способ морской геоэлектроразведки (варианты)

Формула изобретения

1. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прямом прохождении зондирующей установки вдоль профиля, а другой - при обратном; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀)_пр, U_x(t₀)_обр - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов в дипольный источник соответственно при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i)_пр, U_x(t_i)_обр, ²U_x(t_i)_пр, ²U_x(t_i)_обр - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t соответственно при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i, t)_пр, U_x(t_i, t)_обр, ²U_x(t_i, t)_пр, ²U_x(t_i, t)_обр - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса,

используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации,

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

2. Способ морской геоэлектроразведки по п.1, отличающийся тем, что рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

3. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прямом прохождении зондирующей установки вдоль профиля, а другой - при обратном; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀)_пр, U_x(t₀)_обр - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов в дипольный источник соответственно при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i)_пр, U_x(t_i)_обр, ²U_x(t_i)_пр, ²U_x(t_i)_обр - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t соответственно при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i, t)_пр, U_x(t_i, t)_обр, ²U_x(t_i, t)_пр, ²U_x(t_i, t)_обр - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса, при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования,

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации,

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

4. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, а при помощи расположенных на оси профиля на разных расстояниях от дипольного электрического источника двух трехточечных измерительных установок проводят измерение первых и вторых разностей электрических потенциалов, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прохождении через точку зондирования первой трехточечной измерительной установки, а другой - при прохождении второй, измеряя при этом в конце каждого импульса тока мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов и также в каждой паузе после выключения импульса тока на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀)₁, U_x(t₀)₂ - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце каждого импульса тока, измеренные при подаче тока в дипольный источник соответственно при прохождении через точку зондирования первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i)₁, U_x(t_i)₂, ²U_x(t_i)₁, ²U_x(t_i)₂ - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, при прохождении через точку зондирования соответственно первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i, t)₁, U_x(t_i, t)₂, ²U_x(t_i, t)₁, ²U_x(t_i, t)₂ - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса; используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

5. Способ морской геоэлектроразведки по п.4, отличающийся тем, что рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

6. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, а при помощи расположенных на оси профиля на разных расстояниях от дипольного электрического источника двух трехточечных измерительных установок проводят измерение первых и вторых разностей электрических потенциалов, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прохождении через точку зондирования первой трехточечной измерительной установки, а другой - при прохождении второй, измеряя при этом в конце каждого импульса тока мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов и также в каждой паузе после выключения импульса тока на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀)₁, U_x(t₀)₂ - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов в дипольный источник соответственно при прохождении через точку зондирования первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i)₁, U_x(t_i)₂, ²U_x(t_i)₁, ²U_x(t_i)₂ - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, при прохождении через точку зондирования соответственно первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i, t)₁, U_x(t_i, t)₂, ²U_x(t_i, t)₁, ²U_x(t_i, t)₂ - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса,

при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования,

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

7. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по одному прямоугольному импульсу тока; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀) - мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренное при подаче тока в дипольный источник;

U_x(t_i), ²U_x(t_i) - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t;

U_x(t_i, t), ²U_x(t_i, t) - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса,

используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

8. Способ морской геоэлектроразведки по п.7, отличающийся тем, что рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

9. Способ морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по одному прямоугольному импульсу тока; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t₀) - мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренное при подаче тока в дипольный источник;

U_x(t_i), ²U_x(t_i) - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t;

U_x(t_i, t), ²U_x(t_i, t) - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса,

при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования,

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотнозависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации,

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических исследований, а более конкретно - к способам морской геоэлектроразведки с использованием регулируемых искусственных источников электромагнитного поля, и предназначено для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей на основе раздельного определения и картирования свойственных каждому из элементов (горизонтов) толщи осадочных отложений горных пород следующих трех, необходимых для решения поставленной задачи, электрофизических параметров: удельной электропроводности, вызванной поляризации и постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации.

Известны способы геоэлектроразведки, в том числе и морской, 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.

