專利名稱：利用振電信號結合地震波進行勘探和測試的制作方法
發(fā)明的背景1)發(fā)明的領域本發(fā)明是利用振電信號進行地球物理勘探和測試的新方法與裝置。本發(fā)明可以應用在空中，地面，井下和實驗室的地球物理勘探和測試。本發(fā)明的特點是地震波的震源可以是人工的也可以是天然的。本發(fā)明的方法是利用振電信號的源點以地震波的速度和頻率移動的特點獲得地下的信息。本發(fā)明可以用來進行勘探地下的地質結構信息，特別是可以測試地層的滲透率。結合地震波的數據，振電信號勘探提供了一種更詳細的低成本的地球物理勘探方法。
2)相關技術描述傳統的地震勘探用地面或井下檢波器接收人工或天然震源的地震波信號。這種勘探方法有許多不足之處地面檢波器排列復雜，接收裝置成本高，檢波器接收地震信號有強度和頻率的限制。
地球表面的低頻電磁信號與地層有關系已經被探討過多年了。這些信號的來源有幾種。地電可以是地球內部的地質活動。大地電流也可以是由于叫作太陽風的太陽電荷幅射引起的。振電信號是由于地球含水物質在地震波動下產生的。振電信號已經被發(fā)現幾十年，由于對它的了解不夠，并沒有被真正應用。
在特殊的科學研究領域里，有幾個專利介紹了用流動電位測試地質巖樣滲透率的方法。
流動電位是水在巖石孔隙中流動時產生的電動勢。談到流動電位時，應該提一下相反的電滲效應，電滲效應是當孔隙巖樣兩端的電位差引起的孔隙水流動。
美國專利3,599,085介紹了用聲波發(fā)生器使巖樣產生低頻振動時，測量聲波振動器附近和一定距離處的電位差。用電動勢和振動波振幅的比值與電動深度的關系去推算巖樣的滲透率。美國專利4,427,944介紹了用極性變化的壓力產生的流動電動勢在時間領域推算巖性特點的方法。美國專利4,742,402介紹了接收振電信號的儀器。美國專利5,417,104和它的繼續(xù)美國專利5,503,001介紹了測試用有限頻率的壓力振動產生的有限頻率的流動電動勢的關系推算井壁巖層滲透率和井壁泥漿的厚度。這種方法用一種多腔室的裝置，需要電極在在壓力源的附近，并且需要測試流動電位信號中不同成份的微小相位移。
以上這些方法雖然提出一些方法并且取得數據，可是提出者并沒有了解如下的振電信號傳播的理論流動電位產生的振電信號的源點是隨著地震波的傳播而移動的；它攜帶著地震波的位置，速度和頻率的信息。振電信號產生的二次電場同樣攜帶著地震波的信息。既然以前研究者沒有認識到振電信號的傳播理論，他們也不會認識到振電信號測試是一種可以廣泛應用的，方便的，低成本物探方法。振電信號測試可以用在井下測井，地面勘探，空中航測和實驗室測試。振電信號不僅與巖性滲透率和電阻率有關還與地震縱波和橫波的速度有關。綜上所述以前的研究者沒有認識到上述用途，只限于巖性和井下泥漿厚度的測試。
發(fā)明概要本發(fā)明的目地之一是要克服以往流動電位測試中的多種不足之處。
本發(fā)明的另外一個目地是提供新的物探方法在測量地震信號時沒有低限值的限制。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種方法利用地震波與振電信號的關系進行地面勘探。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種方法利用地震波與振電信號的關系進行井下滲透率測井。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種方法用空中的天線代替地面的檢波器接收三維地震波。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的物探測井。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的物探航空測量。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的實驗室地質巖樣測試方法。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的物探方法，省去價格昂貴的設備。