Формы волны для электромагнитного исследования с управляемым источником. Эти формы волны имеют частотные спектры, которые включают в себя три или более частоты, расположенные в основном на равных интервалах на логарифмической частотной шкале и охватывают ширину полосы приблизительно на одну декаду полосы частот или более, при этом по меньшей мере три из этих частот имеют приблизительно равные соответствующие амплитуды.

 

(57) Реферат / Формула:
волны для электромагнитного исследования с управляемым источником. Эти формы волны имеют частотные спектры, которые включают в себя три или более частоты, расположенные в основном на равных интервалах на логарифмической частотной шкале и охватывают ширину полосы приблизительно на одну декаду полосы частот или более, при этом по меньшей мере три из этих частот имеют приблизительно равные соответствующие амплитуды.

 

---

2420-140231ЕА/032
ФОРМА. ВОЛНЫ ОТ ИЗЛУЧАТЕЛЯ В ЛОГАРИФМИЧЕСКОМ СПЕКТРЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ИСТОЧНИКОМ
По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 60/572,694, поданной 20 мая 2004 года.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом имеет отношение к области геофизической разведки и, конкретнее, к электромагнитным исследованиям толщи пород с управляемым источником ("ЭИПУИ"). Более точно, настоящее изобретение представляет собой усовершенствованную исходную форму волны для генерирования ЭИПУИ-полей.
Уровень техники В электромагнитных геофизических исследованиях с управляемым источником используются искусственные источники для формирования электромагнитных полей для возбуждения толщи пород, и применяются приемные инструменты, развернутые на земной поверхности, на морском дне, в воздухе или в стволах скважин для измерения возникающих электрических и магнитных полей, т.е. геомагнитного отражения исходного возбуждения. Фиг. 1 иллюстрирует основные элементы морского ЭИПУИ-исследования. Судно буксирует находящийся под водой ЭИПУИ-излучатель 11 над участком морского дна 13. Электрические и магнитные поля, измеренные приемниками 12, затем анализируются для определения удельного электрического сопротивления геологических структур под поверхностью или морским дном. Эта методика применялась для прибрежной разведки полезных ископаемых, океанических тектонических исследований и морской разведки нефтяных и минеральных ресурсов. См. A.D. Chave, S. Constable, и R.N. Edwards, в Electromagnetic Methods in Applied Geophysics (Электромагнитные методы в прикладной геофизике) (под редакцией M.N. Nambighian) , том 2, 931-966,
Society of Exploration Geophysicists (Общество специалистов по разведочной геофизике); L. MacGregor, М. Sinha, и S. Constable, Geophy. J. Int. 146, 217-236 (2001); S. Ellingsrud, T. Eidesmo, S. Johansen, M.C. Sinha, L.M. MacGregor, и S. Constable, The Leading Edge (Верхняя граница притока), 972-982 (2002); Т. Eidesmo, S. Ellingsrud, L.M. MacGregor, S. Constable, M.C. Sinha, S. Johansen, F.N. Kong, и H. Westerdahl, First Break (первое вступление волны на сейсмограмме) 20.3, 144-152 (2002).
Электромагнитные (ЭМ) поля формируются излучателем, инжектирующим токи выбранной низкочастотной периодической формы волны в земную поверхность или морскую воду/морское дно. Для наземных и воздушных ЭИПУИ-исследований измерение обычно производится в частотном диапазоне от 0,1 Гц до 50 кГц. Из-за низкого удельного сопротивления морского дна, морские ЭИПУИ-ислледования обычно проводятся в низкочастотном диапазоне (от 0,01 Гц до 100 Гц) для достижения достаточной глубины разведки. Конфигурация излучаемой формы волны определяет ее частотный спектр. Другими словами, форма волны от излучателя регулирует частотный состав, распределение и относительные амплитуды составляющих частот. Это следует из анализа Фурье, в котором любая функция может быть выражена как ряд синусоидальных или косинусоидальных функций различных частот. Чем меньше функция имеет сходство с синусоидой, тем больше термов, и следовательно больше частот, которые требуются для разложения в ряд Фурье для обеспечения хорошей аппроксимации функции. Более низкие частоты проникают глубже в земную поверхность, чем более высокие частоты. В современных исследованиях излучатель перемещается по воздуху над земной поверхностью на самолете или буксируется судном только один раз по каждой линии съемки из-за высокой стоимости эксплуатации самолета или корабля с источником на борту. Поскольку геологическая среда содержит геоэлектрические структуры на всех глубинах, очень желательно использование множества исходных частот равномерно большой мощности, чтобы диапазон глубин мог быть прозондирован с использованием только одного прохода источника. Поэтому, для эффективного сбора данных и выполнения целей исследования, насколько возможно,
желательно, чтобы форма волны от излучателя обладала определенными характеристиками. Ее частотный спектр должен содержать множественные частоты, простирающиеся в пределах частотного диапазона (ширины полосы частот), достаточно большого для зондирования исследуемого диапазона глубин. Энергия, передаваемая на каждой такой частоте, должна быть равной, насколько возможно или осуществимо практически.
