электроразведочное устройство
Классы МПК: | G01V3/08 с использованием магнитных или электрических полей, создаваемых или изменяемых объектом или геологическими структурами или детектирующими устройствами |
Автор(ы): | Потылицын Вадим Сергеевич (RU), Шайдуров Георгий Яковлевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-12-05 публикация патента:
20.04.2013 |
Изобретение относится к области электроразведки, в частности к методам вызванной поляризации (ВП), и может быть использовано для поиска полезных ископаемых в исследуемом геологическом разрезе на основе определения коэффициента вызванной поляризации. Технический результат: увеличение чувствительности прибора по измеряемому коэффициенту ВП. Сущность: электроразведочное устройство содержит дифференциальный измеритель с тремя измерительными М, N и О неполяризующимися точечными электродами. Дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первое и второе оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), блок вычисления дисперсии электрического потенциала UMO, вычитающее устройство, управляемый аттенюатор, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, делитель, блок индикации и блок управления. 1 ил.
Формула изобретения
Электроразведочное устройство, содержащее дифференциальный измеритель с тремя измерительными неполяризующимися точечными электродами, отличающееся тем, что дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), неинвертирующие входы которых подключены соответственно к измерительным М и N неполяризующимся точечным электродам, инвертирующие входы первого и второго УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду, а выходы первого и второго УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первое оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), сигнальный вход которого соединен с первым выходом двухканального АЦП, первый выход первого ОЗУ соединен с входом блока вычисления дисперсии электрического потенциала UMO, а второй выход первого ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства, второе ОЗУ, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом двухканального АЦП, управляемый аттенюатор, первый вход которого соединен с выходом второго ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора соединен со вторым входом вычитающего устройства, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, второй выход блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора, делитель, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления дисперсии электрического потенциала UMO, а второй вход делителя соединен с первым выходом блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, и блок индикации, вход которого соединен с выходом делителя, а также блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом АЦП, а третий и четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго ОЗУ соответственно.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области электроразведки, в частности к методам вызванной поляризации, и может быть использовано для поиска полезных ископаемых в исследуемом геологическом разрезе на основе определения коэффициента вызванной поляризации.
Известно корреляционное электроразведочное устройство [а.с. SU № 842682, МПК G01V 3/08, опубл. 30.06.1981 г.], состоящее из двухкаскадного усилителя постоянного тока с преобразованием и усилителя постоянного тока, связанного непосредственно с управляющим входом блока умножения и через запоминающий и преобразующий блоки. Выход усилителя постоянного тока с преобразованием соединен со входом двухпорогового компаратора, выход которого связан со входом блока совпадения, который подключен к одному из выходов синхронизатора и времязадающему блоку. Другой выход синхронизатора соединен через блок коммутатора с ключами усредняющего блока, подключенного к индикатору. Времязадающий блок соединен с управляющим входом запоминающего блока, а синхронизатор - с преобразующим блоком.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является дифференциальный метод вызванной поляризации ВП [Шайдуров Г.Я., Козлов Ю.Н., Маркушин Я.В. «Дифференциальный метод извлечения информации о потенциалах ВП из естественного электромагнитного поля Земли (ЕЭМПЗ)» В: Геофизическая аппаратура № 97, Красноярск, Недра, 1991, с.35-41], в котором используется дифференциальный измеритель с тремя неполяризующимися точечными электродами. Три измерительных М, N и О неполяризующихся точечных электрода двухканального дифференциального измерителя, последовательно расставленные на оси профиля через равные интервалы, образуют трехэлектродную измерительную линию MON, ориентированную поперек предполагаемого простирания искомого рудного тела, а обработке подлежат случайные сигналы x(t) и y(t), снимаемые соответственно с линий МО и ON.
Геологический разрез возбуждается внешним шумовым полем ЕЭМПЗ (естественное электромагнитное поле Земли) напряженностью E(t), падающим параллельно границы раздела. Представим наблюдаемую реализацию сигналов на выборочной частоте i соответственно с выхода линий ОМ и ON в виде:
где амплитуды Umx, Umy и фазы х, y являются нестационарными случайными величинами.
