Вопросы для самоконтроля – Какими параметрами определяется величина

Вопросы для самоконтроля – Какими параметрами определяется величина и направление магнитного поля? – В каких единицах измеряются параметры магнитного поля? – Что такое вариации магнитного поля Земли, чем они вызваны? – Что такое инверсии магнитного поля Земли? – Палеомагнитные исследования их значение – Магнитные свойства горных пород, виды намагниченности – Чем определяется максимальная глубинность магниторазведки? – Что такое прямая задача магнитометрии? В чем её отличие от прямой гравиметрической задачи? – Что такое обратная задача магнитометрии? В чем её отличие от обратной задачи гравиметрии? – С чем связаны отличия геологического истолкования аномалий магнитного поля от истолкования аномалий поля силы тяжести? – Какие задачи регионального геологического изучения решаются с помощью метода магниторазведки? – Перечислите задачи, решаемые магниторазведкой при поисках и разведке полезных ископаемых. – Для решения каких задач могут использоваться высокоточные крупномасштабные магнитометрические исследования?

октябрь ноябрь декабрь 401 группа 6 13 20 27 10 17 24 1 8 15 22 29 1 Артюшков Серафим + сейсм 2 Бакланов Сергей + + 3 Беляев Михаил + + + 4 Бондарь Иван + + 5 Гайнуллов Роман + + 6 Гордеев Никита + + + 7 Перепечина Ольга + + 8 Семенов Александр + + + 9 Третьякова Инна + + + 10 Туренко Владимир + 11 Царев Владислав +

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ ДАННЫХ

электроразведка объединяются многочисленные методы исследования, основанные на изучении естественных, существующих в Земле в силу космических, атмосферных или физико-химических процессов, и искусственно создаваемых электрических и электромагнитных полей. Под общим названием

1600 Галилео Галилей — мерой силы тяжести является ускорение, которое она сообщает свободно падающему телу. В 1600 году английский физик, придворный врач королевы Елизаветы Уильям Гилберт обнаружил эффект электромагнитного заряда кусочков янтаря. Электроразведка. История метода. В 1650 году немец Отто фон Герике создал первую электрическую машину. В 1745 году выпускник Лейденского университета, голландец Питер Ван Мушенбрук изобрел первый источник электроэнергии – лейденскую банку. Таким образом, предпосылки активного использования электричества сформировались к концу XVIII века.

Электроразведка. История метода. Начало теории земных электрических процессов (включая атмосферно-электрические явления) связано с именем американского просветителя, государственного деятеля и замечательного ученого Бенджамина Франклина. Его опыты по изучению атмосферного электричества относятся к 1747 -1754 гг. В этот же период в России изучением электрических (грозовых) явлений в атмосфере занимались академики Михаил Васильевич Ломоносов и Георг Вильгельм Рихман. Приблизительно в это же время (1746) Ватсон ( Watson ) приходит к заключению, что грунт является проводником. В середине XIX века систематическое изучение электрических процессов в земной коре было востребовано развитием телеграфной и телефонной связи. Научный и практический интерес к электромагнитным и электрическим процессам в земной коре стремительно возрос после мощной электромагнитной бури ( 1859 ), зарегистрированной всеми обсерваториями мира. Буря сопровождалась интенсивными полярными сияниями и земными электрическими токами, сбоями в работе линий связи. В ряде обсерваторий мира, попутно с мониторингом магнитного поля, были начаты непрерывные измерения поля электрических токов земной коры.

Начало электроразведки, как метода решения геологических задач, обычно связывается с 1829– 1830 годами. При изучении медно-колчеданных месторождений Корнуэльса А. Фокс ( « дедушка геофизики» ) описал связь аномалий естественного электрического поля с окислительно-восстановительными процессами, происходящими в недрах и использовал это явление для изучения рудных тел. Позже метод был применен на серебряных месторождениях Невады. Первыми методами электроразведки стали методы естественных потенциалов. Электроразведка. История метода. В конце столетия проводятся первые эксперименты по использованию искусственно создаваемых полей.

Электроразведка. История метода. Идея использования электрических и электромагнитных эффектов для изучения Земли была высказана в конце ХIХ века профессором Софийского Университета, русским ученым Порфирием Ивановичем Бахметьевым (1860 — 1913). Тогда же Е. И Рагозин в монографии «О применении электричества для разведки рудных залежей» ( 1903 ) впервые описывает основные закономерности распространения электрического поля в породах.

Электроразведка. История метода. XX век. В 1912 г. французский учёный профессор Конрад Шлюмберже (1878 — 1936) изучавший удельное сопротивление горных пород, разработал метод сопротивлений ставший одним из основных в электроразведке. В 1912 -1914 гг. им создан и использован для решения практических геологических задач — метод вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) — второй «кит» электроразведки. ВЭЗ в первоначальном, предложенном Шлюмберже, виде применялся для структурных исследований до середины ХХ века. Конрада Шлюмберже ( Conrad Schlumberger ) по праву считают «отцом электроразведки» и, безусловно, самой важной фигурой в этом методе. Ему принадлежат ключевые положения горизонтально — слоистая модель Земли, кривые кажущегося сопротивления и билогарифмические бланки для их отображения, палетки для интерпретации.

