Понятие геоэлектрического разреза. Типы разрезов.

Объектом изучения электроразведки является геоэлектрический разрез. Это вертикальный разрез ГП, отличающийся своими параметрами. Реальный геологический разрез отражается в данных электромагнитных исследованиях и называется геоэлектрическим разрезом.

В большинстве случаев границы литологические и электрические не совпадают между собой.

KQHKH

Типы разрезов в электроразведке:

1. Однородное пространство

2. Двухслойный разрез

3. Трехслойный разрез

(H) min в середине (A) max в середине (Q) с возрастающим УЭС (K) с убывающим УЭС

7. Аппаратура и оборудование для электро разведки. Электроразведочный канал. В электроразведке используются поля искусственного и естественного

происхождения. В состав электроразведочного канала: Генератор, который вырабатывает токовые импульсы необходимой амплиту-ды, формы и последовательности.- Источник, который превращает токовый сигнал, идущий от генератора, вэлектромагнитное поле. При этом существует несколько способов возбужденияполя (гальваническое, емкостное, индукционное и смешанное).- Земля как объект исследования представляет собой линейную систему, которая преобразует сигналы, поступающие от источника поля к датчикам.- Датчики поля –преобразуют измеряемые компоненты электромагнитного поля в сигнал (разность потенциалов), поступающую на вход измерителя.- Измеритель - обрабатывает сигнал в аналоговом и цифровом виде

Генераторные устройства.. Назначение самого генератора - преобразовать энергию источника в сигнал требуемой частоты, формы и амплитуды по току.. Важнейшей функцией современных электроразведочны генераторов является система стабилизации выходного тока и его формы. Первым элементом схемы является преобразователь напряжения, который создает требуемое для питания выходной цепи постоянное напряжение. Из этого напряжения формируются импульсы требуемой частоты и формы с помощью коммутатора, который в свою очередь управляется задающим генератором. При работе в составе мощного генератора коммутатор пропускает через себя большие токи, В большинстве современных генераторов существует система которая контролирует величину тока, поступающего в источник. Эта величина пропорциональна напряжению на известном сопротивлении – шунте. Величина напряжения на шунте управляет с помощью устройства обратной связи преобразователем напряжения, повышая или понижая напряжение на выходе этого преобразователя в зависимости от соотношения реального тока на выходе и требуемого тока.

Генератор несет не только информационную нагрузку, но и энергетическую. Поэтому его важнейшие параметры можно условно разделить на два типа характеристик: энергетические характеристики: - мощность (от первых Ватт до нескольких сотен киловатт), - ток (от 1 мА до 100 А), - габариты и вес (по этому параметру все генераторы делятся на портативные, переносимые вручную и электроразведочные станции, установленные на автомашине, корабле или самолете); информационные характеристики: - тип источника, с которым может работать данный генератор,- частотный диапазон (от 0 Гц до нескольких ГГц),- форма импульса тока (гармонический сигнал, меандр, меандр с паузой, одиночный прямоугольный импульс и др. формы), - наличие и уровень системы стабилизации выходного тока и системы его регистрации. Способы возбуждения электромагнитных полей в Земле: А.чисто гальванический, Б.емкостной, В.индукционный, Г.смешанный. В общем случае существует два вида токов: токи проводимости и токи смещения. Токи смещения возбуждаются в Земле только на высоких частотах. На низких частотах в Земле возникают только токи проводимости. Есть два механизма возбуждения токов проводимости в Земле: гальванический и индукционныйПри гальваническом возбуждении в земле создаются сторонние источники тока. При индукционном возбуждении токи в земле возникают за счет явления электромагнитной индукции, то есть под действием переменного магнитного поля источника, не имеющего непосредственного контакта с землей.

Основные модели источников

Для гальванического возбуждения основной моделью является заземленная линия АВ, при рассмотрении которой можно выделить три частных случая (рис. 3.9): 1. при приближении к одному из питающих электродов полем второго электрода можно пренебречь, при этом для расчетов можно использовать модель точечного источника тока; 2. расстояние до обоих источников сопоставимы и существенно не превышают расстояние между питающими электродами. Поле такого источника следует рассматривать как суперпозицию полей двух источников разного знака, расположенных соответственно в точках А и В; 3. расстояния до обоих источников сопоставимы и существенно превышают расстояния между питающими электродами А и В. Такой источник называется горизонтальным электрическим диполем (ГЭД). Момент электрического диполя рассчитывается по формуле Рэ = I ⋅ AB, где I – ток в питающей линии, АВ – длина линии. В главе 2 приводятся выражения для потенциала и электрического поля, рассмотренных выше основных моделей гальванического возбуждения в случае однородного полупространства. Для емкостного возбуждения существует две модели источников – емкостного электрода и незаземленного провода, лежащего на земле. Поле емкостного электрода совпадает с полем точечного источника при гальваническом

