Область применения электроразведки

Рис. 2.31. Типы трехслойных кривых ЭЗ

Рис. 2.30. Графики ДЭМП над согласным тектоническим нарушением, развитым в угленосной толще

Рис. 2.29. Кривая рекогносцировочного магнитотеллурического зондирования

Последовательность работ МТП

Выполняются рекогносцировочные магнитотеллурические измерения в точках, равномерно распределенных по площади. Строится кривая рекогносцировочного магнитотеллурического зондирования (рис. 2.29).

S^I – расширенный диапазон S

Далее работы МТП проводятся или в диапазоне h или в диапазоне S. Время измерений – 1 – 2 часа на каждой точке. Диапазон S используют для вычисления суммарной продольной проводимости S толщи пород до опорного электрического горизонта, например фундамента, а диапазон h для определения глубины горизонта с . Затем строят карты этого горизонта и карты равных значений S.

Модификация ЭЗ носит название магнитотеллурического зондирования (МТЗ). Его сущность заключается в одновременной регистрации компонентов магнитотеллурического поля E_x, E_y, H_x, H_y, H_z на поверхности земли и последующем спектральном анализе результатов измерений. В общем случае МТЗ – это индуктивное зондирование, основанное на использовании скин-эффекта. Глубина проникновения тока зависит от периода вариаций Т.

Измерительная установка состоит из 2-х взаимно перпендикулярных приемных линий M₁N₁ и M₂N₂ (датчики электрического поля) и трех магнитометров - вариометров H_X, H_Y, H_Z (датчики магнитного поля). Датчики электрического и магнитных полей располагают строго в соответствии с элементами залегания пород и тектоникой района. Наблюдения производят в отдельных пунктах по системе профилей. Возможны одновременные наблюдения в нескольких пунктах.

Обработка данных МТЗ производится с помощью специального программного обеспечения, включающего:

1. Узкополосную фильтрацию;

2. Выделение гармонических составляющих E_x, E_y, H_x, H_y, H_z для заданной последовательности периодов Т;

3. Вычисление импедансов , ,

4. Определение сдвига фаз между взаимно перпендикулярными составляющими E_x, H_y, E_y, H_x.

5. Вычисление кажущихся сопротивлений

, (2.16)

6. Построение графиков зондирования.

Интерпретация данных ЭП преимущественно качественная. Результаты оформляют в виде графиков характерных эффективных параметров (рис. 2.30).

1 - тектонически нарушенная зона,

2 - песчаник, 3 - покровные отложения,

4 - известняк,

5 - аргиллито-алевролитовая толща,

6 – уголь

Наряду с графиками строят план-графики (сопоставление графиков и их корреляция по профилям) и карты этих параметров для фиксированного действующего расстояния. Это позволяет составить представление о местоположении искомых объектов и их геометрических особенностях (простирание, падение, примерные размеры). В отдельных случаях возможна количественная интерпретация на основе функционально-аналитической зависимости между характерными точками на графиках аномалий и параметрами создающих их геологических объектов. Необходимое условие достоверности интерпретации данных ЭП - использование дополнительной геолого-геофизической информации.

Интерпретация данных ЭЗ включает анализ кривых зондирования, построение геоэлектрической модели (разреза) на основе решения прямой и обратной задач и геологическое истолкование результатов (трансформацию геоэлектрического разреза в геологический).

Первоначально по результатам полевых измерений строятся в билогарифмическом масштабе (по осям абцисс и ординат логарифмический масштаб с заданным модулем) кривые ЭЗ с последующей качественной и количественной интерпретацией. Последняя представляет собой достаточно сложный процесс. Основной рабочей моделью служит трехслойный геоэлектрический разрез, согласно которому все кривые зондирования разделяются на четыре типа:

Для этих типов составлены семейства кривых, которые называются палетками. Интерпретация выполняется в ручном варианте и в компьютерном режиме по программам 1D, 2D, 3D. В последнем случае обязателен диалоговый (интерактивный) подход. Процесс основан на методе подбора, т.е. сравнении теоретических (палеточных) кривых с наблюденными. Далее строится геоэлектрический разрез, трансформируемый в геологический (рис. 70).

Наилучшим образом интерпретация выполняется, когда ЭЗ выполнено в горизонтальнослоистых средах и когда суммарная толщина вышележащих слоев примерно в три раза меньше каждого последующего. Если это условие не соблюдается, то тонкие слои являются «прозрачными» и для их выявления требуются априорные, дополнительные сведения.

Рис. 2.32. Пример построения геоэлектрического разреза:

1 — пески, 2 — песчано-глинистые отложения,

3 - глинистый конгломерат, 4 - гранит, 5 - бокситы, 6 - точки ВЭЗ

Электроразведка широко применяется при геологоразведочных работах на все полезные ископаемые. При этом различают:

1) Малоглубинную электроразведку, используемую в инженерной геологии, гидрогеологии, геоэкологии и др.