Для использования доступно множество форм волны. Самой простой является синусоидальная волна, но она содержит только одну частоту. Прямоугольная волна является простой и в настоящее время широко-используемой формой волны, особенно симметричная прямоугольная волна, показанная на фиг.2А, которая имеет одинаковую длительность для положительных и отрицательных полярностей. Эта простая форма волны использовалась в ЭИПУИ-съемке, потому что она легко генерируется с технологической точки зрения и обеспечивает эффективный диапазон частот; см. L. М. MacGregor, Electromagnetic investigation of the Reykjanes Ridge near 58° North (Электромагнитное исследование хребта Рейкьянес около 58° северной широты), Ph.D. Dissertation, Cambridge, 84-86 (1997). Симметричная прямоугольная волна имеет в своем спектре только нечетные гармоники, и амплитуда гармоники быстро уменьшается с увеличением частот, как показано на фиг.2В. При ограничении мощности стационарного излучателя очень трудно собрать данные с высоким соотношением сигнал-шум для высшей гармоники, если данные не суммируются на очень большом количестве циклов. Значения абсциссы на фиг.2А нормируются так, что период формы волны является единицей, а значения ординаты нормируются, чтобы иметь единичную амплитуду. Значения частот спектра, показанного на фиг.2В, также нормируются делением на основную частоту, т.е. обратное значение периода повторения формы волны. Тот же тип нормирования используется на всех чертежах в настоящем описании, отображающих формы волны и спектры.
Констебл (Constable) и Кокс (Сох) разработали специальную форму волны для получения постоянной и относительно большой
амплитуды (мощность излучателя на этой частоте) для первой и третьей гармоник (J. Geophs. Res. (журнал Геофизические исследования) 101, 5519-5530 (1996)). Эта форма волны "Кокса" и ее спектр показаны на фиг.ЗА и ЗВ, соответственно. К сожалению, полоса частот, охваченная этими двумя гармониками, является узкой [соотношение 3:1], и амплитуды для высших гармоник быстро уменьшаются по мере увеличения частот.
Псевдослучайная двоичная последовательность ("ПСДП") формы волны хорошо известна и может обеспечить более эффективные частоты, которые охватывают более широкую полосу частот. См., например, P.M. Duncan и др., Geophysics (Геофизика) 45, 12761296 (1980); и S. L. Helwig и др., SEG Annual Meeting Extended Abstracts (Рефераты ежегодной расширенной конференции Общества специалистов по разведочной геофизике), 283-285 (1999). Фиг.4А показывает ПСДП, генерируемую сдвиговым регистром 4-го порядка, а фиг.4В показывает ее спектр. Частоты, предоставленные ПСДП, располагаются равномерно на линейной частотной шкале.
Общий численный метод был приведен (Cherkaeva, Е. and Tripp, А.С, SEG Annual Meeting Extended Abstracts (Рефераты ежегодной расширенной конференции Общества специалистов по разведочной геофизике), 438-441 (1997)) для проектирования оптимального излучателя формы волны во временной области для сформулированной задачи электромагнитной визуализации геологической среды. Получение в результате преобразования Фурье частот такой оптимальной формы волны без труда будет выполнено опытными специалистами в данной области техники. Однако метод Черкаевой (Cherkaeva) и Трип (Tripp) требует предварительной спецификации свойств объекта исследований и глубины, и в примере, приведенном для зондирования единственного слоя залегания, форма волны содержит единственную частоту, амплитуда которой синусоидально изменяется во времени.