возбуждении, если точка измерения находится на существенно большем расстоянии по сравнению с размерами емкостного электрода. Для незаземленного провода, лежащего на земле, при равномерном стекании тока на расстояниях, существенно меньших длины провода, можно использовать модель линейного электрода (рис.3.10), для которого потенциал и электрическое поле рассчитывается по формулам:

где JL - величина тока, стекающего с единицы длины провода, r – радиальное расстояние от оси провода до точки измерения. На расстояниях, больших длины линии L, линейный_ источник тока можно рассматривать как точечный. Датчики поля. датчикиэлектрического поля и датчики магнитного поля. Датчики электрического поля. Эл. поле регистрируется заземленным диполем или антенной.Заземленный диполь представляет собой пару металлических или специальныхнеполяризующихся электродов, обозначаемых M и N и находящихся на расстоянии MN друг от друга (рис.3.11). Разность потенциалов между точками из-мерения связана с напряженностью поля следующими соотношениямиф ΔU_MN = − ∫E ⋅dr. На двух электродах M и N, выполненных изодного металла, возникает разница потенциалов ΔUэл, связанная с разницей вусловиях заземления. У стальных электродов собственные потенциалы состав

ляют -500÷-700 мВ, а у латунных - -100÷-200 мВ. металлические электроды можно применять в двух случаях: 1. когда имеется высокий уровень полезного сигнала, 2. когда измерения проводятся на конкретной частоте свыше 3 Гц,

рис.3.11

8.Способы измерения разности потенциалов. Для измерения постоянной разности потенциалов и постоянного электрического тока используют четыре способа: 1) компенсацион­ный; 2) авто компенсационный; 3) осциллографический; 4) компа- рационный.

Компенсационный способ. Основан на сравнении измеряемой и известной разностей потенциалов. Принципиальная схема изме­рений изображена на рис. 35. В этой схеме гальванический эле­мент Е нагружен на делитель напряжения R. В общем случае между электродом М и точкой т делителя напряжения R сущест­вует некоторая разность потенциалов, фиксируемая гальваномет­ром Г. Однако, передвигая ползунок п делителя, можно добиться такого положения, при котором компенсирующая разность потен­циалов AU MN = IkRmn будет равна измеряемой разности по­тенциалов между электродами М и N: AUmn = AUMN (при под­ходящей полярности подключения измерительных электродов). В этом случае гальванометр Г отметит отсутствие тока и, следова­тельно, равенство потенциалов между точками М и т. Таким об­разом, фиксируя (по показанию гальванометра) то положение пол­зунка делителя Rm.u при котором измеряемая разность потенциа­лов оказывается равной известному падению напряжения на де­лителе, мы и определяем AUMN:

AUMN = AUmn = IKRmn. (13.1)

Зная электродвижущую силу элемента Е и все сопротивление делителя, по которому течет компенсационный ток, можно вычислить величину этого тока:

IK = EIR = const. (13.2)

Подставив выражение (13.2) в (13.1), окончательно найдем

A UMN = (E/R)R тп■ (13.3>

Таким образом, определение AUMN сводится к снятию отсчета, со шкалы делителя Rmn в момент компенсации. Компенсационный способ реализован в одном из первых электроразведочных прибо­ров — потенциометре ЭП-1.

Автокомпенсационный способ. Этот способ отличается от ком­пенсационного тем, что компенсирующую разность потенциалов, подбирают автоматически без участия оператора. Способ реализо­ван в серийно выпускаемых автокомпенсаторах типа ЭСК (электро­разведочный стрелочный компенсатор).

Автокомпенсационная схема содержит усилитель по­стоянного тока У с глубокой отрицательной обратной связью. Hai вход усилителя подается разность между измеряемым напряже­нием AUMN и компенсирующим напряжением AUmn, падающим' на сопротивлении Rmn, которое включено и в первичную, и вто­ричную цепи этого усилителя:

AU1==AUMN-AUmn. Если коэффициент усиления усилителя обозначить через Ку, на; выходе получаем напряжение

AU^KyAUl = Ky(AUMN-AUmn).

