СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
ELECTRICAL METHOD OF GEOLOGICAL MONITORING

Изобретение относится к геофизическим исследованиям, регистрации внутренних изменений структуры массива горных пород, в частности образования закрытых полостей, трещиноватых зон, зон тектонического дробления, и может быть использовано для проектирования ответственных строительных сооружений на территориях со сложными инженерно-геологическими условиями и мониторинга опасных геологических процессов, скрытых от прямого наблюдения.
1
Известен способ геоэлектроразведки, включающий установку на исследуемой поверхности в узлах прямоугольной сетки электродов с шагом, соизмеримым с априорно предполагаемым минимальным линейным размером наименьшего из объектов поиска в диапазоне минимальных линейных размеров различных классов объектов, измерение кажущегося удельного сопротивления участков с шагом, не превышающим половины минимального линейного размера наибольшего из объектов поиска в диапазоне минимальных линейных размеров, расположение смежных рядов сетки на расстоянии H, проведение дополнительных измерений кажущегося удельного электрического сопротивления между электродами, расположенными в узлах сетки электродов, образующих квадрат, и определение по результатам измерений уточненной границы объекта поиска (патент RU №2097793, G01V 3/02, 1997).
Недостатком данного способа является низкая точность и достоверность геоэлектроразведки из-за влияния климатических условий и уровня электрических помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ геоэлектроразведки, включающий выявление на исследуемой территории потенциально опасного участка, установку на этом участке измерительных электродов, измерение разности потенциалов и определение местоположения образования неоднородности в массиве горных пород. Каждое из трех заземлений на исследуемом участке поочередно используют в качестве питающего, затем поочередно измеряют три напряжения, определяют отношение напряжения, измеренного при центральном положении второго питающего заземления, к сумме абсолютных значений напряжений, измеренных при крайних положениях второго питающего заземления, и по распределению этого отношения на исследуемом участке судят о наличии и положении неоднородностей (патент RU №2098847, G01V 3/08, 1997).
Недостатком данного способа является низкая точность и достоверность геоэлектроразведки, т.к. при измерении не обеспечивается оптимальное соотношение сигнал/шум из-за большой начальной разности потенциалов между измерительными электродами и влияния метеопомех.
Техническим результатом является повышение точности и достоверности геоэлектроразведки путем увеличения соотношение сигнал/шум за счет снижения влияния синфазных электрических помех и влияния изменения удельного сопротивления горных пород под воздействием метеоусловий за счет неизменной формы эквипотенциальных линий.
Технический результат достигается в способе геоэлектроразведки, включающем выявление на исследуемой территории потенциально опасного участка, установку на этом участке по меньшей мере трех измерительных модулей, состоящих из излучающего электрода, основной измерительной электродной пары, один электрод которой является нулевым, и по меньшей мере одной дополнительной электродной пары, расположение электродных пар каждого измерительного модуля относительно друг друга под углом 180°/n, где n - количество электродных пар, расположение электродов каждого измерительного модуля на одной эквипотенциальной линии излучающего электрода, входящего в состав данного измерительного модуля, расположение электродов каждой пары на одной прямой с излучающим электродом, построение диаграммы направленности электродных пар, измерение разности потенциалов между нулевым электродом основной электродной пары и другими электродами соответствующего измерительного модуля, определение по аномальным значениям разности потенциалов и диаграмме направленности электродных пар направления для каждого измерительного модуля на зону неоднородностей массива горных пород, определение местоположения зоны путем пересечения этих направлений.
Отличительными признаками предлагаемого способа геоэлектроразведки являются установка на потенциально опасном участке по меньшей мере трех измерительных модулей, состоящих из излучающего электрода, основной измерительной электродной пары, один электрод которой является нулевым, и по меньшей мере одной дополнительной электродной пары, расположение электродных пар каждого измерительного модуля относительно друг друга под углом 180°/n, где n - количество электродных пар, расположение электродов каждого измерительного модуля на одной эквипотенциальной линии излучающего электрода, входящего в состав данного измерительного модуля, расположение электродов каждой пары на одной прямой с излучающим электродом, построение диаграммы направленности электродных пар, проведение измерения разности потенциалов между нулевым электродом основной электродной пары и другими электродами соответствующего измерительного модуля, определение по аномальным значениям разности потенциалов и диаграмме направленности электродных пар направления для каждого измерительного модуля на зону неоднородностей массива горных пород, определение местоположения зоны путем пересечения этих направлений. Установка на потенциально опасном участке по меньшей мере трех измерительных модулей, состоящих из излучающего электрода, основной измерительной электродной пары, один электрод которой является нулевым, и по меньшей мере одной дополнительной электродной пары позволяет измерять сигналы, идущие с разных направлений, т.е. осуществлять пространственную локацию сигналов и снизить разность потенциалов между измерительными электродами. Расположение электродов каждого измерительного модуля на одной эквипотенциальной линии излучающего электрода, входящего в состав данного измерительного модуля, позволяет повысить соотношение сигнал/шум за счет снижения электрических помех и влияния метеофакторов, т.к. формы эквипотенциальных линий при этом остаются неизменными, изменяются только абсолютные значения их потенциалов. Расположение электродов каждой пары на одной прямой с излучающим электродом позволяет получить идентичные ветви диаграмм направленности для всех электродных пар каждого измерительного модуля, что повышает точность определения направления. Построение диаграммы направленности электродных пар необходимо для определения направления на зону неоднородностей массива горных пород. Проведение измерения разности потенциалов между нулевым электродом основной электродной пары и другими электродами соответствующего измерительного модуля позволяет повысить точность измерений за счет обеспечения высокого уровня помехозащищенности. Определение по аномальным значениям разности потенциалов и диаграмме направленности электродных пар направления для каждого измерительного модуля на зону неоднородностей массива горных пород позволяет точно определить это направление. Определение местоположения зоны путем пересечения этих направлений позволяет локализовать возникшую неоднородность.
