такого способа является затруднительным.

Известен также другой способ измерения ВП при геоэлектроразведке, заключающийся в том, что принимаемые из земли сигналы измеряют той же линией, которая используется для возбуждения электромагнитного поля С2 J.

Для реализации такого способа измерений может быть использовано устройство, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы первого добавочного резистора и . шунта, ко второй выходной клемме подключен первый отвод второго добавочного резистора, вторые отводы резисторов соединены между собой, второй отвод шунта и вторая выходная клемма служат нагрузочными клеммами устройства, к выходам шунта и первого добавочного резистора подключены оптроны, соединенные с логометром, а также с двухканальным формирователем фазовых отметок, соединенным с передатчиком.

и двухканальный фазометр, соединенный с радиоприемником. С помощью указанного устройства измеряются фазовые сдвиги возбуждающих сигналов'двух частот в питающей линии Гз].

Однако ввиду того, что фазовые углы ВП, обусловленные как поляризацией среды, так и поляризацией электродов от частоты не зависят, то оазделить их не удается, в связи с чем по результатам таких измерений трудно судить о поляризуемости среды.

Цель изобретения - исключение погрешностей измерений.обусловленных вызванной поляризацией металлических электродов.

Поставленная цель достигается тем, > что, в способе измерения вызванной поляризации при геоэлектроразведке, (заключающемся в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами · по меньшей мёре двух частот с разными амплитудами гармонических составляющих , пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измеряют амплиту' ду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, определяют 25 разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой судят о поляризуемости пород.

В устройство для осуществления способа, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отвода шунта и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первый! отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и вторая выходная клемма, введены ключ', подключенный между вторыми отводами пер- I вого и второго добавочных резисторов, а также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двухчастотный избирательный милливольтметр, причем один из входов дифферен- 45 циального усилителя подключен ко второму отводу первого добавочного резистора, второй вход дифференциального усилителя соединен со вторым отводом шунта, общая шина дифференциального усилителя соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде Сплавно-ступенчатого аттенюатора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предла- . гаемого способа.

. Устройство содержит генератор 1 тока, к выходным клеммам 2 и 3 которого подключены шунт 4, первый добавочный резистор 5 и второй добавочный 60 резистор 6. Между,, вторыми отводами этих резисторов включен ключ 7. Второй отвод шунта и резистор соединеда с двумя входами дифференциального vnunurona Я . V nuvnnv пиЛАйпаичияттъ— ного усилителя 8 подключен двухчастотный избирательный милливольтметр 9, а нагрузочными клеммами 10 и 11 устройства, к которым подключается питающая линия, служат второй отвод шунта 4 и вторая выходная клемма 3. . Способ осуществляется следующим образ.оМ,

Электромагнитное поле в земле возбуждается токами нескольких, преимущественно двух, частот, например, током прямоугольной формы, в спектре которого содержатся гармонические составляющие с убывающими пропорционально увеличению номера гармоники амплитудами (амплитуда тока третьей гармоники в 3 раза меньше амплитуда тока первой гармоники). При этом величина возбуждающего тока выбирается таким образом, чтобы уже для тока меньшей величины на электродах питающей линии происходило насыщение сигнала ВП. Как показывают результаты лабораторных и полевых измерений, при использовании железных штырей минимальная плотность тока должна быть £>авна 300/400 мкА/см^ поверхности электрода. Соответственно, на второй частоте (первой гармонике) плотность тока должна быть в 3 раза больше. В этом случае мнимая составляющая сигнала на электродах, обусловленная поляризацией этих электродов, является постоянной, независимой от силы тока как при указанных выше, так и при больших плотностях возбуждающего тока. Мнимые же составляющие сигналов, обусловленные поляризацией изучаемой среда и индукционными эффектами в этой среде, изменяются пропорционально величине возбуждающего тока.

Если измерения проводятся на первой и третьей гармониках, то, как известно, фазовые углы ВП электродов и среда сохраняют постоянной свою величину независимо от частоты, а фазовые углы индукции увеличиваются пропорционально частоте возбуждающего поля. Поэтому (⁺ . (1) l_wU(w₍j)_B|_fflu’„+ Т_ти_и + 3l_muj_n (2) где l_mu|„ - мнимая составляющая ,обус·* ловпенная поляризацией питающих электродов;

- мнимая составляющая индукционного происхождения;

- мнимая составляющая, обусловленная Ьоляризуемостью* изучаемой среды.