Осциллографический способ. Характеризуется тем, что в ка­честве измерительного прибора используют гальванометр, подклю­чаемый к электродам М и N. Принцип действия зеркального гальванометра основан на свойстве проводника (рамки) с током поворачиваться в поле постоянного магнита. При этом угол пово­рота пропорционален току, протекающему в рамке, т. е. приклады­ваемой к рамке измеряемой разности потенциалов AUMN. Этот угол поворота измеряют с помощью зеркальца, помещенного на нити подвеса рамки. Луч света, направленный от осветителя на зеркальце, отражается на движущуюся фотобумагу. При этом откло­нение блика луча на фотобумаге от нулевой линии записи (когда ток в рамке отсутствует) пропорционально углу поворота зеркальца и, следовательно, величине AUMN.

Осциллографический способ регистрации применяется в элек­троразведочных станциях.

Компарационный способ. Этот способ измерения разности по­тенциалов заключается в сравнении ее с известным напряжением, вырабатываемым источником градуировочного напряжения. Ком­парационный способ применяется, в частности, при осциллографи- ческой регистрации сигналов. Принцип измерения сводится к сле­дующему. Подключив к схеме разность потенциалов AUMN, опре­деляют величину отклонения рабочего импульса на осциллограмме

в миллиметрах (lMN). Далее, к этой же схеме подается сигнал Л£/гр известной величины (градуировочный), отклоняющий блик гальва­нометра на /гр миллиметров. Величина AUMN находится из про­порции

Более сложные компарационные схемы применяются в приборах, работающих на переменном токе. В этом случае градуировочное напряжение вырабатывается специальным опорным генератором..

 

10)Способы измерения разности потенциала. Термин "Установка" в методе сопротивлений используется для обозначения взаимного расположения питающих (АВ) и приемных (MN) электродов. Выбор установки является важнейшим элементом методики электроразведки методом сопротивлений и зависит от геологических задач, технологических условий, используемой аппаратуры, глубинности исследований, уровня помех.

По числу движущихся или "рабочих" электродов различают установки двухэлектродные (AM), трехэлектродные (AMN, MAN), четырехэлектродные (AMNB, ABMN и др.) и многоэлектродные

1) симметричная четырехэлектродная градиентная установка Шлюмберже (MN<<AB), 2) установка Веннера (MN-AB/3), 3) дипольная осевая (r=ОО',AB,MN < r), 4) комбинированная (AMN+MNB), т.е. объединяющая две трехэлектродных, 5) двухэлектродная потенциал-установка AM, 6) установка MAN (MA=AN). 7) установка В.Х.Фролова 8) установка "метода двух составляющих" (МДС) А.Н.Боголюбова, 9) дипольная экваториальная установка, 10) установка "триполь", 11) двухкомпонентная (X.Y) установка. При ЭП по разному ведут себя дипольная осевая и симметричная градиентная установка Шлюмбер­же (рис. 1.3.3). Токовые линии в установке СЭП в пространстве под MN идут горизонтально, а в установке ДОП почти вертикально. Поэтому вертикальный пласт высокого сопротивления сильнее проявится в установке СЭП, а проводящий пласт - в ДОП (за счет концентрации токовых линий). Тонкий горизонтально лежащий проводящий пласт сильнее отразится в установке СЭП, а плохопороводящий - в ДОП.

Установка ДОП нашла широкое применение для ЭП, а ДЭП - для зондирования и круговых исследований анизотропных сред. Дипольные установки используются при глубинных электрических зондированиях, т.к. требуют меньшей длины проводов, меньше подвержены индукционным влияниям, но нуждаются в мощных источниках тока.

Установка срединного градиента обеспечивает максимальную производительность, возможность работы с несколькими измерителями одновременно, но требует более мощных источников тока.

Выбор установок определяется характером решаемых задач, а более узко - моделью среды. Бесчисленное разнообразие моделей способствует появлению новых установок. Заранее точная модель среды обычно не известна, поэтому выбор установки должен опираться на обобщенную (базовую) модель среды и соображения технологического характера.

 

11.Поле точечного источника в однородней среде. Сопротивление заземления электрода

Точечный источник в однородной среде

Пусть в однородной среде расположен точечный источник поля (рис 9, а). Магнитное поле, создаваемое током, стекающим в окру­жающую среде (отвлекаясь от поля, создаваемого током в подводя­щем проводе), определяется известным интегральным соотно­шением (теорема Остроградского)

|(HdS)=о

Здесь интеграл берется по замкнутой поверхности, ограничивающей область V. Если в качестве такой области выбрать сферу, центр которой совпадает с точечным электродом, то в силу централь­ной симметрии вектор H во всех точках выбранной поверхности должен быть одинаковым. Отсюда

НS = 0, т. е. Н = 0.

Таким образом, источником магнитного поля может служить только ток в подводящем проводе.