СИСТЕМА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Решаемая техническая задача относится к геоэлектроразведке полезных ископаемых. Предлагаемая система может быть использована для определения параметров геологического разреза и выявления в нем локальных неоднородностей.
Прототипом предлагаемой системы является, например, система зондирования, защищенная патентом RU 67731 U1, опубликованным 02.07.2007 [1], которая состоит из средства возбуждения импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средства измерения электродвижущей силы (ЭДС) полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных, включающий модуль выделения из измеренного сигнала полного ЭМП дополнительного поля, обусловленного искомой залежью. В данной системе средство возбуждения и средство измерения выполнены в виде одного совмещенного незаземленного приемопередающего замкнутого контура, а процессор обработки данных выполнен в виде последовательно соединенных вычислителя-измерителя, модуля выделения величины индукционно вызванной поляризации и модуля интерпретации данных. Приемная часть данной системы жестко привязана к передающей и не учитывает ожидаемые свойства сигнала, принимаемого от исследуемой части разреза. Результатом этого является низкая эффективность интерпретации из-за слабого уровня принимаемого сигнала при неудачном размещении приемных датчиков и недостаточной чувствительности приемных каналов. Данный недостаток устраняется применением предлагаемой системы пространственной фильтрации отклика.
Система высокоразрешающей геоэлектроразведки, защищенная патентом RU 67732 U1 от 26.07.2007 [2], является аналогом предлагаемой системы пространственной фильтрации. Система содержит блок передатчика, блок приемника, коммутирующее устройство, приемопередающую антенну, блок измерения и блок регистрации. Блоки измерения и регистрации включены в состав процессора обработки данных, который дополнительно содержит блок обработки в составе модуля обработки полного ЭМП, совокупность модулей выделения и обработки информации об исследуемом фрагменте разреза (модуль выделения осцилляции индуктивной вызванной поляризации и формирователя эталонных параметров, блок анализа и интерпретации данных в составе двух-трех модулей сравнительного анализа). Таким образом, в данной системе также совмещается приемная и передающая антенны и, следовательно, система имеет тот же недостаток, что и описанный выше прототип.
В способе, защищенном патентом RU 2213982, опубликованным 22.07.2002 [3], применяется аналогичная система измерения, содержащая возбуждающую антенну и систему приемных датчиков, расположенную вблизи возбуждающей антенны. В данной системе не используется информация об уровне отклика в зоне приема от интересующего фрагмента геологического разреза. Поэтому такая система также является низко эффективной и неинформативной.
Решаемой технической задачей предлагаемой системы пространственной фильтрации является повышение информативности геоэлектроразведки за счет подбора измерительной аппаратуры требуемой чувствительности и размещения измерительных датчиков на участках, где отношение ожидаемого уровня отклика от залежи к общему измеряемому сигналу максимально по данным моделирования, осуществляемого блоком фильтрации отклика.
Решение технической задачи в системе пространственной фильтрации для геоэлектроразведки, содержащей средство возбуждения ЭМП (генератора и излучающего устройства), средство измерения ЭДС полного ЭМП (приемная антенна и устройства регистрации), к которому подключен процессор обработки данных (ЭВМ), включающий модуль выделения из измеренного сигнала полного ЭМП информации об исследуемом фрагменте разреза и модуль интерпретации данных, достигается тем, что система измерительных датчиков отделена от излучающего устройства и размещается в точках, в которых уровень дополнительного ЭМП максимален по отношению к полному полю, что обеспечивает высокую информативность интерпретации геоэлектроразведки при заданной чувствительности измерительной аппаратуры.
На фиг.1 изображена структурная схема системы пространственной фильтрации для геоэлектроразведки, которая состоит из генератора зондирующего сигнала 1, соединенного с излучающим устройством 2, системы М измерительных дипольных датчиков электромагнитного поля 3, которая подключена к системе приемных устройств 4, выходы которых соединены с соответствующими входами системы М регистрирующих блоков 5, где М - число измерительных датчиков, например, девять. Система регистрирующих блоков 5 и генератор зондирующего сигнала 1 соединены с блоком синхронизации 6. Выходы системы регистрирующих блоков 5 по проводной или модемной линии связи 7 соединены со входом блока сопряжения 8 с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) 9. ЭВМ может представлять собой, например, персональный компьютер или ноутбук.
