Электроразведка

Рис. 1.40. Прогнозная физико-геологическая модель железорудного узла грабен-синклинального типа

1 – платформенный чехол, χ = 45*10^-5СИ, σ = 3,3 г/см³; 2 – габброиды, χ = 1500*10^-5СИ, σ = 2,9 г/см³; 3 железистые кварциты, χ = 2,0 СИ, σ = 3,3 г/см³; 4 окисленные руды,, χ = 10^-2 СИ, σ = 3,4 г/см³; 5 песчаники и аргиллиты, χ = 10^-2 СИ, σ = 2,69 г/см³; 6 – тектонические нарушения (В.В. Бродовой, А.А. Иванов, 2004)

· Проектное задание раздела 1-В

1) Охарактеризовать сущность и природу магнитных аномалий. Объяснить инверсию геомагнитных полюсов, как изменение направления геомагнитного поля на обратное с интервалами от 0,5 до 50 млн. лет

2) Составить картину формирования магнитного поля Земли, включая образование магнитных свойств, как способности горных пород намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля

3) Составить блок-схему и принцип действия современной магниторазведочной аппаратуры на основе прецессии, как перемещения магнитного момента ядра или атома вокруг вектора напряженности магнитного поля.

4) Составить алгоритм решения обратных задач магниторазведки и дать краткие пояснения однозначности или неоднозначности их решения.

5) Объяснить какие вариации магнитного поля Земли учитываются при проведении магнитных съемок.

6) Дать пояснение нормального геомагнитного поля земной поверхности.

7) Объяснить особенности аэромагнитных и аквальных съемок.

8) Объяснить назначение контрольных маршрутов.

7) Изложить методику обнаружения геологических объектов: последовательность и порядок измерения компонентов магнитного поля на точках маршрутных профилей.

9) Составить типовые модели геологических сред с включением натурных и техногенных объектов, характеризующихся неодинаковыми магнитными свойствами.

· Тесты рубежного контроля раздела 1-В

1.

Вопрос: Какие элементы магнитного поля изучают в магниторазведке?

Ответ: Полный вектор напряженности. Северная и восточная составляющие магнитного поля. Полный вектор T, вертикальная составляющая Z, горизонтальная составляющая Н, раскладывающаяся на составляющие Y и X, угол наклонения I иугол склонения D.

2.

Вопрос: На какие классы делятся вещества по их магнитным свойствам?

Ответ: Магнитные и немагнитные. Парамагнитные и ферромагнитные. Диамагнетики, парамагнетики с обособленной группой ферро-, ферри- и антиферромагнетиков. Классы ферро- и антиферромагнитных свойств.

3.

Вопрос: Каков принцип работы протонного (ядерного) магнитометра?

Ответ: На основе кручения нити с подвешенной магнитной массой. На основе прецессии, создающейся ядром водорода. На основе прецесии паров щелочного металла. На основе феррозонда.

4.

Вопрос: В каком виде изображаются результаты магнитных съемок?

Ответ: В виде карт и план-графиков. В форме геолого-геофизических разрезов. В виде таблиц измеренных значений магнитного поля.

5.

Вопрос: В чем заключается решение обратной задачи магниторазведки?

Ответ: В автоматизированной обработке данных. В подборе (сопоставлении) расчетного и наблюденного графиков. В выводе формул для заданного геологического объекта.

· Критерии оценки раздела 1-В

Контрольная работа.

· Литература к разделу 1-В

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 42-627.

2. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. – М.: Недра, 1989. – С. 81-99, 105-131.

Дополнительная:

1. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – 219-278.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 43-75.

3. Вахромеев В.С. и др. Петрофизика: Учебник для вузов. – Томск: Из-во Том. Ун-та, 1997. - С. 81-147.

4. Бондаренко В.М., Лумпов Е.Е., Лыхин А.А. Интерпретация геофизических данных. Учебное пособие. – М.: Из-во МГГА, 1993. С. 67-81.

Модуль 2. Электро- и сейсморазведка

· Комплексная цель.