Для связанной, но непосредственно не применяемой технологии, относящейся к описанному в настоящем описании изобретению, Хорнбостел (Hornbostel) и Томпсон (Thompson) (Патент США № 6,477,113) приводят использование специализированной электромагнитной исходной формы волны для электросейсмических
геофизических приложений, в которых спектр исходной формы волны рассчитан так, чтобы иметь минимальную зависимость от частот вне спектра источника распространения сигналов.
Сущность изобретения В одном варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой периодическую исходную форму волны для электромагнитных исследований, имеющую частотный спектр, содержащий четыре или более частоты, расположенные на в основном равных интервалах на логарифмической частотной шкале, и покрывающий ширину полосы приблизительно на одну декадную полосу частот или более, при этом, по меньшей мере, три из этих частот имеют соответствующие амплитуды А, которые в основном равны и являются большими, чем амплитуды любых других частот в спектре и любых оставшихся частот из упомянутых четырех или более, имеющих соответствующие амплитуды, по меньшей мере, 0,2 А.
В другом варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой периодическую исходную форму волны для электромагнитных исследований, имеющую период Г и содержащую сегменты прямоугольных импульсов и сегменты нулевой амплитуды, при этом все упомянутые прямоугольные импульсы имеют в основном одинаковые амплитуды, и упомянутые сегменты обладают полярностью и существенной временной длительностью, и последовательно соединены следующим образом:
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
19/ т .
/2561 '
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
41/ г . /2561 '
нулевая амплитуда, длительность /у^'
прямоугольный импульс второй полярности,
41/ т . /2561 '
прямоугольный импульс первой полярности,
39/ т . /2561 ' длительность
длительность
нулевая амплитуда, длительность ^/у^^ >
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
13/ т . /2561 '
нулевая амплитуда, длительность *%28^ '" и
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
19/ т /2561 •
В третьем варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой периодическую исходную форму волны для электромагнитных исследований, имеющую период Г и содержащую сегменты прямоугольных импульсов и сегменты нулевой амплитуды, при этом все упомянутые прямоугольные импульсы имеют в основном одинаковые амплитуды, и упомянутые сегменты обладают полярностью и существенной временной длительностью, и последовательно соединены следующим образом:
нулевая амплитуда, длительность 3/ Т . /2561 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность 9/ т .
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
85/ Т . /2561 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность 5/ 7 .
нулевая амплитуда, длительность 5/ Т. /5121 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
45/ т . /5121 '
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
35/ т . /5121 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
15/ т. /2561 '
нулевая амплитуда, длительность 7/ т. /1281 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность 33/ т .
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
5/ т . /641 '
нулевая амплитуда, длительность ^/^у^ •
Альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть созданы путем изменения на обратный вышеизложенного порядка следования сегментов, и для каждого из двух порядков следования, назначая первую полярность быть положительной, а вторую полярность быть отрицательной, или изменяя эти полярности на противоположные. Эти симметрии сохраняются в силе для любого варианта осуществления настоящего изобретения. Кроме того, любой временной сдвиг любой формы волны настоящего изобретения приводит в результате к варианту осуществления настоящего изобретения.