Отличительной особенностью предлагаемой системы пространственной фильтрации для геоэлектроразведки является то, что к ЭВМ 9 подключен блок фильтрации отклика 10, который представляет собой дополнительный вычислительный блок, например ноутбук. Он позволяет пользователю решить задачу размещения измерительных датчиков и подбора измерительной аппаратуры в соответствии с рассчитанным уровнем сигнала от залежи по соотношениям:
-11
-11
-7
-4
-3
с
с
0
0
i
с
где k - волновое число, G(R) - функция Грина однородного пространства, ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость вмещающей среды, например ε=9·10-0,02i (Ф/м), ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость слоя залежи полезных ископаемых, например ε=4,5·10-0,006i (Ф/м), i - мнимая единица, ω - круговая частота, например 3 рад/с, µ- магнитная проницаемость вакуума, µ=4π·10 Гн/м,  - напряженность электрического поля внутри слоя залежи полезных ископаемых, касательная составляющая которого эквивалентна касательной составляющей возбуждающего поля, а нормальная составляющая соответствует нормальной составляющей возбуждающего поля, умноженной на коэффициент ε/ε, например ,  - напряженность дополнительного электрического поля рассеяния, например 10 В/м,  - напряженность дополнительного магнитного поля, например 10 А/м, интегрирование в (1), (2) производится по объему V предполагаемой области размещения залежи.
На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма работы блока фильтрации отклика. Первым действием пользователь задает ряд параметров, например, глубину расположения залежи, например 1000 метров, количество слоев геологического разреза, например 10, их толщину, например 150 метров, электрофизические параметры - относительную диэлектрическую проницаемость, например 5, удельную электрическую проводимость, например 0,03 См/м, напряженность возбуждающего ЭМП, например 100 В/м для электрического поля и 100 А/м для магнитного, минимальные уровни модуля напряженностей ЭМП,  которые позволяет измерить применяемая измерительная аппаратура. Далее производится расчет модулей напряженностей дополнительного ЭМП  обусловленного наличием залежи полезных ископаемых, в точках на поверхности - координата z=0. Следующим шагом проводится сравнение, превышает ли расчетный уровень напряженности дополнительного ЭМП по модулю минимально возможный для измерения уровень напряженности ЭМП. Если превышает, то координаты данной точки (х, у, z=0), в которой рассчитывалось ЭМП фиксируются, как рекомендуемые для размещения измерительного датчика. Если расчетный уровень напряженности дополнительного поля ниже по модулю минимально возможного для измерения, тогда расчет производится в следующей точке на поверхности. Область и шаг исследования на поверхности выбираются пользователем. Общее количество датчиков М, например 9. Цикл продолжается, напряженность дополнительного ЭМП рассчитывается в новой точке до тех пор, пока N≠M, где N - порядковый номер размещаемого датчика, например второй N=2. При N=M работа блока фильтрации отклика завершается, так как размещены все измерительные датчики. Система работает следующим образом.
В соответствии с результатами моделирования, полученными на ЭВМ 9 от блока фильтрации отклика 10, размещают систему измерительных датчиков 3 на поверхности в точках максимума напряженности дополнительного поля, обусловленного наличием полезных ископаемых. Генератор 1 вырабатывает зондирующее электромагнитное поле, которое регистрируется системой измерительных датчиков 3. Измеренные сигналы через блоки 4-8 подаются в ЭВМ 9, где в соответствии с конкретным применяемым методом зондирования производится обработка результатов измерений.
≥
≤
3
3
3
Излучающее устройство 2 и измерительные датчики электромагнитного поля 3 располагают на поверхности геологического разреза с координатной привязкой друг к другу в круге диаметром DZ, например D=1500 метров, z - требуемая глубина зондирования, например 1000 метров, шаг расположения измерительных дипольных датчиков h электромагнитного поля выбран из условия hz например h=500 метров. Все датчики установлены на участках, где по расчетным данным блока фильтрации отклик от исследуемого элемента разреза максимален и может быть зарегистрирован имеющейся аппаратурой.
Таким образом, признаки предложенной системы пространственной фильтрации обеспечивают качественно новый технический результат: максимальную чувствительность приемной системы и, соответственно, повышение информативности и достоверности геоэлектроразведки.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 67731 U1, 02.07.2007 (прототип).
2. RU 67732 U1, 26.07.2007 (аналог).
3. RU 2213982, 22.07.2002 (аналог).