Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/krym/krim004.htm
Дата изменения: Wed Apr 10 17:35:17 2002
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:08:12 2012
Кодировка: koi8-r
VES. Previous PageNext PageTable of contents     This page is in KOI-8 encoding
 

  1.2. ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

 Геоэлектрическая модель среды является фундаментальным понятием электроразведки, так как лежит в основе решения прямых и обратных задач. Самая простая модель в электроразведке - это однородное безграничное проводящее пространство. Решение задачи о точечном источнике постоянного тока для такой модели показывает распределение потенциала и составляющих плотности тока и напряженности поля. Тип модели определяет выбор системы координат, в которой удобнее решать задачу. В данном случае - выбор сферической системы координат с центром в источнике является физически наиболее удобным. Но практическая применимость такой модели среды очень ограничена.
 Следующим приближением к реальным условиям электроразведки является модель двух полупространств, или модель "земля -воздух". Подразумевается, что полупространство заполненное воздухом обладает бесконечно высоким сопротивлением, а земля - конечным -r1. Точечный (или иной) источник тока располагается на плоской поверхности земли или внутри нее. Для описания такой модели удобно использовать прямоугольную или цилиндрическую систему координат с осью Z, направленной вниз. Модель позволяет ввести понятие нормального поля, кажущегося сопротивления. При изучении неод-нородных сред модель однородного проводящего полупространства служит базой для разделения поля на нормальную и аномальную составляющие.
 Теперь обсудим геоэлектрические модели неоднородных сред. Наиболее сильные изменения свойств геологической среды происходят по вертикали, как в планетарном масштабе (осадочный чехол, земная кора, мантия), так и при более детальных исследованиях (слоистые осадочные толщи, смена электрических свойств пород с глубиной под влиянием изменений влажности, выветривания, температуры в районах развития мерзлоты и т.д.). Поэтому следующей по сложности после модели однородного полупространства можно считать модель среды с изменением удельного сопротивления только по вертикали. Ее называют одномерной моделью (1D) или моделью r(Z). В этой модели различают два случая: когда r(Z) меняется непрерывно (градиентная одномерная модель) и когда r(Z) - кусочно-постоянная функция (горизонтально-слоистая модель - наиболее часто используемая). Модель горизонтально-слоистой среды (ГСС) является традиционной для методов зондирований, таких как ВЭЗ, ДЭЗ и др.
 Следующей по сложности геоэлектрической моделью неоднородной земли является двумерно-неоднородная модель r(X, Z), или 2D. Внутри этой модели можно выделить несколько частных случаев. Простейшими из них являются вертикальный контакт и горизонтальный цилиндр, более сложными - вертикальный пласт (жила) и вертикально-слоистая среда. Эти модели являются базовыми для различных модификаций электропрофилирования. Общим случаем двумерной модели является разрез с произвольным распределением r, в котором r может являться как кусочно-постоянной функцией (x, z), так и непрерывной (градиентной).
 Наиболее сложная фундаментальная геоэлектрическая модель - трехмерная, когда r = f (X, Y, Z), или 3D. Простейшие частные случаи такой модели - локальные трехмерные тела (шар, эллипсоид, параллелепипед), помещенные в однородное полупространство. Более сложными случаями являются сочетания локальной трехмерной неоднородности, находящейся в одномерном или двумерном геоэлектрическом разрезе. Наиболее общий случай - модель произвольного трехмерного распределения УЭС.
 Роль фундаментальных геоэлектрических моделей можно пояснить с помощью понятий прямой и обратной задачи геофизики. Под прямыми задачами понимают определение (расчет) полей по известному распределению свойств среды и источников поля. Под обратными - нахождение распределения свойств среды по известному полю. Основ-ное назначение геофизики при исследовании практических геологических ситуаций - это решение обратной задачи. Но решение обратной задачи может быть получено только для тех ситуаций, для которых решены соответствующие прямые задачи и как правило в рамках определенной прямой задачи. Тем самым потенциальные возможности геофизических методов определяются набором решенных на сегодняшний день прямых задач.