В другом варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой любой способ, который генерирует любую из вышеописанных форм волны.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны со ссылкой на последующее подробное описание и прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 является схематическим представлением,
иллюстрирующим морское электромагнитное исследование с управляемым источником с использованием горизонтального электрического дипольного источника;
Фиг.2А и 2В являются графиками симметричной прямоугольной волны и ее частотного спектра, соответственно;
Фиг.ЗА и ЗВ являются графиками формы волны, разработанной для ЭИПУИ-исследования Коксом (Сох) и Констеблем (Constable), и частотного спектра формы волны, соответственно;
Фиг.4А и 4В являются графиками двоично-кодированной формы
волны с использованием псевдослучайной двоичной
последовательности 4-го порядка и ее частотного спектра, соответственно;
Фиг.5А и 5В являются графиками формы волны для одного определенного варианта осуществления настоящего изобретения и ее частотного спектра, соответственно;
Фиг.бА и 6В являются графиками формы волны для другого определенного варианта осуществления настоящего изобретения и ее частотного спектра;
Фиг.7А и 7В являются графиками формы волны для еще одного определенного варианта осуществления настоящего изобретения и ее частотного спектра; и
Фиг.8 является графиком формы волны варианта осуществления на Фиг.5А, которая сформирована с использованием выпрямленных синусоид, т.е. напряжение квазипостоянного тока или электрический ток от излучающего устройства.
Настоящее изобретение будет описано применительно к его предпочтительным вариантам осуществления. Тем не менее, в той части, в какой последующее описание характеризует отдельный вариант осуществления или отдельное использование настоящего изобретения, это предназначено только для иллюстрации и не должно рассматриваться как ограничение объема настоящего изобретения. Напротив, это предназначено для того, чтобы охватить все варианты, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в пределы сущности и объема настоящего изобретения, которые определены в прилагаемой формуле изобретения. Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Сущностью настоящего изобретения является то, что исходная форма волны для ЭИПУИ-исследования предпочтительно должна иметь частотный спектр, в котором необходимые частоты, имеющие большие связанные амплитуды, располагаются в основном равномерно (т.е. примерно с равными интервалами) на логарифмической шкале и охватывают эффективно-передаваемую полосу частот. Известно, что для низкочастотных ЭМ полей эффективная глубина разведки увеличивается с уменьшением
частоты и с уменьшением удельной проводимости среды, согласно явлению поверхностного эффекта (J.A. Stratton, Electromagnetic Theory (Электромагнитная теория), MacGraw-Hill (1941); В. R. Spies, Geophysics (Геофизика) 54, 872-888 (1989)). Поскольку большинство ЭИПУИ-данных собирается относительно далеко от источника с тем, чтобы геометрические искажения в ближней зоне были незначительными, электромагнитное поле на определенной частоте экспоненциально затухает на глубине для глубин, больше чем несколько длин диполя источника. Настоящее изобретение позволяет ЭИПУИ-исследованию обеспечить большую глубину зондирования с множественными частотами при одном проходе источника и произвести замеры геологической среды по глубине, причем плотнее на малых глубинах, чем на больших, что соответствует характеру распространения низкочастотных электромагнитных полей.
Одним вариантом осуществления настоящего изобретения является форма волны, показанная на фиг.5А. Форма волны имеет время начала, нулевую амплитуду пересечений с осью времени и время завершения в точках ti = 0,0, t2 = 19/256, t3 = 15/64, t4 = 17/64, t5 = 109/256, t6 = 37/64, t7 = 93/128, t8 = 199/256, t9 = 237/256, tio = 1,0, где ti, t2,..., ti0 представляют собой нормированные времена, выраженные в виде фракций регулируемого периода (Г) формы волны. Форма волны может быть сформирована согласно Таблице 1.
Таблица 1
Нормированное время
Нормированная амплитуда
ti-t2
-1,0
t2-t3
1,0
t3~t4
0,0
t"-t5
1,0
t5"t6
-i,o
t6~t7
0,0
t7"t8
-1,0
te-tg
0,0
t9_tio
-1,0
Спектр этой формы волны показан на фиг.5В. В таблице 2 приведены нормированные частоты и амплитуды для наибольших пяти амплитуд. Форма волны, отвечающая настоящему изобретению, имеет 3 частоты с почти одинаковой амплитудой и с постоянными интервалами на логарифмической шкале, такой, как шкала на фиг.5В. Частоты для наибольших пяти амплитуд распределены почти равномерно на логарифмической шкале и охватывают больше, чем одну декаду диапазона частот.
