RU2631532C2 - Geoelectroprospecting method (versions) - Google Patents
Geoelectroprospecting method (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631532C2 RU2631532C2 RU2015148374A RU2015148374A RU2631532C2 RU 2631532 C2 RU2631532 C2 RU 2631532C2 RU 2015148374 A RU2015148374 A RU 2015148374A RU 2015148374 A RU2015148374 A RU 2015148374A RU 2631532 C2 RU2631532 C2 RU 2631532C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- measurements
- generator
- components
- electromagnetic field
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 32
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 16
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизики, в частности к геоэлектроразведке, и может быть использовано при определении свойств подземных формаций на основе разделения и интерпретации регистрируемых электромагнитных полей, обусловленных суммарным влиянием различных эффектов.The invention relates to the field of geophysics, in particular to geoelectrical exploration, and can be used to determine the properties of underground formations based on the separation and interpretation of recorded electromagnetic fields due to the combined influence of various effects.
Известно, что при пропускании электрического тока в среде проявляются эффекты, которые обусловлены различными физическими явлениями. При этом выделяется электромагнитная индукция, которая характеризуется индукционными полями, определяемыми теорией Максвелла, и эффекты, обусловленные дисперсией электрических свойств среды (вызванная поляризация (ВП) и суперпарамагнетизм (СПМ)) Явления дисперсии не описываются стандартной системой уравнений Максвелла и моделируются с помощью электрохимических процессов в среде (ВП) или релаксацией намагниченности ультрадисперсных частиц ферромагнитных минералов (СПМ).It is known that when an electric current is transmitted, effects appear in the medium that are caused by various physical phenomena. In this case, electromagnetic induction is distinguished, which is characterized by induction fields determined by Maxwell's theory and effects due to the dispersion of the electrical properties of the medium (induced polarization (VP) and superparamagnetism (SPM)). Dispersion phenomena are not described by the standard system of Maxwell equations and are modeled using electrochemical processes in medium (VP) or relaxation of the magnetization of ultrafine particles of ferromagnetic minerals (SPM).
Преимущественно задача разделения, например, индукционных и поляризационных эффектов решалась путем увеличения времени регистрации переходных процессов от импульса возбуждения в среде, вызывающего электромагнитную индукцию и поляризацию. Действительно, с увеличением времени измерения поле электромагнитной индукции уменьшается до пренебрежительно малых величин. Однако, на малых временах эффект поляризации не является пренебрежимо малым. Кроме того, при измерении проводимости геологических платформ, имеющих большую мощность осадочного чехла, электромагнитные колебания затухают медленно, вследствие большой (сотни и тысячи Сименс) проводимости осадочного чехла. Поэтому такой подход к разделению полей требовал совершенствования.Mostly the task of separating, for example, induction and polarization effects was solved by increasing the time of registration of transient processes from an excitation pulse in a medium, causing electromagnetic induction and polarization. Indeed, with increasing measurement time, the field of electromagnetic induction decreases to negligibly small values. However, at short times, the polarization effect is not negligible. In addition, when measuring the conductivity of geological platforms with a large sedimentary cover thickness, electromagnetic oscillations decay slowly due to the large (hundreds and thousands of Siemens) sedimentary cover conductivity. Therefore, this approach to the separation of fields required improvement.
Известен способ количественного разделения эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации (патент РФ №2399931, G01V3/38). Согласно данному способу измеряют процесс становления поля над поляризующейся средой дипольно-осевой установкой при пропускании импульсов тока. Формируют несколько функций таким образом, что они по-разному зависят от полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Одну из этих функций формируют так, чтобы повысить соотношение электромагнитной индукции и вызванной поляризации по сравнению с DU(t)=ΔU(t)/ΔU0, где ΔU0 - разность потенциалов ΔU, измеренная во время пропускания тока. Вторую функцию формируют так, чтобы понизить указанное соотношение по сравнению с DU(t). Третью из указанных функций формируют как комбинацию временных и пространственных производных поля становления. Осуществляют инверсию в рамках горизонтально-слоистой поляризующейся среды одновременно для всех функций, включая DU(t), полученных в одной точке записи. Получают геоэлектрическую модель разреза среды. В полученной модели для всех слоев полагают поляризуемость равной нулю и путем решения прямой задачи рассчитывают поле электромагнитной индукции. В той же модели обнуляют волновые числа и путем решения прямой задачи рассчитывают поле гальванической составляющей вызванной поляризации IP. Оценивают изменение гальванической составляющей по площади и осуществляют ее геологическую интерпретацию. Способ обеспечивает количественное раздельное изучение полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации.A known method for the quantitative separation of the effects of electromagnetic induction and induced polarization (RF patent No. 2399931, G01V3 / 38). According to this method, the process of formation of a field over a polarizing medium by a dipole-axial installation is measured while passing current pulses. Several functions are formed in such a way that they differently depend on the fields of electromagnetic induction and induced polarization. One of these functions is formed in such a way as to increase the ratio of electromagnetic induction and induced polarization compared with DU (t) = ΔU (t) / ΔU 0 , where ΔU 0 is the potential difference ΔU measured during the passage of current. The second function is formed so as to lower the specified ratio compared to DU (t). The third of these functions is formed as a combination of temporal and spatial derivatives of the formation field. Carry out the inversion within the horizontally layered polarized medium simultaneously for all functions, including DU (t) obtained at one recording point. A geoelectric model of the section of the medium is obtained. In the obtained model, for all layers, the polarizability is assumed to be zero, and by solving the direct problem, the electromagnetic induction field is calculated. In the same model, the wave numbers are zeroed and, by solving the direct problem, the field of the galvanic component of the induced polarization IP is calculated. Assess the change in the galvanic component over the area and carry out its geological interpretation. The method provides a quantitative separate study of the fields of electromagnetic induction and induced polarization.
Однако, как ясно из описания, данный способ ориентирован только на гальваническое возбуждение и прием поля над одномерной горизонтально-слоистой средой.However, as is clear from the description, this method is focused only on galvanic excitation and field reception over a one-dimensional horizontally layered medium.
В технических решениях, согласно авторскому свидетельству СССР №1505219 и патенту РФ №2045083, предложено в ходе проведения наземных геофизических исследований проводить измерения электромагнитного поля с использованием двух измерительных петель, соосной и выносной петли. При этом в каждой заданной точке профиля измеряют ЭДС переходного процесса измерительной петлей, расположенной в центре генераторной петли. Затем осуществляют сдвиг центра измерительной петли относительно центра генераторной на расстояние, не менее длины стороны генераторной петли (патент РФ №2045083) или равное ей (авт. свидетельство СССР №1505219). По результатам каждого из измерений строят графики кажущегося сопротивления. Обобщенную кривую проводят так, чтобы ее левая ветвь соответствовала левой ветви кривой, построенной по результатам измерений соосной установкой, а правая ветвь соответствовала правой ветви кривой, построенной по результатам измерений разнесенной установкой. По полученной кривой определяют параметры геологического разреза.In technical solutions, according to the USSR author's certificate No. 1505219 and the RF patent No. 2045083, it was proposed to conduct measurements of the electromagnetic field using two measuring loops, a coaxial and remote loop during ground-based geophysical studies. Moreover, at each given point in the profile, the transient EMF is measured by a measuring loop located in the center of the generator loop. Then the center of the measuring loop is shifted relative to the center of the generating loop by a distance not less than the length of the side of the generating loop (RF patent No. 2045083) or equal to it (USSR author's certificate No. 1505219). Based on the results of each measurement, plots of apparent resistance are plotted. The generalized curve is drawn so that its left branch corresponds to the left branch of the curve, constructed according to the measurements of the coaxial installation, and the right branch corresponds to the right branch of the curve, constructed according to the results of the measurements of the spaced installation. The obtained curve determines the parameters of the geological section.