Однако, проводившиеся в начале XX века электроразведочные работы носили в значительной мере опытный характер — объём производственных работ был невелик. Использовались они, главным образом, при поисках и разведке рудных месторождений. 1928– 1929 первые попытки применения электроразведки для поисков и разведки нефте- и газоносных структур. Совместные работы треста “Грознефть” и французского общества «La Pros» (“Про”) братьев Конрада и Марселя Шлюмберже. К осени 1930 в окрестностях Грозного была разведана обширная территория методами «сопротивлений и штыковых электродов» и электрокаротажа. Карта сопротивлений показала поразительное соответствие с геологической картой и определила все известные антиклинали. В 1938 году, спустя два года после смерти Конрада Шлюмберже , выполнены первые глубинные электрические зондирования (до 1 км). Они сыграли важную роль в открытии месторождений нефти и газа в Бугуруслане, Саратове, Башкирии, в Поволжье, на Украине, в Средней Азии и Сибири. С этого момента электроразведка признана в СССР ведущим методом комплекса геолого-геофизических исследований при разведке нефтяных и газовых месторождений. В 1923 решением Геолкома создается отдел электроразведки в НИИ физики ЛГУ под руководством Виктора Робертовича Бурсиана (1886 -1936/37). Полевые работы и теория метода — “Теория электромагнит- ных полей, применяемых в электроразведке” (1933, переизд 1978)1931 -1932 первые электроразведочные изыскания для решения инженерно-геологических задач — изучение оснований под плотины гидростанций на реках Иртыше, Волге, Енисее. 1941 — появление одного из важнейших современных методов электроразведки — электромагнитного частотного зондирования (ЧЗ). Автор теории низкочастотного метода электромагнитного глубинного зондирования земной коры — выдающийся геофизик Александр Павлович Краев, теория методов ЧЗ доработана и сформулирована академиком А. Н. Тихоновым 1945 г. по инициативе родоначальника Российской электроразведки, профессора А. И. Заборовского, в МГРИ были начаты исследования в области индуктивных методов электроразведки , которые впоследствии привели к созданию метода переходных процессов (МПП) Электроразведка. История метода.

В итоге менее чем за полвека, усилиями практически одного поколения талантливых ученых физиков и геофизиков, математиков и геологов были созданы все основные направления многочисленных методов электроразведки постоянного и переменного электромагнитного поля. 1950 -1960 метод теллурических токов. Теоретические основы и практическое применение для изучения глубинного геологического строения и поисков нефтяных месторождений (Л. Каньяр, А. Н. Тихонов, М. Н. Бердичевский). 1954 разработка высокочастотных методов электроразведки , радиоволнового просвечивания, которые в последствии были реализованы не только в площадном, но и в скважинном варианте. Наше время характеризуется совершенствованием теоретической базы и математических аппаратов изучения и интерпретации постоянных и переменных электромагнитных полей, развитием теории методов и их применимости в условиях сложных электромагнитных сред, массовым внедрением современной вычислительной техники и автоматической регистрации на всех стадиях электроразведочных работ. Благодаря многообразию используемых полей, интенсивному развитию современной технической и математической базы, новые методы электроразведки продолжают появляться и в наше время. Расширяется диапазон изучаемых глубин, растет точность и детальность исследований, в итоге необозримо увеличивается область применения и возможности интерпретации при решении геологических, технических и прикладных задач. Электроразведка. История метода.

Физические основы методов электроразведки По физической природе используемых полей, методы электроразведки можно объединить в несколько групп: методы естественного переменного электромагнитного поля, естественного постоянного электрического поля, методы искусственного постоянного электрического поля (сопротивлений), поляризационные (геоэлектрохимические), индукционные методы • низкочастотные, • высокочастотные, • сверхвысокочастотные.

Физические основы методов электроразведки Используемые поля могут быть : установившимися — существующими свыше секунды постоянными, переменными, гармоническими, квазигармоническими с частотой от миллигерц (10 -3 Гц) до петагерц (10 15 Гц); неустановившимися — импульсными с длительностью импульсов от микросекунд до секунд. Напряженность и структура естественных полей определяется природой, интенсивностью, электромагнитными свойствами разреза. Параметры полей, созданных искусственно зависят ещё и от мощности источника, частоты, длительности, способов возбуждения поля. Способы создания поля могут быть : гальваническими (ток вводится в Землю с помощью заземлений); индукционными (ток пропускается в незаземленную петлю, рамку). Измеряют амплитудные и фазовые составляющие напряженности электрических ( E ) и магнитных ( H ) полей.