Таблица 2
Нормированная частота
Амплитуда
0, 611
0, 610
0, 610
0,307
0,174
Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является форма волны, показанная на фиг.бА. Эта форма волны имеет нулевую амплитуду пересечений с осью времени в точках ti = 0,0, t2 = 3/256, t3 = 21/256, t4 = 53/128, t5 = 63/128, t6 = 257/512, t7 = 151/256, t8 = 337/512, t9 = 367/512, txo - 395/512, tn = 107/128, ti2 = 465/512, ti3 = 505/512, ti4 = 1,0, где tlt t2,..., ti4 представляют собой нормированные времена, выраженные в виде фракций регулируемого периода (Г) формы волны. Форма волны может быть сформирована согласно Таблице 3.
Таблица 3
Нормированное время
Нормированная амплитуда
tx-t2
0, 0
t2-t3
-1,0
t3-t4
1,0
t4~t5
-1,0
t5-t6
0, 0
t6"t7
-i,o
t7"t8
1,0
t8-t9
-i,o
t9-tio
0,0
tio-tn
-i,o
tn~ti2
1,0
tl2-ti3
-1,0
tl3-ti4
0, 0
Спектр этой формы волны показан на фиг.бВ. В таблице 4 приведены нормированные частоты и амплитуды для наибольших четырех амплитуд. Форма волны, отвечающая настоящему изобретению, имеет четыре частоты с почти одинаковой амплитудой и с постоянными интервалами на логарифмической шкале. Ширина полосы, охватываемая этими четырьмя частотами, является в основном одной декадой полосы частот.
Таблица 4
Нормированная частота
Амплитуда
0,596
0,598
0,595
0,595
Таким образом, эти формы волны логарифмического спектра удовлетворяют предварительно установленным критериям для ЭИПУИ формы волны так же, как дополнительным требованиям настоящего изобретения, например, в основном постоянной периодичности на логарифмической шкале. Использование таких форм волны позволяет исследовать больший диапазон глубин за одно прохождение источника за счет лучшего частотного распределения.
Определенные симметричные разновидности форм волны на фиг.5А и 6А также дают частотные спектры на фиг.5В и 6В, соответственно, и таким образом являются равно предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, отражение той или другой формы волны по оси времени, т.е. изменение полярностей на противоположные, дает такой альтернативный вариант осуществления. Аналогично для отражения той или другой формы волны по линии t = Т/2. Все такие варианты форм волны на фиг.5А или фиг.6А являются эквивалентными вариантами осуществления настоящего изобретения. Также обе формы волны обладают свойством инвариантности преобразования по временной шкале.
Отрезки оси времени формы волны, отвечающей настоящему изобретению, на фиг.5А могут несколько различаться, возможно до ±5% или в этом диапазоне, без существенного воздействия на
частотный спектр. Аналогично с постоянством амплитуды, где вариации до ±10% или в этом диапазоне не будут оказывать воздействий на частотный спектр, которые считались бы неприемлемыми многими пользователями. Аналогичные заключения также относятся к градиенту изменения полярностей. В вариантах осуществления настоящего изобретения в дополнение к конкретным вариантам осуществления на фиг.БА и 6А, форма волны будет предпочтительно иметь, по меньшей мере, три частоты (в своем разложении Фурье), обладающие в основном равными амплитудами (желательно ±20%, более предпочтительно ±10%) и расположенные на в основном равных (с такими же предпочтительными допусками) интервалах на логарифмической частотной шкале. Другие частоты в спектре будут иметь меньшие сопутствующие амплитуды. По меньшей мере, три частоты с равными амплитудами покроют приблизительно одну декаду полосы частот или более, или, если нет, спектр будет содержать одну или более дополнительных частот с амплитудами желательно, по меньшей мере, 20%, и более предпочтительно, по меньшей мере, 30% по отношению к тем самым частотам с равными амплитудами, также расположенные на таком же в основном равном (на логарифмической шкале) частотном интервале друг от друга и от первых трех частот, так что все четыре или более такие частоты действительно покрывают ширину полосы приблизительно одной декады или более. Использующееся в настоящем описании выражение "приблизительно одна декада" предпочтительно означает, что отношение наибольшей частоты к наименьшей, по меньшей мере, 8:1. Пользователь изобретения будет иметь возможность задавать, насколько большой интервал при вышеупомянутых рекомендованных допусках приемлемы для конкретной прикладной задачи.
