2) Переменное гармонически изменяющееся поле, как поле, описываемое в рамках полустационарной модели и возникающее вследствие пропускания («задавливания») переменного электрического тока в земной коре в относительно широком диапазоне частот от первых сотен геоц до единиц мегагерц.

3) Неустановившееся поле, называемое еще полем переходных процессов, описываемое, как и гармонически изменяющееся, в рамках полустационарной модели и возникающее во временном промежутке между импульсным включением или выключением постоянного тока.

4) Электроволновое поле, как поле, описываемое в рамках волновой модели и возникающее вследствие излучения высокочастотных импульсов (электромагнитных волн) метрового и дециметрового диапазонов в геологической среде.

Характеристика электрических свойств горных пород.

По электрическим свойствам все природные объекты подразделяются на:

1) Проводники с>0, е>?;

2) Полупроводники 1 Ом*м>с>0; 20 отн. ед. <е<?;

3) Диэлектрики с>?; е>1.

В проводниках электромагнитное поле обусловлено сквозным током электронов и ионов, в полупроводниках сквозным током ионов и дырок, в диэлектриках преобладают волновые процессы, связанные с токами смещения, т.е. передачей энергии электромагнитного поля от одних двойных электрических слоев к другим (беспроводная поляризация).

Изменение электрических свойств в природных объектах зависит от частоты электромагнитного поля: чем выше частота, тем меньше с и .

Электрические свойства минеральной части горных пород зависят от их вещественно-петрографического состава. Основное значение играет соотношение металлической, ковалентной и ионной связей химических элементов внутри кристаллов. Жидкости: нефть и дисцилированная вода относятся к диэлектрикам поэтому с>?; е>1 Природные воды по мере увеличения концентрации солей уменьшают удельное электрическое сопротивление. Оно понижается и у окисленной нефти, если она существует длительное время в виде разливов на дневной поверхности и в покровных отложениях. Воздух и все природные газы диэлектрики, поэтому с>?; е>1. Таким образом, все пористые среды, заполненные газом или природной нефтью являются более высокоомными по сравнению с таковыми заполненными водой.

Основные породообразующие минералы магматических и метаморфических пород обладают низкой электропроводностью. Следовательно, эти породы относятся к разряду диэлектриков ввиду малой пористости, а соответственно и низкой водонасыщенности. Тем не менее, последняя уменьшается у магматических пород в ряду от кислых к ультраосновным, а у метаморфических пород по мере усиления метаморфизма за счет незначительного уменьшения пористости.

Следует заметить, что для слоистых толщ значения с_вкрест и с_вдоль неодинаковы. Такая среда называется анизотропной и характеризуется коэффициентом анизотропии

l=vс_вкрест /с_вдоль.

Для возбуждения и регистрации электромагнитных полей существует два способа:

1) Гальванический (с помощью штыревых металлических электродов).

2) Индуктивный или индукционный (с помощью индукционных рамок или магнитных антенн).

Оба этих способа или их сочетание, например гальваническое заземление-индуктивный прием, используются в двух основных модификациях электроразведки:

- Электромагнитном профилировании, то есть картировании участков геологоразведочных работ путем перемещения электроразведочных установок или модулей по системе профилей.

- Электромагнитном зондировании, то есть изучении геологических разрезов, на глубину в заданных точках, где инструментом бурения выступает электрический ток.

Эти модификации реализуются путем использования электроразведочной аппаратуры. Производится возбуждение (создание) электромагнитных полей и измерение составляющих этих полей (значений напряженности и потенциалов). Применяются специальные электроразведочные установки. Они состоят из питающих и измерительных модулей, включающих генераторы и измерители, электроразведочные провода, штыревые металлические электроды, индукционные рамки и магнитные антенны и др. Схемы гальванического и индуктивного возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля приведены на рис. 44.

Рис. 2.6. Схемы гальванического (а) и индуктивного (б) возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля

А и В - питающие электроды -, M и N - измерительные электроды, Г - генератор,

И - измеритель, Q - площадь генераторной петли, g - площадь измерительной рамки

Метод естественного постоянного электрического поля (ЕП).

