Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 1

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод по каталогу

Геофизические методы исследования земной коры

8.4. Подземно-скважинные методы электроразведки

8.4.1. Общая характеристика подземно-скважинных или объемных методов электроразведки.

Подземно-скважинные методы электроразведки предназначены для изучения пространств между горными выработками, скважинами и земной поверхностью, т.е. для решения геологоразведочных задач в трехмерном объемном пространстве. В них применяются большинство электромагнитных зондирований и профилирований (см. 8.2.2, 8.2.3 - 8.3.2, 8.3.3). Однако особенности измерений в горных выработках и скважинах требуют применения специальной аппаратуры, методики, теории и приемов интерпретации. Кроме того, благодаря возбуждению поля вблизи обнаруженных полезных ископаемых увеличиваются аномалии, которые ими обусловлены. Это позволяет выполнять просвечивание массивов горных пород. Подобные объемные исследования повышают глубинность и эффективность электроразведки на этапах детализационных исследований шахт и рудников для добычи твердых полезных ископаемых. Наибольшее применение они находят при разведке рудных месторождений - как при подготовке, так и в ходе их промышленной эксплуатации.

8.4.2. Поляризационные объемные методы.

1. Изучение пород и руд, расположенных в окрестностях скважин и горных выработок, удобно проводить с помощью методов естественной (ЕП) и вызванной (ВП) поляризации (см. 7.1.2). Система наблюдений определяется существующей сетью горных выработок, скважин, возможностью работать на земной поверхности. При работах ЕП один приемный электрод остается неподвижным, а с помощью второго изучаются потенциалы естественного электрического поля как по равномерной сети на поверхности, так и во всех имеющихся скважинах и горных выработках с шагом порядка 10 м. При работах ВП поле может создаваться на земной поверхности или в скважинах, а разности потенциалов ВП измеряются как на земной поверхности, так и в горных выработках. Изучив объемное распределение ЕП или ВП и зная, что объем аномального поля примерно в десять раз больше объема создавших их рудных тел, можно получить информацию об их пространственном положении. Это важно для постановки дальнейшей разведки месторождения, например, бурения.

2. На стыке между скважинными методами ЕП и ВП возникли такие геоэлектрохимические методы, как контактный и бесконтактный способы поляризационных кривых (КСПК и БСПК), частичного извлечения металлов (ЧИМ) и др.

Сущность КСПК или БСПК сводится к пропусканию постоянного тока через скважину, вскрывшую рудную залежь или расположенную рядом с ней. Для этого в скважине заземляется электрод А (электрод В относится в "бесконечность", т.е. на расстояние, в 10 раз большее глубины погружения А). Постепенно увеличивая силу пропускаемого тока, регистрируется контактная разность потенциалов между приемным электродом в скважине (М) и стандартным электродом сравнения (N), удаленным от нее. Получаемые в результате работ поляризационные кривые (графики зависимости контактной разности потенциалов от силы пропускаемого тока) характеризуют усредненное количество и качество руд.

В методе ЧИМ постоянный ток пропускается через заземленный в залежь электрод А, а второй электрод В, называемый элементоприемником, перемещается по равномерной сети (с шагом до 20 x 20 - 50 x 50 м) нa земной пoверхности. Пропускание в течение нескольких часов ( $t$ ) тока приводит к накоплению около электрода В химических элементов вследствие их электролитического привноса из рудного тела. Измеряя с помощью методов химического анализа массу ( $m_{i}$ ) того или иного химического элемента ( $i$ ), например, свинца, цинка, меди и др., накопленных у элементоприемников, и зная $t$ , можно построить геоэлектрохимический годограф (график зависимости $m_{i}$ от $t$ ). Получив подобные годографы на всех точках наблюдения и построив карты m (для $t$ = const), можно по максимумам на них выявить эпицентры рудных залежей того или иного состава, а по $\Delta m / \Delta t$ оценить их объемы.

8.4.3. Метод заряженного тела.

Метод заряженного тела (МЗТ) или заряда (МЗ) служит для оценки либо формы и положения рудных тел (рудный вариант МЗТ), либо направления и скорости движения подземных вод (гидрогеологичес-кий вариант МЗТ).