Данная технология применяется только для корректировки индукционного сигнала становления поля, при котором эффект вызванной поляризации (авт.св. СССР №1505219) или суперпарамагнетизма (патент РФ №2045083) рассматриваются как помеха и не изучаются, что снижает эффективность и не обеспечивает возможную информативность проводимых геофизических исследований.This technology is used only to correct the induction signal of field formation, in which the effect of induced polarization (ed. St. USSR No. 1505219) or superparamagnetism (RF patent No. 2045083) is considered as a hindrance and is not studied, which reduces the efficiency and does not provide possible informativeness of the geophysical research.
Между тем как вызванная поляризация (широко используемая при интерпретации для изучения структурных характеристик среды), так и суперпарамагнетизм являются и могут быть использованы как источник нетривиальной геологической информации. Изучение этих эффектов позволяет проводить геологическое картирование комплексов пород, содержащих однодоменные частицы, изучать процесс эрозии по ореолам рассеяния этих частиц, а также генетические особенности рудных месторождений (напр., магнетитовых) и др.Meanwhile, both the induced polarization (widely used in the interpretation to study the structural characteristics of the medium) and superparamagnetism are and can be used as a source of non-trivial geological information. Studying these effects allows us to carry out geological mapping of rock complexes containing single-domain particles, to study the erosion process by the scattering halos of these particles, as well as the genetic characteristics of ore deposits (e.g., magnetite), etc.
Как указано выше стандартный способ учета влияния суперпарамагнетизма заключается в применении разнесенных измерительных петель, расположенных на различном расстоянии от генераторного контура.As indicated above, the standard way of taking into account the influence of superparamagnetism is the use of spaced measuring loops located at different distances from the generator circuit.
Однако в работе П.О. Барсукова и Э.Б. Файнберга [Barsukov P.O. and Fainberg E.B. 2001. Superparamagnetic effect over gold and nickel deposits// Environmental and Engineering Geophysics. 6. 61-72.] для изучения аномалий СПМ для этих же целей рассмотрен вариант установки с различными размерами генераторных контуров. Схема выделения сигнала при этом основана на использовании асимптотики однородного суперпарамагнитного полупространства, что вносит искажение в выделяемый сигнал.However, in the work of P.O. Barsukova and E.B. Feinberg [Barsukov P.O. and Fainberg E.B. 2001. Superparamagnetic effect over gold and nickel deposits // Environmental and Engineering Geophysics. 6. 61-72.] To study the anomalies of the PSD for the same purposes, an installation option with different sizes of the generator circuits was considered. The signal extraction scheme is based on the use of the asymptotics of a homogeneous superparamagnetic half-space, which introduces distortion into the extracted signal.
Более общая модель рассмотрена в работе [Вас. В. Стогний, Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов Исследование магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания с помощью импульсной индуктивной электроразведки // Геология и геофизика. - 2010. - Т. 51, N 11. - С. 1565-1575], где свойства горизонтально-слоистой среды, обладающей суперпарамагнитными свойствами восстанавливаются на основе измерений с разнесенными датчиками. Кроме того, в работе рассмотрены и измерения с генераторными контурами различного размера. Но данные этих измерений интерпретировались отдельно и использовались лишь для получения более объективной информации о разрезе.A more general model is considered in [You. V. Stogniy, N.O. Kozhevnikov, E.Yu. Antonov Investigation of the magnetic viscosity of rocks under conditions of their natural occurrence using pulsed inductive electrical exploration // Geology and Geophysics. - 2010. - T. 51, N 11. - S. 1565-1575], where the properties of a horizontally layered medium with superparamagnetic properties are restored based on measurements with spaced sensors. In addition, measurements with generator circuits of various sizes are also considered in the work. But the data of these measurements were interpreted separately and were used only to obtain more objective information about the section.
Отметим, что как в той, так и в другой указанных выше работах сигналы СП и СПМ фактически не разделялись и для интерпретации данных СПМ использовалась лишь поздняя стадия временного процесса, где влияние индукционных токов на измеряемый сигнал существенно ослаблено. Длительности этой стадии в определенных моделях среды может оказаться недостаточно для полноценной интерпретации.Note that, in both the above mentioned works, the SP and PSD signals were not actually separated, and only the late stage of the time process was used to interpret the PSD data, where the influence of induction currents on the measured signal is significantly weakened. The duration of this stage in certain environmental models may not be enough for a full interpretation.
Задача изобретения - повышение эффективности поисковых (геофизических исследований) работ в сложно построенных геологических средах за счет комплексного учета эффектов становления электромагнитного поля, вызванной поляризации и суперпарамагнетизма, с выделением на этой основе дополнительных аномальных зон, обусловленных указанными эффектами и их взаимодействием.The objective of the invention is to increase the efficiency of prospecting (geophysical studies) in complex geological environments due to the integrated consideration of the effects of the formation of an electromagnetic field caused by polarization and superparamagnetism, with the allocation on this basis of additional anomalous zones due to these effects and their interaction.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, заключается в создании технологии электроразведочных работ, базирующихся преимущественно на использовании площадных многоразносных зондирований методом становлением поля, с выделением и комплексной интерпретацией составляющих, связанных с эффектами поляризуемости и суперпарамагнетизма, и построением с учетом указанных эффектов 3D аномальных зон в целевом горизонте на основе 3D-инверсии электроразведочных данных.The technical result obtained by the implementation of the proposed method is to create a technology for electrical exploration, based mainly on the use of areal multi-sensing sounding by the field formation method, with the isolation and complex interpretation of components associated with the effects of polarizability and superparamagnetism, and the construction of the above-mentioned effects of 3D anomalous zones in the target horizon based on 3D inversion of electrical exploration data.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, включающем возбуждение электромагнитного поля в геологической среде, регистрацию компонент электромагнитного поля приемными датчиками на базовой системе наблюдений (площадной или профильной), согласно изобретению, для каждого расположения генераторной петли проводят регистрацию двух значений компонент электромагнитного поля (V1, V2), используя два генераторных контура разного размера и осуществляя электромагнитные измерения в общей точке раздельно от каждого из указанных генераторных контуров, при этом регистрацию сигнала осуществляют до времен, превышающих значение R2σμ, где R - характерный размер контура большего размера, σ - типичная для района работ наибольшая удельная проводимость, μ - магнитная проницаемость среды объектов,The specified technical result is achieved by the fact that in the method of geoelectrical exploration, including the excitation of the electromagnetic field in the geological environment, the registration of the components of the electromagnetic field by the receiving sensors on the base observation system (areal or profile), according to the invention, for each location of the generator loop, two values of the components of the electromagnetic field are recorded (V 1 , V 2 ) using two generator circuits of different sizes and performing electromagnetic measurements at a common point separately from each of these generator circuits, the signal is recorded up to times exceeding the value of R 2 σμ, where R is the characteristic size of the larger circuit, σ is the highest conductivity typical of the work area, μ is the magnetic permeability of the medium of objects,
по результатам проведенных измерений выделяют составляющие измеренного электромагнитного поля, обусловленные становлением поля (СП), суперпарамагнетизмом (СПМ) и эффектом вызванной поляризацией (ВП), далее проводят раздельную интерпретацию всех указанных составляющих с целью выделения аномальных зон в исследуемом целевом горизонте.Based on the results of the measurements, the components of the measured electromagnetic field are determined due to the formation of the field (SP), superparamagnetism (SPM) and the effect of polarization induced (VP), then a separate interpretation of all these components is carried out in order to identify anomalous zones in the studied target horizon.
