Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 1

Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 1
http://variable-stars.ru/db/msg/1173309/page26.html

Геофизические методы исследования земной коры

8.2. Электромагнитные зондирования

8.2.1. Общая характеристика электромагнитных зондирований.

К электромагнитным зондированиям (ЭМЗ) относится наиболее информативная и трудоемкая группа методов электроразведки. В ЭМЗ используемые поля, аппаратура, методика, включающая способы проведения работ, выбор установок и систем наблюдений, направленных на то, чтобы получить информацию об изменении электромагнитных свойств (чаще это УЭС) с глубиной. С этой целью на каждой точке ЭМЗ, точнее, на изучаемом участке за счет геометрии установок или скин-эффекта добиваются постепенного увеличения глубинности разведки (см. 7.1). В дистанционных (геометрических) зондированиях, проводимых на постоянном или на переменном токе фиксированной частоты или постоянном времени становления поля, постепенно увеличивается расстояние между питающими и приемными линиями (разнос - $r$ ). Скин-эффект используется в методах с фиксированным разносом, а увеличение глубинности достигается возрастанием периода гармонических колебаний ( $Т$ ) или времени изучения становления поля (переходного процесса) в среде ( $t$ ). Используются и оба способа изменения глубинности. Для зондирований применяются одноканальные и многоканальные приборы или электроразведочные станции (см. 8.1). Определяемые в результате зондирований амплитуды и фазы электрических ( $Е$ ) или магнитных ( $Н$ ) компонент поля или кажущиеся сопротивления (КС) для разных параметров глубинности (ПГ) характеризуют изменение геоэлектрического разреза с глубиной. За параметры глубинности принимаются $r, \sqrt{T}, \sqrt{2\pi t}$ . В результате ЭМЗ строятся кривые зондирований, т.е. графики зависимостей кажущихся сопротивлений от параметров глубинности.

Теория и практика электромагнитных зондирований хорошо разработаны для одномерных горизонтально слоистых моделей сред (см. 7.3). Поэтому зондирования чаще всего проводятся при изучении горизонтально и полого залегающих (углы падения меньше 10 $^\circ$ - 15 $^\circ$ ) разрезов. В результате количественной интерпретации кривых ЭМЗ получаются послойные или обобщенные геометрические и электрические свойства слоев или толщ. По совокупности профильных или площадных зондирований строятся геоэлектрические разрезы (по вертикали откладываются мощности слоев или пачек слоев, а в их центрах проставляются электрические свойства слоев) или карты тех или иных параметров этих разрезов.

Электромагнитные зондирования используются для решения широкого круга задач, связанных с расчленением по электромагнитным свойствам пологослоистых геологических разрезов. Они применяются для глубинных, структурных исследований, поисков и разведки полезных ископаемых, детальных инженерно-геологических, мерзлотно-гляциологических, гидрогеологических, почвенно-мелиоративных и экологических исследований.

8.2.2. Электрическое зондирование.

Электрическое зондирование - это такая модификация метода сопротивлений на постоянном или низкочастотном (до 20 Гц) токе, при котором в процессе работы расстояние между питающими электродами или между питающими и приемными линиями (разнос) постепенно увеличивается. В результате строятся графики зависимости кажущегося сопротивления ( $\rho_{к}$ ) от разноса ( $r$ ), или кривая зондирований, которая характеризует изменение удельных электрических сопротивлений (УЭС) с глубиной.

Различают две модификации зондирований: вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ), применяемые для разведки небольших глубин(до 500 м), и дипольные электрические зондирования (ДЗ), применяемые для разведки глубин 0,5 - 10 км.

1 . Методика вертикальных электрических зондирований. Вертикальное электрическое зондирование выполняется симметричной четырехэлектродной или трехэлектродной градиент-установками (см. 7.1). Работы cимметричной установкой проводятся в такой последовательности (см. рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схема установки ВЭЗ: $К_{ А}, К_{ В}$ - катушки с изолированными проводами, Б - батарея, ИП - измерительный прибор

В выбранной точке зондирования (центр зондирования, называемый точкой записи) устанавливаются батарея с измерительным прибором, две катушки с проводом для разноса питающих электродов. На небольшом расстоянии (обычно 1 м) заземляются приемные электроды М и N, а на расстоянии 3 м - питающие А и В. Производится измерение $\Delta U$ и $J$ и рассчитывается $\rho_{ к} = K \Delta U / J$ , где коэффициент установки $K = \pi АМ\cdot АN / МN$ (см. 7.3). Далее питающие электроды постепенно разносятся в разные стороны, а $r = АВ / 2$ могут выбираться, например, такими: 1,5; 2,2; 3; 5; 10; 15; 22; 30; 50; 100; ... м. При больших АВ приходится переходить на увеличенную длину MN, чтобы $\Delta U$ превышали уровень помех. На каждом разносе определяется $\rho_{к}$ . Для удобства работ провода предварительно промеряются и на них краской или изолентой ставятся метки, например, одна, две, три, вновь одна, две, три и т.д. При работах с аналоговыми приборами в ходе зондирования на бланке с логарифмическим масштабом по осям координат (бланк ВЭЗ) с модулем 6,25 см при точности измерений $\rho_{ к} \pm 5 \%$ или 10 см при точности $\pm 3 \%$ строится кривая ВЭЗ: по вертикали откладывается $\rho_{к}$ , а по горизонтали - величина полуразноса ( $r = АВ / 2$ ). При работах с цифровой аппаратурой данные вносятся в компьютер, и кривая ВЭЗ строится автоматически на экране дисплея.