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的地面物探。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的航空物探。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種方法利用天然地震源進行振電勘探。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的方法進行精確的，可定量的實驗室物探巖樣測量。
本發(fā)明的另外一個目地是提供一種簡單的，低成本的地下水尋找方法。
總的說來，本發(fā)明利用地震波傳播時產生振電信號的原理進行地下勘探和滲透率測試。當地震波傳播到地下可滲透的含水層時產生一個振電信號。以前的研究者沒有發(fā)現這個振電信號是以地震波的速度和頻率產生的。這個信號產生后以電磁波的速度從源點向外發(fā)射，同時在地下傳播的地震波繼續(xù)激發(fā)新的振電信號。使用本發(fā)明的方法，這個振電信號在時間域或頻率域至少用一對電極接收。使用本發(fā)明的方法分析接收到的信息可以得到原始地震波的速度和頻率。跟據地震波傳播理論，用已知地震波的速度和頻率推算地質結構是成熟的技術。
與傳統的檢波器拾取地震波的方法比較，這種方法成本低，方便，不用復雜的機械設備。振電信號遵從歐姆定律，沒有下限接收值。
附圖的簡要說明為了對上述的發(fā)明有更進一步的詳細了解，下面簡要的介紹有關的插圖。


圖1是實驗室內振電擺裝置的示意圖。
圖2是由圖1的振電擺裝置產生的振電信號數據。
圖3是一條衰減正弦波圖形。
圖4是圖2的振電信號數據和圖3的衰減正弦波圖形重合在一起的比較。
圖5是地面振電信號接收裝置原理示意圖，顯示等電位和整體穿透效應的關系。
圖6是井下測井振電信號接收裝置原理示意圖。
圖7是一個兩維三層黏彈性地質模型。
圖8是震源在圖7左上角的地震波垂直分量的模型。
圖9是震源在圖7左上角的地震波水平分量的模型。
圖10是震源在圖7左上角的振電信號的模型，電極原理如圖5，極距100米。
圖11是震源在圖7左上角的振電信號的模型，電極原理如圖5，極距500米。
圖12是由地下震源產生的地震波在地下水面產生振電信號后激發(fā)出的電磁場由天線接收到的示意圖。
圖13是由地下天然震源產生的地震波在地質結構的反射后傳播到地下水界面產生振電信號后被天線接收的示意圖。
圖14是應用圖7的三層地質模型，圖5的地面測試裝置；天然地震波震源在三層地質模型底部的兩維地震波垂直分量的模型。
圖15是圖7的三層地質模型，圖5的地面測試裝置；天然地震波震源在三層地質模型底部的兩維地震波水平分量的模型。
圖16是由圖14和圖15的地震波，跟據圖5的地面測試裝置原理，用兩個電極測試的振電信號模型圖。
圖17是由圖14和圖15的地震波，跟據圖5的地面測試裝置原理，用兩個極距較遠電極測試的振電信號模型圖。
圖18是由地下震源產生的地震波在地下水界面產生振電信號后并激發(fā)二次電磁場被天線接收，同時地面檢波器接收地震波；用于找水的示意圖。
本發(fā)明的描述要想應用振電信號進行測試，先要了解振電信號是如何傳播的。振電信號是地震波在含水介質如土和巖石中傳播時流動電位。振電信號顯示出與地震波同樣的頻率和速度。
地震波的震源可以是一個控制的爆炸，像已知地震物探方法，或者是振動震源等等。震動由震源產生后，一個動力場就建立起來。在這個動力場中地震波從震源向所有的方向傳播。地震波在含水的巖石或土中傳播時引起水和巖石的相對位移，這種微小的相對位移是振電信號的產生源。振電信號的產生源是隨著地震波從振源向外擴張的。
比較一輛在高速公路上行駛的汽車大燈的軌跡能更好的理解振電信號隨地震波速傳播的原理。汽車就像地震波，燈光像產生的振電信號。我們可以根據汽車燈火的源點--汽車的大燈的位置來確定汽車的位置。振電信號產生以后，它會激發(fā)二次電磁場。振電信號的源--地震波是以大約每秒鐘0.5到10公里的速度傳播的，這個速度比二次電磁場的傳播速度小的多。地震波的速度是勘探者感興趣的。