По результатам полевых измерений данным способом вычисляется электрическое сопротивление с помощью универсальной формулы

где J - измеряемый скачок силы тока в дипольном электрическом источнике;

U - измеряемое напряжение на концах приемных заземлений MN;

К - геометрический коэффициент зондирующей установки

(см. “Электроразведка”, Справочник геофизика. Ред. А.Г.Тархов М.: Недра, 1980, с.237 и с.422-406, [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 U по силе тока питания J источника 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.

Таким образом, способы сопротивлений не пригодны для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей 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 регистрируется сопротивление объема всех геологических объектов исследуемой среды, в которой развивается электрическое поле источника тока.

В морской геоэлектроразведке, в силу специфики измерений в движении, используются симметричная установка AMNB или дипольно-осевая ABMN.

Попытки поисков углеводородов осуществлялись, в частности, ГП “Солитон” и ГНПП “Севморгео” в Черном и Баренцевом морях. Проводилась лишь качественная интерпретация, строились графики сигналов, по которым и выделялись аномальные зоны, связанные, по мнению авторов этих работ, с залежами углеводородов. Иногда наблюдались аномалии в сигналах становления поля, которые в простых геологических условиях отображали наличие неглубоко залегающих газовых залежей, например, в акватории шельфа Черного моря (А.А.Петров. Возможности метода становления электрического поля при поисках углеводородов в шельфовых зонах. Геофизика. № 5. 2000 г. М.: ЕАГО. Стр. 21, [2]).

В более сложных геологических условиях аномалии в сигналах становления поля, полученных с использованием установок AMNB и ABMN, не обязательно связаны с прямым наличием в исследуемой среде залежей углеводородов.

Наиболее близким к предложенному является способ наземной геоэлектроразведки (Н.И.Рыхлинский и др. Способ геоэлектроразведки. Авторское свидетельство СССР № 1436675 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.

Этот способ не может быть использован для морских исследований в силу их особой специфики, в первую очередь связанной с измерениями в процессе движения плавсредства. В связи с тем, что плавсредство и вместе с ним зондирующая установка находятся в постоянном движении, невозможно поочередно в разное время возбуждать электромагнитное поле при помощи двух, расположенных по обе стороны на одинаковом расстоянии от фиксированной точки наблюдения, дипольных электрических источников. Невозможно также из-за движения зондирующей установки накапливать сигнал в заданной точке наблюдения за счет многократной подачи серии импульсов тока. По указанным причинам предложенный способ не имеет аналогов и прототипа в морской геоэлектроразведке.

В этом способе решается задача обнаружения, оконтуривания нефтегазовых залежей и оценка качества их насыщения. Технический результат, позволяющий решить данную задачу, заключается в обеспечении возможности разделения параметров электропроводности и вызванной поляризации, а также дополнительно дает возможность определения постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации - важного третьего наряду с двумя первыми параметра.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прямом прохождении зондирующей установки вдоль профиля, а другой - при обратном; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов; из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t_o - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o)_пр, U_x(t_o)_обр - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов в дипольный источник, соответственно, при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i)_пр, U_x(t_i)_обр, ²U_x(t_i)_пр, ²U_x(t_i)_обр - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, соответственно, при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i, t)_пр, U_x(t_i, t)_обр, ²U_x(t_i, t)_пр, ²U_x(t_i, t)_обр - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Кроме этого, согласно изобретению рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

Также указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прямом прохождении зондирующей установки вдоль профиля, а другой - при обратном; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов;

из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t₀ - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o)_пр, U_x(t_o)_обр - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов в дипольный источник, соответственно, при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i)_пр, U_x(t_i)_обр, ²U_x(t_i)_пр, ²U_x(t_i)_обр - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, соответственно, при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях;

U_x(t_i, t)_пр, U_x(t_i, t)_обр, ²U_x(t_i, t)_пр, ²U_x(t_i, t)_обр - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении, и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования;