Без учета пространственной нестационарности, между x(t) и y(t) имеется детерминированная связь, определяемая электромагнитными параметрами исследуемого геологического разреза, так что U mx и Umy возникает преимущественно за счет его кажущегося сопротивления, а разность фаз = х- y - за счет потенциала ВП (вызванная поляризация).
Учитывая, что наиболее точными являются компенсационные методы измерений, и, допуская, что удалось скомпенсировать разность амплитуд , a / х<<1, можно получить средний относительный квадрат разности уравнений (1) и (2) в приближенном виде:
а для конечного числа n спектральных составляющих:
Таким образом, алгоритм (4), реализуемый путем измерения суммы квадратов спектральных выборок нормированной разности наблюдаемых сигналов x(t) и y(t), позволяет определять среднее приращение разности фаз , возникающей за счет неоднородности поляризуемости геологического разреза под линиями МО и ON при движении вдоль профиля наблюдений. В этом случае изменение спектрального состава поля ЕЭМПЗ во времени отразится лишь на абсолютном значении разности Ui. Нормированное же значение [формула (4)] с учетом избыточности измеряемых спектральных составляющих будет более устойчивым.
Общим недостатком известных технических решений является низкая чувствительность из-за нестационарности ЕЭМПЗ и, как следствие этого, достаточный разброс показаний параметров вызванной поляризации.
Задачей изобретения является увеличение чувствительности прибора по измеряемому коэффициенту ВП.
Задача решается тем, что в заявляемом электроразведочном устройстве, содержащем дифференциальный измеритель с тремя измерительными неполяризующимися точечными электродами, согласно изобретению дифференциальный измеритель содержит первый и второй усилители низкой частоты (УНЧ), неинвертирующие входы которых подключены соответственно к измерительным М и N неполяризующимся точечным электродам, инвертирующие входы первого и второго УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду, а выходы первого и второго УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первое оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), сигнальный вход которого соединен с первым выходом двухканального АЦП, первый выход первого ОЗУ соединен с входом блока вычисления дисперсии электрического потенциала UMO, а второй выход первого ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства, второе ОЗУ, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом двухканального АЦП, управляемый аттенюатор, первый вход которого соединен с выходом второго ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора соединен со вторым входом вычитающего устройства, блок вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, второй выход блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора, делитель, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления дисперсии электрического потенциала UМО, а второй вход делителя соединен с первым выходом блока вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, и блок индикации, вход которого соединен с выходом делителя, а также блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом АЦП, а третий и четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго ОЗУ соответственно.
На чертеже представлена блок-схема заявленного электроразведочного устройства.
Электроразведочное устройство содержит дифференциальный измеритель с тремя измерительными М, N и О неполяризующимися точечными электродами. Дифференциальный измеритель содержит первый 11 и второй 12 усилители низкой частоты (УНЧ), коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первое 41 и второе 42 оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), блок 5 вычисления дисперсии электрического потенциала UМО, вычитающее устройство 6, управляемый аттенюатор 7, блок 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, делитель 9, блок индикации 10 и блок управления 11. Неинвертирующий вход первого 11 УНЧ подключен к измерительному М неполяризующемуся точечному электроду, а неивертирующий вход второго 11 УНЧ подключен к измерительному N точечному электроду. Инвертирующие входы первого 11 и второго 12 УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду. Выходы первого 1 1 и второго 12 УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора 2, выход которого соединен с сигнальным входом АЦП 3. Сигнальный вход первого 4 1 ОЗУ соединен с первым выходом АЦП 3. Первый выход первого 41 ОЗУ соединен с входом блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала UМО, а второй выход первого 41 ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства 6. Сигнальный вход второго 42 ОЗУ соединен со вторым выходом АЦП 3. Первый вход управляемого аттенюатора 7 соединен с выходом второго 42 ОЗУ, а выход управляемого аттенюатора 7 соединен со вторым входом вычитающего устройства 6. Вход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен с выходом вычитающего устройства 6. Второй выход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 7. Первый вход делителя 9 соединен с выходом блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала UМО, а второй вход делителя 9 соединен с первым выходом блока 8. Вход блока индикации 10 соединен с выходом делителя 9. Первый выход блока управления 11 соединен с управляющим входом коммутатора 2, второй выход блока управления 11 соединен с управляющим входом АЦП 3, а третий и четвертый выходы блока управления 11 соединены с управляющими входами первого 41 и второго 42 ОЗУ соответственно.