Метод ЕП основан на изучении окислительно-восстановительных, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных процессов в земной коре. Они создают аномалии, которые могут быть зарегистрированы микровольтметром постоянного тока с высокоомным входом. Для производства работ используются специальные неполяризующиеся электроды, так как таковые металлические из-за окисления в грунте создают значительную (до 1 В) электродную разность потенциалов. Полевые наблюдения состоят в измерениях потенциала (U_ЕП) или разности потенциалов (ДU_ЕП) между измерительными электродами M и N (рис 2.3).

Рис.2.3. Схема съемки потенциалов (А) и градиентов потенциала (Б) методом ЕП

Усовершенствование методики измерений ЕП заключается в помещении неполяризующихся электродов в тряпичные чехлы (мешочки), обильно смоченные водой, которая из пластиковых бутылок также заливается в лунки, заранее подготовленные на профиле. Таким простым и оригинальным способом («тряпичным фитилем») и осуществляется контакт неполяризующихся электродов с грунтом в период измерений, что существенно увеличивает производительность и повышает точность.

При длине профилей до 1 км целесообразно использовать способ измерения потенциала, а свыше 1 км - способ измерения градиента потенциала. Для выявления аномальных зон повышенной флюидопроницаемости вполне приемлем шаг измерений 10 м. При этом, работая по способу градиента (U), через каждые 200 м необходимо производить контрольные (повторные) измерения U для оценки накапливающейся погрешности и последующей ее ликвидации.

На рис. 2.4 показан типовой график ЕП над металлическим объектом (трубой водовода). Исследования методом ЕП также эффективны при изучении зон инфильтрации (отрицательные аномалии) и разгрузки (положительные аномалии) подземных вод.

Рис. 2.4. Форма графика ЕП над стальной трубой

Методы электроразведки на основе искусственного постоянного электрического поля.

Методы электропрофилирования и электрозондирования на основе искусственного постоянного электрического поля получили название методов сопротивлений (КС). Все процессы рассматриваются в рамках стационарной модели. В основе лежит теория распределения в геологической среде постоянного электрического поля, когда f>0 и основную роль играют токи проводимости. Название методов связано с понятием кажущегося сопротивления с_к, которое отличается от истинного с_п в силу того, что во всех случаях изучаемый объект является частью гетерогенной (неоднородной) геологической среды и поэтому регистрируемые параметры поля являются интегральными показателями, в которых учитывается доля каждого из присутствующих в этой среде других объектов.

Для производства работ в электроразведке используются установки с гальваническим способом возбуждения и приема. Параметр с_к рассчитывается по формуле:

с_к=k*(?U/I) (2.4),

где

k - коэффициент электроразведочной установки зависящий от геометрического расположения электродов, ?U - разность потенциалов между электродами M и N, I - сила тока в цепи AB.

Сущность формулы (46) вытекает из закона Ома, согласно которому если в однородной среде, где с=const, возбуждается ток силой I и воздействует на элементарный объем, где dI - сила тока, dS - площадь грани, а d? - длина грани (рис. 2.10), то:

Рис. 2.5.Схема, поясняющая вывод закона Ома в дифференциальной форме

R=-dU/dI и R=с*(d?/ds) (2.5),

где

R - сопротивление элементарного куба однородной среды.

Приравниваем правые части уравнений (47):

-dU/dI=(di/ds)*с

или

ds/dI=-(1/с)*(dU/dl).

Так как

ds/dI=j - плотность тока, а

dU/d?=Е напряженность поля, следовательно:

j=-(1/с )*Е=у_э*Е (2.6),

где

у_э=-1/с - проводимость среды.

Для гальванического заземлителя, который условно можно представить в виде полусферы, плотность тока описывается формулами:

j=-(1/с)*(dU/dx) и j=I/(2р*x²) (2.7)

Опять, приравнивая правые части уравнений (49), имеем:

dU=(I*с/2р)*( 1/x²)*dx

и, после интегрирования



?dU=(I*с/2р) ?-dx/x²,

получаем формулу для потенциала поля в точке, удаленной от источника на расстояние х:

U=(I*с/2р)*1/x (2.8)

Рис. 2.6. Типовая 4-х электродная электроразведочная установка

Теперь остается рассмотреть роль коэффициента k при изучении показателя с_к типовой 4-х электродной электроразведочной установкой с произвольным расположением питающих (А,В) и измерительных (М,N) электродов (рис. 2.6).