1. Рудный вариант МЗТ сводится к "заряду" с помощью электрода А рудной залежи через скважину или горную выработку постоянным или низкочастотным переменным током (второй электрод В отнесен "бесконечно далеко", в 5 - 10 раз дальше, чем глубина электрода А). По земной поверхности с помощью приемной линии МN и милливольтметров изучается распределение потенциалов или градиентов потенциалов. В результате строятся эквипотенциальные линии. Так как заряженная рудная залежь является практически эквипотенциальным проводником, с которого ток стекает равномерно, то вокруг нее образуются поверхности равного потенциала, повторяющие форму залежи. Поэтому по форме эквипотенциальных линий на земной поверхности можно судить о местоположении эпицентра рудной залежи, т.е. его проекции на земную поверхность.

Детализационным вариантом МЗТ является метод электрической корреляции (МЭК), в котором потенциалы точечного заряда в рудной залежи изучаются не только на земной поверхности, но и в соседних скважинах. В результате происходит "просвечивание" целиков пород между скважинами. По корреляции аномалий на кривых потенциала в соседних скважинах можно судить о местоположении в межскважинном пространстве рудных тел.

2. В гидрогеологическом варианте МЗТ определяются направление и скорость движения подземного потока. Для этого пресный водный поток периодически подсаливается поваренной солью. В нем образуется "проводящее" тело из зоны минерализованных вод, которое движется вместе с потоком. Периодически изучая на земной поверхности изолинии потенциала, можно определить, как оно смещается. Направление потока подземных вод определяется по направлению максимального смещения изолиний потенциала, а его скорость равна $\Delta R / \Delta t$ , где $\Delta R$ - максимальное смещение изолиний за время $\Delta t$ . Гидрогеологический вариант МЗТ интересен тем, что динамику подземных вод можно получать по одной скважине, в то время как гидрогеологам для тех же целей нужны 3 - 4 скважины.

8.4.4. Индукционное просвечивание.

Для обследования околоскважинных пространств в целях обнаружения проводящих рудных тел применяются различные скважинные электромагнитные (индукционные) методы, которые по физической сущности, применяемой аппаратуре и принципам интерпретации похожи на рассматриваемые выше НЧМ и МПП (см. 8.3.6 - 8.3.7). Наиболее известными скважинными индукционными методами, основанными на применении низкочастотных гармонических и неустановившихся полей, являются методы незаземленной петли со скважинными измерениями параметров поля (НПС-АФИ, НПС-МПП) и методы скважинного дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМПС-НЧМ, ДЭМПС-МПП).

С помощью скважинных индуктивных методов выявляются рудные тела на расстояниях до 40 - 100 м от скважины, оценивается их электропроводность, а также пространственное положение.

8.4.5. Метод радиоволнового просвечивания.

Для изучения целиков пород между выработками и скважинами и выявления рудных залежей используется также метод радиоволнового просвечивания (РВП). В этом методе в одной выработке или скважине устанавливается радиопередатчик, излучающий электромагнитные волны частотой 0,1 - 10 мГц, а в других соседних выработках или скважинах с помощью радиоприемника измеряется напряженность поля (см. 8.1.1). Меняя местоположения генератора и приемника, можно "просветить" породы между горными выработками и скважинами. В результате можно определить так называемый коэффициент поглощения пород вдоль лучей передатчик-приемник, который связан с электромагнитными свойствами среды ( $\rho, \epsilon$ ).

Наличие хорошо проводящих рудных тел приведет к увеличению затухания энергии и появлению радиотеней, по которым можно оконтурить рудные тела и правильно направить дальнейшие разведочные работы. Дальность просвечиваний не превышает нескольких сотен метров.

9. Интерпретация и области применения электроразведки

9.1. Интерпретация электромагнитных зондирований и особенности их геологического применения

Как и в других методах геофизики, существуют качественные и количественные приемы интерпретации электромагнитных зондирований (ЭМЗ). При качественной интерпретации ведется визуальный анализ материалов, позволяющий оценить изменения электромагнитных свойств в разрезе и выбрать априорные физико-геологические модели (ФГМ) для последующей количественной интерпретации. Количественная интерпретация состоит из расчетной или физико-математической части, т.е. решения обратной задачи, и геолого-геофизического истолкования результатов. Методология, или теоpия рациональной интерпретации, для всех методов ЭМЗ одинакова, а геолого-геофизическое истолкование, как и области применения, различается.

9.1.1. Качественная интерпретация электромагнитных зондирований.