В выражениях (1) и (2) мнйдае составляющие, дбусловленные поляризацией питающих электродов, равны несмотря на разную величину возбуждающего тока иа первой и третьей гармониках ввиду насыщения ВП на электродах ич-яя Ягитмллй ппптнпгти

I U^C '»^υ8Π тока. Мнимые же составляющие, обусловленные индукционными эффектами, также равны, ибо интенсивность индукционных эффектов на третьей гармонике в 3 раза больше, чем на первой гармонике, но так как ток третьей (гармоники в 3 раза меньше, чем ток первой гармоники, то мнимые составляющие индукционного происхождения оказываются одинаковыми.

Разность величин мнимых составляющих возбуждающих сигналов двух частот определяется только поляризуемостью среды и не зависит от поляризации электродов l_fflU(^) - ι„μ(ω_α) => 2l_mu£„ (3)

Данный параметр может служить мерей поляризуемости среды, так как для неполяризующейся среды он равен нулю.

Помимо указанного выше параметра ВП может быть получен также относительный параметр ВП - фазовый угол ВП. Для этого полученную разность мниьых составляющих, соответствующую уравнению (3), нормируют путем деления ее на разность амплитуд сигналов возбуждающего поля первой и второй частот, например на разность амплитуд напряжений первой и третьей гармоник на питающих электродах.Этот параметр также характеризует только ВП изучаемой среды.

Для повышения точности измерений может быть использована третья частота. В этом случае, если мнимая составляющая, обусловленная поляризацией питающих электродов, оказывается зависимой от плотности тока, этот факт будет отмечен и может быть устранен. 4П

Устройство для реализации способа ^w работает следующим образом.

Генератор 1 тока, вырабатывает ток прямоугольной формы, в котором содержатся первая и третья гармоники. Напряжение с выхода генератора подает- 45 ся на выходные клемма 2 и 3. Последовательно в питающую цепь включен шунт 4, падение напряжения на котором повторяет, форму питающего тока. На делителе, образованном добавочными 50 резисторами 5 и 6, создается падение напряжения, форма которого повторяет форму питающего напряжения, вырабатываемого генератором 1. Если ключ 7 разомкнут, то дифференциальный усили- 55 Тель 8 работает в режиме масштабного усиления сигнала с выхода шунта 4.

При этом с помощью избирательного милливольтметра 9 измеряется амплитуда возбуждающего сигнала первой и второй частот (или их разность). Избирательный милливольтметр представляет собой стандартный милливольтметр с последовательным переключением рабочих частот и возможностью промежуточного запомгнания сигнала одной из частот с тем, чтобы впоследствии непосредственно измерить разность сигналов двух частот. <

После замыкания ключа 7 дифферент Циальный усилитель 8 работает в режиме вычитания сигналов, поступающих на два его входа. При этом, если реактивность цепи, подключенной к клеммам 10 и 11, равна нулю, форма сигналов на .шунте 4 и добавочном резисторе 5 одинакова, и, изменяя Ю коэффициент деления выходного напряжения с помощью плавно-ступенчатого резистора 6, можно добиться нулевых показаний милливольтметра 9 как. на первой, так и на второй частотах.· 15 При наличии ВП питающих электродов и изучаемой среды с помощью аттенюатора б может быть скомпенсиро, вана только активная'компонента возбуждающего сигнала, а мнимая компо- . 2Q нента измеряется с помощью избирательного милливольтметра 9 как минимальное значение сигнала, который не может быть скомпенсирован с помощью аттенюатора 6. Разность мнимых составляющих возбуждающего сигнала, определяющаяся выражением (3), также, считывается непосредственно с выхода измерителя 9 и служит мерой поляризуемости среды.

Claims (3)

