способ индукционного вертикального зондирования

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, заключающийся в возбуждении исследуемой среды переменным вертикальным магнитным полем и измерении вертикальной компоненты магнитного поля, отличающийся тем, что первичное поле возбуждают противофазными токами в двух соосных рамках, в центре которых компенсируют реальную составляющую магнитного поля путем изменения соотношения токов в рамках, измеряют в центре рамок мнимую составляющую вертикальной компоненты магнитного поля на данной частоте, повторяют эту процедуру на различных частотах, определяют параметры вертикального разреза по виду частотной зависимости кажущегося сопротивления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при вертикальном зондировании, когда необходимо определить параметры среды на глубине порядка 50 м и ниже, а также в тех ситуациях, когда представляющие интерес горизонты экранированы сверху хорошо проводящим слоем.

Известен способ индукционного зондирования [1] , в котором приемник отстоит от генератора на величину разноса R, причем для обеспечения глубины зондирования h требуемая величина R определяется из соотношения R 4h. При глубинах зондирования 100 м и больше величина разноса приближается к километру, в тех же случаях, когда над изучаемым горизонтом находится слой с пониженным сопротивлением, величину разноса приходиться еще больше увеличивать. При таких больших разносах на результаты измерений сильно влияют горизонтальные неоднородности, кроме того, не ясно, к какой точке на профиле следует отнести результаты измерений. Достоинством метода является постоянный режим работы генератора на частоте f, что при достаточно большой эквивалентной добротности приемника позволяет обеспечить нужную помехозащищенность измерительной установки.

Известен также метод (способ) переходных процессов (метод становления поля) [2] . В этом методе возбуждение поля и его регистрация осуществляются одной и той же петлей. Так как в этом случае разнос равен нулю, проблема определения точки относимости результатов измерений отсутствует, однако, поскольку в переходном процессе присутствует широкий спектр частот, защита результатов измерений от помех представляет достаточно сложную проблему.

Эффективность перечисленных выше способов падает, если между изучаемым объектом и источником поля находится хорошо проводящий слой. В подобной ситуации при индукционном каротаже применяют фокусировку поля [3], т.е. ослабляют поле вблизи скважины и увеличивают его в исследуемой зоне. Данный метод принят за прототип. Однако методы фокусировки, основанные на использовании индукционных катушек разной длины, становятся мало пригодными при проведении электромагнитного зондирования с поверхности земли.

Целью предлагаемого способа является уменьшение влияния горизонтальных неоднородностей и верхних слоев среды на результаты индукционного зондирования, проводимого на одной частоте.

На фиг. 1 представлено распределение магнитного поля установки по глубине, на фиг. 2 - кривые частотной зависимости _к(f) для четырехслойного разреза, иллюстрирующие возможность практического применения установки.

Поставленная цель достигается вертикальной фокусировкой первичного поля с помощью двух соосных рамок разных размеров и установкой приемника в центре рамок.

Рассмотрим отдельно методику вертикальной фокусировки магнитного поля. Известно, что напряженность магнитного поля круглой петли, имеющей радиус R, меняется вдоль оси петли в соответствии с формулой B_z = ₀I/2R(1+h²/R²)^3/2, где h - расстояние от центра петли до точки измерения. В том случае, когда имеются две соосные петли, токи в которых противоположно направлены и имеют такие значения, чтобы напряженность в центре рамки равнялась нулю, изменение вертикальной компоненты поля с глубиной описывается следующей формулой:



Нетрудно видеть, что максимальное значение поля будет при h R₁, R₁ - радиус внутренней петли, а максимальное значение в экстремуме будет при R₂ 2R₁. Таким образом, меняя размеры генераторных петель, можно установить максимум поля на нужной глубине.

На фиг. 1 представлено распределение реальной составляющей вертикальной компоненты магнитного поля по глубине при r = 0 для двух случаев, когда R₁ = 50 м, R₂ = 100 м (кривая 1) и R₁ = 100 м, R₂ = 200 м (кривая 2). Видно, что максимум кривых реализуют на глубинах, близких по величине к R₁.

Следует заметить, что описанный выше метод фокусировки поля работает только в пределах скин-слоя, т.е. при низкой частоте поля и больших сопротивлениях среды. При повышении частоты и понижении сопротивления фокусировка нарушается. По этой причине предлагаемый способ разумно использовать при зондировании на глубины свыше 50 м, где требуется понижение частоты.

Процедура зондирования осуществляется следующим образом. На поверхности земли раскладываются две соосные рамки, в центре которых устанавливается приемник. Меняя величину и направление токов каждой из рамок, добиваются минимальных значений реальной составляющей вертикальной компоненты магнитного поля, после чего измеряют мнимую составляющую той же компоненты поля. Для увеличения точности измерений желательно после компенсации получить величину реальной составляющей порядка или меньше величины мнимой составляющей поля. Производя измерения на различных частотах, по виду частотной характеристики кажущегося сопротивления _к(f) можно определить параметры разреза.

В качестве доказательства возможности практического применения установки рассмотрим результаты математического моделирования в случае четырехслойного разреза, нередко встречающегося при определении нижней границы реликтовой мерзлоты: ₁ = 1000 Омм, h₁ = 4 м; ₂ = 50 Омм, h₂ = 34 м; ₃ = 1000 Омм, h₃ = 100 м, 150 м, 200 м; ₄ = 100 Омм. Особенность рассматриваемого разреза состоит в наличии вблизи поверхности низкоомного слоя, который экранирует сигнал от проводящего основания. На фиг. 2 представлены кривые частотной зависимости _к(f) при R₁ = 100 м, R₂ = 200 м, причем кривые 1, 2, 3 соответствуют глубине проводящего основания 100 м, 150 м, 200 м. Нетрудно видеть, что предлагаемый способ зондирования обеспечивает достаточную чувствительность для определения глубины до нижней кромки мерзлоты.

Источники информации

1. Б.К. Матвеев. Электроразведка. М.: Недра. 1990, с. 368.

2. Электроразведка. Справочник геофизика, к. 1, М.: Недра, 1989, 438 с.

3. А. А. Кауфман. Теория эндукционного каротажа. Новосибирск: Наука, 1965, 235 с. (прототип).