Разность потенциалов между электродами M и N согласно формуле (2.8) будет:

?U_MN=U_M^AB-U_N^AB =[(I*с/2р)*(1/AM-1/BM)]-[ (I*с/2р)*(1/AN-1/BN)],

следовательно:

с=(?U/I)* (2р/[1/AM-1/BM-1/AN-1/BN]) =(?U/I)*k,

где

k =2р/(1/AM-1/BM-1/AN-1/BN) (2.9)

Как видно из (2.9), k зависит только от геометрических размеров между питающими и измерительными электродами и его сущность в компенсации уменьшения потенциала поля или его напряженности по мере удаления точек измерения от источника.

В практике электроразведки наибольшее применение получили осевые, экваториальные и радиальные электроразведочные установки (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Типы электроразведочных установок

Электропрофилирование (ЭП)

ЭП выполняется путем перемещения электроразведочной установки с заданными и не изменяющимися параметрами по системе профилей. Способ движения обычно челночный. Профили располагаются, как правило, вкрест простирания искомых объектов (рис.2.13).

Рис. 2.13. Схема электропрофилирования челночным способом

Размеры электроразведочных установок и шаг перемещения выбирают исходя из предполагаемой глубины залегания объектов. Чем больше длина АВ и меньше MN, тем глубинность исследований увеличивается (рис. 2.8). Мерой увеличения является коэффициент установки k_AM1N1B>k_AMNB.



Рис. 2.8. Глубинность электроразведочной установки в зависимости от размеров приемной линии

Физической основой электропрофилирования является квазилинейное изменение напряженности поля E=f(?U) в центре линии АВ в однородной изотропной среде, где с среды во всех направлениях одинаково (рис. 2.9-а).

Рис. 2.9. Графики изменения напряженности электрического поля в однородной изотропной среде (а) и в этой же среде с локальным высокоомным объектом

В случае наличия в этой среде локального объекта, он отразится положительной или отрицательной аномалией в зависимости от соотношения с (рис.2.9-б).

Для осевых электроразведочных установок справедлив принцип взаимности, Суть которого в том, что если поменять местами, питающие и измерительные электроды, то в силу того, что коэффициент электроразведочной установки не изменяется, следовательно не изменяется и форма графиков с_к.

Способов и методов электропрофилирования много. Наиболее широко применяемыми являются:

1) Симметричное электропрофилирование (СЭП) с двойными (или без двойных) разносами питающих электродов. Форма графиков для таких установок приведена на рис. 2.16 и 2.17. Примечательно, что применение 2-х питающих линий разной длины позволяет характеризовать геологический разрез в пределах разных глубин (см. рис.2.10).

Рис. 2.10. График, полученный при профилировании симметричной установкой над плохо проводящим пластом.

I - III положения установки

Рис. 2.10. Графики электропрофилирования установкой над синклиналью и антиклиналью

2) Электропрофилирование методом срединного градиента (СГ), когда электроды А и В неподвижны и расстояние между ними в три раза превышают длину профилей по которым перемещается линия MN. Результаты наблюдений изображают в виде план-графиков r_к и DU. Вид установки и форма графиков приведены на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б) электрического профилирования методом СГ

3) Комбинированное профилирование (КП) - способ, применяемый с двумя встроенными 3-х электродными установками AMN и MNB. Линяя MN - общая, имеется питающий электрод С, отнесенный в бесконечность (рис.2.12-а).

По результатам исследований получается два графика r_к отдельно для каждой установки, что позволяет при их совместном рассмотрении выявить определенные особенности геологического разреза, которые не удается рассмотреть по другим модификациям электропрофилирования (рис. 12-б).

Рис. 2.12. Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б) электрического профилирования методом КЭП

4. Круговое профилирование (КрП) - способ в основе которого лежит вращение линейной 4-х электродной симметричной по различным азимутам. Затем строятся полярные диаграммы по которым производится определение пространственного расположения геологических образований, в частности господствующего направления трещиноватости.

Электромагнитное зондирование (ЭЗ).

ЭЗ это вторая основная модификация электроразведки, цель которой изучение геологических разрезов на глубину в заданной точке. Другими словами это электробурение, инструментом которого служит электрический ток. Способов ЭЗ как и ЭП много. Наиболее распространены два способа: ВЭЗ - вертикальное и ДЭЗ - дипольное электрическое зондирование.

