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/page27.html

Геофизические методы исследования земной коры

8.2.3. Зондирование методом вызванной поляризации.

Вертикальное электрическое зондирование методом вызванной поляризации (ВЭЗ-ВП) по методике работ мало чем отличается от рассмотренных выше ВЭЗ и предназначено для расчленения разрезов по глубине не только по изменению УЭС, но и поляризуемости ( $\eta$ ) слоев (см. 7.2). С помощью одноканальной или многоканальной аппаратуры измеряются $\Delta U$ и $J$ , что делается и в методе ВЭЗ, а также и $U_{вп}$ на МN через 0,5 с после отключения тока в АВ. В результате наряду с $\rho_{ к} = K\Delta U / J$ рассчитывается кажущаяся поляризуемость $\eta_{к} = \Delta U_{ вп}\cdot 100 \% / \Delta U$ . Далее на бланках с логарифмическим масштабом по осям координат (бланках ВЭЗ) наряду с кривыми ВЭЗ строятся кривые ВЭЗ-ВП: по горизонтали откладываются АВ / 2, по вертикали - $\eta_{к}$ .

Пример кривых ВЭЗ и ВЭЗ-ВП, поставленных для выделения водоносного пласта ( II), приведен на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Кривые ВЭЗ и ВЭЗ-ВП с ветвями, обусловленными сухими ( I) и водонасыщенными ( II) супесями, подстилаемыми глинами ( III)

Существуют варианты ВЭЗ-ВП на переменном токе, когда измеряются КС на пониженной ( $\leq$ 5 Гц) и повышенной ( $\geq$ 20 Гц) частотах. По их разности можно судить о поляризуемости среды.

Обладая глубинностью до 500 м, метод ВЭЗ-ВП используется для детальной разведки рудных месторождений, поисков подземных вод, расчленения осадочных пород.

8.2.4. Магнитотеллурические методы.

К магнитотеллурическим методам относится ряд методов электроразведки, основанных на изучении естественных (магнито-теллурических) полей космического происхождения (см.7.1). Основным из них является магнитотеллурическое зондирование (МТЗ). По решаемым задачам к нему близки магнитовариационнoе зондированиe (МВЗ) и профилирование (МВП), метод теллурических токов (МТТ), магнитотеллурическое профилирование (МТП) и др.

1. Магнитотеллурическое зондирование. Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) и его глубинный вариант (ГМТЗ) основаны на изучении магнитотеллурических полей с меняющимися на два и более порядка периодами колебаний. Как отмечалось в 7.3, вследствие скин-эффекта глубина проникновения электромагнитного поля в землю тем больше, чем меньше частота ( $f$ ) или больше период колебаний ( $Т = 1 / f$ ). Поэтому методика МТЗ сводится к длительным (иногда сутки) регистрациям с помощью измерительной лаборатории ЭРС взаимно перпендикулярных компонент поля ( $Е_{ x}, Е_{ y}, Н_{ x}, Н_{ y}$ ) различных периодов. При обработке получаемых магнитотеллурограмм выделяются сигналы с периодами, отличающимися менее, чем в два раза, чаще всего в интервале от 1 до 100 с. Далее рассчитываются амплитуды сигналов, а по ним - кажущиеся сопротивления (см.7.3):

${\rho }_{{T}_{xy} } = 0.2T | {E}_{x} /{Y}_{y} |^{2} , {\rho }_{{T}_{yx} } = 0.2T | {E}_{y} /{H}_{x} |^{2} .$

(3.11)

В результате на бланке с логарифмическим масштабом по осям координат (модуль 10 см) строятся амплитудные кривые МТЗ. По горизонтальной оси откладывается $\sqrt{T}$ - величина, пропорциональная глубинности исследований, а по вертикальной оси - кажущиеся сопротивления $\rho_{ T_{xy}}, \rho_{T_{yx}}$ и среднее из них ${\rho }_{T} = \sqrt{{\rho }_{{T}_{xy}} \cdot {\rho }_{{T}_{yx} } }$ (рис. 3.8).

Над горизонтально слоистой средой $\rho_{T_{xy}} = \rho_{ T_{yx}}$ , а над неоднородной по УЭС в горизoнтальном направлении они могут резко отличаться. Поэтому для интерпретации используется средняя кривая $\rho_{T}$ , дающая усредненную характеристику изменения УЭС с глубиной. Кроме амплитудных кривых можно строить фазовые кривые, т.е. изменение разностей фаз между составляющими $Е_{ x}$ и $Н_{y}, Е_{ y}$ и $Н_{ x}$ , от $\sqrt{T}$ .

При наземных и морских работах точки МТЗ располагаются либо по системам профилей, либо равномерно по площади. Расстояния между ними меняются от 1 до 10 км.

Рис. 3.8. Кривые МТЗ над неоднородной средой

Менее информативны по сравнению с МТЗ магнитовариационные зондирования (МВЗ), в которых измеряются разнопериодные вариации лишь магнитных составляющих геомагнитного поля Земли в широком диапазоне периодов.

2. Методы теллурических токов, магнитотеллурического и магнито-вариацион-ного профилирований. В методе теллурических токов (МТТ) одновременно регистрируются синхронные вариации электрических составляющих поля ( $Е_{ х}$ и $Е_{ y}$ ) на одном базисном (опорном) и на всех рядовых пунктах изучаемой площади. Для синхронизации работ двух или нескольких станций, расположенных на расстояниях до 50 - 100 км от базисного пункта, используются радиостанции.

