EA011318B1

EA011318B1 - Устройство и способ импульсной электромагнитной разведки с использованием магнитной компоненты электромагнитной антенны

Info

Publication number: EA011318B1
Application number: EA200800458A
Authority: EA
Inventors: Джон Р. Джексон
Original assignee: Джон Р. Джексон
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2009-02-27
Also published as: NO20081502L; US7397417B2; AU2006284851B2; EP1920273A2; BRPI0615753A2; CA2619444C; AU2006284851A1; EA200800458A1; CA2619444A1; IL189747A0; US20070075890A1; EP1920273A4; WO2007027771A3; WO2007027771A2

Abstract

Настоящее изобретение относится к устройству и способу осуществления пассивной геофизической разведки, в частности, настоящее изобретение относится к усовершенствованному устройству и способу определения местоположения отдельных подземных месторождений полезных ископаемых или геологических формаций, содержащих углеводороды, нефть, газ или промышленно важные рудные месторождения и ценные металлы в зависимости от дискретностей импульсов в приповерхностной атмосфере Земли. Предусматривается создание способа и устройства пассивной геофизической разведки. Устройство снабжено антенной с магнитной составляющей для обнаружения электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью, и электрического сигнала от обнаруженного электромагнитного излучения при перемещении по земной поверхности на транспортном средстве, движущемся по земле или по воде либо на воздушном судне.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу ведения пассивной геофизической разведки.

Предпосылки к созданию изобретения

Хорошо известно, что месторождения нефти, рудные тела и другие ценные природные ископаемые находятся в различных районах и на различных глубинах в недрах земли, и нередко сложно, если практически невозможно, обнаружить их без инструментальных средств. Кроме того, также хорошо известно, что были разработаны многочисленные различные способы и системы разведки с целью обеспечения надежного определения наличия указанных промышленно важных залежей полезных ископаемых.

Безусловно, известные методологии предусматривают бурение разведочных скважин на участках, представляющих особый интерес, и отбор образцов пород на различных глубинах с целью определения фактического характера горных пород. Если бы стоимость бурения не представляла собой существенный фактор, разведочные скважины, например, на нефть и газ можно было бы бурить на всю их длину для отбора керна. Однако это является экономически нецелесообразным. В результате этого были разработаны и внедрены менее дорогостоящие способы.

Известные способы также предусматривают измерение неровностей топографии земной поверхности с целью получения подтверждения наличия подземных структур, представляющих особый интерес. Также существует способ измерения различий сейсмических ревербераций и определения изменений гравитации в отдельных районах. Несмотря на то что такие измерения часто используют с определенной эффективностью для обнаружения сдвигов, ловушек и иных подземных структур, в которых могут быть обнаружены нефть и иные ценные природные ископаемые, большинство стратиграфических ловушек и аналогичных структур не содержат такие материалы и, таким образом, проведение таких измерений является наиболее эффективным скорее для исключения не представляющих интерес участков, чем для обнаружения фактических месторождений природных ископаемых.

В последнее время были разработаны способы для ведения подземной разведки, в соответствии с которыми производится измерение электромагнитного излучения, испускаемого формациями, содержащими природные ископаемые. Безусловно, известно, что планета Земля как таковая образует и функционирует как генератор электромагнитного излучения, которое, в свою очередь, генерирует электрические токи, протекающие в недрах земли. Соответствующим образом, были разработаны способы измерений, например, способы, раскрытые в патенте υδ № 3679978 для обнаружения и анализа указанных магнитотеллурических токов в пластах горных пород, расположенных рядом с земной поверхностью, непосредственно указывающих на наличие отдельных природных ископаемых, представляющих интерес. Несмотря на то, что указанные способы являются эффективными при обнаружении и определении протяженности рудных тел, они не позволяют определить тип залегаемых природных ископаемых.

Совершенно очевидно, что если планета Земля представляет собой в своей внутренней части генератор электромагнитного излучения, такие токи, протекающие в недрах земли, включают как переменные, так и постоянные токи, которые функционально связаны как с отдельными формациями, содержащими природные ископаемые, так и с их содержанием.

Кроме того, очевидно, что ток, протекающий в недрах земли, но рядом с земной поверхностью образует функционально связанные электрические поля, расположенные рядом над поверхностью земли. Указанные электрические поля состоят из несущих волн, имеющих частоты, характерные для определенного типа природного ископаемого в этой формации.

Был разработан ряд способов для измерения указанных электрических полей, существующих непосредственно над земной поверхностью. В патенте ϋδ № 4507611, выданном Не1т§, описан способ перемещения по земной поверхности и регистрации активности «солнечного ветра, имеющего достаточную силу для обнаружения аномалий, связанных с наземными и подземными месторождениями полезных ископаемых». В указанном устройстве используют способ определения среднеквадратичных значений с целью обнаружения увеличения или уменьшения электрических полей земли. В патенте ϋδ № 3942101, выданном 8ауег, описывается устройство для ведения геологической разведки, в котором используется принцип искажения градиента атмосферного электростатического потенциала, который предположительно образуется в результате эффекта Нернста. В соответствии с идеей 8ауег искажение представляет собой средство для определения местоположения подземных источников геотермальной энергии.

В патенте ϋδ № 3136943, выданном 811СЙ1ег. описаны изменения магнитных полей земли, известные как «магнитный шум», и в этом же патенте указывается, что такой шум в первую очередь генерируется разрядами молний. Тем не менее, ввиду того, что многие из указанных способов и устройств основаны на переменной составляющей тока электрических полей, способы являются более эффективными и надежными в зависимости от размера или участка протяженности месторождений полезных ископаемых, представляющих интерес. В частности, способы, основанные на переменной составляющей тока, являются менее чувствительными и эффективными при обнаружении наличия месторождений полезных ископаемых меньшей протяженности. С целью устранения недостатков измерений переменного тока в патенте υδ № 4841250, выданном 1аск8ои, предусматривается создание способа, в котором используются постоянные составляющие тока электрических полей.