Способ геоэлектроразведки поясняется чертежами, где на фиг.1 - схема расстановки измерительных модулей на опасном участке, на фиг.2 - определение направления на зону неоднородностей массива горных пород, на фиг.3 - график изменения разности потенциалов во времени.
Способ геоэлектроразведки осуществляется следующим образом.
Выявляют на исследуемой территории потенциально опасный участок. На данном участке устанавливают по меньшей мере три измерительных модуля, состоящих из излучающего электрода, основной измерительной электродной пары, один электрод которой является нулевым, и по меньшей мере одной дополнительной электродной пары. Электродные пары каждого измерительного модуля расположены относительно друг друга под углом 180°/n, где n - количество электродных пар. Все электроды каждого измерительного модуля расположены на одной эквипотенциальной линии излучающего электрода, входящего в состав данного измерительного модуля, а электроды каждой пары расположены на одной прямой с излучающим электродом. Строят диаграммы направленности электродных пар. Измерение разности потенциалов проводят между нулевым электродом основной электродной пары и другими электродами соответствующего измерительного модуля. После чего по аномальным значениям разности потенциалов и диаграмме направленности электродных пар определяют направление для каждого измерительного модуля на зону неоднородностей массива горных пород. Местоположение зоны определяют путем пересечения этих направлений.
Конкретный пример осуществления способа геоэлектроразведки.
2
1
2
n
1
2.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
На исследуемой территории 10000 м выявляют потенциально опасный участок с точки зрения внутреннего изменения структуры и неоднородностей массива горных пород, например участок возможного провалообразования вследствие образования закрытых суффозионных полостей, трещиноватых и разуплотненных зон. На данном участке устанавливают по меньшей мере три измерительных модуля 1, 2, 3, состоящих из излучающего электрода 4, основной измерительной электродной пары 5, один электрод 6 которой является нулевым, и по меньшей мере одной дополнительной электродной пары 7. Электродные пары 5 и 7 каждого измерительного модуля 1, 2, 3 расположены относительно друг друга под углом 180°/n, где n - количество электродных пар. Все электроды каждого измерительного модуля расположены на одной эквипотенциальной линии излучающего электрода 4, входящего в состав данного измерительного модуля. Электроды каждой пары расположены на одной прямой с излучающим электродом 4. Измерительные электроды каждой электродной пары расположены на расстоянии 10-15 м от излучающего электрода 4. Дополнительный излучающий электрод 8 устанавливают за границей данного опасного участка. Он условно считается отнесенным в бесконечность. Излучающий электрод 4 подключен к одному полюсу источника тока 9, а дополнительный излучающий электрод 8 - ко второму полюсу источника тока 9. После чего строят диаграммы направленности электродных пар. Затем из центра 0 диаграммы направленности под разными углами проводятся несколько лучей 10, 10…10. Каждый луч пересекает диаграммы направленности основной и дополнительной электродных пар. На примере рассмотрим лучи 10 и 10 Луч 10 пересекает диаграммы направленности в точках А и В, луч 10 - в точках С и D. Затем измеряют расстояния от центра 0 диаграммы до этих точек, т.е. расстояния 0А и 0В и OС и OD, вычисляют отношение 0В/0А, равное 3,3, и отношение OD/OC, равное 1,8, и от центра 0 диаграммы по лучу 10 откладывают отрезок ОЕ, длина которого равна величине 3,3, а по лучу 10 откладывают отрезок OF, длина которого равна 1,8. Подобную операцию проделывают для каждого луча, соединяют полученные точки и получают линию 11. Всего строят восемь таких линий. Затем проводят измерение разности потенциалов между нулевым электродом основной электродной пары и другими электродами соответствующего измерительного модуля. При появлении скачкообразных изменений разностей потенциалов по их полярности, т.е. по положительным и отрицательным значениям разностей потенциалов, определяют квадрант, в который попадают полученные значения разности потенциалов. Далее измеряются величины скачкообразных изменений напряжения ΔU на всех электродных парах. По полярности ступенек, т.е. по положительным и отрицательным значениям разностей потенциалов, определяют квадрант, в который попадают полученные значения разности потенциалов. На фиг.3 приведены экспериментальные результаты для измерительного модуля 2. ΔU - разность потенциалов между электродами основной пары. ΔU - разность потенциалов между электродами дополнительной пары. Приняв за ось Х направление, по которому расположена основная электродная пара, за ось Y направление дополнительной электродной пары, определяют квадрант. Это четвертый квадрант (IV), так как скачкообразное изменение разности потенциалов ΔU по оси Х положительно и равно 300 мВ, а скачкообразное изменение разности потенциалов ΔU по оси Y отрицательно и равно 37 мВ. Модуль отношения ΔU/ΔU равен 8. Из центра диаграммы проводят окружность 12 радиусом, равным 8, и через точку пересечения окружности L с линией 9 проводят линию, указывающую направление на образовавшуюся неоднородность. Таким же образом определяют направления на неоднородность для измерительных модулей 1 и 3. Местоположение зоны определяют путем пересечения этих направлений. Момент образования неоднородностей определяют по моменту возникновения скачкообразных изменений разности потенциалов.
Предлагаемый способ геоэлектроразведки позволяет повысить точность и достоверность разведки потенциально опасных участков с точки зрения внутреннего изменения структуры и неоднородностей массива горных пород, например участка возможного провалообразования вследствие образования закрытых суффозионных полостей, трещиноватых и разуплотненных зон при строительных освоениях территорий со сложными инженерно-геологическими условиями.