2) Глубинную электроразведку, которая, прежде всего, решает задачи структурной и нефтегазовой геологии, а также задачи рудных и угольных месторождений.

К наиболее глубинным методам электроразведки относятся ЧЗ, ЗСД, ЗСБ, МТЗ. Эти методы применяются, как правило, в комплексе с сейсморазведкой и глубоким бурением, при том, что сейсморазведка более точно отбивает геологические структуры, а электроразведка позволяет отличать нефтегазоносные толщи от водоносных пластов (в одном случае ρ высокое, а в другом ρ низкое).

· Проектное задание раздела 1, модуля 2

1) Составить схему основных модификаций электроразведки и их разновидностей.

2) Раскрыть сущность электрических свойств природных сред и показать роль анизотропии удельного электрического сопротивлении и диэлектрической проницаемости. Описать модели электромагнитного поля (волновую, квазистационарнуюя и стационарную).

3) Дать толкование формирования в земной коре разных типов электромагнитных полей и составить представление о токах проводимости и смещения. Объяснить какой физический смысл имеют уравнения Максвелла и какие типы полей используются в электроразведке.

4) Показать способы возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля. Объяснить, как зависит распределение плотности тока с глубиной от расстояния между источником и точкой измерения и от частоты электромагнитного поля. Дать понятие эффективной глубины проникновения этого поля.

5) Составить реферат об особенностях электромагнитных зондирований с толкованием понятий прямой и обратной задачи электроразведки.

6) Начертить схемы и определить задачи, решаемые методами и способами электромагнитного профилирования.

7) Представить формы основных типов кривых электрических зондирований. Объяснить сущность палеточных и компьютерных способов обработки электроразведочной информации.

8) Дать определение ближней и дальней зон распространения электромагнитного поля при различных способах их возбуждения и приема.

9) Составить типовые блок-схемы генераторных и измерительных установок, используемых в электроразведке.

10) Объяснить сущность качественной интерпретации кривых электромагнитных зондирований.

11) Объяснить особенности переменного, гармонически изменяющегося поля, раскрыть его преимущества и недостатки.

12) Объяснить принципы создания неустановившегося электромагнитного поля в электроразведке.

13) Раскрыть сущность метода магнитотеллурического поля (МТП). Как определяется суммарная продольная проводимость в этом методе?

14) Объяснить при решении каких геологических задач применяются электроразведочные методы.

15) Составить реферат о нормативных требованиях техники безопасности при производстве электроразведочных работ.

· Тесты рубежного контроля раздела 1, модуля 2

1.

Вопрос: Какие типы полей изучают в электроразведке?

Ответ: Нормальное и аномальное. Естественные и искусственные постоянные и переменные электромагнитные поля. Гармоническое, неустановившееся и магнитотеллурическое.

2.

Вопрос: На какие группы разделяются горные породы по электрическим свойствам?

Ответ: На электропроводящие и не проводящие электрический ток. На кристаллические (магматические и метаморфические) и осадочные (терригенные и хемогенные). На проводники, полупроводники и диэлектрики. На содержащие и несодержащие поровую влагу.

3.

Вопрос: Что понимается под количественной интерпретацией результатов электромагнитного зондирования?

Ответ: Определение местоположения слоев в геологическом разрезе. Определение толщин (мощностей) и удельных электрических сопротивлений пластов в точке зондирования. Построение геоэлектрического разреза. Изучение геологического разреза на глубину.

4.

Вопрос: Какие вы знаете модификации в электроразведке?

Ответ: Электромагнитное профилирование и электромагнитное зондирование. Методы на постоянном и на переменном токе. С гальваническим, индуктивным и смешанным возбуждением и приемом составляющих электромагнитного поля.

5.

Вопрос: Какие задачи можно решать магнитотеллурическими методами?

Ответ: Прямые и обратные. Изучение археологических объектов. Геоструктурные при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений, изучения рельефа кристаллического фундамента, границ раздела в земной коре. Выявление и картирование приповерхностных неоднородностей.