- 1 011318

Также известен способ с использованием электромагнитного излучения, испускаемого формациями, содержащими природные ископаемые, с целью создания диаграммы радиоактивного «каротажа». В соответствии с терминологией нефтяных месторождений «каротаж» представляет собой отчет, в котором содержится информация о геологических формациях. Диаграмма радиоактивного каротажа включает диаграмму гамма-каротажа, гамма-гамма-каротажа, нейтронного гамма-каротажа и нейтрон-нейтронного каротажа. На диаграмме гамма-каротажа фиксируется естественная радиоактивность в форме гаммаизлучения в стволе скважины, излучаемого формацией. Наиболее распространенным радиоактивным изотопом является К40, встречающийся в содержащих калий породах, и, в частности, указанный изотоп наиболее распространен в глинистых породах. Таким образом, диаграмма гамма-каротажа позволяет отличать пласты глинистых сланцев от пластов неглинистых сланцев путем регистрирования высокого гамма-излучения. При проведении гамма-гамма каротажа излучение вызывается путем бомбардировки стенок ствола скважины гамма-излучением. Затем фиксируется количество обратного рассеяния. Более плотные атомы противостоят бомбардировке, и вследствие этого регистрируется большее обратное рассеяние. Соответствующим образом количество обратного рассеяния непосредственно связано с объемной плотностью формации и пористостью.

При проведении двух нейтронных каротажей формацию бомбардируют нейтронами. С помощью нейтронного гамма-каротажа измеряют индуцированное гамма-излучение от более тяжелых атомов. В процессе этой реакции ионы водорода абсорбируют нейтронные частицы, и пониженное гаммаизлучение указывает на относительно большое содержание водорода, который может главным образом находиться в жидкостях, заполняющих поры. Таким образом, индуцированная гамма-радиация обратно пропорциональна пористости формации. С помощью нейтрон-нейтронного каротажа обеспечивается измерение захвата нейтронов внутри пород формации, при этом захват также является пропорциональным плотности водорода и, таким образом, пористости, или объемной плотности формации.

Ограничение диаграммы радиоактивного каротажа заключается в том, что он не обеспечивает различие между водой и углеводородами, например нефтью. Оба вида сред указывают на относительно большое содержание водорода и, следовательно, на наличие пористых формаций. Указанные виды каротажа не позволяют различить указанные два вида сред. Использование радиоактивного детектирования у поверхности земли или около ее поверхности было хорошо известно в течение длительного периода времени и известно под названием радиометрия, представляющая собой способ проведения каротажа изменений естественных радиоактивных излучений земли при перемещении по поверхности земли или по воздуху с целью измерения уменьшения или увеличения указанных излучений с целью обнаружения местоположения нефтяных, газовых или иных месторождений природных ископаемых.

Как указывалось выше, первичное магнитное поле электромагнитной энергии генерируется Землей как таковой и существует в приповерхностной атмосфере. Внутри первичного магнитного поля образуются случайные импульсы энергии. Указанные импульсы, возникающие в диапазоне звуковых частот, существуют в случайных вертикальных составляющих первичного магнитного поля земли. Настоящее устройство предназначено для измерения магнитной составляющей указанных импульсов в диапазоне звуковых частот. Вторичные магнитные поля генерируются током, связанным с излучением, испускаемым залежью углеводородов в недрах земли в результате химического испускания электронов в процессе реакции, [сйе Мг. §1. Рейхом οί Т11С υηίνοΓχίΙν οί Техах|. Ввиду того, что случайно возникающие импульсы в первичном магнитном поле взаимодействуют со вторичными магнитными полями, энергия передается вторым магнитным полям, тем самым создавая импульс. Число импульсов связано с силой вторичных магнитных полей.

В настоящее время источник указанных случайно возникающих импульсов является гипотетическим. Тем не менее, широко распространено мнение, заключающееся в том, что импульсы связаны с активностью грозовых разрядов в земной атмосфере. Исследование, проведенное §. Н. \Уагй. продемонстрировало взаимосвязь между грозовыми разрядами и возникающими изменениями в измеренных электрических полях [цитата]. В работе ΑΙΡΒΟΡΝΕ ΑΝΏ ΟΒΟυΝΏ, Оеорйухюх, Νο. 4, 1959, рр. 761-789 описывается измерение грозовой активности в диапазоне звуковых частот около г. Китве в Северной Родезии в июле, августе, сентябре и октябре 1957 г. В другом исследовании содержится заключение о том, что грозовые разряды в земной ионосферной полости перемещаются с горизонтальным поперечным магнитным полем, расположенным перпендикулярно направлению своего распространения [цитата]. Тем не менее, несмотря на источник, существование случайно возникающих импульсов является общепризнанным.

Описание изобретения

Вышеуказанные проблемы в значительной степени решаемы с помощью настоящего изобретения, в котором в соответствии с одной характерной особенностью предусматривается создание усовершенствованного способа и устройства для проведения пассивной геофизической разведки с целью получения более чувствительных и точных измерений наличия и характера относительно небольших месторождений ценных природных ископаемых, углеводородов, рудных залежей и драгоценных минералов.

Патент и§ № 6937190, апрель 15, 2003 под названием Е1ес1готащ1еНс 1три1хе Бигуеу АррагаШх апб МеШоб, Ьу Ιοίιη Ρ. Искхоп инкорпорирован в настоящее описание по ссылке.

