способ геоэлектроразведки

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки для обнаружения неоднородностей в приповерхностном слое земли, основанный на измерениях электрического поля, возбуждаемого с помощью двух электродов, разнесенных вдоль предполагаемого объекта, отличающийся тем, что проводят векторные измерения электрического поля, при этом в качестве интерпретационного параметра используют величину расхождения азимутов вектора напряженности наблюденного и фонового - соответствующего однородной среде электрических полей, а направление вектора напряженности наблюденного поля определяют по результатам измерения компонент электрического поля в двух ортогональных направлениях и по характеру отклонения силовых линий от фоновых значений судят о наличии и местоположении неоднородностей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизики, а именно к наземным способам электроразведки, основанным на векторных измерениях электрического поля, и может быть использовано при выделении преимущественно проводящих объектов при решении поисковых, инженерно-геологических и экологических задач, например к выявлению подземных путей водотока, поисков рудных тел, картирования зон повышенной минерализации подземных вод и т.п.

Известен ряд способов геоэлектроразведки по обнаружению геологических неоднородностей, основанных на использовании метода сопротивлений. К ним относятся различные виды электрического профилирования и зондирования (см. Матвеев Б.К. Элекгроразведка. M.: Недра, 1990, с.104-107, 124-128).

Известен ряд подходов для решения данных задач, и в частности, основанных на использовании магнитной составляющей электромагнитного поля и, в частности, рассмотренном в изобретении. Из патентной литературы известен способ геоэлектроразведки, сущность которого состоит в том, что с целью определения местоположения линейных проводящих структур производят измерения азимутов и углов наклона малой и большой осей эллипсоида поляризации магнитного ноля на частоте промышленного тока. Определяют направление радиус-вектора, указывающего на положение аномального объекта и в последующем выделяют те участки земной коры, где происходит сгущение радиусов векторов, проведенных из различных пунктов сети измерений. По результатам исследований судят о местоположении линейных проводящих структур в земной коре (Патент RU №2107932, МПК G 01 V 3/08, бюл. №11, 1998 г.) Недостатками аналога является ограниченность применения способа в связи с использованием для исследований в качестве источника магнитного поля высоковольтных линий электропередач.

По технологии полевых наблюдений из методов сопротивлений наиболее близок предлагаемому изобретению метод срединного градиента. Суть последнего сводится к измерению градиента потенциала в средней трети интервала между питающими электродами А и В вдоль профилей, располагаемых параллельно линии АВ (см. Матвеев Б.К. Электроразведка. M.: Недра, 1990, с.126-127). Данный способ взят за прототип.

Известный способ характеризуется слабой разрешающей способностью выделения аномальных объектов, особенно в сложных геоморфологических условиях (при работе на крутых склонах, наличии оврагов и т.п.), а также низкой точностью результатов измерений, обусловленной приближенностью положенных в основу их теоретических положений и влияния различного рода геологических помех (в том числе форм рельефа, приповерхностных неоднородностей и др.)

Задачей создания изобретения является разработка способа геоэлектроразведки, свободного от ряда недостатков прототипа, а именно, обладающего более высокой разрешающей способностью выделения аномальных объектов, особенно в сложных геоморфологических условиях, и который может применяться при решении различных гидрогеологических, поисковых, инженерно-геологических и экологических задач, связанных с выделением и прослеживанием объектов, обладающих повышенной электрической проводимостью в сложных геоморфологических условиях.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ геоэлектроразведки для обнаружения неоднородностей в при поверхностном слое земли, основанный на измерениях электрического поля, возбуждаемого с помощью двух электродов, разнесенных вдоль предполагаемого объекта, и отличительных существенных признаков, таких, как проводят векторные измерения электрического поля, при этом в качестве интерпретационного параметра используют величину расхождения азимутов вектора напряженности наблюденного и фонового - соответствующего однородной среде электрических полей, а направление вектора напряженности наблюденного поля определяют по результатам измерения компонент электрического поля в двух ортогональных направлениях и по характеру отклонения силовых линий от фоновых значений судят о наличии и местоположении неоднородностей.

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения заключается в векторных измерениях" электрического поля с использованием в качестве интерпретационного параметра величины расхождения азимутов вектора напряженности () наблюденного и фонового (соответствующего однородной среде) электрических полей. Наличие проводящего объекта отклоняет силовые линии от фоновых значений, указывая на его положение. При прочих равных условиях величина в значительно меньшей степени зависит от морфологических особенностей рельефа местности по сравнению с обычно используемым параметром кажущегося сопротивления, что определяет преимущества применения предлагаемого параметра. Величина определяется по формуле:

= _набл- ₀ (при 1АВ/2)

либо

= _набл- ₀ (при 1>АВ/2)

где _набл=arctg(U _y/U _x); U _y, U _х - наблюденные значения разности потенциала по двум ортогональным направлениям; ₀ - значение азимута угла результирующего поля для однородной среды, вычисленное в данной точке для заданного положения источников поля, 1 - проекция расстояния от электрода А до точки наблюдения на линию АВ. При выполнении площадных наблюдений измерения производятся по системе параллельных профилей, отличающихся по направлению от линии АВ не более чем на 45°. Компонента Х поля совпадает с направлением профиля, Y - ориентирована в крест его.

Ниже приводим конкретный пример осуществления изобретения.

Рассматриваемый пример относится к задаче картирования путей возможного водотока подземных вод на участке их выхода на дневную поверхность с целью проектирования строительства технических сооружений. Геоморфологические условия района работ достаточно сложны. Исследуемый участок площадных наблюдений находится в пределах склона, крутизна которого колеблется в пределах от 35 до 50°. Перепад высотных отметок рельефа местности достигает 45 м.

На фиг.1 и 2 приведены результаты обработки измерений, выполненных методом, аналогичным методу срединного градиента, и методом векторных наблюдений. На фиг.1 под позицией 1 указаны лога, карстовые провалы; поз.2 - проектируемые очистные сооружения; поз.3 - выход реки из карстовою массива. Площадные наблюдения обоими методами выполнены по сети 10×10 м² на участке 140×170 м². Питающие электроды заземлялись вблизи русла реки, вдоль предполагаемого направления движения подземных вод (северо-восточное направление) с разносом, обеспечивающим необходимую глубинность исследования. Электрод А расположен в 60 м от юго-западной окраины участка, а электрод В - в 200 м от северно-восточной его окраины.

Сопоставление результатов применения обоих методов показывает более выраженную контрастность отображения на карте () электрических свойств участков разреза, связанных с возможными путями водотока по сравнению с картой кажущихся сопротивлений. Карта отчетливо фиксирует две основных области аномальных значений вектора напряженности, противоположных по знаку (отображенных на фиг.2 соответственно красным и синим цветами), указывающих на наличие линейной проводящей зоны, закономерно прослеживаемой в северо-восточном направлении (отображенной на карте желтым цветом) и совпадающей в плане с местом выхода реки из горного массива.

Способ найдет широкое применение при решении различных гидрогеологических, поисковых, инженерно-геологических и экологических задач, связанных с выделением и прослеживанием объектов, обладающих повышенной электрической проводимостью в сложных геоморфологических условиях, в частности, выявления подземных путей водотока, поисков рудных тел, картирования зон повышенной минерализации подземных вод и т.п.