Данные становления поля интерпретируют по схеме 3D моделирования на базовой системе наблюдений,The field formation data are interpreted according to the 3D modeling scheme on the base observation system,
данные ВП и СПМ интерпретируют на сети, обусловленной расположением генераторных контуров,data VP and SPM interpret on the network, due to the location of the generator circuits,
если выявленные аномалии ВП и СПМ лежат в зоне влияния аномальных объектов, полученных в результате интерпретации данных становления поля (СП), то соответствующие аномальные объекты наделяют дополнительными поляризационными или СПМ - свойствами,if the revealed anomalies of the VP and SPM lie in the zone of influence of the anomalous objects obtained as a result of interpretation of the field formation (SP) data, then the corresponding anomalous objects give additional polarization or SPM - properties,
после чего проводят дополнительные итерации подбора параметров геоэлектрической модели исследуемой среды, с уточнением конфигурации и свойств 3D аномальных зон, выделенных в целевом горизонте на основе 3D-инверсии совокупности электроразведочных данных.after which additional iterations of the selection of parameters of the geoelectric model of the medium under study are carried out, with the specification of the configuration and properties of 3D anomalous zones identified in the target horizon based on 3D inversion of the set of electrical exploration data.
При этом, если аномалии ВП или СПМ не соответствуют аномальным зонам проводимости, полученных по результатам измерений СП, проводят дополнительные измерения, по более густой сети по профилям, проходящим через эпицентры выделенных аномалий ВП и СПМ для уточнения характера и размеров аномальных зон,Moreover, if the anomalies of the VP or SPM do not correspond to the anomalous conduction zones obtained from the results of measurements of the SP, perform additional measurements on a denser network along the profiles passing through the epicenters of the identified anomalies of the VP and SPM to clarify the nature and size of the anomalous zones,
по результатам этих измерений строят уточненную геоэлектрическую 3D модель среды, наделенную свойствами дисперсии электрических и магнитных свойств, на основании которой определяют геометрические и электрические параметры, а также местоположение геоэлектрических аномалий в целевом горизонте.Based on the results of these measurements, a refined geoelectric 3D model of the medium is constructed, endowed with dispersion properties of electrical and magnetic properties, based on which geometric and electrical parameters are determined, as well as the location of geoelectric anomalies in the target horizon.
Заявленный технический результат достигается также тем, что в способе геоэлектроразведки, включающем возбуждение электромагнитного поля в геологической среде, регистрацию компонент электромагнитного поля приемными датчиками на базовой системе наблюдений (площадной или профильной), согласно изобретению, для каждого расположения генераторной петли дополнительно к измерениям компонент электромагнитного поля V0 в центре генераторной петли осуществляют регистрацию четырех различных значений компонент электромагнитного поля (V1, V2, V3, V4), используя четыре выносных измерительных датчика, каждый из которых расположен в пределах ближней зоны (
По результатам проведенных измерений выделяют составляющие измеренного электромагнитного поля, обусловленные становлением поля (СП), суперпарамагнетизмом (СПМ) или эффектом вызванной поляризацией (ВП), далее проводят раздельную интерпретацию всех указанных составляющихAccording to the results of the measurements, the components of the measured electromagnetic field are determined due to the formation of the field (SP), superparamagnetism (SPM) or the effect of polarization induced (VP), then a separate interpretation of all these components is carried out
Данные становления поля интерпретируют по схеме 3D моделирования на базовой системе наблюдений,The field formation data are interpreted according to the 3D modeling scheme on the base observation system,
данные ВП (СПМ) интерпретируют на сети, обусловленной расположением генераторных контуров.VP data (PSD) is interpreted on the network due to the location of the generator loops.
Если выявленные аномалии ВП лежат в зоне влияния аномальных объектов, полученных в результате интерпретации данных становления поля (СП), то соответствующие аномальные объекты наделяют дополнительными поляризационными свойствами, после чего проводят дополнительные итерации подбора параметров геоэлектрической модели исследуемой среды с уточнением конфигурации и свойств аномальных зон, выделенных в целевом горизонте.If the identified VP anomalies lie in the zone of influence of the anomalous objects obtained as a result of the interpretation of the field formation (SP) data, then the corresponding anomalous objects are endowed with additional polarization properties, after which additional iterations of the selection of the parameters of the geoelectric model of the medium under study are carried out with the specification of the configuration and properties of the anomalous zones, Highlighted in the target horizon.
При этом, если аномалии ВП не соответствуют аномальным зонам проводимости, полученным по результатам измерений СП, проводят дополнительные измерения, по более густой сети по профилям, проходящим через эпицентры выделенных аномалий ВП для уточнения характера и размеров аномальных зон,.Moreover, if the VP anomalies do not correspond to the anomalous conduction zones obtained from the results of the SP measurements, additional measurements are carried out on a denser network along the profiles passing through the epicenters of the identified VP anomalies to clarify the nature and size of the anomalous zones.
По результатам этих измерений строят уточненную геоэлектрическую 3D модель среды, наделенную свойствами дисперсии электрических на основании которой определяют геометрические и электрические параметры, а также местоположение геоэлектрических аномалий в целевом горизонте.Based on the results of these measurements, a refined geoelectric 3D model of the medium is constructed, endowed with the properties of the dispersion of the electric, based on which the geometric and electrical parameters are determined, as well as the location of the geoelectric anomalies in the target horizon.
Изобретение иллюстрируется чертежами, показанными на фиг. 1-18The invention is illustrated in the drawings shown in FIG. 1-18
На фиг. 1. показаны графики, иллюстрирующие проявление поляризуемости среды в сигнале становления поля.In FIG. 1. graphs are shown illustrating the manifestation of the polarizability of the medium in the field formation signal.
На фиг. 2 показано поле, измеренное на разных разносах в случае горизонтально-неоднородной среды.In FIG. Figure 2 shows the field measured at different spacings in the case of a horizontally inhomogeneous medium.
На фиг. 3 показаны схемы проведения многоразносных зондирований, а - по площади, б - по профилю с рассечками, где 1 - генераторная петля, 2 - датчики электромагнитного поля.In FIG. Figure 3 shows the schemes for carrying out multi-sensing soundings, a - by area, b - by profile with cuts, where 1 is the generator loop, 2 are electromagnetic field sensors.
На фиг. 4 - фиг. 5 показано расположение положение генераторных петель 1, 4 и измерительных датчиков 2, 3.In FIG. 4 - FIG. 5 shows the location of the position of the
На фиг. 6 показано восстановление сигнала становления поля (СП) в случае наличия эффектов СПМ.In FIG. Figure 6 shows the reconstruction of the field establishment signal (SP) in the case of the presence of PSD effects.
На фиг. 7 показано восстановление сигнала становления поля, обусловленного влиянием СПМ.In FIG. 7 shows the reconstruction of the field formation signal due to the influence of the PSD.
На фиг. 8 показан пример расстановки датчиков в окрестности генераторной петли на разных расстояниях от центра генераторной петли.In FIG. 8 shows an example of arrangement of sensors in the vicinity of the generator loop at different distances from the center of the generator loop.
На фиг. 9 показаны исходные сигналы и восстановление сигнала ВП для модели с наличием эффектов ВП.In FIG. Figure 9 shows the source signals and VP signal recovery for a model with the presence of VP effects.