- 2 011318

В соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения предусматривается создание устройства для ведения пассивной геофизической разведки, включающего электромагнитную антенну с магнитной составляющей, предназначенную для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого земной поверхностью. Антенна также предназначена для генерирования электрического сигнала на основе обнаруженной магнитной составляющей при перемещении над земной поверхностью, при этом магнитная составляющая содержит информацию относительно наличия или отсутствия подземных месторождений, представляющих интерес. Устройство дополнительно включает фильтр, предназначенный для фильтрации частот ниже 65 Гц и выше 12000 Гц из электрического сигнала для генерирования отфильтрованного сигнала, и преобразователь, предназначенный для преобразования отфильтрованного сигнала в поисково-разведочный сигнал. Устройство также включает детектор уровня, предназначенный для сравнения поисково-разведочного сигнала с эталонным сигналом и генерирования разностного сигнала, и компьютер, предназначенный для проведения анализа разностного сигнала с целью определения отсутствия или наличия представляющих интерес подземных месторождений.

В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения предусматривается создание устройства для ведения пассивной геофизической разведки. Устройство включает магнитную антенну обратного приема, в котором магнитная антенна обратного приема предназначена для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого земной поверхностью, и генерирования электрического сигнала при перемещении над земной поверхностью. Кроме того, устройство включает фильтр, предназначенный для фильтрации электрического сигнала для генерирования отфильтрованного сигнала, и компьютер, предназначенный для проведения анализа отфильтрованного сигнала с целью определения отсутствия или наличия представляющих интерес подземных месторождений.

В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения предусматривается создание устройства для ведения пассивной геофизической разведки. Устройство включает магнитный датчик для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью, и для генерирования электрического сигнала на основе обнаруженного электромагнитного излучения, при этом магнитная составляющая содержит информацию относительно наличия или отсутствия представляющих интерес подземных месторождений.

В соответствии с дополнительной характерной особенностью настоящего изобретения предусматривается создание способа ведения пассивной геофизической разведки. Способ включает следующие стадии: перемещение магнитной антенны обратного приема над земной поверхностью, обнаружение магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью, с помощью магнитной антенны обратного приема, генерирование электрического сигнала на основе обнаруженной магнитной составляющей, при этом магнитная составляющая включает информацию относительно наличия или отсутствия представляющих интерес месторождений.

Предусматривается создание способа ведения пассивной геофизической разведки. Способ включает следующие стадии: перемещение антенны над земной поверхностью; обнаружение электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью, с помощью магнитной антенны обратного приема; генерирование электрического сигнала на основе обнаруженной магнитной составляющей электромагнитного излучения, при этом осуществляя стадию перемещения; отфильтровывание из электрического сигнала частот ниже 65 Гц, предпочтительно ниже 100 Гц и более предпочтительно ниже 800 Гц и выше 12000 Гц, предпочтительно выше 8000 Гц с целью генерирования отфильтрованного сигнала; преобразование отфильтрованного сигнала в сигнал напряжения разведки; и сравнение сигнала напряжения разведки с заданным напряжением (или эталонным напряжением) и генерирование выгодного сигнала, содержащего информацию относительно наличия или отсутствия представляющих интерес месторождений. Выходной сигнал имеет предпочтительно форму напряжения либо числа отсчетов в аналоговом или цифровом формате. Выходной сигнал может быть зарегистрирован и также может быть преобразован из напряжения в число отсчетов.

Также предусматривается создание устройства для ведения пассивной геофизической разведки. Устройство включает следующие элементы: магнитную антенну обратного приема для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью, и для генерирования электрического сигнала на основе обнаруженного электромагнитного излучения при перемещении антенны над поверхностью земли; фильтр для фильтрации частот ниже 65 Гц, предпочтительно ниже 100 Гц и более предпочтительно ниже 800 Гц и выше 12000 Гц, предпочтительно выше 8000 Гц с целью генерирования отфильтрованного сигнала; преобразователь для преобразования отфильтрованного сигнала в сигнал напряжения разведки; детектор уровня для сравнения сигнала напряжения с заданным напряжением и генерирование разностного сигнала; и устройство для регистрации разностного сигнала.

Выше в общих чертах изложены некоторые примеры осуществления настоящего изобретения с целью лучшего понимания подробного описания изобретения и с целью оценки усовершенствования существующей техники. Безусловно, имеются дополнительные примеры осуществления настоящего изобре

- 3 011318 тения, описание которых будет приведено ниже, и которые образуют сущность прилагаемой формулы изобретения.

В этом отношении очевидно, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции или расположением элементов, изложенными в нижеприведенном описании или проиллюстрированными на прилагаемых рисунках. Изобретение позволяет создать примеры осуществления дополнительно к уже описанным примерам осуществления и внедрить его в практику и реализовать различными способами. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что фразеология и терминология, используемые в настоящем описании, а также реферат предназначены для целей описания и не должны рассматриваться как ограничивающие.

Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что идея, на которой основано настоящее описание изобретения, может быть непосредственно использована в качестве основы для проектирования других конструкций, способов и систем для осуществления ряда целей настоящего изобретения. Таким образом, важно, чтобы формула изобретения рассматривалась как включающая такие эквивалентные конструкции в той мере, в какой они находятся в пределах существа и объема настоящего изобретения. Несмотря на то, что ряд характерных особенностей изобретения может быть заявлен во взаимосвязи, каждая характерная особенность имеет преимущество при использовании в отдельности.