ВЭЗ осуществляется путем последовательного увеличения размеров питающей линии АВ, когда каждый последующий разнос увеличивается по отношению к предыдущему в 1,5 - 2 раза, что соответствует логнормальному закону т.е. чем больше разнос (длина линии АВ), тем больше вклад вторичных зарядов формирующихся на границах разделов сред.

Технология выполнения ВЭЗ описана в многочисленных учебниках, справочниках и руководствах. Она сводится к устройству на поверхности земли электроразведочной установки, состоящей из двух питающих А и В и двух измерительных (приемных) М и N электродов, расположенных симметрично относительно центра (рис. 2.13). Через электроды А и В от батареи или генератора в землю поступает электрический ток силой I, а между приемными электродами М и N измеряют разность потенциалов ДU. Сделав первый замер, увеличивают разнос АВ и вновь измеряют силу тока I и разность потенциалов ДU.

Рис. 2.13. Схема установки вертикального электрического зондирования

К₁,К₂ - катушки с проводом; Г - генератор, И - измеритель, A,B,M,N - питающие и измерительные электроды; пунктиром показаны токовые линии

На одной стоянке прибора выполняют 20-25 измерений при последовательном увеличении разносов. Максимальные разносы выбирают исходя из заданной глубины исследования, которую оценивают приближенно по формуле:

(Ж_эф)_mах ? 0,1АВ(2.10)

Электрическое зондирование выполняется постоянным или переменным током низкой частоты. В процессе работ на каждом разносе по результатам измерений вычисляют кажущееся сопротивление:

(2.11),

где k - коэффициент установки:

(2.12)

ДЭЗ основан на последовательном удалении друг от друга питающего и измерительного диполей (линий АВ и MN, линейный размер которых меньше расстояния между их центрами). При этом, линия MN последовательно удаляется с заданным шагом от АВ (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Схема установки ДЭЗ

Г - генератор, И - измеритель, A,B,M,N - питающие и измерительные электроды, пунктиром показаны токовые линии

Возможен вариант, когда от точки зондирования в противоположных направлениях удаляются и АВ и MN. В обоих случаях физика процесса такова, что чем дальше MN от АВ, тем «ощущается» больший вклад от вторичных зарядов все более и более глубоких горизонтов. Регистрируемые сигналы на каждом удалении MN, как и при ВЭЗ, отражают интегральный (суммарный) вклад зарядов, при том, что чем больший по толщине слой, тем вклад зарядов от него наибольший.

Метод ДЭЗ по отношению к ВЭЗ точнее регистрирует локальные леенеоднородности за счет повышенной глубинности. Кроме того его установки бо мобильны. Недостаток ДЭЗ в том, что напряженность поля убывает пропорционально кубу расстояния (у ВЭЗ пропорционально квадрату расстояния) и поэтому требуется использование более мощного генератора, чем для ВЭЗ.



Лекция 3. Электроразведка

Тема: Методы электроразведки, основанные на использовании переменных (естественных и искусственных) электромагнитных полей. Методики работ, интерпретация результатов. Примеры применения электроразведки

Модификации ЭП и ЭЗ находят широкое применение не только при использовании постоянного электрического поля, но и на основе переменных электромагнитных полей. К последним относятся:

1) Гармонически изменяющееся поле;

2) Неустановившееся поле (поле переходных процессов);

3) Магнитотеллурическое поле.

Методы на основе гармонически изменяющегося поля.

Под гармоническим понимается поле, все элементы которого изменяются во времени по закону косинуса или синуса. Возбуждение (создание) поля производится как гальваническим, так и индуктивным способами. Исследования выполняются преимущественно в диапазоне частот от первых сотен герц до единиц мегагерц.

Модификация ЭП включает не менее десятка методов и способов, которые основаны на установках индукционного или смешанного, например гальваническое возбуждение-индуктивный прием, способов возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля. Широко известен метод дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП). Профилирование заключается в передвижении электроразведочной установки источник-приемник (И-П), где в качестве излучателя используется индукционная рамка, а в качестве приемника - магнитная антенна (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Схема работы методом дипольного электромагнитного профилирования

1 - генератор электромагнитного поля; 2 - передающая антенна;

3 - приемная антенна; 4 - измеритель электромагнитного поля.