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Также указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, а при помощи расположенных на оси профиля на разных расстояниях от дипольного электрического источника двух трехточечных измерительных установок проводят измерение первых и вторых разностей электрических потенциалов, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прохождении через точку зондирования первой трехточечной измерительной установки, а другой – при прохождении второй, измеряя при этом в конце каждого импульса тока мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов и также в каждой паузе после выключения импульса тока на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов;

из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t_o - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o)₁, U_x(t_o)₂ - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце каждого импульса тока, измеренные при подаче тока в дипольный источник, соответственно, при прохождении через точку зондирования первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i)₁, U_x(t_i)₂, ²U_x(t_i)₁, ²U_x(t_i)₂ - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, при прохождении через точку зондирования, соответственно, первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i, t)₁, U_x(t_i, t)₂, ²U_x(t_i, t)₁, ²U_x(t_i, t)₂ - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Кроме этого, согласно изобретению рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

Также указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, а при помощи расположенных на оси профиля на разных расстояниях от дипольного электрического источника двух трехточечных измерительных установок проводят измерение первых и вторых разностей электрических потенциалов, причем в исследуемую среду посылают по два одинаковых прямоугольных импульса тока: один - при прохождении через точку зондирования первой трехточечной измерительной установки, а другой - при прохождении второй, измеряя при этом в конце каждого импульса тока мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов и также в каждой паузе после выключения импульса тока на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов;

из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t_o - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o)₁, U_x(t_o)₂ - мгновенные значения первой осевой разности электрических потенциалов в конце каждого импульса тока, измеренные при подаче тока в дипольный источник, соответственно, при прохождении через точку зондирования первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i)₁, U_x(t_i)₂, ²U_x(t_i)₁, ²U_x(t_i)₂ - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t, при прохождении через точку зондирования, соответственно, первой и второй трехточечных измерительных установок;

U_x(t_i, t)₁, U_x(t_i, t)₂, ²U_x(t_i, t)₁, ²U_x(t_i, t)₂ - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении, и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования;

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Также указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по одному прямоугольному импульсу тока; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов;

из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t_o - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o) - мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче тока в дипольный источник;

U_x(t_i), ²U_x(t_i) - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени t;

U_x(t_i, t), ²U_x(t_i, t) - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Кроме этого, согласно изобретению рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров

и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.

Также указанный технический результат достигается тем, что в способе морской геоэлектроразведки, при котором по оси профиля зондирования возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее прямоугольные импульсы тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, причем в исследуемую среду посылают по одному прямоугольному импульсу тока; и в каждой точке зондирования в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе на всем протяжении времени существования сигналов переходного процесса в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов;

из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольного источника нормированных электрических параметров:

где t_o - время окончания импульса тока;

t_i - точки измерения в паузах тока;

t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования сигналов переходного процесса;

U_x(t_o) - мгновенное значение первой осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче тока в дипольный источник;

U_x(t_i), ²U_x(t_i) - мгновенные значения первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования сигналов переходного процесса через равные интервалы времени At;

U_x(t_i, t), ²U_x(t_i, t) - разности значений между разделенными промежутками времени t двумя ближайшими мгновенными значениями первых и вторых осевых разностей электрических потенциалов переходного процесса;

при этом проводят групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении и определенные для каждой группы точек нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования;

используя значения этих сумм и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде

где - оператор Гамильтона;

- напряженность электрического поля дипольного источника, выраженная в уравнении для случая гармонического изменения величины электрического поля по времени;

- частотно-зависимая электропроводность элементов среды;

₀ - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;

- коэффициент их вызванной поляризации;

- постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;

решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность ₀, вызванную поляризацию и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации , и строят три временных разреза по этим параметрам.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 дана блок-схема устройства для реализации варианта предложенного способа с использованием трехэлектродного датчика первой и второй разностей электрических потенциалов.

На фиг.2 дана блок-схема устройства для реализации варианта предложенного способа с использованием двух измерительных трехэлектродных датчиков первой и второй разностей электрических потенциалов, размещенных на разных расстояниях от дипольного электрического источника.