После окончания зондирования и построения кривой ВЭЗ аппаратуру и оборудование переносят на новую точку. Обычно точки зондирований располагаются вдоль профилей. Расстояния между соседними точками ВЭЗ (шаг съемки) меняются от первых десятков до нескольких сот метров. Они должны быть сравнимыми с проектируемыми глубинами разведки. Максимальный разнос АВ / 2 выбирается в 3 - 10 раз большим этих глубин.

Разносы должны быть направлены, по-возможности, вдоль дорог, просек, а при так называемых круговых ВЭЗ - по двум или четырем азимутам. Изучаемая площадь покрывается сетью профилей на расстояниях, сравнимых или в 2 - 5 раз больших шага съемки. Для уменьшения искажающего влияния рельефа разносы направляют вдоль его простирания. Изучение почв и грунтов проводится ВЭЗ с малыми разносами (от долей до первого десятка метров). Их называют микрозондированиями (МКВЭЗ).

При выполнении трехэлектродных ВЭЗ один питающий электрод ( А) постепенно удаляется от центра ( О) зондирования, а второй ( В) относится в "бесконечность", т.е. в 3 - 5 раз дальше максимального АО по перпендикуляру к линии разноса и остается постоянно заземленным (установка AMN, B в $\infty$ ).

2. Методика дипольных электрических зондирований. Если надо изучить большие глубины (свыше 1 км), то при выполнении ВЭЗ разносы АВ приходится увеличивать до 10 км, что делать сложно и неудобно. В этом случае используются дипольные установки (азимутальные, радиальные и др.) (см. 7.3.4). При дипольных электрических зондированиях (ДЗ) измеряется кажущееся сопротивление при разных расстояниях или разносах r между центрами питающего и приемного диполей (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема проведения дипольного азимутального зондирования: ГГ - генераторная группа, ПЛ - полевая лаборатория

Разнос осуществляется либо в одну сторону от неподвижного питающего диполя (одностороннее ДЗ), либо вначале в одну, а затем в противоположную сторону (двухстороннее ДЗ).

Дипольное зондирование выполняется с помощью электроразведочных станций. Сначала проводится топографическая подготовка работ. ДЗ могут выполняться по криволинейным маршрутам, приуроченным к дорогам, рекам и участкам, к которым может быть доставлена полевая лаборатория. Величина разноса должна увеличиваться примерно в геометрической прогрессии, например, $r$ = 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 15; 20; 30 км.

Измерив силу тока в АВ ( $J_{1}$ ) и разность потенциалов на первой М₁ N₁ ( $\Delta U_{ 1}$ ) точке О₁, можно получить $\rho_{ к} = K_{ 1}\Delta U_{ 1 }/ J_{ 1}$ , где $K_{ 1}$ - коэффициент дипольной установки (см. 7.3.2). После этого полевая лаборатория переезжает на новую точку О₂ (см. рис. 3.6). По радио устанавливается связь между станциями, снова проводятся замеры $\Delta U, J$ и расcчитывается $\rho_{ к}$ и т.д. В результате на бланках с двойным логарифмическим масштабом строится кривая ДЗ: по горизонтали откладывается r (в азимутальном (ДАЗ) и экваториальном (ДЭЗ) зондировании) или $r / 2$ (в радиальном (ДРЗ) или осевом (ДОЗ) зондировании), а по вертикали - $\rho_{ к}$ . Из теории известно, что кривые ДАЗ и ДЭЗ точно совпадают с кривыми ВЭЗ, а ДРЗ и ДОЗ несколько отличаются.

3. Методика морских электрических зондирований. При морских электрических зондированиях используются дипольные осевые установки, т.е. радиальные установки, у которых питающая ( АВ) и приемная ( MN) линии располагаются вдоль одной прямой, а сами зондирования проводятся непрерывно (НДОЗ). В процессе выполнения НДОЗ приемная линия и регистрирующая аппаратура, установленные на приемном судне, остаются неподвижными. Питающая линия непрерывно перемещается на генераторном судне сначала в одну, а затем в другую сторону от приемной линии. После обработки автоматических записей токов и разностей потенциалов рассчитываются кажущиеся сопротивления для разных расстояний между центрами питающей и приемной линий и строятся кривые НДОЗ.

Морские зондирования служат для изучения строения донных осадков и структур, благоприятных для нефтегазонакопления.

При выполнении любых электрических зондирований до 5 % точек являются контрольными. По ним рассчитываются средние относительные погрешности в расчетах КС, которые не должны превышать $\pm 5 \%$ .

Электрические зондирования широко используются для расчленения геологических разрезов, особенно осадочных, поисков пластовых полезных ископаемых, изучения с разными целями геологической среды.

Назад| Вперед