Генератор имеет узел периодического выключения тока. В моменты выключения производятся измерения фоновой составляющей вертикальной компоненты магнитного поля H_z^ест , а при работе генератора такой же компоненты наведенного поля H_z^нав.

По результатам ЭП строятся графики и карты (см. рис. 2.11).

Следует подчеркнуть, что наблюденные значения H_z^ест априори можно рассматривать в качестве показателей электромагнитной загрязненности изучаемой территории на применяемой частоте. При этом, взаимодействие естественного электромагнитного поля с тектонически-нарушенными и близкими к ним по физико-геологическим особенностям зонами имеет наибольшую активность.

Модификация ЭЗ выполняется двумя способами. Первый из них относится к малоглубинной электроразведке и носит название радиально-частотного зондирования. Оно основано по аналогии с ВЭЗ на последовательном изменении размера питающей линии на фиксированной частоте (рис.2.16).



Рис. 2.16. Схема установки радиально-частотного зондирования

Другой способ это частотное зондирование (ЧЗ). Суть ЧЗ в том, что расстояние между питающим и измерительным модулем является постоянным, а частота изменяется от высоких значений до инфранизких. Происходит «задавливание» вихревых электрических токов в глубь земли. Метод относится к разряду глубинных. Функцией проникновения электрического тока на глубину является частота, т.е. в основе лежит явление скин-эффекта суть, которого в том, что на высоких частотах токи концентрируются у поверхности Земли, а на низких, наоборот, все более проникают на глубину. Исследования относят к так называемой дальной зоне, где формируются на удалении от источниковю плоские электромагнитные волны, проникающие в землю по вертикали. Установка ЧЗ показана на рис. 2.17.

Рис.2.17. Установка частотного зондирования

В процессе зондирования частота f изменяется с коэффициентами 1.2 - 1.5.

На каждой частоте измеряют D U(w) и I и вычисляют r_к:

(2.12),

где

(2.13)

Методы на основе неустановившегося электрического поля.

Неустановившееся поле - поле переходных процессов, возникающих при ступенчатом изменении силы тока в источнике. Постоянный электрический ток пропускают через возбуждающие устройства гальванического (линия АВ) или индукционного (петля) типа. В момент включения или выключения тока резко изменяется магнитная индукция, в проводящей среде образуется вихревое переменное электромагнитное поле, структура и частная характеристика которого непрерывно изменяется во времени и в пространстве.

Ранняя стадия - в частотном спектре высокие гармоники, вихревые токи концентрируются у поверхности.

Средняя стадия - высокочастотная часть поля затухает, (энергия поглощается средой), возрастает роль низкочастотных гармоник.

Поздняя стадия - поле выравнивается, токи равномерно распределяются в пространстве, поле зависит от суммарной продольной проводимости пород.

Основной параметр неустановившегося электрического поля - время (t).

Модификации ЭП носят название методов переходных процессов (МПП), основанных преимущественно на петлевых установках (индукционные рамки возбуждения и приема сигналов). Измерения выполняют на всех временных задержках (рис. 2.18).

Модификации ЭЗ основаны на явлении проникновения вихревых токов во все более глубокие горизонты с течением переходного процесса. Методы относятся к разряду глубинных и разделяются на зондирование становлением поля в дальней (ЗСД) и ближней (ЗСБ) зонах.

Рис. 2.18. Схема съемки для однопетлевого варианта МПП (а) и план отработанных петель с нанесенными переходными характристиками (б)

А - переходная характеристика над аномальной зоной, Г - генератор, И - измеритель

ЗСД выполняют в так называемой дальней зоне, где преобладают линейные процессы распределения электромагнитного поля. Неустановившееся поле регистрируют в режиме включения тока. Применяется экваториальная установка, состоящая из питающего диполя AB (гальваническое возбуждение) и приемного контура q (индуктивный прием) при расстоянии между ними до 10-15 км. Разнос AB-q должен в два и более раз превышать глубину залегания основного опорного горизонта. Установка ЗСД, форма тока и кривая зондирования приведены на рис.2.194.



Рис. 2.19. Установка ЗСД (а), кривая зондирования (б)

У - усилитель, Р - регистратор, q - приемная петля

ЗСБ основано на изучении неустановившегося поля в ближней зоне, когда преобладают процессы поздней стадии, поле «выравнивается» и равномерно распределяется в разрезе. Наблюдения выполняют после выключения тока. Используют различные установки (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Схемы установок ЗСБ: а) - диполь-петля, б) - петля-петля, в) - петля в петле, г) - длинный кабель - петля и кривые кажущегося сопротивления с_ф и кажущейся проводимости S_ф (д)

Графики с_ф и S_ф используют для детализации геоэлектрического разреза и выделения в них проводящих слоев.