Краткое описание рисунков

Дополнительные признаки настоящего изобретения очевидны для специалистов в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, из следующего ниже описания изобретения и прилагаемых рисунков, со ссылками на которое оно ведется, на которых фиг. 1 - блок-схема примера осуществления магнитной антенны обратного приема для магнитной составляющей электромагнитного импульсного каротажного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 - блок-схема примера осуществления электромагнитного импульсного каротажного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 3 - блок-схема другого примера осуществления электромагнитного импульсного каротажного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 4 - блок-схема дополнительного примера осуществления электромагнитного импульсного каротажного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 5 А и 5В1 - детальная схематическая диаграмма примера осуществления на фиг. 4;

фиг. 6 - диаграмма каротажа, полученная с использованием электромагнитного импульсного устройства в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения.

Наиболее эффективный способ осуществления настоящего изобретения

Ниже приведено описание изобретения со ссылками на рисунки, на которых одинаковые детали обозначены одними и теми же позициями. В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения предусматривается создание устройства пассивной геофизической разведки, включающего магнитную антенну обратного приема, при этом магнитная антенна обратного приема предназначена для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно испускаемого земной поверхностью. Магнитная антенна обратного приема дополнительно предназначена для генерирования электрического сигнала при ее перемещении над поверхностью земли. Устройство дополнительно включает фильтр, предназначенный для фильтрации электрического сигнала и получения отфильтрованного сигнала, и компьютер, предназначенный для проведения анализа отфильтрованного сигнала с целью определения наличия или отсутствия представляющих интерес подземных месторождений. Вышеприведенное описание является примером осуществления настоящего изобретения и как таковое не предусматривает какого-либо ограничения объема использования функциональности настоящего изобретения.

На фиг. 1 проиллюстрирована блок-схема устройства с электромагнитной антенной для обнаружения магнитной составляющей в соответствии с настоящим изобретением. Магнитная антенна обратного приема 100 включает магниторезистивный датчик 102 для обнаружения магнитной составляющей электромагнитных импульсов, испускаемых подземными формациями. Магниторезистивный датчик 102 формирует сигнал 104, проходящий через емкости 106 (С1 и С2) на усилитель 108. Емкости 106 (С1 и С2) блокируют постоянную составляющую тока магнитных полей земли для формирования сигнала, включающего магнитную составляющую электромагнитных импульсов переменного тока. Тем самым емкости 106 отделяют постоянный ток/напряжение от сигнала, при этом обеспечивая прохождение осциллирующего тока/напряжения к усилителю 108. Усилитель 108 усиливает оставшуюся часть осциллирующего тока/напряжения сигнала для формирования антенного сигнала 110.

Магниторезистивный датчик 102 приемлем для обнаружения электромагнитных переходных импульсов в электромагнитных полях земли. Магниторезистивный датчик 102 предпочтительно представляет собой магниторезистивный датчик на интегральных схемах, например, шифр компонента НМС1001, поставляемый компанией Нопеу\\с11 1п1егпа1юпа1 1пс. Идеи таблицы НМС1001 инкорпорированы в данное описание по ссылке.

В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения способ определения местоположения подземных залежей углеводородов или иных ценных природных ископаемых описан со ссыл

- 4 011318 кой на фиг. 1 Антенну 100 для обнаружения магнитной составляющей перемещают над однородной зоной. Перемещение антенны 110 для обнаружения магнитного компонента над зоной осуществляется путем ее присоединения к автотранспортному средству либо к воздушному судну.

Сигналы, полученные антенной 100 для обнаружения магнитной составляющей, усиливаются буферным усилителем 120 таким образом, чтобы обеспечивалось, например, усиление сигнала в пределах 100-500 раз.

На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема электромагнитного импульсного каротажного устройства 200 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Устройство 200 включает магнитную антенну 100 обратного приема на фиг. 1 для обнаружения электромагнитных импульсов, излучаемых подземными формациями. Магнитная антенна 100 обратного приема формирует антенный сигнал 110, усиливаемый в усилителе 120. Далее усиленный сигнал проходит через полосовой фильтр 130 для селективного удаления частот ниже определенного частотного уровня, а также частот выше определенной частоты.

Фильтрация может быть осуществлена с помощью одного устройства - фильтра верхних частот в сочетании с фильтром нижних частот - либо с помощью установленного на компьютере программного обеспечения. Сигнал, поступающий с полосового фильтра 130, далее направляется в детектор уровня 140. Детектор уровня 140 сравнивает сигнал с заданным эталоном выходного напряжения. В том случае, если сигнал превышает заданное эталонное напряжение детектора уровня 140, импульс, или одиночный импульс счета поступает на анализаторное устройство 150. Обычно число отсчетов в секунду поступает либо в компьютер для цифрового подсчета и обнаружения сигнала тревоги, либо на цепь обнаружения напряжения для регистрации отсчетов в секунду на диаграммном самописце.

На фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема примера осуществления настоящего изобретения. Электромагнитное импульсное каротажное устройство 300 включает магнитную антенну 100 обратного приема, проиллюстрированную на фиг. 1, для обнаружения электромагнитного шума формаций, над которыми перемещали антенну. Далее антенный сигнал 110 проходит от магнитной антенны 100 обратного приема до буферного усилителя 220. Далее сигнал направляют в полосовые фильтры 230, которые могут быть установлены для пропускания различных диапазонов частот и удаления частот, находящихся за пределами соответствующих диапазонов. Например, полосовые фильтры 230 могут быть установлены для пропускания частот в диапазоне от приблизительно 60 Гц до приблизительно 12000 Гц, например от приблизительно 800 Гц до приблизительно 8000 Гц для получения общего шума формации. Частоты ниже и выше заданных диапазонов будут удалены для обеспечения получения искомой информации.

В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения звено полосовой фильтрации предпочтительно находится в переделах диапазона звуковых частот. Звено полосовой фильтрации предпочтительно имеет, как минимум, один канал, при этом канал отфильтровывает частоты ниже 65 Гц, предпочтительно ниже 100 Гц и более предпочтительно ниже 800 Гц и выше 1200 Гц, предпочтительно выше 8000 Гц с целью получения информации о наличии углеводородов.