Электроразведочное устройство работает следующим образом.
Геологический разрез возбуждается внешним шумовым полем ЕЭМПЗ напряженностью E(t), падающим параллельно границы раздела.
Три измерительных М, N и О неполяризующихся точечных электрода дифференциального измерителя, последовательно расставленные на оси профиля через равные интервалы, образуют трехэлектродную измерительную линию MON, ориентированную поперек исследуемого геологического разреза. UМО и UОN, обусловленные протеканием теллурических токов в исследуемом геологическом разрезе, снимаются соответственно с линий МО и ON. Сигналы UМО и UОN усиливаются в первом 11 и втором 12 УНЧ соответственно.
Подключение измерительного О неполяризующегося точечного электрода к инвертирующим входам первого 11 и второго 12 УНЧ позволяет снизить влияние синхронной помехи, в частности промышленной помехи 50 Гц.
По управляющему сигналу блока управления 11 коммутация линий МО и ON осуществляется посредством коммутатора 2 с частотой переключения fк=2×fS, где fS - частота дискретизации электрического потенциала.
С выхода первого 11 УНЧ усиленный электрический потенциал UМО через коммутатор 2 поступает на вход АЦП 3. Отсчет усиленного электрического потенциала UМОi записывается в память первого 41 ОЗУ. Затем происходит коммутация линий, и отсчет усиленного электрического потенциала UОNi записывается в память второго 42 ОЗУ. По истечению интервала измерения
n отсчетов электрических потенциалов UМОi и UОNi извлекаются из памяти первого 41 и второго 42 ОЗУ соответственно.
С выхода первого 41 ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов UМОi поступают на вход блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала UМО, где вычисляется значение дисперсии . Одновременно n отсчетов электрических потенциалов UМОi поступают на первый вход вычитающего устройства 6. С выхода второго 42 ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов UОNi поступают на первый вход управляемого аттенюатора 7, где умножаются на управляемый коэффициент К. Полученные отсчеты K UОNi поступают на второй вход вычитающего устройства 6, где вычисляется разность электрических потенциалов UMOi-K UОNi. Разность электрических потенциалов UMOi-K UОNi поступает на вход блока 8 вычисления дисперсии разности электрических потенциалов, где вычисляется значение дисперсии . Полученные величины дисперсий и поступают на первый и второй входы делителя 9 соответственно, где вычисляется значение коэффициента ВП по формуле (5):
где n - количество отсчетов сигнала.
Для того чтобы минимизировать разность между UMOi и K UОNi по амплитуде, обусловленную нестационарностью ЕЭМПЗ, и, как следствие, разбросом сигналов UMO и UОN, снимаемых с линий МО и ON соответственно, посредством управляемого аттенюатора 7, на второй вход которого поступает значение дисперсии разности электрических потенциалов , подбирают значение управляемого коэффициента К из условия
В результате данной подборки коэффициента К в отсутствие рудного тела в исследуемом геологическом разрезе на входе блока индикации 10 полученное значение коэффициента ВП приблизительно равно нулю . В противном же случае о наличии рудного тела в исследуемом геологическом разрезе судят по ненулевому значению коэффициента ВП .
Использование данного прибора позволяет достичь чувствительность по коэффициенту ВП порядка 1% по сравнению с чувствительностью по коэффициенту ВП прототипа порядка 10%-30%.
Класс G01V3/08 с использованием магнитных или электрических полей, создаваемых или изменяемых объектом или геологическими структурами или детектирующими устройствами