Расчет электрических параметров геоэлектрического многослойного разреза 1

Расчет электрических параметров геоэлектрического многослойного разреза

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГОРНОЙ ПОРОДЫ • Объект изучения – горная порода – представляет собой сложное природное образование, состоящее из твёрдой минеральной массы и порового пространства, заполненного подземной водой, нефтью, газом или иным вторичным материалом. • В первом приближении электрическую модель горной породы можно представить в виде двухфазной среды, состоящей из твёрдого скелета и воды. При этом твёрдая фаза может быть либо проводником электрического тока (руда, графит, антрацит), либо диэлектриком (кварц, известняк, ангидрит, лёд). Жидкая фаза представляет собой электролит, молекулы которого практически полностью диссоциированы на ионы. Такая модель двухфазной твёрдо-жидкой среды названа ДФсредой. Она является основной моделью в электроразведке. • На границе фаз вследствие разности потенциалов между минеральным скелетом и электролитом возникает двойной электрический слой.

2. Удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность • Удельным электрическим сопротивлением (УЭС) называют сопротивление 1 м породы постоянному току, протекающему от одной грани куба к другой: Единицей измерения УЭС служит Ом. м. • Удельной электропроводностью - называют величину, обратную р. Она измеряется в Сименсах на метр (См/м).

3. Геоэлектрические модели 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 ρ1. 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 неоднородных сред модель однородного проводящего полупространства служит базой для разделения поля на нормальную и аномальную составляющие.

• Еще более сложным случаем является модель неоднородной среды. 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 (1 D) или моделью ρ(Z). В этой модели различают два случая: когда ρ(Z) меняется непрерывно (градиентная одномерная модель) и когда ρ(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.

Исходные данные: Геоэлектрический разрез представлен 6 -ю слоями, каждый слой которого имеет продольное удельное сопротивление (Ом • м)* и толщину (м)**. Слои неоднородные, анизотропные. * - числитель массивов данных; ** - знаменатель тех же массивов:

Геоэлектрический разрез – это вертикальный разрез горных пород, различающихся по удельному сопротивлению. Пласты повышенного сопротивления представлены, в основном, каменной солью и гипсом. Поверхность кристаллического фундамента служит основным опорным горизонтом электромагнитных зондирований.

• 1 слой: песок - 101/50, 121/51, 141/52, 161/53, 171/54, 181/55, 191/56, 201/57, 221/58, 241/59, 261/60, 281/61, 301/62, 321/63, 341/64; • 2 слой: песчаник – 10/1000, 15/1010, 20/1020, 25/1030, 30/1040, 35/1050, 40/1060, 45/1070, 50/1080, 55/1090, 60/1100, 65/1110, 70/1120, 75/1130, 80/1140; • 3 слой: известняк – 900/500, 850/510, 800/520, 750/530, 700/540, 650/550, 600/560, 550/570, 500/580, 450/590, 400/600, 350/610, 300/620, 250/630, 200/640; • 4 слой: глина – 50/100, 52/102, 54/104, 56/106, 58/108, 60/110, 62/112, 64/114, 66/116, 68/118, 70/120, 72/122, 74/124, 76/126, 78/128; • 5 слой: нефть – 1000/50, 2000/52, 3000/54, 4000/56, 5000/58, 6000/60, 7000/62, 8000/64, 9000/66, 10000/68, 11000/70, 12000/72, 13000/74, 14000/76, 15000/78; • 5 слой: вода – 1/50, 2/52, 3/54, 4/56, 5/58, 6/60, 7/62, 8/64, 9/66, 10/68, 11/70, 12/72, 13/74, 14/76, 15/78; • 6 слой: алевролиты - 300/500, 320/510, 340/520, 360/530, 380/540, 400/550, 420/560, 440/570, 460/580, 480/590, 500/600, 520/610, 540/620, 560/630, 580/640. • 7 слой: метаморфические породы – 106/1000, 955/1000, 905/1000, 855/1000, 805/1000, 755/1000, 705/1000, 655/1000, 605/1000, 555/1000, 505/1000, 455/1000, 405/1000, 355/1000, 305/1000. 7 слой в расчетах не участвует – является опорным горизонтом.

Содержание работы: 1. Если ток течет параллельно напластованию, то S 1 – суммарная продольная проводимость слоистой толщи (См). Вычислить суммарную продольную проводимость S 1 и среднее продольное удельное сопротивление р для 6 -ти слойных разрезов, один из которых содержит пласт нефти, а второй – пласт воды по формулам:

2. Если ток течёт вкрест простирания, по нормали к границам раздела, то общее сопротивление T – суммарное поперечное удельное сопротивление. Вычислить суммарное поперечное удельное сопротивление Т и среднее поперечное удельное сопротивление рn приведенных разрезов по формулам:

3. Найти коэффициент макроанизотропии и средние интегральные характеристики слоистой толщи рm и hm по формулам: где рm - среднее удельное сопротивление, hm - средняя эквивалентная мощность слоистой толщи.

• 4. Построить графики и дать сравнительный анализ вычисленных параметров: S 1, T, ρ1, ρn, ρm, λ для разрезов с пластами нефти и воды, количественно (в %) оценить расхождение этих параметров. Поперечные удельные сопротивления превышают продольные удельные сопротивления каждого пласта на 15%.

Поперечные удельные сопротивления превышают продольные удельные сопротивления каждого пласта на 15%. Слои неоднородные, анизотропные. * - числитель массивов данных; ** - знаменатель тех же массивов.