Как показано в примере осуществления изобретения на фиг. 3, полосовой фильтр 230 включает фильтр верхних частот 232, усилитель с первым каскадом усиления 234, фильтр нижних частот 236 и усилитель со вторым каскадом усиления 238. Выходной сигнал-фильтра верхних частот 232 усиливается в усилителе с первым каскадом усиления 234 и затем направляется через фильтр нижних частот 236. Полученный сигнал снова усиливают в усилителе со вторым каскадом усиления 238 и направляют в детектор уровня 240, в котором производится сравнение полученного шумового сигнала с эталоном напряжения. В одном примере осуществления эталонное напряжение составляет 2,5 В. В том случае, когда сигнал превышает уровень эталонного напряжения детектора уровней 240, на анализаторное устройство 250 подают импульс или одиночный импульс счета.

Анализаторное устройство 250, обычно представляющее собой компьютер для цифрового подсчета, обнаружения аварийного сигнала и обработки или цепь напряжения обнаружения для регистрации отсчетов в секунду на диаграммном самописце, производит сравнение отсчетов в секунду, зарегистрированных датчиком уровня 240, с базовым отсчетом. Базовый отсчет может быть установлен путем перемещения магнитной антенны 100 обратного приема по поверхности в слое приземной атмосферы в пределах установленной однородной зоны и путем определения числа импульсов, отсчитанных в секунду в пределах требуемого частотного диапазона. Число отсчетов в секунду прямо пропорционально силе вторичных полей. По мере того, как магнитная антенна 100 обратного приема приближается к зоне, в которой существует повышенное вторичное поле, происходит увеличение числа отсчетов в единицу времени. Таким образом, например, ввиду того, что размер залежи углеводородов определяет силу магнитного поля, по мере того, как магнитная антенна 100 обратного приема приближается к большой залежи углеводородов, происходит увеличение числа отсчетов в единицу времени.

Между магнитной антенной 100 обратного приема и соответствующим усилителем 120 или 220 расположен заземленный нагрузочный резистор (например, переменный резистор 500 ом) для обеспечения полного сопротивления.

Иллюстративные детекторы уровня 140 и 240, сопряженные со схемой плотности импульсов, могут включать детекторы, используемые в патенте И8 № 5777476, выданном 1аек8ои, инкорпорированном в

- 5 011318 настоящее описание по ссылке.

В примере осуществления в соответствии с настоящим изобретением описывается способ определения местоположения подземных залежей углеводородов или иных ценных природных ископаемых со ссылкой на фиг. 2. Антенну 100 перемещают по однородной зоне. Антенна 100 может перемещаться по зоне на автотранспортном средстве, либо на воздушном судне. Сигналы, принятые антенной 100, усиливаются буферным усилителем 220 таким образом, чтобы усиление сигнала составляло, например, 100500 раз. Далее сигнал проходит через фильтр верхних частот 232 с отсечением частоты на уровне 65 Гц, предпочтительно 100 Гц и более предпочтительно 800 Гц, например, с выделением 120 дб. После прохождения через усилитель 234 с первым каскадом усиления сигнал проходит через фильтр нижних частот 236 с отсечением частоты на уровне 12000 Гц, предпочтительно 8000 Гц, например, с выделением 120 дб. Полученный сигнал является отфильтрованным выходным сигналом, например, от 800 Гц до 8000 Гц. Отфильтрованный сигнал далее буферизуется и усиливается с помощью усилителя 238 со вторым каскадом усиления.

После получения отфильтрованного сигнала его подают на детектор уровня 240. Детектор уровня 240 имеет выбранный эталон напряжения. Сигнал усиливают с помощью усилителя 238 со вторым каскадным усилением до тех пор, пока не будет превышен эталон порогового напряжения, в результате чего на выход подается отсчет импульсов. Далее сигнал снова усиливают до тех пор, пока отсчет импульсов в секунду не будет находиться, например, в пределах от 60 до 150 отсчетов. Число отсчетов в секунду в пределах однородной зоны становится базовым отсчетом.

После определения базового отсчета осуществляется перемещение по зоне и антенна 100 продолжает принимать сигналы. По мере приближения антенны 100 к зоне, в которой существует повышенное вторичное поле, происходит увеличение числа отсчетов в единицу времени, т.е. происходит превышение базового отсчета. Повышение прямо пропорционально силе вторичных полей, которые прямо пропорциональны залежи углеводородов. Таким образом, после определения базового отсчета обеспечивается простое определение превышений, указывающих на залежи углеводородов. Следует отметить тот факт, что ввиду того, что вторичные магнитные поля также существуют над водой, разведка углеводородов с использованием настоящего устройства и способа также может вестись над поверхностью океанов, покрывающих землю. В противоположность диаграмме радиоактивного каротажа, которая не позволяет отличить воду от углеводородов, настоящее изобретение позволяет легко различить указанные две среды, и наличие коды не влияет или не мешает определению углеводородов.

На фиг. 4 проиллюстрировано функциональное представление другого примера осуществления настоящего изобретения. На фиг. 4 представлено устройство 300, снабженное антенной 100, первым усилителем 120, фильтром 130а верхних частот, фильтром 130Ь нижних частот, вторым усилителем 136, измерительным устройством 138, детектором уровня напряжения 140, измерителем скорости счета 160а и обнаружителем кодовой комбинации 160Ь. На диаграммный самописец 160с (не показан) и на компьютер 160ά (не показан) подают выходные сигналы. Анализаторное устройство 160 на фиг. 2 представляет собой устройства 160а, 160Ь, 160с и 160ά, при этом каждое из них используется либо по отдельности, либо в любом их сочетании.