В результате обработки записей поля теллурических токов рассчитываются разные теллуропараметры. Чаще всего определяется теллуропараметр $\mu = \delta ( E_{ i}) / \delta ( E_{ Б})$ , где $\delta (E_{ i})$ и $\delta ( E_{ Б})$ - синхронные вариации поля на любой рядовой и базисной точках. Он характеризует относительные значения плотностей естественных токов и кажущихся сопротивлений в этих точках. В отличие от МТТ в магнитовариационном профилировании (МВП) на полевых и базисных пунктах регистрируются вариации магнитного поля.

При магнитотеллурическом профилировании (МТП) на полевых пунктах одновременно регистрируются и электрические ( $Е_{ х}, Е_{ y}$ ), и магнитные ( $Н_{x}, Н_{ y}, Н_{ z}$ ) составляющие поля. Если при обработке магнитотеллурограмм выделять на всех пунктах вариации примерно одного небольшого интервала периодов колебаний, то получаемые или расчетные параметры поля будут характеризовать разрез примерно на одной глубине.

Система наблюдений при работах МТТ, МТП, МВЗ сводится к площадным съемкам с расстояниями между точками порядка 1 км.

Глубинность и задачи, решаемые магнитотеллурическими методами, различны. При периодах естественных полей, меньших 1 с, расчленяются осадочные породы, меньших 100 с - определяются глубина залегания фундамента и УЭС земной коры, а при Т $\geq$ 1000 с - изучается глубинная электропроводность земной коры и мантии.

8.2.5. Зондирование методом становления поля.

Зондирование методом становления поля (ЗСП или ЗС) основано на изучении становления (установления) электрической (ЗСЕ) и магнитной (ЗСМ) составляющих электромагнитного поля в массиве горных пород при подаче прямоугольных импульсов постоянного тока в заземленную линию или незаземленную петлю. Длительность и характер становления поля связаны с распределением удельного сопротивления пород на разных глубинах. Изменение глубинности разведки в методе ЗС объясняется скин-эффектом (см. 7.1). При включении импульса тока в питающую линию или петлю электромагнитное поле распространяется сначала в приповерхностных частях разреза, а в дальнейшем проникает все глубже и глубже. В среде происходят сложные переходные процессы и импульс приходит к приемной установке в искаженном виде. Малым временам становления поля ( t) соответствует малая глубина разведки, большим временам - большая.

Зондирование становлением поля выполняется с помощью электроразведочных станций. Используются различные дипольные установки при постоянном расстоянии ( $r$ ) между питающими и измерительными диполями (см. 8.2.2). Регистрируются разности потенциалов, пропорциональные электрической составляющей, измеряемой на МN ( $\Delta U_{ E}( t)$ ), и магнитной, измеряемой в петле ( $\Delta U_{ H}( t)$ ), а также сила тока ( J) в питающем диполе.

Различают два варианта зондирования становлением поля: зондирование в дальней зоне от питающего диполя (ЗСД) и зондирование в ближней зоне (ЗСБ), называемое также точечным (ЗСТ). В ЗСД $r$ выбирается постоянным, в 3 - 6 раз большим планируемых глубин разведки. В ЗСБ разнос ( $r$ ) также постоянен, но меньше проектируемых глубин разведки. В результате обработки записей ЗС по измеренным параметрам и рассчитанным коэффициентaм получаются кажущиеся сопротивления (см. 7.1.5), и строятся кривые ЗС ( $\rho_{ \tau}(\sqrt{2\pi t} )$ ).

Зондирования становлением поля выполняются по отдельным профилям или равномерно по площади. Расстояния между точками меняются от 0,5 до 2 км.

Глубинность ЗС не превышает 5 - 10 км. ЗС используются при геоструктурных исследованиях, поисках нефти и газа.

8.2.6. Частотное электромагнитное зондирование.

Метод частотного электромагнитного зондирования (ЧЗ) основан на изучении электрической или магнитной составляющих электромагнитного поля, созданного в Земле электрическим диполем АВ или петлей, питаемыми переменным током с постепенно меняющейся частотой. Метод ЧЗ напоминает, с одной стороны, методы ДЗ и ЗС, а с другой, - МТЗ и предназначен для решения тех же задач: изучения горизонтально или полого слоистых сред.

Работы выполняются с помощью электроразведочных станций дипольными установками. Расстояние r между центрами питающих и приемных диполей может оставаться постоянным, в 5 - 10 раз большим проектируемых глубин исследования, т.е. работы ведутся в дальней зоне источника. Принцип ЧЗ (как и МТЗ) основан на скин-эффекте (см. 7.1.4). Методика ЧЗ сводится к измерению силы тока ( $J$ ) в питающем и разностей потенциала ( $E_{x}(\omega)$ и $H_{z}(\omega)$ ) на приемном диполе и петле. Здесь $\omega = 2\pi / T$ - круговая частота. Далее рассчитываются кажущиеся сопротивления по двум составляющим поля и на логарифмических бланках строятся кривые ЧЗ. По вертикали откладывается кажущееся сопротивление ( $\rho_{\omega}$ ), а по горизонтали - параметр, пропорциональный глубинности - $\sqrt{T}$ . Кроме амплитудных значений напряженности можно изучать разности фаз $Е_{x}, Н_{z}$ и опорной фазы тока ( $\varphi_{E}$ и $\varphi_{H}$ ). Измерение двух компонент поля и двух сдвигов фаз делает интерпретацию кривых ЧЗ более точной, чем при ДЗ.

Частотные зондирования выполняются по отдельным профилям или равномерно по площади. Расстояния между точками сравнимы с проектируемыми глубинами разведки. В зависимости от спектра используемых частот глубинность ЧЗ меняется от нескольких десятков метров до первых километров. Они используются для расчленения осадочных пород, геоструктурных исследований, поисков нефти и газа.

Назад| Вперед