Специалист в данной области техники будет иметь возможность создавать много форм волны (помимо двух особых вариантов осуществления на фиг.БА и 6А) , которые удовлетворяют предыдущим спецификациям. Все такие формы волны включаются в объем настоящего изобретения. Например, форма волны с частотным спектром, имеющим пять пиков, расположенных в точности равных
интервалах на логарифмической шкале и имеющих почти равные соответствующие амплитуды, является формой волны, имеющей следующие время начала, времена нулевых амплитуд и время завершения (выраженные в виде фракций периода): 0, 0,017578125, 0,037109375, 0,080078125, 0,171875, 0,197265625, 0,298828125, 0,32421875, 0,4140625, 0,458984375, 0,478515625, 0,521484375, 0,533203125, 0,583984375, 0,611328125, 0,6328125, 0,662109375, 0,705078125, 0,7421875, 0,755859375, 0,7890625, 0,83203125, 0,865234375, 0,888671875, 0,91015625, 0,962890625, 0,978515625, и 1, с (соответственно) следующими нормированными амплитудами для интервалов, определенными следующим образом: -1, 0, -1, 1,
0, 1, 0, 1, -1, 0, -1, 0, -1, 1, 0, 1, -1, 0, -1, 0, -1, 1, 0,
1, -1, 0, и -1. Эта форма волны и ее частотный спектр показаны на фиг.7А и 7В. Специалист в данной области техники разработает его или ее собственный метод для формирования других форм волны с однородными логарифмическими спектрами. Один метод состоит в разбиении периода Г на N сегментов. Возможные амплитуды для каждого сегмента ограничиваются значениями -1, 0 или 1. Различные комбинации амплитуды и интервала затем могут быть проверены один за другим в отношении ранее сформулированных критериев. В качестве альтернативы, можно начать с начальной формы волны, имеющей определенное число прохождений через нуль, и затем скорректировать позиции прохождений через нуль, удерживая амплитуды неизменными и проверяя частотный спектр для каждого случая. В любом методе проведение экспериментов будет играть большую роль, но накопленный опыт увеличит уровень благоприятных исходов. Экспериментатор обнаружит, что обычно присутствует оптимальное соотношение между амплитудой и числом частот с "почти равными амплитудами". Предпочтительная форма волны будет зависеть от таких факторов, как цели исследования и функциональных возможностей оборудования.
Формы волны настоящего изобретения могут быть синтезированы путем выпрямления синусоид и переключения в заданные времена, чтобы получить вариант форм волны, отвечающих настоящему изобретению, с выпрямленным переменным током, как проиллюстрировано на фиг.8 для случая формы волны на фиг.5А. В
качестве альтернативы форма волны может быть сформирована путем переключения электродвижущего источника истинного постоянного тока (ПТ), например, батареи. Специалист в данной области техники без труда разберется в различных практических способах формирования формы волны, отвечающей настоящему изобретению, все они считаются вариантами осуществления настоящего способа, обладающего признаками изобретения. Поскольку наименьшая частота (имеющая большую сопутствующую амплитуду) в частотном спектре формы волны обычно является собственной частотой периодической формы волны, т.е. 1/Г, можно, корректируя период формы волны, контролировать, где полезная исходная ширина полосы будет приходиться на частотную шкалу.
Вышеизложенное описание приведено для конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения с иллюстративной целью. Тем не менее, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что возможно множество модификаций и изменений в вариантах осуществления, охарактеризованных в настоящем описании. Например, использование формы волны настоящего изобретения, модифицированного для обработки данных во временной области при применении на воздушном судне или на земной поверхности, было бы полезно для одновременного проникновения на различные интересующие глубины. Все такие модификации и изменения предполагаются находящимися в объеме настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Периодическая исходная форма волны для электромагнитных исследований, имеющая частотный спектр, содержащий четыре или более частоты, расположенные в основном на равных интервалах на логарифмической частотной шкале, и охватывающий ширину полосы приблизительно на одну декаду полосы частот или более, при этом, по меньшей мере, три из этих частот имеют соответствующие амплитуды А, которые в основном равны и являются большими, чем амплитуды любых других частот в спектре и любых оставшихся частот из упомянутых четырех или более, имеющих соответствующие амплитуды, по меньшей мере, 0,2 А.