В конкретном примере осуществления изобретения усилитель 120, в котором используется двухканальный операционный усилитель ЬР442СН, выпускаемый компанией Ναΐίοηαΐ §еш1со^ис1ог, усиливает обнаруженный сигнал с антенны 110. Фильтр 130а верхних частот может включать активный фильтр верхних частот, в котором используется ИАР42 ишуегаа1 Асйуе Р1Йет компании Вигг ΒΐΌ\νη. сконфигурированный в виде фильтра Баттероурта. Фильтр 130Ь нижних частот может включать ИАР42 ишуегаа1 Асйуе Р1Йет компании Вигг Βτονη, сконфигурированный в виде фильтра Баттероурта. Сочетание фильтра 130а верхних частот и фильтра 130Ь нижних частот приводит к полосе пропускания частот от приблизительно 800 Гц до приблизительно 8000 Гц с целью получения общего шума формации. Полосовой сигнал далее усиливается с помощью ЬМ380 усилителя 136 звуковой частоты компании Ναΐίοηαΐ Бетшо^исФт.

Выходной сигнал усилителя 136 звуковой частоты далее направляют в детектор уровня напряжения 140, включающий компаратор напряжения БМ311 Ναΐίοηαΐ Бет1со^ис1ог. Указанный детектор 140 производит сравнение поданного на него сигнала с выбранным эталонным напряжением постоянного тока для генерирования разностного сигнала, являющегося пропорциональным вторичным полям, представляющим интерес. Уровень эталонного напряжения постоянного тока может быть отрегулирован до требуемого уровня с помощью потенциометра с целью повышения или уменьшения чувствительности детектора 140. Например, уровень эталонного напряжения постоянного тока может быть установлен на значение, соответствующее известной зоне, в которой отсутствуют залежи углеводородов таким образом, чтобы незначительные изменения, превышающие указанный уровень, могли быть распознаны в представляющем интерес диапазоне сигналов. Компаратор, т.е. детектор 140 предназначен для подачи выходных импульсов в пределах от 0 до 5 В, содержащих важную информацию о подземных геологических зонах и их содержании, т. е. об углеводородах или ценных металлах.

Выходной сигнал компаратора 140 может быть подан на измеритель скорости счета 160а для преобразования импульсов в секунду в соответствующее напряжение. Выходной сигнал напряжения измерителя скорости счета 160а используют для установления базового эталона в целях регистрации. Выход

- 6 011318 ной сигнал компаратора 140 также подают на обнаружитель кодовой комбинации 160Ь, который производит отсчет числа импульсов за данный период времени и подает выходной сигнал на регистрирующее устройство 160с (не показанное на фиг. 4) при достижении или превышении предварительно выбранного числа импульсов за данный период времени.

Предварительно выбранное число импульсов за данный период времени предпочтительно является регулируемым. Указанное переменное значение может быть отрегулировано на основе активности, характеризующей сигнал, представляющий интерес. Такое различие активности может быть обусловлено различием разведываемых пород, например, нефть отличается от золота и (или) количество такого природного ископаемого, приуроченного к подземной формации. Выходной сигнал с компаратора 140 также поддают на компьютер 1606 (не показан на фиг. 4), в котором производится оцифровывание и обработка импульсов с использованием способов и методологий, известных специалистам в данной области техники, с целью определения плотности импульсов за выбранный период или единицу времени. Обработанная информация далее может быть распечатана на принтере (не показан) или выведена на экран компьютера (не показан).

На фиг. 5А и 5В приведены детальные схемы примера осуществления изобретения, проиллюстрированного на фиг. 4 с небольшими отличиями (детализованные в скобках, где приемлемо). На фиг. 5А представлена магнитная антенна обратного приема 100 и цепь для усилителя 120, фильтра верхних частот 130а (два ИАЕ42 вместо одного), фильтра нижних частот 130Ь и усилителя 136 (включающий двухканальный операционный усилитель ΤΡ442ΟΝ перед ЬМ380). На фиг. 5В представлена - схема для детектора уровня напряжения 140, измерителя скорости счета 160а, обнаружителя кодовой комбинации 160Ь и компьютера 1606.

Ниже приведен перечень элементов на фиг. 5 А и 5В. Рядом с максимальным сопротивлением приведено обозначение регулируемых резисторов и потенциометров (а6_).). иАР42 относится к универсальным активным фильтрам компании Вшт Вгоип. ΤΡ442ΟΝ, ЬМ1496, ЬМ311, ЬМ380, ЬМ555 и ЬМ331 относятся к продукции компании Ναΐίοηαΐ 8ет1соп6ис1от. 2п 7000 - транзистор, в котором О обозначает затвор, Ό обозначает сток и 8 обозначает исток. 4024 и 4060 - немарочные чипы, известные специалистам в данной области техники. ОР 290 - операционный усилитель.

Емкости: С1--1 мкФ С2--1 мкФ С3-0,1 мкФ С4--0,1 мкФ С5--1 мкФ С6--1 мкФ С1--0,1 мкФ С8--1 мкФ С9-1 мкФ С10--0,1 мкФ С39--1 мкФ С40--33 мкФ С41--1 мкФ С42--0,01 Е С43--0,01 Е С44-0,1 Е С45-0.01 Е С47-4,7 мкФ С48-0,01 мкФ С49-470 пФ С50-0,1 Е С51--1 мкФ С52--0,0047 мкФ С53-0,1 мкФ С54-0,1 мкФ С55--10 мкФ С56-0,01 мкФ С57-0,05 мкФ.