На фиг.3 показаны формы одиночных импульсов в функции времени t: а) - форма одиночного прямоугольного импульса тока J в сети дипольного источника АВ; б) - форма импульсов первой и второй разностей электрических потенциалов.

Устройство (фиг.1) содержит погруженные в воду 1 питающие электроды 2 и 3 дипольного электрического источника (токового диполя АВ), подключаемые к генератору 4 прямоугольных токовых импульсов. Для обеспечения синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока генератор 4 подключен к радиоприемнику 5 с антенной 6 для спутниковой привязки точки зондирования.

Приемные электроды 7-M₁, 8-N и 9-М₂ датчика первой и второй разностей последовательно расставлены на оси профиля через равные интервалы на определяющих размер зондирующей установки заданных расстояниях от питающих электродов 2 и 3. Согласующий усилитель 10 предназначен для измерения первой разности потенциалов между крайними приемными электродами 7 и 9; согласующий усилитель 11 - для измерения второй разности потенциалов между электродами M₁NM₂, равной разности двух первых разностей электрических потенциалов и входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 12 и 13 подключены к согласующим усилителям 10 и 11, а выходы - ко входам цифровых фильтров 14 и 15; выходы цифровых фильтров 14 и 15 подключены к компьютерному обрабатывающему и регистрирующему блоку 16, который также подключен к радиоприемнику 5 для его синхронизации с источником 4.

Устройство (фиг.2), исполненное в варианте с использованием двух измерительных трехэлектродных датчиков первой и второй разностей электрических потенциалов содержит те же элементы от 1 до 16, что и устройство по (фиг.1), и дополнительно - элементы 17-25 второго канала измерения.

Здесь 17-М₁, 18-N и 19-М₂ электроды датчиков первой и второй разностей расставлены на оси профиля через равные интервалы на определяющих меньший размер второй зондирующей установки расстояниях от питающих электродов 2 и 3. Согласующий усилитель 20 предназначен для измерения первой разности потенциалов между крайними приемными электродами 17 и 19; согласующий усилитель 21 - для измерения второй разности потенциалов между электродами 17, 18 и 19; входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 22 и 23 подключены к согласующим усилителям 20 и 21, а выходы - к входам цифровых фильтров 24 и 25; выходы цифровых фильтров 24 и 25 подключены к компьютерному обрабатывающему и регистрирующему блоку 16.

Для третьего варианта используется устройство по фиг.1.

На фиг.3(а) показана форма одиночного прямоугольного импульса тока J в цепи дипольного источника АВ в функции времени t. Здесь Т - период импульса тока.

На фиг.3(б) показана форма одного из импульсов U_x и ²U_x. Здесь при времени t_o показано мгновенное значение U_x(t_o) в конце существования прямоугольного импульса тока в токовом диполе. Также показано одно из мгновенных значений U_x(t_i), ²U_x(t_i) в паузе тока. Также показано одно из значений U_x(t_i, t) и ²U_x(t_i, t) на одном из интервалов времени t в паузе тока.

Рассмотрим основы предложенного способа, его осуществление и новые возможности морской геоэлектроразведки.

В предложенном способе морской геоэлектроразведки исключение искажающего влияния на результаты зондирований переменного по глубине и электрически высокопроводящего слоя морской воды, а также других локальных неоднородностей геологического разреза, осуществляется путем зондирования в заданной точке профиля двумя одиночными необходимой мощности прямоугольными импульсами тока: первый - при прохождении зондирующей установки через точку зондирования в прямом направлении; второй - при обратном; или путем зондирования в заданной точке профиля двумя трехточечными измерительными установками, расположенными на разных расстояниях от дипольного источника.

Искажающее влияние указанных выше локальных неоднородностей геологической среды достигается путем исключения горизонтальной составляющей плотности тока j_x под точкой зондирования. Для этого измерение вторых осевых разностей потенциалов ²U_x осуществляют в точке экстремума электрического поля U, в которой первая осевая разность потенциалов U_x и, соответственно, j_x равны нулю.