На фиг. 10 показано восстановление индукционного сигнала от генераторной петли 100×100 м, для модели с наличием эффектов ВП.In FIG. Figure 10 shows the restoration of the induction signal from the
На фиг. 11 показано восстановления сигналов ВП и СПМ для модели, осложненной суммарным влиянием ВП и СПМ.In FIG. Figure 11 shows the reconstruction of the VP and PSD signals for a model complicated by the combined effect of the VP and PSD.
На фиг. 12 приведено восстановление индукционного сигнала при наличии эффектов ВП и СПМ.In FIG. 12 shows the restoration of the induction signal in the presence of the effects of VP and PSD.
На фиг. 13 показан сигнал от трехслойной среды, содержащей магнитовязкий слой, при различных расстояниях измерителя от центра генераторной петли.In FIG. 13 shows a signal from a three-layer medium containing a magnetoviscous layer at various distances of the meter from the center of the generator loop.
Фиг. 14 показано разделение сигналов и восстановление поля ВП для установки с двумя датчиками.FIG. Figure 14 shows the separation of signals and the restoration of the VP field for installation with two sensors.
На фиг.15 демонстрируется реальный электромагнитный сигнал с характерной сменой знака, отражающий наличие эффекта ВП.On Fig shows a real electromagnetic signal with a characteristic change of sign, reflecting the presence of the effect of VP.
На фиг.16 показана общая схема расположения генераторных петель 100×100 м2 и 500×500 м2 и всех точек измерений на участке проведения экспериментальных работ согласно изобретению.On Fig shows a General arrangement of the
На фиг. 17 отображен аномальный сигнал от генераторной петли 500×500 м2 в сравнении зоной ВП (пунктирный контур), полученной по данным с генераторной петлей 100×100 м2.In FIG. 17 shows the anomalous signal from the generator loop 500 × 500 m 2 in comparison with the VP zone (dashed contour) obtained according to the data from the
На фиг. 18 показано аномальное поле петли 500×500 м2, полученное после вычитания поля ВП, рассчитанного по модели, сформированной на основе интерпретации данных с генераторной петлей 100×100 м2.In FIG. Figure 18 shows the anomalous field of the loop 500 × 500 m 2 obtained after subtracting the VP field calculated according to the model formed on the basis of data interpretation with a
Способ, согласно изобретению, основан на следующих физических явлениях.The method according to the invention is based on the following physical phenomena.
Известно, что наличие в среде явлений поляризуемости и суперпарамагнетизма приводит к существенному искажению кривых становления электромагнитного поля.It is known that the presence of polarizability and superparamagnetism phenomena in the medium leads to a significant distortion of the formation curves of the electromagnetic field.
Явление суперпарамагнетизма приводит к резкому замедлению спада электромагнитного поля, кривые становления поля выходят на промежуточную асимптоту, соответствующую величине стационарной магнитной восприимчивости СПМ среды.The phenomenon of superparamagnetism leads to a sharp slowdown in the decline of the electromagnetic field, the field formation curves go to an intermediate asymptote corresponding to the stationary magnetic susceptibility of the SPM medium.
Влияние поляризуемости приводит к смене знака процесса становления поля (фиг. 1), что существенно осложняет анализ многоразносных измерений, при которых также имеет место смена знака (фиг. 2).The effect of polarizability leads to a change in the sign of the process of field formation (Fig. 1), which significantly complicates the analysis of multidimensional measurements, in which the sign also changes (Fig. 2).
Известно, что при зондированиях в ближней зоне источника поля индукционного типа и поля, обусловленные дисперсией электрических или магнитных свойств исследуемой среды, аддитивны и различным образом зависят от конфигурации и размеров генераторно-измерительной установки. Это позволяет осуществить не только диагностирование влияния вызванной поляризации или СПМ, но и их раздельное определение и последующую раздельную интерпретацию полей, обусловленных этими эффектами. Такая схема изложена в работе авторов Ф.М. Каменецкий, Г.М. Тригубович, А.В. Чернышев «Три лекции о вызванной поляризации геологической среды», Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, Мюнхенский университет Людвига - Максимилиана, 2014 и в определенном смысле обобщает опыт, накопленный в этом направлении. В указанной работе рассмотрены теоретические основы разделения эффектов становления поля и вызванной поляризации, приведены варианты установок, позволяющих осуществить разделение полей СП и ВП, а также показаны методы решения соответствующих обратных задач. Но вопросы, связанные с выделением эффектов СПМ, фактически не затронуты, хотя возможность такого выделения отмечена в связи с аддитивностью влияния полей СПМ.It is known that when probing in the near field of a source, induction-type fields and fields due to the dispersion of the electrical or magnetic properties of the medium under study are additive and in various ways depend on the configuration and dimensions of the generator-measuring installation. This allows not only diagnosing the effects of induced polarization or PSD, but also their separate determination and subsequent separate interpretation of the fields due to these effects. Such a scheme is described in the work of the authors F.M. Kamenetsky, G.M. Trigubovich, A.V. Chernyshev “Three lectures on induced polarization of the geological environment”, Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Resources, Ludwig-Maximilian University of Munich, 2014 and, in a sense, summarizes the experience gained in this direction. In this work, the theoretical foundations of the separation of the effects of field formation and induced polarization are considered, options for setting up separation of the SP and VP fields are given, and methods for solving the corresponding inverse problems are shown. But the issues related to the separation of the effects of the PSD are not actually addressed, although the possibility of such a highlighting is noted in connection with the additivity of the influence of the fields of the PSD.
Также за рамками данной публикации остались практические аспекты возможностей разделения полей на основе использования установок с изменяемой геометрией генераторного контура. Вместе с тем, несмотря на определенные технологические сложности, связанные с реализацией таких установок, в случае наличия влияния СПМ или совместного влияния СПМ и ВП в решении задачи разделения полей эти установки наиболее эффективны.Also beyond the scope of this publication are the practical aspects of field separation capabilities based on the use of plants with variable geometry of the generator circuit. At the same time, in spite of certain technological difficulties associated with the implementation of such installations, in the case of the influence of the PSD or the combined influence of the PSD and VP in solving the problem of field separation, these settings are most effective.
Главной особенностью предлагаемого способа является технология проведения геофизических работ и обработка полученных результатов, позволяющие в совокупности при площадных (профильных) электроразведочных работах разделить и восстановить составляющие суммарного электромагнитного поля, обусловленные эффектами становления, вызванной поляризации и суперпарамагнетизма, раздельная интерпретация этих составляющих и построение 3D геоэлектрической модели, учитывающей в наиболее полной мере электромагнитные свойства исследуемой среды..The main feature of the proposed method is the technology of geophysical work and processing of the obtained results, which, when combined with areal (profile) electrical exploration works, allows to separate and restore the components of the total electromagnetic field due to the effects of formation caused by polarization and superparamagnetism, separate interpretation of these components and the construction of a 3D geoelectric model taking into account to the fullest extent the electromagnetic properties of the medium under study ..
Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом.The method according to the invention is as follows.
На исследуемой площади по площадной или профильной системе наблюдений (фиг. 3) в заданных точках осуществляют возбуждение электромагнитного поля с помощью генераторной петли 1.On the studied area according to the area or profile observation system (Fig. 3) at specified points, the electromagnetic field is excited using the
При этом для выделения составляющих электромагнитного поля, связанных с эффектами ВП и СПМ, предлагается два варианта проведения измерений.At the same time, to distinguish the components of the electromagnetic field associated with the effects of VP and PSD, two measurement options are proposed.