 Реальная геологическая среда всегда трехмерна, так как трехмерно окружающее нас физическое пространство. Но вести интерпретацию в рамках трехмерных моделей очень трудно и для конкретных ситуаций не всегда возможно. Во многих случаях в этом и нет необходимости. Чаще геоэлектрическая ситуация в масштабе решаемой задачи удовлетворительно описывается (аппроксимируется) более простыми моделями, обладающими меньшей размерностью (двумерными или одномерными). Понижение размерности обратной задачи существенно упрощает ее: уменьшает число определяемых параметров и соответственно вычислительные затраты; снижает требования к количеству экспериментальных данных; уменьшает неоднозначность решения обратной задачи (в рамках модели).
 При исследовании сложно построенных сред широко используются понятия нормальной и аномальной составляющих наблюденного поля. Нормальное поле является решением прямой задачи для некоторой упрощенной модели среды, называемой нормальной моделью или нормальным разрезом. Под аномальной частью поля понимают составляющие поля, связанные с отклонением среды от нормального разреза. В электроразведке в качестве нормального разреза наиболее широко используются модели однородного полупространства и горизонтально-слоистого разреза. Но в принципе, в качестве нормального разреза можно использовать и другие модели. Например, для двумерной среды с локальной трехмерной неоднородностью в качестве нормальной модели удобно использовать двумерную среду.
 Последовательность все усложняющихся нормальных моделей можно считать нормальным рядом моделей. В таком ряду прямая задача для каждой следующей модели может быть решена на основе решения предыдущей, более простой задачи. Примерами таких нормальных рядов моделей можно считать: полупространство - вертикальный контакт - вертикально-слоистую среду; полупространство - двухслойную модель - слоистую модель с произвольным числом слоев, слоистую модель с включенными в нее локальными неоднородностями. В общем случае ряд 1D - 2D - 3D можно также рассматривать как нормальный ряд моделей.
 До сих пор модели о которых шла речь считались изотропными (то есть предполагалось, что электрические свойства каждого слоя (тела) модели не зависят от направления). Реальные среды часто обладают электрической анизотропией, когда их свойства зависят от направления протекания тока. Добавление анизотропии является усложнением модели и последовательности изотропная - анизотропная модели можно рассматри-вать как части нормального ряда моделей. В тех случаях, когда свойства среды меняются под влиянием анизотропии в координатах (X, Y) исследования анизотропии можно вести с помощью азимутального (кругового) электропрофилирования (или зондирования), когда электроразведочная установка без изменения точки записи меняет свою ориентацию в плоскости наблюдений. Наиболее простой (нормальной) моделью анизотропной среды является анизотропное полупространство (с вертикальным или наклонным положением плоскости анизотропии). Более сложными моделями - вертикальный контакт двух анизотропных полупространств, слоистая модель со своей ориентацией анизотропии в каждом слое и т.д.
 Модели в которых преобладают изменения свойств среды с глубиной обычно изучаются методами электрических зондирований. Модели с преобладающим изменением свойств по горизонтали - методами электрического профилирования. Модели с анизотропией свойств в горизонтальной плоскости - азимутальными (круговыми) наблюдениями (профилированием или зондированием). Эта классификация моделей и применяемых для их изучения модификаций электроразведки и положена в основу дан-ного пособия. Интерпретация наблюдений ведется в предположении той или иной модели среды, как говорят - в рамках определенной модели. Реальные среды могут иметь строение, точнее описываемое комбинациями простых моделей.
На рис.1.1 представлена схема из диссертации Д.К.Большакова, где изображены составляющие геоэлектрической модели разреза: ГСС - горизонтально-слоистая среда; Н - 2D и 3D неоднородности (ГН - глубинные, ППН - приповерхностные); А - анизотропное полупространство; и их комбинации: ГСС+Н - горизонтально-слоистая среда с неоднородностями; ГСС+А - слоисто-анизотропная среда; А+ППН - анизотропное полупространство с приповерхностными неоднородностями; А+ГН - анизотропное полупространство с глубинными неоднородностями. На учебной практике студенты встречаются с моделями ГСС+Н (и методикой СЭЗ - сплошных электрических зондирований, разработанной для их изучения) и ГСС+А (при изучении анизотропии таврики под перекрывающим слоем резанских песчаников на плато Патиль).
Previous PageNext PageTable of contents