Методы на основе магнитотеллурического поля.

Магнитотеллурическое поле - это естественное электромагнитное поле Земли, наблюдаемое на больших регионах в виде вариаций электрических и магнитных компонент. Источники первичного поля зарождаются в магнитосфере и ионосфере Земли под воздействием корпускулярного излучения солнца. У поверхности земли формируются на ограниченном пространстве квазиплоские волны, падающие по вертикали. Они возбуждают вихревые токи, глубина проникновения которых определяется частотой колебаний или периодом вариаций.

В электроразведке используют короткопериодные колебания (КПК). Изучают 5 компонент магнитотеллурического поля: E_x, E_y, H_x, H_y, H_z. Ось х - вдоль простирания объектов. Об источнике поля сведений нет, поэтому используется относительный параметр - импеданс:

Z=E/H

Основные импедансы:

.

Кажущееся удельное электрическое сопротивление с_Т и фазу импедансов ц_Т рассчитывают по формулам:

, , (2.14),

где a и b коэффициенты, зависящие от геоэлектрических условий.

Значения Ех, Еу, Нх, Ну, Т и ?t снимают с графиков короткопериодных вариаций (рис. 2.21). Все операции компьютеризированы.

Рис. 2.21. Фрагмент записи короткопериодных вариаций

Модификация ЭП, то есть магнитотеллурическое профилирование (МТП) заключается в измерении взаимно перпендикулярных составляющих E_x, H_x, E_y, H_y электрического и магнитного полей на земной поверхности. Диапазон периодов Т составляет 10 - 100 с, что соответствует квазигармоническим колебаниям с частотой f, равной 0.1-0.01 Гц. Глубинность оценивается по формуле:

(2.15),

где - продольное сопротивление среды, - длина волны.

Согласно формуле (2.15), МТП относится к разряду глубинных методов. Например, если Омм, то будет составлять порядка 3 км.

Последовательность работ МТП.

Выполняются рекогносцировочные магнитотеллурические измерения в точках, равномерно распределенных по площади. Строится кривая рекогносцировочного магнитотеллурического зондирования (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Кривая рекогносцировочного магнитотеллурического зондирования

S^I - расширенный диапазон S



Далее работы МТП проводятся или в диапазоне h или в диапазоне S. Время измерений - 1 - 2 часа на каждой точке. Диапазон S используют для вычисления суммарной продольной проводимости S толщи пород до опорного электрического горизонта, например фундамента, а диапазон h для определения глубины горизонта с . Затем строят карты этого горизонта и карты равных значений S.

Модификация ЭЗ носит название магнитотеллурического зондирования (МТЗ). Его сущность заключается в одновременной регистрации компонентов магнитотеллурического поля E_x, E_y, H_x, H_y, H_z на поверхности земли и последующем спектральном анализе результатов измерений. В общем случае МТЗ - это индуктивное зондирование, основанное на использовании скин-эффекта. Глубина проникновения тока зависит от периода вариаций Т.

Измерительная установка состоит из 2-х взаимно перпендикулярных приемных линий M₁N₁ и M₂N₂ (датчики электрического поля) и трех магнитометров - вариометров H_X, H_Y, H_Z (датчики магнитного поля). Датчики электрического и магнитных полей располагают строго в соответствии с элементами залегания пород и тектоникой района. Наблюдения производят в отдельных пунктах по системе профилей. Возможны одновременные наблюдения в нескольких пунктах.

Обработка данных МТЗ производится с помощью специального программного обеспечения, включающего:

1. Узкополосную фильтрацию;

2. Выделение гармонических составляющих E_x, E_y, H_x, H_y, H_z для заданной последовательности периодов Т;

3. Вычисление импедансов

, ,

4. Определение сдвига фаз между взаимно перпендикулярными составляющими E_x, H_y, E_y, H_x.

5. Вычисление кажущихся сопротивлений

, (2.16)

6. Построение графиков зондирования.