1. Проводят возбуждение поля дополнительной генераторной петлей 4 меньшего размера, соосной с петлей 1, регистрируя значение поля измерительным датчиком 2, расположенным в центре петли (фиг. 4). Таким образом, с помощью датчика 2 осуществляют регистрацию двух значений компонент электромагнитного поля (V1 и V2) от каждой из указанных генераторных петель 1 и 4. На основе этих измерений разделяют поля СП, ВП, СПМ, в том числе в случае, когда на становление поля накладывается комплексное влияние эффектов ВП и СПМ.1. Field excitation is carried out by an
2. При стандартной методике проведения площадных или профильных работ в непосредственной близости от генераторной петли 1 располагают четыре измерительных датчика 2 (фиг. 3). Измерения датчиками, соосными с генераторной петлей и вынесенными за ее пределы (как это, например, показано на фиг. 5), позволяют, в соответствии с упомянутой работой Ф.М. Каменецкого, Г.М. Тригубовича, А.В. Чернышева, разделить поля СП и ВП. Для более эффективной работы заявляемым способом в условиях наличия эффектов суперпарамагнетизма предлагается указанные выносные датчики 3 располагать в пределах ближней зоны (
В этом случае регистрацию ответного электромагнитного сигнала осуществляют одновременно измерительными петлями (датчиками) 2 и 3, пространственно разнесенными друг относительно друга.In this case, the registration of the response electromagnetic signal is carried out simultaneously by measuring loops (sensors) 2 and 3, spatially spaced relative to each other.
При этом выносные измерительные петли 3, являющиеся измерительными датчиками малых размеров, расположены вне генераторной петли 1 (фиг. 8).In this case, the
В зависимости от предварительно известных свойств исследуемой среды, в ряде случаев в качестве таких датчиков могут быть использованы датчики из базовой сети, расположенные на разных расстояниях от генераторной петли.Depending on the previously known properties of the medium under study, in some cases, sensors from the core network located at different distances from the generator loop can be used as such sensors.
Наличие таких измерений позволяет не только разделить (с учетом влияния разноса на переходные характеристики, измеренные в присутствии пород с магнитной вязкостью), но и проводить интерпретацию данных СПМ в рамках многослойной среды, что, несомненно, более адекватно отображает реальную модель среды.The presence of such measurements makes it possible not only to separate (taking into account the influence of separation on the transient characteristics measured in the presence of rocks with magnetic viscosity), but also to interpret the SPM data in a multilayer medium, which undoubtedly more adequately reflects the real model of the medium.
Известно, что по отношению к процессам СПМ принцип обычного электромагнитного зондирования не работает. Альтернативным способом электромагнитного зондирования среды являются так называемые "геометрические" зондирования [см. Ваньян Л.Л. Электромагнитные зондирования. М., 1997. 218 с]. Для изучения вертикального распределения магнитной вязкости этот способ использовался в работе [Вас. В. Стогний, Н.О. Кожевников*, Е.Ю. Антонов Исследование магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания с помощью импульсной индуктивной электроразведки //Геология и геофизика, 2010, т. 51, №11, с. 1565-1575], где описаны последовательные измерения поля с датчиком, перемещающимся по прямой, проходящей через центр генераторной петли и середину одной из его сторон.It is known that in relation to the SPM processes, the principle of ordinary electromagnetic sounding does not work. An alternative way of electromagnetic sounding of the medium is the so-called "geometric" sounding [see Vanyan L.L. Electromagnetic sounding. M., 1997. 218 s]. To study the vertical distribution of magnetic viscosity, this method was used in [You. V. Stogniy, N.O. Kozhevnikov *, E.Yu. Antonov Investigation of the magnetic viscosity of rocks under conditions of their natural occurrence using pulsed inductive electrical exploration // Geology and Geophysics, 2010, v. 51, No. 11, p. 1565-1575], which describes sequential field measurements with a sensor moving in a straight line passing through the center of the generator loop and the middle of one of its sides.
Предлагаемый согласно изобретению вариант измерений пятью датчиками, один из которых находится в центре генераторной петли, а четыре вынесены на разные расстояния от центра петли, позволяет практически в рамках стандартной методики площадных работ становлением поля получить информацию о распределении магнитной вязкости и поляризуемости в разрезе. Синхронность измерений повышает помехоустойчивость и производительность работ.The measurement variant proposed by the invention with five sensors, one of which is located in the center of the generator loop, and four are placed at different distances from the center of the loop, makes it possible to obtain information on the distribution of magnetic viscosity and polarizability in a section practically within the framework of the standard technique of areal work. Synchronization of measurements increases noise immunity and productivity.
Данные становления поля, преимущественно, интерпретируют по схеме 3D моделирования, изложенной, например, в работе Тригубович Г.М., Персова М.Г., Соловейчик Ю.Г. «3D-электроразведка становлением поля», Новосибирск: Наука, 2009.The data on the formation of the field are mainly interpreted according to the 3D modeling scheme described, for example, in the work of G. Trigubovich, M. Persova, Yu. G. Soloveichik. “3D-electrical exploration by the formation of the field”, Novosibirsk: Nauka, 2009.
Данные ВП и СПМ интерпретируют на более редкой сети, обусловленной расположением генераторных контуров 1.The data of the VP and PSD are interpreted on a rarer network, due to the location of the
Если выявленные аномалии ВП и СПМ лежат в зоне влияния аномальных объектов, полученных в результате интерпретации данных становления поля, то соответствующие объекты наделяются дополнительными поляризационными или СПМ-свойствами и проводятся дополнительные итерации подбора уже в рамках среды с дисперсией электрических и магнитных свойств. В частности, это может выражаться в изменении базовой горизонтально-слоистой модели среды, что влечет за собой изменение конфигурации и свойств аномальных зон, выделяемых в целевом горизонте.If the revealed anomalies of the VP and SPM lie in the zone of influence of the anomalous objects obtained as a result of the interpretation of the field formation data, then the corresponding objects are endowed with additional polarization or SPM properties and additional iterations of selection are carried out already within the framework of the dispersion of electric and magnetic properties. In particular, this can be expressed in a change in the basic horizontally layered model of the medium, which entails a change in the configuration and properties of the anomalous zones identified in the target horizon.
В случае, когда аномалии ВП или СПМ не соответствуют аномальными зонам становления поля, проводят дополнительные измерения по более густой сети по профилям, проходящим через эпицентры выделенных аномалий ВП и СПМ, для уточнения характера и размеров аномальных зон (густота сети определяется конкретной задачей).In the case when the anomalies of the VP or PSD do not correspond to the abnormal zones of field formation, additional measurements are carried out on a denser network by profiles passing through the epicenters of the identified anomalies of the VP and PSD to clarify the nature and size of the anomalous zones (the density of the network is determined by a specific problem).
По результатам всех измерений строят уточненную геоэлектрическую 3D модель среды, наделенную свойствами дисперсии электрических и магнитных свойств, на основании которой определяют геометрические и электрические параметры, а также местоположение геоэлектрических аномалий в целевом горизонте.Based on the results of all measurements, a refined geoelectric 3D model of the medium is constructed, endowed with the dispersion properties of electrical and magnetic properties, based on which geometric and electrical parameters are determined, as well as the location of geoelectric anomalies in the target horizon.
Рассмотрим некоторые варианты применения этой методики на примерах разделения различных эффектов и восстановления соответствующих сигналов.Consider some of the applications of this technique using examples of separation of various effects and restoration of the corresponding signals.
Пример 1. Трехслойная модель среды, осложненная эффектами СПМ во втором слое.Example 1. A three-layer model of the medium, complicated by the effects of SPM in the second layer.
Эффекты магнитной вязкости учитываются путем использования комплексной частотно-зависимой магнитной проницаемости
где
Установка имеет следующие параметры:The installation has the following parameters:
Генераторная петля (ГП): 100×100 м2, ток 10А.Generator loop (GP): 100 × 100 m 2 , current 10A.