用地震波勘探地質結構已經是使用多年，成熟的技術。本發(fā)明提供一種更好的觀測地震波的方法。
更詳細理論如下在含水的介質中，水和固體骨架之間由于不同的物理性質產生一個雙電層。固體表面極中一種電荷，水表面顯示另一種極性相反的電荷。在水中，第一層電荷緊貼著固體是不可移動的。這個不可移動的電荷層是緊接在固體表面和滲入固體表面，這一層的電荷和電位的分布主要是由電子和分子的大小以及電子之間的相互作用，固體表面及鄰近的偶極子和下一層的水決定的。這一層滲入固體表面的那一邊和固體骨架的性質很接近了。離接觸表面越遠水中的電荷越少。電荷減少的這個范圍稱為擾動層。當地震波傳播過這些層次時，這些層次之間的動量是守恒的；動量守恒這里是指質量和速度的乘積從每一層傳遞到下一層是相等的。由于巖石和水的質量不同，必定要有速度的不同來滿足動量守恒定理。流動電位就是由于這種巖石與水的不同速度下的相對位移產生的。由此而產生的振電信號會發(fā)生在任何地震波的擾動下，例如反射波，折射波等等。應該注意的是地下水表面產生的振電信號與上述有所不同，這也是應用振電信號容易找地下水的原因之一。
當地震波在含水的地下介質中傳播時，顆粒之間有三種運動與振電信號有關巖石的運動，水的運動和電荷的運動。在地震波場中，巖石的運動引起水的運動；水和巖石之間的相對運動擾亂雙電層，引起電荷的運動。振電信號是電荷的運動的結果。巖石運動是水的運動和電荷運動起源；所以振電信號的速度和頻率直接來自地震波。
需要提一下的是在巖石位移，水位移和流動電位之間有微小的相位移。以前的研究者已經從實驗和理論中都證明在本發(fā)明的實踐測試中，這種微小的相位移可以忽略不計。
在實踐室中，用兩根電極線懸掛起一個圓柱形的巖石樣品形成一個振電擺來驗證振電信號的理論。作用在巖石樣品上的力通過雙電層偶合到水中。從巖石到水的偶合遵守動量守恒定理。由于巖石和水的質量不同，巖石和水之間的壓力這里稱為等價壓力。當巖石的振電擺擺動時，動量守恒引起的巖石與水之間的壓力產生流動電位。流動電位信號這時是時間和兩維空間的函數，所產生的電磁信號軌跡是和振電擺運的速度和頻率是一致的衰減的正弦曲線。
在巖石樣品中作用在水中的等價壓力是由于水和巖石的比重不同造成的。如果振電擺的運動的頻率或速度太高，由振幅和頻率變化引起的水與巖石之間的相對速度超過一定數值時，孔隙水的流動由層流改變成紊流；振電信號的變化會有所不同。根據以往的文獻和實驗數據，這種假設已經超出了本發(fā)明的范圍。
為了說明問題，讓我們想像振電擺的運動是地震波場中一個顆粒的運動。這樣流動電位信號成為時間和三維空間的函數，振電信號也就顯示出地震波的速度和頻率。
地震波在固體中是以顆粒應變的形式傳播的，地震波的速度是由介質的彈性常數和密度決定的。壓縮波也稱P波中顆粒運動的方向是和地震波傳播的方向一致。剪切波也稱S波中顆粒運動的方向是和地震波傳播的方向垂直。
在地震波場中，當波在含水巖石中傳播時，從巖石偶合到水的力在水界面產生等價壓力；這個等價壓力產生振電信號。
振電信號或稱流動電位中攜帶著重要的物探信息包括滲透率。
野外的實地勘測證明實驗室的分析實驗和物理模型是正確的。以前研究者的野外的實地勘測也證明了振電信號和地震波的這種關系，雖然他們沒有明確的認識到這一點。從這個關系出發(fā)可以發(fā)明一些方法和相應的儀器設備在地球物理勘探和測試中用振電信號替代或是聯系到地震波的應用。利用振電信號測試的目地是取得比以前的測試方法更優(yōu)越的結果?，F在可以由物理模型發(fā)展出數學模型。
地震勘探是用檢波器在一點接收地震波的信號，而振電信號是用兩個電極測量電極之間的電位差。
如何放置兩個電極的是很重要的。如果一個電極放在離地震震源很遠的地方，另一個發(fā)在震源附近；所得振電信號的速度和頻率就會很接近在那個近震源電極的位置的地震檢波器得到地震波信號的速度和頻率?？墒窃趯嶋H測量中如果一個電極放在離地震震源很遠的地方，振電信號就會由于內阻太大變的很小、以至難以測量。