Интерпретация данных ЭП преимущественно качественная. Результаты оформляют в виде графиков характерных эффективных параметров (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Графики ДЭМП над согласным тектоническим нарушением, развитым в угленосной толще

1 - тектонически нарушенная зона,

2 - песчаник, 3 - покровные отложения,

4 - известняк,

5 - аргиллито-алевролитовая толща,

6 - уголь

Наряду с графиками строят план-графики (сопоставление графиков и их корреляция по профилям) и карты этих параметров для фиксированного действующего расстояния. Это позволяет составить представление о местоположении искомых объектов и их геометрических особенностях (простирание, падение, примерные размеры). В отдельных случаях возможна количественная интерпретация на основе функционально-аналитической зависимости между характерными точками на графиках аномалий и параметрами создающих их геологических объектов. Необходимое условие достоверности интерпретации данных ЭП - использование дополнительной геолого-геофизической информации.

Интерпретация данных ЭЗ включает анализ кривых зондирования, построение геоэлектрической модели (разреза) на основе решения прямой и обратной задач и геологическое истолкование результатов (трансформацию геоэлектрического разреза в геологический).

Первоначально по результатам полевых измерений строятся в билогарифмическом масштабе (по осям абцисс и ординат логарифмический масштаб с заданным модулем) кривые ЭЗ с последующей качественной и количественной интерпретацией. Последняя представляет собой достаточно сложный процесс. Основной рабочей моделью служит трехслойный геоэлектрический разрез, согласно которому все кривые зондирования разделяются на четыре типа (рис. 24) А, К, Н и Q.

Рис. 2.24. Типы трехслойных кривых ЭЗ

Для этих типов составлены семейства кривых, которые называются палетками. Интерпретация выполняется в ручном варианте и в компьютерном режиме по программам 1D, 2D, 3D. В последнем случае обязателен диалоговый (интерактивный) подход. Процесс основан на методе подбора, т.е. сравнении теоретических (палеточных) кривых с наблюденными. Далее строится геоэлектрический разрез, трансформируемый в геологический (рис. 2.25).

Наилучшим образом интерпретация выполняется, когда ЭЗ выполнено в горизонтальнослоистых средах и когда суммарная толщина вышележащих слоев примерно в три раза меньше каждого последующего. Если это условие не соблюдается, то тонкие слои являются «прозрачными» и для их выявления требуются априорные, дополнительные сведения.

Рис. 2.25. Пример построения геоэлектрического разреза:

1 -- пески, 2 -- песчано-глинистые отложения,

3 - глинистый конгломерат, 4 - гранит, 5 - бокситы, 6 - точки ВЭЗ

Область применения электроразведки.

Электроразведка широко применяется при геологоразведочных работах на все полезные ископаемые. При этом различают:

1) Малоглубинную электроразведку, используемую в инженерной геологии, гидрогеологии, геоэкологии и др.

2) Глубинную электроразведку, которая прежде всего решает задачи структурной и нефтегазовой геологии, а также задачи рудных и угольных месторождений.

К наиболее глубинным методам электроразведки относятся ЧЗ, ЗСД, ЗСБ, МТЗ. Эти методы применяются, как правило, в комплексе с сейсморазведкой и глубоким бурением, при том, что сейсморазведка более точно отбивает геологические структуры, а электроразведка позволяет отличать нефтегазоносные толщи от водоносных пластов (в одном случае с высокое, а в другом с низкое).

переменный электромагнитный горный порода

Проектное задание раздела

1) Составить схему основных модификаций электроразведки и их разновидностей.

2) Раскрыть сущность электрических свойств природных сред и показать роль анизотропии удельного электрического сопротивлении и диэлектрической проницаемости.

3) Дать толкование формирования в земной коре разных типов электромагнитных полей и составить представление о токах проводимости и смещения. Какие типы полей используются в электроразведке.

4) Показать способы возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля. Объяснить, как зависит распределение плотности тока с глубиной от расстояния между источником и точкой измерения и от частоты электромагнитного поля. Дать понятие эффективной глубины проникновения этого поля.

5) Начертить схемы и определить задачи, решаемые методами и способами электромагнитного профилирования.

6) Представить формы основных типов кривых электрических зондирований. Объяснить сущность палеточных и компьютерных способов обработки электроразведочной информации.

7) Дать определение ближней и дальней зон распространения электромагнитного поля при различных способах их возбуждения и приема.