2. Форма волны по п.1, имеющая период Г и содержащая сегменты прямоугольных импульсов и сегменты нулевой амплитуды, при этом все упомянутые прямоугольные импульсы имеют в основном одинаковые амплитуды, и упомянутые сегменты обладают полярностью и существенной временной длительностью, и последовательно соединены следующим образом:
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
19/ т. /2561 '
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
41/ г . /2561 '
нулевая амплитуда, длительность /у^ >
прямоугольный импульс второй полярности,
41/ т. /256х '
прямоугольный импульс первой полярности,
39/ т. /2561 '
нулевая амплитуда, длительность
19/ Т .
длительность
длительность
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
13/ т . /2561 '
нулевая амплитуда, длительность ^/у^ ; и прямоугольный импульс первой полярности, длительность
19/ т /2561 •
3. Форма волны по п.2, в которой первая полярность является отрицательной, а вторая полярность является положительной.
4. Форма волны по п.З, в которой последовательное соединение является поступательным во времени.
5. Форма волны по п.З, в которой последовательное соединение является обратно направленным во времени.
6. Форма волны по п. 2, в которой первая полярность является положительной, а вторая полярность является отрицательной.
7. Форма волны по п.6, в которой последовательное соединение является поступательным во времени.
8. Форма волны по п.6, в которой последовательное соединение является обратно направленным во времени.
9. Форма волны по п.1, имеющая период Г и содержащая сегменты прямоугольных импульсов и сегменты нулевой амплитуды, при этом все упомянутые прямоугольные импульсы имеют в основном одинаковые амплитуды, и упомянутые сегменты обладают полярностью и существенной временной длительностью, и последовательно соединены следующим образом:
3/ т. /2561 '
нулевая амплитуда, длительность прямоугольный импульс первой полярности,
9/ т . /1281 '
прямоугольный импульс второй полярности,
85/ т . /2561 '
прямоугольный импульс первой полярности,
длительность
длительность
длительность
5/ т .
/6V '
5/ т .
нулевая амплитуда, длительность
прямоугольный импульс первой полярности,
45/ т . /5127 '
прямоугольный импульс второй полярности, длительность
длительность
35.
5/ т.
прямоугольный импульс первой полярности,
15/ т . /2561 ' длительность
нулевая амплитуда, длительность
7/ т. /Ш1 '
прямоугольный импульс первой полярности, длительность
33/ т . /5\21 '
прямоугольный импульс второй полярности,
37/ т . /5121 '
прямоугольный импульс первой полярности, УбАТ} и
длительность
длительность
7/ т /5121
нулевая амплитуда, длительность
10. Форма волны по п.9, в которой первая полярность является отрицательной, а вторая полярность является положительной.
11. Форма волны по п.10, в которой последовательное соединение является поступательным во времени.
12. Форма волны по п.10, в которой последовательное соединение является обратно направленным во времени.
13. Форма волны по п.9, в которой первая полярность является положительной, а вторая полярность является отрицательной.
14. Форма волны по п.13, в которой последовательное соединение является поступательным во времени.
15. Форма волны по п.13, в которой последовательное соединение является обратно направленным во времени.
16. Способ для формирования периодической исходной формы волны для электромагнитного исследования участка геологической среды, содержащий этапы, на которых переключают силовой источник постоянного тока по существу постоянного напряжения и изменяют выходную полярность источника согласно предварительно выбранной последовательности, при этом упомянутая последовательность предназначена для обеспечения частотного
спектра, содержащего три или более частоты, расположенные в основном на равных интервалах на логарифмической частотной шкале, и охватывающего ширину полосы приблизительно на одну декаду полосы частот или более, при этом, по меньшей мере, три из этих частот имеют соответствующие амплитуды А, которые в основном равны и являются большими, чем амплитуды любых других частот в спектре и любых оставшихся частот из упомянутых трех или более, имеющих соответствующие амплитуды, по меньшей мере, 0,2 А.