實際振電信號測量中，總是把兩個電極都放在地震波場中。這時得到的振電信號就與檢波器得到的地震信號有所不同了。地震檢波器只接收它所在的那一點的地震波的信號，振電信號電極接收到的信號是由兩個電極之間的整體介質運動產生的振電信號。這個整體可以大約看作以兩個電極的距離為直徑的半個球形。在地震波從一個電極傳播向另一個電極的時候振電信號都可以測量到。當電極的距離增大時，地震波穿透的深度也增加。把哈姆霍特茲(Hmlholtz)振電公式發(fā)展到整體效應的關系，并用巖石的應力來表示振電信號，得到關系式E(t)＝(ω2Δρ(P1(t)-P2(t))εζ)/(4πησ)Eq.1E是流動電位，ω是地震波頻率，Δρ是巖石和水的比重差；P1和P2是電極1和2處的巖石應力；ε是流體的介電常數；ζ是濟特電位；η是黏度系數；σ是流體的導電率。
應當提一下的是根據哈姆霍特茲(Helmlholtz)振電公式產生振電信號的是液體壓力而不是巖石的應力。液體壓力和巖石的理論應力關系已經從振電信號缸體模型推導出來復雜的關系。實際應用中兩者之間的差異可以看作一個常數，為了方便應用這里用巖石的應力代替液體壓力。用上述公式作出的數字模型與實測數據一致證實上述公式的正確。
這里講到“低頻”是指400赫茲以下。
當外力作用在含水柱狀巖石的單位面積上時，用壓力來表示，產生巖石的位移。根據虎克定理，這種關系是由拉梅常數決定的。巖石的位移擾動雙電層是從不可移動層開始的，然后位移傳遞到擾動層，產生流動電位。這個過程是和哈姆霍特茲(Helmlholtz)振電公式中的液體壓力是等價的。
用黏彈性應力和應變的關系(維哥特固體-Voigt’s-solid)代入哈姆霍特茲(Helmlholtz)振電公式，可以得到兩維的振電信號傳播公式E(x12)＝(ω2Δρεζ)/(4πησ))[εxx(e1)+εzz(e1)+εxx(e1)/t(yī)+εzz(e1)/t(yī)-εxx(e2)-εzz(e2)-εxx(e2)/t(yī)-εzz(e2)/t(yī)]Eq.2E(z12)＝(ω2Δρεζ)/(4πησ))[εzz(e1)+εxx(e1)+εzz(e1)/t(yī)+εxx(e1)/t(yī)-εzz(e2)-εxx(e2)-εzz(e2)/t(yī)-εxx(e2)/t(yī)]Eq.3
這里E(x12)沿著X軸方向電極1和2之間的流動電位；E(z12)沿著Z軸方向電極1和2之間的流動電位；εxx(e1)是在電極1的位置沿X軸方向的位移。εxx(e2)是在電極2的位置沿X軸方向的位移。εzz(e1)是在電極1的位置沿Z軸方向的位移。εzz(e2)是在電極2的位置沿Z軸方向的位移。其他符號和等式1中注解一樣。
有了以上的公式，我們就可以利用地震波運動的時間函數來計算振電信號傳播函數。這里只是兩維的公式，進一步可以發(fā)展成三維方程。在一些簡單的問題中，也可以簡化成一維方程。
振電信號測試中，地下水位是一個重要的因素。當地震波傳播過地下各種地質結構時，不同層位的不同波阻抗會產生各種反射。所有的這些反射傳播到地表面時都要經過地下水面，并在那里產生振電信號。
當地下水界面接近地表面時，地下水界面產生的振電信號可以在地面被天線接收到。這樣就不必要用檢波器放置在地面直接接收地震信號。
當地下水面比較深的時候，結合振電信號天線和地震檢波器可以用來測定地下水面深度。檢波器在地下接收到的地震波的速度比天線接收到的地下水面產生的振電信號要慢的多。這是利用地震波面在地下水面產生振電信號特點的另外一種用途。
本發(fā)明的另一個引深應用是用地面或空中的天線進行三維地震勘探。不論是天然的或是人工的地震震源，產生的地震波在地下水面附近都會產生振電信號，生成的振電信號具有電磁波的性質將傳播到地表面進入大氣層，就像傳播到地殼中新的一層一樣。傳播到空氣中的振電信號可以用天線來接收。比較傳統的用檢波器接收地震波的方法，接收振電信號有許多優(yōu)點。檢波器只能接收一點的地震波，而天線接收到的振電信號，就像前面提到的電極接收振電信號一樣是接收到整體波面的信號。用天線接收振電信號比用檢波器接收地震波更容易移動。