Как известно (см. 7.3, 8.2), в результате электромагнитных зондирований получаются кривые зависимостей кажущихся сопротивлений КС ( $\rho_{K} (r) , \rho_{T} (\sqrt{T} ) , \rho_{\omega } (\sqrt{T} ) , \rho_{\tau } (\sqrt{2\pi t} )$ ) или поляризуемостей $\eta_{к}(r)$ от параметров глубинности ПГ ( $АВ / 2 = r, \sqrt{T} , \sqrt{2\pi t}$ ). При качественной интерпретации в результате визуального анализа кривых определяется прежде всего число слоев в разрезе. Кривые КС классифицируются по числу слоев и соотношению их УЭС. На рис. 3.4 приведена, например, двухслойная палетка, на которой имеются кривые с $\rho_{1} \lt \rho_{2}$ и $\rho_{1} \gt \rho_{2}$ .

Трехслойные кривые ВЭЗ по соотношению УЭС (сверху вниз) делятся на следующие типы (см. рис. 3.9): 1) $Н$ - с минимумом в середине ( $\rho_{1} \gt \rho_{2} \lt \rho_{3}$ ); 2) $K$ - с максимумом в середине ( $\rho_{1} \lt \rho_{2} \gt \rho_{3}$ ); 3) $А$ - с возрастающими УЭС ( $\rho_{1} \lt \rho_{2} \lt \rho_{3}$ ) и 4) $Q$ - с убывающими УЭС ( $\rho_{1} \gt \rho_{2} \gt \rho_{3}$ ). На том же рис. 3.9 приведены возможные геолого-гидрогеологические разрезы, которым могут соответствовать эти кривые.

Выявленные в рассматриваемом примере электрические горизонты (I, II, III) совпадают либо с литологическими границами (кривая $А$ ), либо с гидрогеологическими (уровнем подземных вод) (кривые $Н$ и $Q$ ), либо с изменением физико-механического состояния пород, например, увеличением трещиноватости, которая сопровождается понижением УЭС (кривая $K$ ).

Рис. 3.9. Типичные трехслойные кривые ВЭЗ: а - графики КС, б - геоэлектрические разрезы; 1 и 2 - литологические и гидрогеологические границы; 3 и 4 - известняки массивные и трещиноватые; 5 - пески; 6 - глины; 7 - граниты

Практически получаются многослойные кривые. Им можно придать буквенные обозначения тех трехслойных кривых, из которых состоит данная многослойная. Пример пятислойной кривой ВЭЗ-ДЭЗ приведен на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Пятислойная кривая ВЭЗ-ДЭЗ типа $KQH$

Для ЭМЗ в гармоническом (МТЗ, ЧЗ) или импульсном (ЗС) режимах в общем названные типы кривых сохраняются. Однако у них есть особенности, например, дополнительный экстремум у левой асимптоты (ЧЗ), максимум у правой асимптоты (ЗСМ) и др.

Для качественной интерпретации площадных исследований методом ВЭЗ используются карты типов кривых, иногда абсцисс и ординат точек перегиба, максимумов, минимумов. По профилям можно строить разрезы кажущихся сопротивлений ( $\rho_{к}$ ), продольных проводимостей ( $S_{к} = r / \rho_{к}$ ) для выявления хорошо проводящих слоев или поперечных сопротивлений ( $Т_{к} = r\rho_{к}$ ), для выделения плохо проводящих слоев. При построении этих разрезов по горизонтали проставляются точки ВЭЗ, по вертикали откладывается параметр глубинности ( $r, AB/2$ ), проставляются $\rho_{к}, S_{к} или Т_{к}$ и проводятся изолинии.

Анализ этих материалов позволяет дать общую характеристику и степень изменчивости геоэлектрических разрезов в плане и по глубине. Участки, где изолинии на разрезах почти параллельны, являются горизонтально слоистыми. Точки ВЭЗ и ДЗ на них можно интерпретировать в рамках одномерных моделей.

На участках, где изолинии круто наклонены, находятся контакты, литологические смены пород. Кривые ВЭЗ и ДЗ здесь, как правило, искажены и их количественная интерпретация возможна в рамках двух- или трехмерных моделей. Аналогичные карты и разрезы строятся по данным других ЭМЗ.

Назад| Вперед

Публикации с ключевыми словами: геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора

См. также:

Земля из межпланетного пространства

Заход Земли с "Ориона"

Противосумеречные лучи и фестиваль планет

Восход Земли: видео

Ударный кратер Маникуаган: вид из космоса

Земля и Луна: вид с другой стороны

Снежная буря 1938 года в Верхнем Мичигане

Все публикации на ту же тему >>

Мнения читателей [5]

Версия для печати

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце