ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTRICAL EXPLORATION DEVICE

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.
i
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 ω соответственно с выхода линий ОМ и ON в виде:
mx
my
х
y
где амплитуды U, U и фазы φ, φ являются нестационарными случайными величинами.
mx
my
х
y
Без учета пространственной нестационарности, между x(t) и y(t) имеется детерминированная связь, определяемая электромагнитными параметрами исследуемого геологического разреза, так что U и U возникает преимущественно за счет его кажущегося сопротивления, а разность фаз Δφ=φ-φ - за счет потенциала ВП (вызванная поляризация).
х
Учитывая, что наиболее точными являются компенсационные методы измерений, и, допуская, что удалось скомпенсировать разность амплитуд , a Δφ/φ<<1, можно получить средний относительный квадрат разности уравнений (1) и (2) в приближенном виде:
а для конечного числа n спектральных составляющих:
i
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 ΔU. 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.
MO
МО
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 ΔU, 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 ΔU, 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.
1
2
1
2
МО
2
1
2
1
1
МО
1
2
2
МО
1
2
Электроразведочное устройство содержит дифференциальный измеритель с тремя измерительными М, N и О неполяризующимися точечными электродами. Дифференциальный измеритель содержит первый 1 и второй 1 усилители низкой частоты (УНЧ), коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первое 4 и второе 4 оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), блок 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU, 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 1 УНЧ объединены и подключены к измерительному О неполяризующемуся точечному электроду. Выходы первого 1 и второго 1 УНЧ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора 2, выход которого соединен с сигнальным входом АЦП 3. Сигнальный вход первого 4 ОЗУ соединен с первым выходом АЦП 3. Первый выход первого 4 ОЗУ соединен с входом блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU, а второй выход первого 4 ОЗУ соединен с первым входом вычитающего устройства 6. Сигнальный вход второго 4 ОЗУ соединен со вторым выходом АЦП 3. Первый вход управляемого аттенюатора 7 соединен с выходом второго 4 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 ΔU, 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 4 и второго 4 ОЗУ соответственно.
Электроразведочное устройство работает следующим образом.
Геологический разрез возбуждается внешним шумовым полем ЕЭМПЗ напряженностью E(t), падающим параллельно границы раздела.
МО
ОN
МО
ОN
1
2
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. ΔU и ΔU, обусловленные протеканием теллурических токов в исследуемом геологическом разрезе, снимаются соответственно с линий МО и ON. Сигналы ΔU и ΔU усиливаются в первом 1 и втором 1 УНЧ соответственно.
1
2
Подключение измерительного О неполяризующегося точечного электрода к инвертирующим входам первого 1 и второго 1 УНЧ позволяет снизить влияние синхронной помехи, в частности промышленной помехи 50 Гц.
к
S
S
По управляющему сигналу блока управления 11 коммутация линий МО и ON осуществляется посредством коммутатора 2 с частотой переключения f=2×f, где f - частота дискретизации электрического потенциала.
1
МО
МОi
1
ОNi
2
С выхода первого 1 УНЧ усиленный электрический потенциал ΔU через коммутатор 2 поступает на вход АЦП 3. Отсчет усиленного электрического потенциала ΔU записывается в память первого 4 ОЗУ. Затем происходит коммутация линий, и отсчет усиленного электрического потенциала ΔU записывается в память второго 4 ОЗУ. По истечению интервала измерения
МОi
ОNi
1
2
n отсчетов электрических потенциалов ΔU и ΔU извлекаются из памяти первого 4 и второго 4 ОЗУ соответственно.
1
МОi
МО
МОi
2
ОNi
ОNi
MOi
ОNi
MOi
ОNi
С выхода первого 4 ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов ΔU поступают на вход блока 5 вычисления дисперсии электрического потенциала ΔU, где вычисляется значение дисперсии . Одновременно n отсчетов электрических потенциалов ΔU поступают на первый вход вычитающего устройства 6. С выхода второго 4 ОЗУ n отсчетов электрических потенциалов ΔU поступают на первый вход управляемого аттенюатора 7, где умножаются на управляемый коэффициент К. Полученные отсчеты KΔUпоступают на второй вход вычитающего устройства 6, где вычисляется разность электрических потенциалов ΔU-KΔU. Разность электрических потенциалов ΔU-KΔU 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.
MOi
ОNi
MO
ОN
Для того чтобы минимизировать разность между ΔU и KΔUпо амплитуде, обусловленную нестационарностью ЕЭМПЗ, и, как следствие, разбросом сигналов ΔU и ΔU, 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%.