Приемник: 1×1 м2, момент =1000. Уровень измеримости сигнала: 1 мкВ.Receiver: 1 × 1 m 2 , moment = 1000. Signal measurability level: 1 μV.
Затягивание процесса становления за счет влияния СПМ зачастую выявить очень сложно. Но интерпретация сигналов, измеренных в центре петли без учета СПМ дает разрез, параметры которого сильно отличаются от реальныхThe delay in the formation process due to the influence of the PSD is often very difficult to identify. But the interpretation of the signals measured in the center of the loop without taking into account the PSD gives a section whose parameters are very different from the real ones
Поэтому для определения наличия СПМ и последующего выделения сигнала СПМ необходимо произвести измерения приемным датчиком с двумя разными генераторными контурами с разными размерами и привести их к общему моменту. Если на поздних временах сигнал увеличивается при уменьшении генератора, то это говорит о наличии СПМ.Therefore, to determine the presence of PSD and the subsequent isolation of the PSD signal, it is necessary to measure with a receiving sensor with two different generator circuits with different sizes and bring them to a common point. If in later times the signal increases with decreasing generator, then this indicates the presence of PSD.
Разделение сигналов основывается на том, что в поздней стадии индукционный сигнал затухает быстрее, чем сигнал СПМ, который убывает как 1/t.Signal separation is based on the fact that in the late stage, the induction signal decays faster than the PSD signal, which decreases as 1 / t.
Для достижения поздней стадии регистрацию сигнала осуществляют до времен tpeг превышающих величину, равную R2σμ, где R - характерный размер контура большего размера, σ - типичная для района работ наибольшая удельная проводимость, μ - магнитная проницаемость средыTo reach the late stage, the signal is recorded up to times t peg exceeding the value equal to R 2 σμ, where R is the characteristic size of the larger circuit, σ is the highest conductivity typical of the work area, μ is the magnetic permeability of the medium
Для примера рассмотрим случай двух соосно расположенных генераторных контуров с размерами 100×100 м2 и 50×50 м2. В данном случае в качестве значения напряженности электромагнитного поля V1 рассматривается сигнал, измеренный от генераторного контура 50×50 м2, а в качестве значения напряженности электромагнитного поля V2 сигнал V100(t), измеренный от генераторного контура 100×100 м2. Обозначим
где k - вычисляется из условий равенства VSPM(t) и V100(t) в момент времени tmax.where k is calculated from the equality conditions V SPM (t) and V 100 (t) at time t max .
Восстановленный сигнал становления поля:Reconstructed field formation signal:
На фиг. 6 - фиг. 7 показаны результаты восстановления сигналов СП и СПМ по указанным формулам для рассматриваемой модели.In FIG. 6 - FIG. 7 shows the results of reconstruction of the SP and PSD signals according to the indicated formulas for the model under consideration.
Пример 2. Двухслойная модель среды, осложненная наличием ВП в первом слое:Example 2. A two-layer model of the medium, complicated by the presence of VP in the first layer:
Здесь τ - постоянная времени поляризации, 0≤m≤1 - стационарная (установившаяся) поляризуемость, 0<с≤1 - степенной фактор, определяющий форму процесса ВП во временной области. Величина τ измеряется в секундах, ρ0 - в Омм, величины m и c являются безразмерными.Here τ is the polarization time constant, 0≤m≤1 is the stationary (steady state) polarizability, 0 <с≤1 is a power factor determining the shape of the VP process in the time domain. The value of τ is measured in seconds, ρ 0 - in Ohm, the values of m and c are dimensionless.
Для восстановления поля становления (VInd) и ВП (VIP) в этом случае может быть использована схема, обоснованная авторами (Ф.М. Каменецкий, Г.М. Тригубович, А.В. Чернышев «Три лекции о вызванной поляризации геологической среды», Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана, 2014).) На основании применения принципа взаимности несложно показать, что в данном случае (при изменении геометрии генераторных контуров) можно применить следующие формулы для восстановления сигналовTo restore the formation field (V Ind ) and VP (V IP ) in this case, a scheme justified by the authors (F.M. Kamenetsky, G.M. Trigubovich, A.V. Chernyshev “Three lectures on the induced polarization of the geological environment” can be used ”, Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Raw Materials, Ludwig-Maximilian University of Munich, 2014).) Based on the application of the reciprocity principle, it is easy to show that in this case (when changing the geometry of the generator loops), the following formulas can be applied to reconstruct the signals
где коэффициент k определяется с учетом конкретной геометрии установки. Принцип расчета коэффициента k показан указанной выше работе. Для данной модели k=1/2where the coefficient k is determined taking into account the specific geometry of the installation. The principle of calculating the coefficient k is shown in the above work. For this model, k = 1/2
На фиг. 9-10 показаны результаты восстановления сигналов становления поля и сигналов ВП для данной модели.In FIG. Figures 9-10 show the results of reconstructing field formation signals and VP signals for this model.
Пример 3. Трехслойная модель среды, осложненная эффектами СПМ и ВПExample 3. A three-layer model of the medium, complicated by the effects of SPM and VP
На фиг. 11 показаны результаты восстановления сигналов ВП и СПМ для данной модели.In FIG. 11 shows the results of reconstructing the signals of the VP and PSD for this model.
Как видно из фиг. 11, идентифицировать наличие СПМ и ВП по одному только сигналу, измеренному от генераторной петли 100×100 м2, затруднительно, однако, с учетом того, что обычно ВП проявляется на более ранних временах, чем СПМ, на разностном сигнале
Как видно из приведенных выше результатов, использование схемы измерений с двумя генераторными петлями позволяет успешно решать задачи разделения и восстановления полей в диспергирующих среда.As can be seen from the above results, the use of a measurement scheme with two generator loops can successfully solve the problems of separation and restoration of fields in a dispersive medium.
Информация о различных свойствах среды может быть получена и с помощью установки с выносными датчиками 3 расположенными в пределах ближней зоны (
При этом сначала по поздней стадии процесса, где основную роль играют процессы, связанные с СПМ, определяют параметры магнитной вязкости. На фиг. 11 видно, что эту стадию можно достаточно успешно выделять. Но в этом случае разделить влияние СП и СПМ с помощью простых формул типа (1)-(2)-затруднительно. Такое разделение можно осуществить на основе решения обратной задачи в рамках горизонтально слоистой среды, наделенной дисперсией магнитных свойств, например, путем минимизации соответствующего функционалаIn this case, first, at a late stage of the process, where the processes associated with the PSD play the main role, the magnetic viscosity parameters are determined. In FIG. 11 shows that this stage can be quite successfully allocated. But in this case, it is difficult to separate the influence of SP and PSD using simple formulas of the type (1) - (2). Such a separation can be carried out on the basis of solving the inverse problem within a horizontally layered medium endowed with a dispersion of magnetic properties, for example, by minimizing the corresponding functional
где Nj - количество временных задержек на j-том датчике, Vj(t) результаты измерения на j-том датчике, Uj(ti,g) - результат решения прямой задачи, g - вектор параметров, включающий мощности слоев и параметры магнитной вязкости каждого слоя.where N j is the number of time delays on the j-th sensor, V j (t) is the measurement result on the j- th sensor, U j (t i , g) is the result of solving the direct problem, g is the vector of parameters, including layer powers and parameters magnetic viscosity of each layer.
Для полученных параметров рассчитывается возможное влияние процессов СПМ на более раннюю стадию процесса становления электромагнитного поля и полученное поле вычитается из наблюденного сигнала.For the obtained parameters, the possible influence of the PSD processes on the earlier stage of the formation of the electromagnetic field is calculated and the obtained field is subtracted from the observed signal.