1. :И двухканальный .фазометр, соединенный с радиоприемником. С помощью указанного устройства измер ютс  фазовые сдвиги возбуждающих сигналов двух частот в питающей линии Гз. Однако ввиду того, что фазовые углы ВП, обусловленные как пол ризацией среды, так и пол ризацией электродов от частоты не завис т, то оаздели- ь их не удаетс , в св зи с чем по результатам таких измерений трудно судить о пол ризуемости среды. Цель изобретени  - исключение погрешностей измерений,обусловленных вызванной пол ризацией металлических электродов. Поставленна  цель достигаетс  тем, . что, в способе измерени  вызванной пол ризации при геоэлектроразведке, о аключак цемс  в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле токами по меньшей мере двух частот с равныtm амплитудами гармонических составл ющих , пропускаемыми через заземленную токовую линию, и измер ют амплиту ду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, определ ют разность величин мнимых составл ющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой суд т о пол ризуемости пород В устройство дл  осуществлени  способа, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключе ны первый и второй добавочные резисторы и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отвода шунт и первого добавочного резистора, со второй выходной клеммой соединен первы отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и втора  выходна  клемма, введены ключ , подкл ченный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов а также последовательно соединенные дифференциальный усилитель и двухчастотный избирательный №1лливрльтметр , причем один из входов дифферен циального усилител  подключен ко вто рому отводу первого добавочного резистора , второй вход дифференциально го усилител  соединен со вторым отво дом шунта, обща  шина дифференциального усилител  соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочны резистор выполнен в виде от.лавно-ступенчатого аттенюатора. На чертеже представлена блок-схем устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа. . , Устройство содержит генератор 1 тока, к выходным клеммам 2 и 3 которого подключены шунт 4, первый добавочный резистор 5 и второй добавочны резистор 6. Между вторыми отводалм этих резисторов включен ключ 7. Второй отвод шунта и резистор соедине{В1 с двум  входгши дифференциального wnnntrperte   . V «MvriTiv т1мЛ впе иТ1и п.- Ъго усилител  8 подключен двухчастотый избирательный милливольтметр 9, нагрузочными клеммами 10 и 11 устойства , к котором подключаетс  пиающа  лини , служат второй отвод унта 4 и втора  выходна  клемма 3. Способ осуществл етс  следующим браз.оМ. Электромагнитное поле в земле возбуждаетс  токалад нескольких, преимущественно двух, частот, например, током пр моугольной формы, в спектре которого содержатс  гармонические составл ющие с убывающими пропорционально увеличению номера гармоники амплитудами (амплитуда тока третьей гармоники в 3 раза меньше амплитуды тока первой гармоники). При этом величина возбуждающего тока выбираетс  таким образом, чтобы уже дл  тока меньшей величины на электродах питающей линии происходило насыщение сигнала ВП. Как показывают результаты лабораторных и полевых измерений, при использовании железных штырей минимальна  плотность тока должна быть эавна 300/400 мкА/см поверхности электрода. Соответственно, на второй частоте (первой гармонике) плотность тока должна быть в 3 раза больше. В этом случае составл юща  сигнала на электродах, обусловленна  пол ризацией этих электродов ,  вл етс  посто нной, .независимой от силы тока как при указанных выше, так и при больших плотност х возбуждающего тока. Мнимые же составл ющие сигналов, обусловленные пол ризацией изучаемой среды и индукционными эффектами в этой среде, измен ютс  пропорционально величине возбуждающего тока. Если измерени  провод тс  на первой и третьей гармониках, то, как известно, фазовые углы ВП электродов и среды сохран ют посто нной свою величину независимо от частоты, а фазовые углы индукции увеличиваютс  пропорционально частоте возбуждающего пол . Поэтому 1п,и(и;)«| и|„+1„ Uy, + . (1) (шо)-1„и|„+ + 3lXn(2) где - мнима  составл юща ,обус- ловлейна  пол ризацией питающих электродов мнима  составл юща  индукционного происхождени f мнима  составл юща , обусловленна  Ьол ризуемостью изучаемой среды. В выражени х (1) и (2) мним е составл ющие , ббусловленные пол ризацией питавших электродов, равны несмотр  на разную величину возбуждающего тока на первой и третьей гармониках ввиду насыщени  ВП на электродах и  -чл fSnjTfctiiol г 1тптмлг тн тока. Мнимые же составл ющие, обусловленные индукционными эффектеши, также равны, ибо интенсивность индукционных эффектов на третьей гармонике в 3 раза больше, чем на первой гармонике, но .