Отметим, что нет необходимости создавать экстремум потенциала в точке зондирования путем подбора величин токов в каждом из двух токовых дипольных источников, а достаточно раздельно в различное время подавать токи произвольной величины в эти диполи и при этом измерять при каждой подаче токов первые [ U_x(J₁), U_x(J₂)] и вторые [ ²U_x(J₁), ²U_x(J₂)] осевые разности электрических потенциалов, где J₁ - ток первого токового дипольного источника, J₂ - ток второго токового дипольного источника. На основе измеренных первых разностей электрических потенциалов определяют коэффициент К, полученный из уравнения

вытекающего из необходимости условия наличия экстремума потенциала электрического поля вдоль координаты Х в пределах зоны измерительных электродов зондирующей установки с целью обнуления там осевой составляющей плотности тока j_x.

При определении суммы отношений

или суммы отношений их разностей по времени коэффициент К, вытекающий из (2), входит в числитель и знаменатель второго члена указанной выше суммы (2а) и независимо от величин токов J₁ и J₂ всегда сокращается, т.е. при операции деления оба знаменателя U_x(J₁) и U_x(J₂) становятся равными между собой, а конкретно, равны единице.

Таким образом, в точке зондирования в плоскости, перпендикулярной к оси профиля, отсутствует горизонтальная составляющая плотности тока j_x.

Далее, 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,

где - оператор Гамильтона ( ² - оператор Лапласа);

Е - напряженность электрического поля, В/м;

- магнитная проницаемость - величина постоянная для немагнитных сред, к числу которых относятся осадочные геологические породы, и равна 4 10^-7 Гн/м;

₀ - электропроводность неполяризующейся среды, См;

- диэлектрическая проницаемость, Ф/м

(В.А.Говорков. Электрические и магнитные поля. М.: Госэнергоиздат, 1960, с.257-263, [4]).

В случае высокопроводящей среды, к которой относятся осадочные отложения горных пород, в связи с тем, что _о численно многократно больше , второй член в правой части уравнения (3) 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 (3) принимает вид

Это уравнение при его решении позволяет определить всего лишь один электрический параметр элементов среды - электропроводность _о.

Уравнение (4) 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 вглубь толщи исследуемых геологических пород, при этом считают, что электропроводность _о 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 . 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 с ( U_ВП) и до выключения ( U). Это отношение обычно выражают в процентах

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.

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 multi-frequency JP, Geophysics 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 формуле

в которой эта электропроводность зависит от , _о, и ,

где - вызванная поляризация пород, безразмерная величина, обычно выражающаяся в процентах;

- постоянная времени, определяющая скорость спада разности потенциалов, связанной с вызванной поляризацией, с;

- гармоничная частота электрического возбуждения, Гц;

с - безразмерный показатель степени, который хотя и не является физическим параметром горных пород, но и от него зависит (i _о ).

Вызванная поляризация на низких частотах электрического возбуждения, в отличие от диэлектрической проницаемости , численно не столь мала по сравнению с электропроводностью _о для осадочных геологических пород, измеренной, например, при токах высоких частот ( ), когда, как это видно из формулы (6), 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 с 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 _о, измеренной, как отмечалось выше, при токах высоких частот, когда вызванная поляризация не проявляется. Чтобы сохранить по форме формулу (6), тепловое уравнение (4) запишем для случая гармонического изменения величины электромагнитного поля по времени, имея ввиду, что

и учитывая то, что

и

Тогда уравнение (4) для проводящей неполяризующейся среды с учетом преобразования (7) примет вид

Но поскольку электропроводность осадочных горных пород непостоянна, а зависит от вызванной поляризации и от частоты возбуждения по формуле (6), то уравнение (9) с учетом этой формулы приобретает уже четыре определяющих свойства поляризующейся среды параметра _о, , и с вместо одного _о и для случая гармоничного изменения величины электромагнитного поля по времени принимает вид

а в общем виде с учетом (6)