Получение слушателями системы знаний о естественных и искусственно созданных электромагнитных и сейсмоволновых полях Земли, электроразведочных и сейсморазведочных методах (дистанционных, наземных (полевых) и подземных (скважинных и шахтных)) и технических средствах их изучения с целью поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых и решения других геологических и геоэкологических задач для возможной дальнейшей работы в полевых экспедициях, научных лабораториях, вычислительных центрах при проведении научно-исследовательских и производственных геологических работ, включая основные приемы качественной и количественной интерпретации полевых наблюдений и их геологическое истолкование.

· Содержание модуля

Лекция 6. Тема: Определение предмета электроразведки. Классификационные схемы. Общие сведения об изучаемых полях.

Электроразведка - это раздел полевой (разведочной) геофизики основанный на изучении распределения электромагнитных полей в земной коре с целью поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых.

Электромагнитное поле - это сумма электрического и магнитного полей приводящих к существованию в земной коре электромагнитных волн. В классической физике электромагнитной поле описывается системой уравнений Максвелла. Основные параметры поля:

- напряженность электрического поля;

- напряженность магнитного поля;

- электрическая индукция;

- магнитная индукция;

- плотность тока.

Взаимодействие электромагнитного поля с материальными средами вызывает деформацию этого поля в зависимости от их электрических свойств.

Электрические свойства:

1) удельное электрическое сопротивление 1/ρ=s_э - удельная электропроводность;

2) диэлектрическая проницаемость;

3) поляризуемость;

4)   магнитная проницаемость.

5) Электрохимическая активность (Ю,Х.).

Показатели  основные. Они характеризуют способность создания электромагнитных полей в земной коре. Эти показатели носят название материальных и связаны с параметрами поля определенными соотношениями. Последние называются материальными уравнениями.

- закон Ома в дифференциальной форме (2.1)

Электромагнитные поля характеризуется частотой f, и в зависимости от используемого диапазона частот в электроразведке условно выделяют три модели:

1) Стационарную, где f → 0 (постоянное электрическое поле). Основную роль играют токи проводимости (направленное движение электронов, ионов).

Уравнения Максвелла трансформируется в уравнение Лапласа:

(2.2), где

- разность потенциалов.

2) Полустационарную (индукционную), где ∞>f>0. В разной мере соотносятся токи проводимости и смещения: в области сравнительно низких частот преобладают токи проводимости, а в области относительно высоких – начинают появляться токи смещения. Уравнения Максвелла преобразуются в уравнения Гельмгольца:

(2.3), где

-волновое число, определяемое выражением:

, где

, - круговая частота, и - соотношение токов проводимости и смещения.

3) Волновую, где f→∞ (переменное электромагнитное поле высокой частоты). Основную роль играют токи смещения (волнообразная передача энергии от одних двойных электрических слоев к другим). Как и в полустационарной модели поле описывается уравнениями Гельмгольца (44), но соотношение токов проводимости и смещения другое:

(2.4)

Электромагнитные поля, изучаемые в электроразведке, разделяют на естественные и искусственные. К первым из них относятся:

1) Постоянное естественное электрическое поле, как поле естественных потенциалов (ЕП), возникающих в земной коре вследствие электрохимических и электрокинетических процессов.

2) Магнитотеллурическое поле, как поле космического происхождения вследствие корпускулярного излучения солнца (солнечного ветра).

3) Поле дальних радиостанций, как поле электромагнитных излучений относительно низких (первые десятки килогерц) частот от радиовещания.

4) Поле ЕИЭМПЗ (естественное импульсное электромагнитное поле Земли), как поле механических напряжений вследствие сейсмоакустических и динамических процессов в земной коре.

Ко вторым, искусственным, относятся поля, создаваемые в земной коре принудительно с использованием электрических батарей или специальных генераторных устройств. Этих полей также несколько:

1) Постоянное и (или) инфранизкочастотное (квазипостоянное) электрическое поле, как поле, описываемое в рамках стационарной модели и возникающее вследствие пропускания («задавливания») постоянного электрического тока в земной коре.

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.

Как и в других разделах разведочной геофизики в электроразведке предусмотрено решение прямых (аналитический расчет, физическое и математическое моделирование) и обратных (выполнение интерпретации) задач. В основу их решения положено понятие о геоэлектрическом разрезе, т.е. о разрезе в котором каждому геологическому объекту присваивается электрические показатели физических свойств (рис 39).