Вопросы для самлподготовки:

	Уравнения Максвелла. Физический смысл уравнений Максвелла
	Поле точечного источника постоянного тока
	Потенциал точечного источника над однородной землей
	Естественные переменные электромагнитные поля
	Естественные постоянные электрические поля
	Искусственные постоянные электрические поля
	Искусственные переменные гармонические электромагнитные поля
	Искусственные импульсные (неустановившиеся) электромагнитные поля
	Сверхвысокочастотные поля
	Общая характеристика электромагнитных профилирований
	Метод естественного электрического поля
	Электропрофилирование методом сопротивлений
	Электропрофилирование методом вызванной поляризации
	Метод переменного естественного электромагнитного поля
	Низкочастотное гармоническое профилирование
	Методы переходных процессов
	Радиоволновое профилирование
	Сверхвысокочастотные методы профилирования
	Общая характеристика электромагнитных зондирований
	Электрическое зондирование
	Зондирование методом вызванной поляризации
	Магнитотеллурические методы
	Зондирование методом становления поля
	Частотное электромагнитное зондирование
	Высокочастотные зондирования
	Электромагнитные свойства горных пород

· Критерии оценки раздела 2-Электроразведка

Контрольная работа.

· Литература к разделу 2-Электроразведка

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 63-108.

2. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. – М.: Недра, 1989. - С. 167-174, 202-207, 221-223.

3. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 76-93, 122-133.

Дополнительная:

1. Электроразведка: пособие по электроразведочной практике для студентов геофизических специальностей. /Под редакцией проф. В.К.Хмелевского, доц. И.Н.Модина, доц. А.Г.Яковлева – М.: 2005. – С. 14-92, 114-266.

2. Матвеев Б.К. Электроразведка. Учеб. Для вузов. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1990. – С. 28-102, 280-363.

3. Бондаренко В.М., Лумпов Е.Е., Лыхин А.А. Интерпретация геофизических данных. Учебное пособие. – М.: Из-во МГГА, 1993. С. 11-44.

4. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – С. 401-403.

5. Якубовский Ю.В., Ренард И.В. Электроразведка: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991. - 418 с.

Раздел 2 модуля 2:. Сейсморазведка.

Лекция 10. Тема: Физические и геологические основы сейсморазведки. Сейсмоволновые характеристики горных пород.

Сейсморазведка – представляет собой раздел разведочной геофизики, в котором изучаются поля упругих деформаций происходящих в геологических средах вследствие механических воздействий. Это взрывы, удары, техногенные вибрации, тектонические процессы, в частности землетрясения. Как и в других разделах геофизики поля разделяются на искусственные, используемые преимущественно в сейсморазведке, и естественные, которые изучают в основном в сейсмологии.

Упругость - это свойство природных объектов сопротивляться изменению их объема и формы вследствие механических напряжений. Параметрами упругости являются Модуль Юнга Е и Коэффициент Пуассона ν. Модуль Е измеряется в Паскалях (Па) и выражается формулой:

Е=Р_х/е_х (2.17), где

Р_х - приложенное напряжение по заданному направлению, например х,

е_х - деформация от приложенного напряжения.

Объемная деформация для каждой точки среды характеризуется суммой деформаций по направлениям координатных осей прямоугольной системы:

∆V/V=е_х+е_у+е_z

Коэффициент ν выражается отношением меры растяжения-сжатия геологических объектов к их удлинению при приложении растягивающей нагрузки:

ν=е_у/е_х (2.18)

В результате упругих деформаций в природных объектах возникают упругие волны, основными из которых являются продольные υ_р и поперечные υ_{s .} Эти волны называются объемными. Продольныеволны возникают вследствие процессов расширения-сжатия поперечные - процессов сдвига.

Помимо объемных волн на границе с дневной поверхностью возникают поверхностные волны:

1) Волны Релея (частицы колеблются в вертикальных направлениях);

2) Волны Лява (частицы колеблются в горизонтальных направлениях).

Продольные и поперечные волны связаны с показателями упругости следующими соотношениями:

, (2.19), где

δ – плотность пород.

Поля упругих деформаций, как и другие геофизические поля, характеризуются параметрами напряженности и потенциала. Кроме того, в сейсморазведке изучают колебательные процессы и их распределением во времени. Пользуются показателями А - амплитуды сигнала и t - времени распространения упругих волн.

Наиболее эффективными источниками сейсмических колебаний являются взрывы, которые производятся при сейсморазведочных работах в специально пробуренных шпурах или скважинах. Взрывы выполняют под покровными отложениями, то есть ниже зоны малых скоростей (ЗМС), где сейсмические волны интенсивно затухают. К другим источниками сейсмического поля относятся удары. Разработаны специальные невзрывные источники которые позволяют выполнять многократные возбуждения, необходимые для накапливания сигналов.

Процесс возникновения сейсмоволнового поля от взрыва условно подразделяется на три зоны. В точке взрыва происходит разрушение пород. Далее образуется зона уплотнения, которая переходит в зону упругих колебаний. Процесс упругих деформаций сопровождается чередованием областей уплотнения и разрежения. Граница между зонами затронутыми и незатронутыми колебаниями есть фронт, а граница, где волна прошла и колебания затухли называется тылом волны (рис. 2.33).