8) Составить типовые блок-схемы генераторных и измерительных установок, используемых в электроразведке.

9) Объяснить сущность качественной интерпретации кривых электромагнитных зондирований.

10) Объяснить особенности переменного, гармонически изменяющегося поля, раскрыть его преимущества и недостатки.

11) Объяснить принципы создания неустановившегося электромагнитного поля в электроразведке.

12) Раскрыть сущность метода магнитотеллурического поля (МТП). Как определяется суммарная продольная проводимость в этом методе?

13) Объяснить при решении каких геологических задач применяются электроразведочные методы.



Тесты рубежного контроля раздела - Электроразведка

1. Вопрос: Какие типы полей изучают в электроразведке?

Ответ: Нормальное и аномальное. Естественные и искусственные постоянные и переменные электромагнитные поля. Гармоническое, неустановившееся и магнитотеллурическое.

2. Вопрос: На какие группы разделяются горные породы по электрическим свойствам?

Ответ: На электропроводящие и не проводящие электрический ток. На кристаллические (магматические и метаморфические) и осадочные (терригенные и хемогенные). На проводники, полупроводники и диэлектрики. На содержащие и несодержащие поровую влагу.

3. Вопрос: Что понимается под количественной интерпретацией результатов электромагнитного зондирования?

Ответ: Определение местоположения слоев в геологическом разрезе. Определение толщин (мощностей) и удельных электрических сопротивлений пластов в точке зондирования. Построение геоэлектрического разреза. Изучение геологического разреза на глубину.

4. Вопрос: Какие вы знаете модификации в электроразведке?

Ответ: Электромагнитное профилирование и электромагнитное зондирование. Методы на постоянном и на переменном токе. С гальваническим, индуктивным и смешанным возбуждением и приемом составляющих электромагнитного поля.

5. Вопрос: Какие задачи можно решать магнитотеллурическими методами?

Ответ: Прямые и обратные. Изучение археологических объектов. Геоструктурные при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений, изучения рельефа кристаллического фундамента, границ раздела в земной коре. Выявление и картирование приповерхностных неоднородностей.



1	Уравнения Максвелла. Физический смысл уравнений Максвелла
2	Поле точечного источника постоянного тока
3	Потенциал точечного источника над однородной землей
4	Естественные переменные электромагнитные поля
5	Естественные постоянные электрические поля
6	Искусственные постоянные электрические поля
7	Искусственные переменные гармонические электромагнитные поля
8	Искусственные импульсные (неустановившиеся) электромагнитные поля
9	Сверхвысокочастотные поля
10	Общая характеристика электромагнитных профилирований
11	Метод естественного электрического поля
12	Электропрофилирование методом сопротивлений
13	Электропрофилирование методом вызванной поляризации
14	Метод переменного естественного электромагнитного поля
15	Низкочастотное гармоническое профилирование
16	Методы переходных процессов
17	Радиоволновое профилирование
18	Сверхвысокочастотные методы профилирования
19	Общая характеристика электромагнитных зондирований
20	Электрическое зондирование
21	Зондирование методом вызванной поляризации
22	Магнитотеллурические методы
23	Зондирование методом становления поля
24	Частотное электромагнитное зондирование
25	Высокочастотные зондирования
26	Электромагнитные свойства горных пород

Критерии оценки раздела

Контрольная работа.



Литература к разделу

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. - С. 63-108.

2. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. - М.: Недра, 1989. - С. 167-174, 202-207, 221-223.

3. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. - М.: Недра, 1988. - С. 76-93, 122-133.

Дополнительная:

1. Электроразведка: пособие по электроразведочной практике для студентов геофизических специальностей. /Под редакцией проф. В.К.Хмелевского, доц. И.Н.Модина, доц. А.Г.Яковлева - М.: 2005. - С. 14-92, 114-266.

2. Матвеев Б.К. Электроразведка. Учеб. Для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - С. 28-102, 280-363.

3. Бондаренко В.М., Лумпов Е.Е., Лыхин А.А. Интерпретация геофизических данных. Учебное пособие. - М.: Из-во МГГА, 1993. С. 11-44.

4. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. - М.: Недра, 1967. - С. 401-403.

5. Якубовский Ю.В., Ренард И.В. Электроразведка: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991. - 418 с.

Размещено на Allbest.ru