17. Способ по п.16, в котором исходная форма волны имеет период Г, и последовательностью переключения и изменения полярности является следующая последовательность, исполняющаяся или в указанном порядке или в обратном порядке:
a) включают источник с первой выходной полярностью на
время %2$Т'
b) изменяют полярность источника на вторую выходную полярность на время ^/^28^'
c) выключают источник на время ^/^ЬЬ1"'
d) включают источник со второй полярностью на время
43/ т . /2561 '
e) изменяют полярность источника на первую полярность на время 37/25бт .
f) выключают источник на время ^/ibf? ''
д) включают источник с первой полярностью на время У^д!
h) выключают источник на время ^^255^' и
i) включают источник с первой полярностью на время ^/^bdF '
18. Способ по п.17, в котором первая полярность является отрицательной, а вторая полярность является положительной.
19. Способ по п.17, в котором первая полярность является положительной, а вторая полярность является отрицательной.
20. Способ по п.16, в котором исходная форма волны имеет
период Т, и последовательностью переключения и изменения полярности является следующая последовательность, исполняющаяся или в указанном порядке или в обратном порядке:
(a) выключают источник на время у^^Т;
(b) включают источник с первой выходной полярностью на время %2%Т'
(c) изменяют полярность источника на вторую выходную полярность на время ^У^Ъб1" '
(d) изменяют полярность источника на первую полярность на время У^дТ ;
(e) выключают источник на время ^/^yi1"'
(f) включают источник с первой полярностью на время 45/ т.
(д) изменяют полярность источника на вторую полярность на время ^/ъУ!^'
(h) изменяют полярность источника на первую полярность на время %6Г ;
(i) выключают источник на время /^28^'"
(j) включают источник с первой полярностью на время 33/ т.
(к) изменяют полярность источника на вторую полярность на время 3^5127"'
время 5/ j . и
(1) изменяют полярность источника на первую полярность на (m) выключают источник на время /^^^"
21. Способ по п.20, в котором первая полярность является отрицательной, а вторая полярность является положительной.
22. Способ по п.20, в котором первая полярность является положительной, а вторая полярность является отрицательной.
23. Способ по п.16, в котором силовой источник постоянного тока является батареей или подобным электродвижущим источником.
24. Способ по п.16, в котором силовой источник постоянного тока синтезирует постоянный ток на выходе путем выпрямления переменного тока от источника напряжения.
По доверенности
1/8
140231ЕА
Геологическая среда
Фиг. 1
(Предшествующий уровень техники)
2/8
- Фиг. 2А
(Предшествующий уровень техники)
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.
Время (Нормированное)
т-I I I 1111-1-1-I-г
<
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
100 101
Частота (Нормированная)
Фиг. 2В
(Предшествующий уровень техники)
3/8
Фиг. ЗА
(Предшествующий уровень техники)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
101
Частота (Нормированная)
Фиг. ЗВ
(Предшествующий уровень техники)
4/8
_ Фиг. 4А
(Предшествующий уровень техники)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
т-I-I-1 I 1111-1-i-i-г
Фиг. 4В
(Предшествующий уровень техники)
10° 101
Частота (Нормированная)
5/8
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
Фиг. 5А
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
? 0.5 1 0.4
0.3 0.2 0.1 0.0
т-1-I I I I 111-г
iLliiLlnii.,
100 10'
Частота (Нормированная)
Фиг. 5В
1.0 0.8 0.6 0.4
га 0.2
s 0.0
I t1 ¦I -0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0 t3
6/8
l г
t8 tn
¦ T-T" tg tio
J_I_I_L
J_L
tl2
tl3 tl4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
Фиг. 6A
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 -I 0.4 0.3 0.2 0.1
.
т-1-I I I I I I |-1-1-г
100 101
Частота (Нормированная)
Фиг. 6В
7/8
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
Фиг. 7 А
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
% 0.5
1 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
т-1-I I I I I I | I-г-г
100 101
Частота (Нормированная)
Фиг. 7В
8/8
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Время (Нормированное)
Фиг. 8