實驗室中測試振電信號和地震波傳播原理的裝置見圖1。巖石樣品102被電極104和106懸掛在支架107下面，使得巖石樣品可以像個擺一樣運動。放大器108接收并發(fā)大振電信號然后輸送給存儲器110，存儲器可以是個計算機，磁帶記錄器或是其他類似功能的儀器。
圖2是圖1中的樣品102擺動時產生的振電信號數據。圖3是一條擺運動的衰減正弦曲線。圖4是把圖2的實測數據與圖3的理論曲線重合在一起。兩條曲線的重合證明振電信號是由振電擺產生的并且和振電擺動頻率一致。
地面振電信號勘探裝置原理見圖5。地震震源502在地表504產生地震波506，508，510和512。電極514在震源502的位置，電極516，518，520和522從震源向外排列。電極514和其他電極之間的數據接收系統沒有在圖中表示出來。
實際勘測中，地震震源502激發(fā)地震波506，508，510和512。這些地震波的向下傳播大致可以看成半球的波形，傳播的速度由地下介質的性質決定；在一些特定的地質界面還有反射發(fā)生。當地震波傳播時，波前面的每一點都激發(fā)振電信號。振電信號的被激發(fā)源是隨著地震波的速度和頻率移動的。激發(fā)后的振電信號以電磁波的高速傳播。根據電極組516，518，520和522的位置可以推算振電信號的激發(fā)源點；并且得到頻率的信息。這些都是由地震波的激發(fā)和傳播決定的。
穿透深度示意線524，526和528表示相應電極516，518和520的穿透深度。從地震源502和震源電極514排列開的一定極距的電極516，518，520和520可以接收到地震源502激發(fā)的地震波所產生的振電信號。綜合所得振電信號和地質信息，可以看到極距越大，穿透深度越深。
圖6示意振電信號測井中的電極距與穿透深度的關系。地震波震源602激發(fā)地震波并以相對低的速度傳播在含水地質介質中。電極組排列604，606，608，610和612接收地震波產生的振電信號。穿透深度線614，616，618和620分別示意電極606，608，610和612的穿透深度。電極距越大穿透深度越大。圖中只表示電極和穿透深度的示意，接收儀器沒有表示出。
震源502和602可以是任何類似的設備，像爆炸震源，振動震源等等物探和測井中經常使用的震源。電極514，516，518，520，604，608，610和612也都是現在使用無極化的電極。
例1圖5所示意的接收裝置用在本發(fā)明地面勘測的實驗模型中。在這個模型中，每個電極的位置放一個檢波器。圖7所示的兩維黏彈性地質模型作為實驗模型的地下結構。在地質模型中，P波速度Vp1＝2.0，Vp2＝3.0，Vp3＝8.0.S波速度Vs1＝1.4，Vs2＝3.0，Vs3＝5.6.Pm1＝0.1，Pm2＝0.2，Pm3＝0.1(md)。這里Pm是各層的滲透率。各層的黏彈性系數第1和3層VVp＝0.01，VVs＝0.01.第2層Vvp＝Vvs＝0.02.流體的黏度η＝1.0，電導率σ＝0.10歐姆米；介電常數ε＝8.85乘10的12次方F/m；濟特(Zeta)電位ζ隨滲透率變化。
人工地震波震源在地質模型的左上角。模型計算結果見圖8到圖11。
圖8是地震波在0.012秒的垂直分量圖9是地震波在0.012秒的水平分量。
圖10和圖11的振電信號是在0.06秒。
圖10和圖11所示的振電信號模型中電極距可以增加的，前面提到的振電信號傳播理論指出穿透深度是由電極距決定的。用不同的電極距，根據不同穿透深度的的數據，可以得到區(qū)域的信息。本例中電極距514和520之間是160米。514和522之間是200米。
為了清晰的表示振電信號的波形，振幅被放大了4倍。實際勘測中地震面波要比地下反射和折射波強的多。振電信號中也有同樣的效應。地震波產生振電信號也可以分為地震面波產生的，反射波產生的和折射波產生的等等。這些可以由它們的速度區(qū)分，就像在地震波分析解釋中那樣。最終的目的地是得到地下的地質結構。
圖10的振電信號是從極距160米的電極514和520之間得到的。圖8和圖9中衰減地震波顯示在振電信號中。圖11的振電信號是從極距200米的電極514和522之間得到的。同樣衰減地震波顯示在振電信號中。我們可以看到，地震波的是平行于振電信號的，地震波的信息可以在振電信號中得到。