Затем в оставшемся поле производится разделение сигналов, обусловленных СП и ВП, на основе схемы, предложенной в работе (Ф.М. Каменецкий, Г.М. Тригубович, А.В. Чернышев «Три лекции о вызванной поляризации геологической среды», Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, Мюнхенский университет Людвига - Максимилиана, 2014). Для случая двух измерений, отличающихся геометрией приемно-генераторной установки, формулы для разделения сигналов имеют вид (3)-(4). Такие же формулы могут быть использованы и в случае наличия пяти измерений. При этом несколько изменяется способ расчета коэффициента к.Then, in the remaining field, the signals caused by the joint venture and airspace are separated based on the scheme proposed in the work (F.M. Kamenetsky, G.M. Trigubovich, A.V. Chernyshev “Three lectures on the induced polarization of the geological environment”, Siberian Research Institute geology, geophysics and mineral raw materials, Munich University of Ludwig - Maximilian, 2014). For the case of two measurements that differ in the geometry of the receiving-generating set, the formulas for separating the signals are of the form (3) - (4). The same formulas can be used in the case of five measurements. In this case, the method for calculating the coefficient k changes somewhat.
Известно, что характер спада кривой становления поля, обусловленный суперпарамагнетизмом, имеет характерный вид 1/t, что не позволяет проводить зондирование. Но различие в кривых становления поля, измеренных на различных разносах над средой, обладающей суперпарамагнитными свойствами, позволяет осуществлять такое зондирование, разделяя влияние различных слоев. Пример таких кривых, полученных над средой, параметры которой приведены в таблице 1, показано на фиг. 13.It is known that the character of the decrease in the field formation curve due to superparamagnetism has a
Если влияние СПМ априорно отсутствует, измерения можно проводить по стандартной технологии, располагая выносные датчики на одинаковом расстоянии от центра генераторной петли. Расстояние L, на которое должен выноситься датчик 3, определяется известным критерием ближней зоны и выражается как
После выделения составляющих измеренного электромагнитного поля, обусловленные становлением поля, ВП и СП, проводят их раздельную интерпретацию.After isolating the components of the measured electromagnetic field, due to the formation of the field, VP and SP, they are separately interpreted.
Как уже отмечалось, задача такого разделения особенно важна при площадных работах в горизонтально неоднородных средах, когда эффекты ВП и влияние неоднородностей имеют сходный характер (фиг. 1 - фиг. 2). Кроме того, раздельная интерпретация помогает существенно повысить достоверность информации о свойствах среды.As already noted, the task of such a separation is especially important during areal work in horizontally heterogeneous media, when the effects of airspace and the influence of heterogeneities are of a similar nature (Fig. 1 - Fig. 2). In addition, a separate interpretation helps to significantly increase the reliability of information about the properties of the environment.
В качестве примера, иллюстрирующего повышение достоверности интерпретации, рассмотрим вариант предложенной схемы измерений с соосным датчиком 2 в центре генераторной петли (100×100 м.) 1 и датчиками 3, вынесенными на расстояния 60, 80, 100, 120 м.As an example illustrating the increase in the reliability of the interpretation, we consider a variant of the proposed measurement scheme with a
Параметры модели (мощность слоя h(м), ρ - удельное сопротивление слоя (Омм), τ - постоянная времени поляризации, 0≤m≤1 - стационарная (установившаяся) поляризуемость, 0<с≤1 - степенной фактор) приведены в таблице 4.Model parameters (layer thickness h (m), ρ - layer resistivity (Ohm), τ - polarization time constant, 0≤m≤1 - stationary (steady-state) polarizability, 0 <с≤1 - power factor) are given in table 4 .
Соответствующий коэффициент k при этом равняется 1.4. На фиг. 14 показан результат восстановления сигнала ВП по совокупности измерений.The corresponding coefficient k is equal to 1.4. In FIG. 14 shows the result of reconstructing the VP signal from a set of measurements.
Как видно из представленных графиков (кривые 3 и 4), восстановленные сигналы ВП достаточно близки к теоретически рассчитанным значениям.As can be seen from the graphs (
Отметим, что даже для такого простого случая возникают существенные проблемы при попытках восстановления сразу всех параметров модели (толщин, сопротивлений и поляризационных параметров). Расчеты показывают, что результат, даже в отсутствии помех, может существенно (особенно по параметрам поляризуемости) отличаться от реальных значений в зависимости от начального приближения (см. таблицу 5).Note that even for such a simple case, significant problems arise when trying to restore all the model parameters (thicknesses, resistances, and polarization parameters) at once. Calculations show that the result, even in the absence of interference, can significantly (especially in terms of polarizability) differ from actual values depending on the initial approximation (see table 5).
Хорошее начальное приближение может быть получено с помощью раздельной интерпретации процессов, обусловленных эффектами СП, ВП и СПМ.A good initial approximation can be obtained using a separate interpretation of the processes due to the effects of SP, VP, and SPM.
В приведенном ниже примере рассмотрен предлагаемый подход к восстановлению параметров среды, основанный на независимой интерпретации разделенных сигналов СП и ВП.In the example below, the proposed approach to the restoration of environmental parameters based on an independent interpretation of the separated signals of the SP and VP is considered.
Вначале восстановим сигналы СП и ВП с помощью формул (3-4) и по восстановленному сигналу СП произведем подбор параметров h и ρ. Результаты представлены в таблице 6.First, we restore the SP and VP signals using formulas (3-4) and, based on the restored SP signal, we select the parameters h and ρ. The results are presented in table 6.
Зафиксировав геометрию и сопротивление среды, восстановленной на первом этапе, восстанавливают параметры ВП (поляризуемость, постоянная времени поляризации, степенной фактор) по сигналу ВП.Having fixed the geometry and resistance of the medium restored at the first stage, the parameters of the VP (polarizability, polarization time constant, power factor) are restored from the VP signal.
Результаты подбора представлены в таблице 7The selection results are presented in table 7
Следует отметить, что данный результат был получен из различных начальных приближений.It should be noted that this result was obtained from various initial approximations.
После того как приближенно восстановлены параметры поляризующейся среды по разделенным сигналам, можно использовать эти параметры в качестве начальных при уточнении параметров среды по исходному (суммарному) сигналу.After the parameters of the polarized medium are approximately restored from the separated signals, these parameters can be used as initial parameters when refining the medium parameters from the initial (total) signal.
Для вышеприведенного примера, таким образом, были восстановлены значения, близкие к истинным значениям параметров среды (таблица 8).For the above example, thus, values close to the true values of the parameters of the medium were restored (table 8).
В качестве примера реального полевого эксперимента ниже представлены работы по методике зондирований с разделением полей индукционного и поляризационного происхождения на основе предложенного способа на участке расположения известной кимберлитовой трубки.As an example of a real field experiment, the works on the sounding technique with separation of fields of induction and polarization origin based on the proposed method at the site of the known kimberlite pipe are presented below.
По предыдущим работам на этой площади было известно, что методом становления поля трубка не фиксировались.According to previous work in this area, it was known that the tube was not fixed by the method of formation of the field.
Работы проводились с генераторной петлей 500×500 м2. При этом вблизи трубки были зафиксированы сигналы, указывающие на наличие эффектов ВП (фиг. 15).The work was carried out with a generator loop of 500 × 500 m 2 . At the same time, signals indicating the presence of VP effects were recorded near the tube (Fig. 15).