Резисторы: К1-20 К Ом К2--20 К Ом К3-1К Ом К4--50 К Ом К5--20 К Ом К6-1 К Ом К7--50 К Ом К8--28 К Ом К9--1 К Ом К10-93,1 К Ом К11--93,1 К Ом К12-- 191 К Ом К13-191 К Ом К14--34 К Ом К.15--34 К Ом К16--10 К Ом (а6р) К17--10 К Ом (а6р) К18--10 К Ом (а6р) К55--1 К Ом К56-5.1 К Ом К62--1 К Ом К63--10 К Ом (а6р) К64--10 К Ом (а6.).) К72--50 К Ом К73--2 тед Ом К74--10 К Ом К75--5 К Ом (а6р) К76--10 К Ом К77--10 К Ом К78-100 К Ом К79-100 К Ом К80--100 К Ом К81--100 К Ом (а6р) К82--20 К Ом К83-470 К Ом К84--1 К Ом К85-100 К Ом К8-66,8 К Ом К87--10 К Ом К88--50 К Ом К89--10 К Ом К90--10 К Ом (а6р) К91--10 К Ом К92--1 К Ом К93--10 К Ом (а6.).) К94--1 К Ом К95-1 К Ом (а6_).) К96--10 К Ом К97- 5 К Ом (а6р) К1 05-1 К Ом К106-20 К Ом (а6.).).

Чипы (микросхемы) и операционные усилители: и1-иАЕ42 и2--иАЕ42 и3-иАЕ42 υ12-^Е442СN Ш3-ЬМ380 υ20-^Е442СN И21-ЬМ311 И22~2п7000 И23--4024 И24-ЕМ555 И25-4060 И26-ЕМ331 И27-ОР290 И28-ОР290.

Ключи: 8\У3.

На фиг ЕЮ. 6 проиллюстрирована диаграмма каротажа, полученная с использованием устройства на фиг. 5А и 5В, в котором используется диаграммный самописец. Устройство было установлено на небольшом самолете, при этом антенну буксировали ниже и позади воздушного судна. Самолет летел со скоростью 120 миль в час на высоте 300 футов. Маршрут полета пролегал с юга на север (8 на Ν) на расстояние приблизительно 6 миль и затем был произведен поворот на 180° с изменением направления полета с севера на юг (Ν на 8) на расстояние приблизительно 6 миль, повторяя первоначальный маршрут полета с юга на север над нефтяным месторождением Вф Е1пп Уа11еу Кее! О11 Е1е16 в Альберете, Канада (обозначение Вщ Уа11еу приведено на диаграмме каротажа).

На фиг. 6 приведены отметки расстояния в милях 07-14 по направлению с юга на север и 15-20 с севера на юг. Промежуточные пункты маршрута ГСН были сохранены на каждой мильной отметке для корреляции силы сигнала (число отсчетов) с положениями ГСН. Обозначения хтеПь (скважины) и Ну (шоссе) были выполнены на диаграмме для создания дополнительных ориентиров. Увеличение числа импульсов и плотности отсчетов (сила сигнала) было обнаружено между отметками 11-14 и при обратном пролете - 15-18, при этом обозначение \\с115 (колодца) находится на отметке 11.

Карта района, хотя на рисунке не показано, может быть сканирована в картографическое программное обеспечение ГСН на компьютере, например версия 3.34.2 О/|Ехр1огег компании Иек №\утап. работающее в сочетании с приемниками Маде11ап, Оаттш, Ьоиагапсе, Еад1е ап6 МЬК ОР8. Далее сохраненные в ГСН приемнике данные о промежуточных пунктах маршрута могут быть загружены в указанное программное обеспечение для указания положений, в которых была проведена воздушная разведка

- 7 011318 (съемка).

В данном случае был использован приемник Оаттш. Промежуточные пункты маршрута для пройденного маршрута по маркерам, обозначенным на диаграмме каротажа, были загружены в программное обеспечение. Число отсчетов или сила сигнала были отмечены на карте для указания зон, представляющих наибольший интерес.

Карта может представлять собой подземную топографическую карту на основе трехмерной сейсмической разведки, указывающую формации пород, являющихся проницаемыми для скопления в них углеводородов. Данные о числе отсчетов могут быть приведены на карте для указания зон, представляющих наибольший интерес, для проведения дополнительной аэроразведки. Кроме того, разведка может быть проведена на участках, на которых маршруты полета представляют собой серию параллельных маршрутов, расположенных друг от друга на заданном расстоянии, или координатную сетку делений и данные, нанесенные на карту путем обозначений относительной силы с использованием различных цветов на карте, тем самым соответствуя данным о геологии района с целью определения зон, представляющих наибольший интерес для проведения дополнительных аэроразведок с целью конкретизации и детализации карты и (или) точного определения местонахождения потенциальных буровых площадок.

Вместо того чтобы регистрировать данные на диаграммах или дополнительно к такой регистрации, данные могут быть занесены в компьютеры и выведены на экран компьютера вместе с данными о положении по ГСН (которое также загружается в компьютер) в реальном режиме времени.

Могут быть использованы многочисленные способы для указания числа отсчетов в единицу времени, превышающих базовое число отсчетов. В примере осуществления в соответствии с настоящим изобретением срабатывает сигнальное устройство, аналогичное детектору ионизирующего излучения, при превышении базового числа отсчетов.

Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что способы в соответствии с идеями настоящего изобретения могут быть осуществлены и распространены в форме считываемых компьютером носителей для инструкций и в иных различных формах и что настоящее изобретение в равной степени применимо независимо от конкретного типа содержащих сигнал носителей, фактически используемых для осуществления распространения.