地震波穿過不同地質界面產生的反射波可以更方便的從振電信號中得到。振電信號還含有地層滲透率的信息。
從圖10和圖11的振電信號的簡單圖形中，可以用處理檢波器地震信號的反演方法得到地下各層的信息。
圖12示意本發(fā)明引深的方法。天然地震源1202激發(fā)地震波，地面1204附近的地下水面1206。地震波1208從地下層面?zhèn)鞑サ降叵滤?206產生振電信號1210可以由天線1212接收。這種方法可以省去檢波器接收到整體的數據，甚至不用電極。實際勘測中在空中接收振電信號的條件是地下水面1206和地表面1204不太遠。這種用振電信號接收地震信號進行勘探的方法還沒有人提出過。
例2前面已經提到，天然的地震震源包括地球的轉動，地震，潮汐運動等等。所有的這些運動都會產生地震波從而間接產生振電信號。天然地震源對于小范圍的模型來講，相當于震源在模型的底部。
圖13示意本發(fā)明的第二個引深，天然震源1302在地質模型的底部，地質模型的地表面1304，地下水位1306，第一地質界面1308，第二地質界面1310，地質異常1311，也是勘測的目的層。天然震源1302激發(fā)出地震波信號1312，1314，和1316。這些信號向地面1304傳播時在地質界面產生折射和反射。由地面的參考接收器1318，第一接收器1320和第二接收器1322接收。
第一接收器1320，第二接收器1322和參考接收器1318可以是地震檢波器直接拾取地震波，像已知的地震勘探技術。也可以是根據本發(fā)明用電極等接收地震波在地層中傳播時激發(fā)的振電信號?；蛘邇烧咄瑫r采用。
參考接收器1318可以提供控制信號顯示大地電信號，大地電信號來自太陽風和其它的電信號源，在精確的測量中必須補償掉。參考接收器1318得到的信號可以補償掉第一接收器1320和第二接收器1322接收到的信號中的大地電信號。從地震信號1314和1316得到地質異常1311有效的時間和振幅的圖形關系。
使用天然震源的方法模型表示出。用例1使用過的地質模型圖7和裝置示意圖5，去掉地震震源502。在地質模型底部中間的位置放一個相當天然震源的人工震源。
圖14是地震波垂直分量圖形，所用參數和例1相同，只是沒有人工地震震源。
圖15是地震波水平分量圖形，所用參數和例1相同，只是沒有人工地震震源。
圖16是電極514和516之間的振電信號模型，可以看出與以上兩圖形的地震信號一致。
圖17是電極514和518之間的振電信號模型，可以看出與以上兩圖形的地震信號一致。
地震檢波器和振電信號電極象例1一樣同時放置在地表。再提一次，這些數字模型是數據解釋的根據用振電信號反演可以用出計算地下地質結構。
例3當地下水面不在地表附近時，振電信號結合地震波的信息可以測定地下水的深度。人工的或是天然的振電信號震源都可以。
圖18示意這種方法，天然震源1802在地表1804下面，之間是不知深度的地下水面1806。地震波1808向上傳播通過地下水面1806激發(fā)振電信號產生電磁波1810，電磁波1810繼續(xù)向上傳播到大氣層，被天線1812接收。地震波1808被檢波器1814接收。
由振電信號激發(fā)的二次電磁波的速度大約每秒300,000公里，而地震信號振電信號的速度大約每秒1公里。當然這兩個速度的準確值由地質結構的性質確定。
振電信號和地震信號到達地面的時間差提供了一種計算地下水面深度的簡單方法。
上述發(fā)明的決竅和引深被解釋的能夠讓這個領域里的技術人員實際運用。在幾個方面的詳細敘述讓這個領域的技術人員容易了解本發(fā)明，并且使他們能夠根據本發(fā)明的原則進行相當的替代和轉換。在本發(fā)明的范圍沒有任何問題被保留，對本發(fā)明的理解只限于下列權利要求的基礎。
權利要求
1.一種在含水地質介質中的測井方法，以下的步驟激發(fā)低頻地震波；在時間域測定流動電位。其中一個電極在地震波震源接觸地層，至少還有另一個電極在離開震源有限距離內接觸地層。分析得到的流動電位確定多維地震波在相應時間內的傳播。