Уравнение (10) становится уже близким по существу к затухающему волновому уравнению (3) для напряженности электрического поля на низких частотах, по законам которого переменное электромагнитное поле проникает в исследуемую среду не только благодаря диффузионным токам индукции, вызванным электропроводностью _о, но и благодаря также токам “смещения”, вызванным поляризацией 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 лишь при двух условиях: первое - когда круг измеряемых электрических нормированных параметров расширяется до необходимых для корректного решения уравнения (10) четырех, и второе - когда повышается точность их измерения до такой степени, чтобы выявить особенности кривых переходного процесса становления поля в паузах тока, связанные с вызванной поляризацией. Причем не допускается как нормирующий такой измеряемый способами традиционной геоэлектроразведки параметр, как сила тока J регулируемого искусственного источника, которая не несет никакой информации о распределении плотности тока по глубине в трехмерно-неоднородной геологической среде. Последняя становится уже таковой благодаря присутствию ограниченной по горизонтальным координатам нефтегазовой залежи.

Реализация новых возможностей морской геоэлектроразведки достигается предложенным способом. А в том, что уравнение (10) является близким по существу к затухающему волновому уравнению для напряженности электрического поля уравнению (3), легко убедиться, разложив формулу (6) в ряд Тейлора относительно разности частот - _о (где _о - частота следования импульсов тока возбуждения), используя, в частности, всего лишь два члена этого ряда ввиду его быстрой сходимости при _о< ^-1 (что на практике обычно выполняется). При этом допущении получим уравнение

Как видно, уравнение (11) по форме не отличается от затухающего волнового уравнения для напряженности электрического поля (3) для случая импульсного изменения величин электромагнитного поля. И хотя коэффициент при меньше, чем коэффициент при но все же не настолько, как по сравнению с _о в проводящей неполяризующейся среде, и пренебрегать вторым членом этого уравнения уже недопустимо.

Уравнение (10) считается близким по своей сути к уравнению (3), а не равное ему аналитически потому, что при его выводе использована эмпирическая формула (6) из-за отсутствия аналитической формулы связи между электропроводностью (i _о ) и вызванной поляризацией .

Для предложенного способа задача обнаружения нефтегазовых залежей в исследуемой толще горных пород как математическая обратная задача решается согласно уравнению (10а) в функции времени, т.е. в функции, зависящей от времени глубины проникновения электромагнитного поля, по трем независимым друг от друга параметрам среды: электропроводностью _о; вызванной поляризацией ; постоянной времени спада разности электрических потенциалов вызванной поляризации; и по четвертому, не являющемуся параметром среды показателю степени с, вытекающему из эмпирической формулы (6).

Эта задача, как обратная математическая задача, решается для предложенного первого варианта способа с измерительными датчиками первой и второй разностей путем использования всего массива определяемых этим способом, по крайней мере, трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметров

в паузах тока в моменты времени t_i(0 i n), равных t_o, t_o+ t, t_o+2 t, t_o+3 t и т.д. до t_o+n t, т.е. до конца времени существования сигналов переходного процесса и дифференциального уравнения математической физики (10а) 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. М.: 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.

В конечном результате решением обратной задачи получают модель среды, наиболее близкую к реальной по геометрическому строению и по значениям параметров _о, и для каждого ее элемента, и, как следствие этого, разделяют эти три параметра. И, наконец, строят три временных разреза _о, и : 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 моря по заданному профилю; а значения входящих в уравнение (10а) электрофизических параметров _о, и представляют по прилагаемой для каждого разреза цифровой шкале в цветном изображении по цветовой гамме.

С целью более корректного решения обратной задачи дополнительно рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров

и используют его в этом решении наряду с тремя другими (12).

При наличии интенсивных помех, например, теллурических токов, проводят последовательно групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его протяжении. Определенные в каждой точке группы зондирования нормированные электрические параметры для этого варианта суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования; и используют эти суммы при решении обратной задачи.

Аналогичным образом обратная математическая задача решается для третьего варианта способа, где также используется весь массив определенных этим способом трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметров

а с целью более корректного решения обратной задачи, дополнительно рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров

и используют его в этом решении наряду с тремя другими (15).