так как ток третьей (гармоники в 3 раза меньше, чем ток первой гармоники, то мнимые составл кадие индукционного происхождени  оказываютс  одинаковыми. Разность величин мнимых составл ющих возбуждающих сигналов двух частот- определ етс  только пол ризуемостью среды и не зависит от пол риза ции электродов . |„и(1,) - 1(и;д) . (3) Данный параметр может служить мерсЛ пол ризуемости среды, так как дл  непол ризующейс  среды он равен нулю.. Помимо указанного выше параметра ВП может быть получен также относительный параметр ВП - фазовый угол ВП. Дл  этого полученную разность мнимых составл ющих, соответствующую уравнению (3, нормируют путем делени  ее на разность амплитуд сигналов возбуждающего пол  первой и второй частот, например на разность амплитуд напр жений первой и третьей гармоник на питающих электродах.Этот параметр также характеризует только ВП изучаемой среды. Дл  повышени  точности измерений может быть использована треть  частота . В этом случае, если мнима  составл юща , обусловленна  пол риза цией питающих электродов, оказываетс  зависимой 4DT плотности тока, этот факт будет отмечен и может быть устр иен. Устройство дл  реализации способа работает следующим образом. Генератор 1 тока, вырабатывает то пр моугольной формы, в котором содер жатс  перва  и треть  гармоники. Напр жение с выхода генератора подаетс  на выходные клемгФ 2 и 3. Последо вательно в питающую цепь включен шунт 4, падение напр жени  на котором повтор ет, форму питающего тока. На делителе, образованном добавочным резисторами 5 и 6, создаетс  падение напр жени , форма которого повтор ет форму питающего напр жени , вырабаты ваемого генератором 1. Бели ключ 7 разомкнут, то дифференциальный усилитель 8 работает в режиме масштабного усилени  сигнала с выхода шунта 4. При этом с помощью избирательного лливольтметра 9 измер етс  амплитуда 1возбуждающего сигнала первой и второй частот (или их разность). Избирательный милливольтметр представл ет собой стандартный милливольтметр с последовательным переключением рабочих часрот и возможностью промежуточного за покинаии  сигнала одной из частот с тем, чтобы впоследствии непосрпдственно измерить разность сигналов двух частот.х После замыкани  ключа 7 дифферент Циальный усилитель 8 работает а режиме вычитани  сигналов, поступающих на два его входа. При этом, если реактивность цепи, подключенной к клеммам 10 и 11, равна нулю, форма сигналов на .шунте 4 и добавочном резисторе 5 один$1кова, и, измен   коэффициент делени  выходного напр .жени  с помощью плавно-ступенчатого резистора 6, можно х(обитьс  нулевых показаний милливольтметра 9 как. на первой, так и на второй частотах.При наличии ВП питающих Электродов и изучаемой среды с помощью аттенюатора 6 может быть скомпенсирована только активна компонента возбуждающего сигнала, а мнима  компо- . нента измер етс  с. помощью избирательного милливольтметра 9 как минимальное значение сигнала, который не может быть скомпенсирован с помощью аттенюатора 6. Разность мнимых составл ющих возбуждак цего сигнала, определ юща с  выражением (3), также, считываетс  непосредственно с выхода измерител  9 и служит мерой пол ризуемости среды. Формула изобретени  1.Способ измерени  вызванной пол ризации в геоэлектроразведке, заключающийс  в том, что возбуждают в земле электромагнитное поле тока по меньшей мере двух частот с разным  амплитудами гармонических составл ющих , пропускаемыми через зазем-: ленную токовую линию, и измер ют амплитуду возбуждающих сигналов с помощью той же заземленной линии, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешностей, обусловленных вызванной пол ризацией заземлений линий, определ ют, разность величин мнимых составл ющих возбуждающих сигналов двух частот, по которой суд т о пол ризуемости пород. 2.Устройство дл  осуществлени  способа по П.1, содержащее генератор тока, к выходным клеммам которого подключены первый и второй добавочные резисто1 д и шунт, причем с первой выходной клеммой соединены первые отводы шунта и первого добавочного резистора, со второй шлходной клеммой соединен первый отвод второго добавочного резистора, а нагрузочными клеммами устройства служат второй отвод шунта и втора  выходна  клемма, отличающеес   тем, что, с целью повьшенй  точности измерений , .в него введены ключ, подклю ченный между вторыми отводами первого и второго добавочных резисторов, а также последовательно соединенные дифференциальньЕй усилитель и двухчас готный иэбид)ательный милливольтметр, причем один из входов дифференциального усилител  подключен ко второму отводу первого добавочного резистора второй вход дифференциального усилител  соецине.н со вторым отводом шунта , обща  шина дифференциального усилител  соединена с первой выходной клеммой, а второй добавочный резистор выполнен в виде плавно-ступенчатого аттенюатора. 98 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 627428, кл. G 01 V 3/02.
2. 2. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной пол ризации, Л., Недра, 1972, с. 71.
3. 3. Авторские свидетельство СССР 433438, кл. G 01 V 3/02, 1974 (прототип).