2.地質測井的裝置，組合為地震波震源，激發(fā)低頻地震波。至少有一個振電信號接收電極在地震震源附近接觸地層，至少有另一個振電信號接收電極在距離地震震源有限距離內接觸地層；至少有一個振電信號接收電極在所測井孔內。至少有一個電位計類似的裝置連接在振電信號接收電極上接收上述地震震源產生的多維地震波激發(fā)的振電信號。
3.根據權利要求2的測試方法，用所述地震波源，地震波源電極和井孔內所需要的儀器設備。
4.一種改進的在含水介質區(qū)域的用地震檢波器的勘測方法，包括以下步驟在地表面連接一對以上的電極；在地震檢波器讀數同時用上述電極在時域測試多維地震波產生的流動電位分析上述流動電位得到多維地震波在時域傳播和有關信息。
5.一種在實驗室測定含水地質樣品的方法，包括以下步驟在地質樣品上聯連接兩個以上的電極；作用一個外力讓地質樣品擺動，讓地質樣品產生一個流動電位；用上述地質樣品上的電極對在時間域內測量流動電位，然后根據流動電位和擺動計算地質樣品的性質。
6.一種改進的在含水介質區(qū)域的勘測方法，改進的方法包括以下步驟在時域用空中天線測試多維地震波產生的流動電位分析上述流動電位得到多維地震波在時域傳播信息。
7.一種改進的在含水介質區(qū)域的勘測方法，改進滲透率測試包括以下步驟在勘測區(qū)域放置天線；用上述天線在時域測試多維地震波產生的流動電位分析上述流動電位與巖石應力的關系得到地層滲透率的信息。
8.一種改進的在含水介質區(qū)域的地質勘測方法，改進方法包括以下步驟在時域測試多維地震波產生的流動電位；分析上述流動電位得到多維地震波在時域傳播信息。
9.一種改進的在含水介質區(qū)域的地質結構勘測方法，包括以下步驟激發(fā)一個低頻地震波；在時域測試多維地震波產生的流動電位；分析上述流動電位與巖石應力的關系得到多維地震波在時域運動傳播信息。
10.上述權利要求9的在含水介質區(qū)域的多維地質結構勘測方法，在時域流動電位與巖石應力的關系中E(t)＝F(ω，Δρ，P(t)，ζ，ε，η，σ)E(t)是時間函數的流動電位，F是函數關系，ω是地震波頻率，，Δρ1是水和含水介質的密度差；P(t)是巖石應力與時間的函數關系；ε是流體的介電常數；ζ是濟特電位；η是流體的黏度系數；σ是流體的導電率。
11.地質結構勘測的儀器設備包括一個地震源激發(fā)一個低頻地震波；至少一個天線，至少一個電位計類似的儀表連接到上述天線，在時域測試多維地震波產生的流動電位。
12.權利要求11所述的儀器，其中所述天線是空中天線。
13.一種根據權利要求7的改進的方法，在分析上述流動電位進一步在時域分析流動電位作為巖石應力的函數關系得到地層滲透率的信息。
14.一種在含水介質區(qū)域的多維地質勘測或測井方法振電信號接收電極和地震檢波器或聲波接收器在同一位置分別接收振電信號和地震波信號。
15.根據權利要求14的在含水介質區(qū)域的多維地質勘測方法在分析流動電位在時域與巖石應力的函數關系用振電信號接收電極處的巖石應力，分析含水介質滲透率的方法。
16.根據權利要求14的在含水介質區(qū)域的多維地質勘測方法根據地震波的波長計算振電信號接收電極距離的分析方法。
全文摘要
一種低成本，方便的振電信號地質勘探和測試方法及相關裝置；也可以在實驗室測試地質樣品。振電信號是人工或天然激發(fā)的地震波傳播中產生的。振電信號具有地震波的速度和頻率，同時又以激發(fā)高速的二次電磁信號。振電信號可以用電極或天線接收。電極可以用在測井和地面測試。這種方法可以配合檢波器數據使用，也可以單獨使用。振電信號是由運動的地震波前持續(xù)產生的，包含地下結構的整體信息的振電信號和地震信號類似，但是更簡單容易接收。地震波的反射和折射同樣可以由振電信號接收。這種方法還可以用來測定滲透率和地下水位，測試方法不必使用信號的相位，檢波器或是多腔室的壓力振動器。
文檔編號G01V3/18GK1392420SQ0212570
公開日2003年1月22日 申請日期2002年8月13日 優(yōu)先權日2002年8月13日
發(fā)明者董奇 申請人:董奇