При наличии каких-либо помех проводят последовательно групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его продолжении. Определенные в каждой точке группы зондирования нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования; и используют эти суммы при решении обратной задачи.

Аналогичным образом обратная математическая задача решается для варианта способа, который применяется в условиях постоянной толщины морского слоя и отсутствия других локальных неоднородностей. В этом случае наличие осевой составляющей плотности тока j_х не оказывает существенного искажающего влияния на результаты измерений. В этом способе также используется весь массив определенных им трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметров

а с целью более корректного решения обратной задачи, дополнительно рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметров

и используют его в этом решении наряду с тремя другими (18).

При наличии каких-либо помех проводят последовательно групповое зондирование в нескольких соседних точках на отдельных участках профиля на всем его продолжении. Определенные в каждой точке группы зондирования нормированные электрические параметры суммируют между собой, получая следующие суммы:

где n - количество точек зондирования в каждой из групп зондирования; и используют эти суммы при решении обратной задачи.

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 _о, вызванная поляризация и постоянная времени ) в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза, там, где находится эта залежь.

Пример конкретного выполнения

На фиг.1 и 2 представлены блок-схемы аппаратуры для реализации предложенного способа. В частности, на фиг.1 представлена блок-схема аппаратуры для реализации первого варианта предложенного способа. На блок-схеме показан помещенный в воду 1 токовый диполь АВ (2 и 3), питаемый генератором 4 прямоугольных импульсов тока. На оси диполя на определенном от него расстоянии при помощи измерительных электродов M₁, N, М₂ (7, 8 и 9) измеряют мгновенные значения первых и вторых осевых разностей: по одному в конце каждого токового импульса и в паузе тока через заданные промежутки времени t множество всех разностей на всем протяжении существования сигналов переходных процессов. Все указанные измеренные разности усиливают усилителями 10 и 11. 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 10 и 11 разности оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 12 и 13 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 14 и 15 отфильтровываются от случайных помех. Отфильтрованные полезные сигналы с выходов цифровых фильтров 14 и 15 поступают на вход компьютерного обрабатывающего и регистрирующего блока 16.

Для обеспечения привязки зондирующей установки к заданной точке зондирования и синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока с моментами измерения в приемнике приемных сигналов используют наведенный на навигационные спутники радиоприемник 5, соответственно, с приемной антенной 6.

Для определения присутствующих в вариантах способа морской геоэлектроразведки шести нормированных электрических параметров (12), (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19) и (20) измеряют мгновенные значения первых разностей потенциалов U_x(t_o) в конце импульса тока и серию мгновенных значений первых и вторых разностей потенциалов переходных процессов U_x(t_i) и ²U_x(t_i) в паузах на всем протяжении времени существования сигналов переходных процессов. Также определяют серию разностей значений из каждых двух рядом расположенных по времени мгновенных величин первых и вторых разностей потенциалов на всем протяжении времени существования сигналов переходных процессов. Эпюры одного из токовых импульсов и измеренных i-тых мгновенных значений первых и вторых разностей потенциалов в одной из пауз показаны на фиг.3. Индексы пр. и обр. для первого и второго вариантов способа в формулах (12), (13) и (14) обозначают то, что измерение электрических параметров в каждой точке зондирования осуществляется при движении зондирующей установки в прямом и обратном направлениях. А индексы 1 и 2 для третьего и четвертого вариантов способа в формулах (15), (16) и (17) обозначают то, что измерения электрических параметров в каждой точке зондирования осуществляются при помощи расположенных на оси профиля на разных расстояниях от дипольного источника двух трехточечных измерительных установок.

Предложенный способ реализован в виде комплекса питающей, измерительной и обрабатывающей аппаратуры. Как уже отмечалось выше, исследованиями предложенным способом на множестве нефтегазовых месторождений установлено, что в присутствии нефтяной или газовой залежи независимо от типа ловушки и ее геометрической формы все три параметра _о, и в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза там, где находится эта залежь. Способ дает существенный экономический эффект в деле поиска и разведки скоплений углеводородов.