Многие признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания изобретения, и, таким образом, следует понимать, что все такие признаки и преимущества изобретения, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения, будут защищены прилагаемой формулой. Кроме того, ввиду того, что специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения и дополнения, не предусматривается ограничение настоящего изобретения проиллюстрированной и описанной точной конструкцией или принципом действия, и, соответственно, возможны все приемлемые изменения или эквиваленты, которые не выходят за объем изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для ведения пассивной геофизической разведки, включающее антенну, которая содержит магниторезистивный датчик и предназначена для (1) обнаружения осциллирующей магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого участком земли вблизи поверхности, блокируя при этом постоянную составляющую электромагнитного излучения по мере перемещения антенны над указанным участком земли, и (й) генерирования антенного электрического сигнала переменного тока на основе обнаруженной магнитной составляющей;

усилитель, предназначенный для усиления антенного сигнала;

фильтр, предназначенный для фильтрации из антенного сигнала частот ниже 65 Гц и выше 12000 Гц для генерирования отфильтрованного сигнала;

детектор уровня, предназначенный для определения момента времени, в который отфильтрованный сигнал превышает эталонное напряжение, и для генерирования импульса и компьютер, предназначенный для проведения анализа нескольких импульсов, возникающих за единицу времени, с целью определения отсутствия или наличия представляющих интерес подземных месторождений под указанным участком земли.
2. Устройство для ведения пассивной геофизической разведки, включающее магниторезистивную магнитную антенну обратного приема, которая предназначена для (1) обнаружения осциллирующей магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого земной поверхностью, при этом исключая обнаружение постоянной составляющей электромагнитного излучения; и (ίί) формирования ассоциированного электрического сигнала при ее перемещении над поверхностью земли;

фильтр, предназначенный для фильтрации электрического сигнала с целью формирования отфильтрованного сигнала; и компьютер, предназначенный для проведения анализа отфильтрованного сигнала с целью определения наличия или отсутствия представляющих интерес подземных месторождений и дополнительно

- 8 011318 предназначенный для формирования детектора уровня для сравнения отфильтрованного сигнала и эталонного напряжения с целью определения отсчета импульсов.
3. Устройство для ведения пассивной геофизической разведки, включающее магниторезистивный магнитный датчик для определения импульсов в осциллирующей магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого поверхностью земли, при этом из обнаруженного магнитного излучения удаляется любая неосциллирующая магнитная составляющая и генерируется электрический сигнал переменного тока на основе обнаруженного электромагнитного излучения.
4. Устройство по п.3, в котором устройство для удаления любой неосциллирующей магнитной составляющей включает емкость.
5. Устройство по п.4, дополнительно включающее устройство для установления базового выходного отсчета импульсов зоны, в которой отсутствуют представляющие интерес месторождения; и устройство для анализа разницы между отсчетом импульсов, связанных с электрическим сигналом, и базовым отсчетом импульсов с целью определения отсутствия или наличия представляющих интерес подземных месторождений.
6. Способ ведения пассивной геофизической разведки, включающий следующие стадии: перемещение магниторезистивной магнитной антенны обратного приема над поверхностью земли; обнаружение импульсов в осциллирующей магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого поверхностью земли, при одновременном удалении любой неосциллирующей магнитной составляющей из обнаруженного с помощью магниторезистивной магнитной антенны обратного приема электромагнитного излучения; генерирование электрического сигнала из обнаруженной магнитной составляющей, в котором обнаруженная магнитная составляющая включает информацию электромагнитного импульса относительно наличия или отсутствия представляющих интерес месторождений.
7. Способ по п.6, в котором стадия генерирования электрического сигнала происходит в процессе перемещения над поверхностью земли.
8. Способ по п.6, дополнительно включающий следующие стадии:

установление базового выходного отсчета импульсов зоны, в которой отсутствуют представляющие интерес месторождения; и проведение анализа разницы между отсчетом импульсов, связанных с электрическим сигналом, и базовым отсчетом импульсов с целью определения отсутствия или наличия представляющих интерес месторождений.
9. Устройство для ведения геофизической разведки, включающее магнитную антенну обратного приема, содержащую (ί) магниторезистивный датчик и (ίί) усилитель сигнала, при этом магниторезистивный датчик и усилитель сигнала соединены между собой парой емкостей, которые предназначены для отсечения составляющей постоянного ток/напряжения в сигнале, полученном магниторезистивным датчиком с усилителя сигнала;

фильтр, предназначенный для фильтрации из сигнала, полученного с магнитной антенны обратного приема, частот ниже 65 Гц и выше 12000 Гц для генерирования отфильтрованного сигнала;

детектор уровня, предназначенный для сравнения отфильтрованного сигнала с заданным эталонным напряжением и регистрации числа отсчетов для каждого импульса в сигнале, превышающем эталонное напряжение; и анализатор для определения числа отсчетов в единицу времени.
10. Способ ведения геофизической разведки с использованием устройства по п.9, включающий следующие стадии:

перемещение с устройством над поверхностью земли;

обнаружение магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого приповерхностным участком земли;

генерирование электрического сигнала из обнаруженной магнитной составляющей и определение отсчета импульсов по отношению к первой части приповерхностного участка земли путем подсчета количества импульсов, содержащихся в электрическом сигнале, превышающем эталонное напряжение.
11. Способ по п.10, дополнительно включающий установление базового отсчета импульсов по отношению ко второй части приповерхностного участка земли, о котором известно, что он не содержит представляющих интерес месторождений; и проведение анализа отсчета импульсов для первой части по отношению ко второй части с целью определения наличия представляющего интерес месторождения.
12. Система, включающая самолет и устройство по п.9, в которой устройство предназначено для детектирования магнитной составляющей электромагнитного излучения, естественно излучаемого приповерхностным участком земли по мере перемещения самолета над поверхностью земли.