Для детализации зоны влияния ВП были дополнительно проведены работы с генераторными петлями 100×100 м2, позволившие по предлагаемой методике выделить сигналы и оконтурить зону ВП. Расположение генераторных петель и измерительных датчиков показано на фиг. 16.To detail the zone of influence of the airspace, additional work was carried out with
С помощью дополнительных измерений была оконтурена зона ВП и выявлено отсутствие проявления трубки по индукционным (СП) данным (фиг. 17).With the help of additional measurements, the VP zone was outlined and the absence of tube manifestation was revealed by induction (SP) data (Fig. 17).
На фиг. 18 показан аномальный сигнал (сигнал без учета базовой горизонтально -слоистой модели среды) от петли 500×500 м2 в сравнении с зоной ВП, полученной с петлями 100×100 м2. Сигнал ВП, полученный с петлями 100×100 м2, был выделен из суммарного сигнала, обработан и проинтерпретирован, что позволило выделить в разрезе объект, формирующий наблюдаемый эффект ВП.In FIG. Figure 18 shows an abnormal signal (a signal without taking into account the basic horizontally layered model of the medium) from the loop 500 × 500 m 2 in comparison with the airspace zone obtained with
Учет влияния этого объекта в поле петли 500×500 м2 привел к новому аномальному полю, показанному на фиг. 19. Как видно из рисунка после учета процессов ВП кимберлитовая трубка хорошо фиксируется в наблюденном поле.Taking into account the influence of this object in the loop field of 500 × 500 m 2 led to a new anomalous field, shown in FIG. 19. As can be seen from the figure, after taking into account the VP processes, the kimberlite pipe is well fixed in the observed field.
Таким образом, проведенные расчеты и эксперименты показывают, что предлагаемый способ геоэлектроразведки позволяет существенно улучшить решение прогнозных задач за счет выделения не фиксируемых стандартными электроразведочными методами аномальных зон, привязанных к реальным целевым объектам.Thus, the calculations and experiments show that the proposed method of geoelectrical exploration can significantly improve the solution of forecasting problems by identifying anomalous zones that are not fixed by standard electric prospecting methods and are tied to real target objects.
Способ согласно изобретению целесообразно использовать в технологии электромагнитного сканирования при исследованиях малых и средних глубин. При этом для разделения процессов становления поля от процессов ВП при исследовании разреза до глубин 100 м в электроразведочном измерительном комплексе целесообразна организация двухканальной синхронной регистрации электромагнитных сигналов от разнесенных измерительных датчиков, что позволит на основе формул (3-4) построить аппаратурную схему для непосредственной регистрации разделенных процессов ВП, СП.The method according to the invention is advisable to use in the technology of electromagnetic scanning in studies of small and medium depths. At the same time, to separate the processes of field formation from the VP processes when studying a section to a depth of 100 m in an electrical prospecting measuring complex, it is advisable to organize two-channel synchronous registration of electromagnetic signals from spaced measuring sensors, which will allow us to build a hardware circuit for direct registration of separated ones based on formulas (3-4) processes VP, SP.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148374A RU2631532C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Geoelectroprospecting method (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148374A RU2631532C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Geoelectroprospecting method (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148374A RU2015148374A (en) | 2017-05-16 |
| RU2631532C2 true RU2631532C2 (en) | 2017-09-25 |
Family
ID=58715396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148374A RU2631532C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Geoelectroprospecting method (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2631532C2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110907997B (en) * | 2019-10-21 | 2024-04-05 | 吉林大学 | Rapid identification method and device for double-parameter time domain electromagnetic weak polarization effect |
| CN112463775B (en) * | 2020-10-30 | 2024-10-29 | 中国石油天然气集团有限公司 | Heavy magnetic and electric exploration data processing method and device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3936728A (en) * | 1973-11-29 | 1976-02-03 | Mcphar Geophysics Limited | Method and means for investigating the distribution of electrical conductivity in the ground |
| SU1125579A1 (en) * | 1983-02-10 | 1984-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Method of geoelectric prospecting |
| RU2045083C1 (en) * | 1992-06-15 | 1995-09-27 | Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья | Geoelectric exploration method |
| US7116107B2 (en) * | 2004-09-10 | 2006-10-03 | Abitibi Geophysics Inc. | Transmitter loops in series for electromagnetic geophysical surveys |
| RU2494419C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин" (ОАО НПП "ВНИИГИС") | Geoelectric survey method |
-
2015
- 2015-11-10 RU RU2015148374A patent/RU2631532C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3936728A (en) * | 1973-11-29 | 1976-02-03 | Mcphar Geophysics Limited | Method and means for investigating the distribution of electrical conductivity in the ground |
| SU1125579A1 (en) * | 1983-02-10 | 1984-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Method of geoelectric prospecting |
| RU2045083C1 (en) * | 1992-06-15 | 1995-09-27 | Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья | Geoelectric exploration method |
| US7116107B2 (en) * | 2004-09-10 | 2006-10-03 | Abitibi Geophysics Inc. | Transmitter loops in series for electromagnetic geophysical surveys |
| RU2494419C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин" (ОАО НПП "ВНИИГИС") | Geoelectric survey method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Вас. В. Стогний и др., Исследование магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания с помощью импульсной индуктивной электроразведки, Геология и геофизика, 2010, т. 51, N 11, с. 1565-1575. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148374A (en) | 2017-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nabighian et al. | Time domain electromagnetic prospecting methods | |
| RU2301431C2 (en) | Mode of electrical exploration with using of spacing differentiation of the field of formation on several spreads | |
| Walsh et al. | Practical limitations and applications of short dead time surface NMR | |
| EP1887386A1 (en) | Focused current marine geoelectric prospecting method | |
| US20110001482A1 (en) | Electromagnetic Survey Using Naturally Occurring Electromagnetic Fields as a Source | |
| Cuevas et al. | On the effect of the metal casing in surface-borehole electromagnetic methods | |
| Mogilatov et al. | Transient electromagnetic surveys with unimodal transverse magnetic field: ideas and results | |
| YAN et al. | The probing depth of transient electromagnetic field method | |
| SONG et al. | Research on transient electromagnetic response of magnetic source in borehole | |
| Du et al. | Study of transient electromagnetic method measurements using a superconducting quantum interference device as B sensor receiver in polarizable survey area | |
| Gershenzon et al. | Coseismic electromagnetic field due to the electrokinetic effect | |
| Zlobinskiy et al. | Applying TM-polarization geoelectric exploration for study of low-contrast three-dimensional targets | |
| Nikitenko et al. | Mathematical modeling of transient electromagnetic sounding signals for monitoring the state of permafrost | |
| Epov et al. | Electromagnetic tool for high-resolution logging: theoretical and experimental studies | |
| RU2631532C2 (en) | Geoelectroprospecting method (versions) | |
| Ji et al. | 3-D modelling and analysis of superparamagnetic effects in ATEM based on the FDFD | |
| Zhang et al. | Magnetic viscosity effect on grounded-wire TEM responses and its physical mechanism | |
| Liu et al. | Time domain and frequency domain induced polarization modeling for three-dimensional anisotropic medium | |
| Smith et al. | An explanation of abnormal TEM responses: Coincident-loop negatives, and the loop effect | |
| AU2017201205A1 (en) | System and method for geophysical surveying using electromagnetic fields and gradients | |
| He | Wide field electromagnetic methods | |
| Kozhevnikov et al. | The magnetic relaxation effect on TEM responses of a uniform earth | |
| Barsukov et al. | New interpretation of the reduction phenomenon in the electrical resistivity of rock masses before local earthquakes | |
| RU2494419C1 (en) | Geoelectric survey method | |
| Veeken et al. | Geoelectric modelling with separation between electromagnetic and induced polarization field components |