Методы естественных переменных электромагнитных полей Квазигармонические поля космической («теллурики») и атмосферной, грозовой природы («атмосферики»). Низкочастотные (магнитотеллурические) поля вызваны воздействием на ионосферу Земли потока заряженных космических частиц — в основном, корпускулярным излучением Солнца. В геоэлектрической среде с сопротивлением 100 Ом. м , магнитотеллури-ческие токи с периодом 100 сек проникают до глубин порядка 5 км. Токи с периодом 5 сек. практически затухают на глубине около 1 км , а с периодом в четверть секунды – на глубине в первые сотни метров.

Магнитотеллурический метод По измеренным взаимно перпендикулярным электрическим и магнитным составляющим можно рассчитать кажущееся сопротивление нижнего (геологического) полупространства. Типичные параметры компонент магнитотеллурического поля: а – низкочастотные, вызванные солнечной активностью; проникают до n *100 км; б – среднечастотные, ионосферной природы; глубина проникновения 2 – 10 км

Магнитотеллурическая компонента атмосферной природы а б Магнитотеллурическая компонента атмосферной природы: а – разряд молнии; б – соответствующая ему высокочастотная магнитотеллурическая компонента. в течение десятка секунд зависит от удельного электрического сопротивления слоев геоэлектрического разреза. Измеряются, как и при изучении магнитотеллурических полей, взаимно перпендикулярные электрические и магнитные составляющие импульсов. При каждом ударе молнии (по Земле около 100 в сек) возбуждается Э_М импульс, распространяющий ся на большие расстояния. Средний уровень напряженности Э и М составляющих этих импульсов за время в течение

Магнитотеллурические методы Пример построения вертикального геоэлектрического разреза. Интерпретация магнитотеллурических данных по профилю пересекающему Fraser River fault, Южные Кордильеры. (Alan G. Jones at all, 1992, Electromagnetic constraints on strike-slip fault geometry — The Fraser River fault system: Geology , v. 20, http: //www. litho. ucalgary. ca/atlas/sbc_blurb. html )

Магнитотеллурические методы для решения региональных геологических задач: изучения слоев и очагов пониженного сопротивления в земной коре и верхней мантии (зон высоких температур); глубинных (до сотен км) реконструкций тектонических особенностей строения крупных блоков земной коры. при поисках нефтегазоносных структур (первые км и десятки км) Магнитотеллурические методы – МТЗ, МТП используют: для решения малоглубинных задач при детальных геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических, геотехнических, археологических и пр. изысканиях.

Методы естественных постоянных электрических полей А 1 Б 2 Рис. 3. 5 Схемы образования естественного электрического потенциала А – природа электрохимического потенциала сульфидной залежи 1 – зона вадозной циркуляции подземных вод; 2 – зона насыщения; 3 – токовые линии; УГВ – уровень грунтовых вод; РТ – рудное тело. Б – природа электрокинетического (дзета) потенциала 1 – структура двойного электрического слоя на границе горной породы и растворов; 2 – зависимость величины электрокинетического потенциала амфиболов, кварца и гематита от значения кислотности (р. Н). Естественные постоянные электрические поля возникают в результате происходящих в природе электрохимичес ких и электро-кинетич еских процессов. Природные физико-химические процессы, в результате которых возникают электрические потенциалы, их связь с геологическими элементами — непременное условие эффективности метода. Если с течением времени электрохимический или электрокинетический процесс прекратится – метод перестанет «работать» .

Методы естественных постоянных электрических полей при картировании тектонических границ; при поиске и разведке сульфидных и угольных месторождений; месторождений подземных вод; инженерных изысканиях на водоемах и плотинах; изучении карстово-суффозионных процессов; Методы постоянного естественного электрического поля, ещё называют методами естественных потенциалов ЕП используют: археологических изысканиях.

Методы искусственных постоянных электрических полей Возбуждение в объеме горных пород постоянного электрического тока с помощью батарей, аккумуляторов или генераторов. Возникающая при этом на измерительных электродах разность потенциалов пропорциональна кажущемуся сопротивлению (второе название этой группы – методы сопротивлений): k = K U / J , J – сила тока, U – разность потенциалов на приемных электродах, K – коэффициент, зависящий от параметров электроразведочной установки, k (кажущееся сопротивление в о. М. м, которое зависит от особенностей геологического строения среды. Методы искусственных постоянных электрических полей одни из самых популярных. Они выделяются среди прочих количеством существующих и постоянно добавляющихся новых модификации с разными типами и параметрами установок, позволяющими «настроить» метод на решение конкретной задачи. Благодаря этому, область использования методов сопротивлений увеличивается.

Методы искусственных постоянных электрических полей Физический смысл аномалий в методах сопротивлений в том, что тoковые линии в среде с разными электрическими сопротивлениями втягиваются в проводящие объекты, а непроводящие огибают. В результате на земной поверхности кажущееся сопротивление k меняется. Несмотря на то, что k — это сложная функция геоэлектрического разреза и типа установки, при определенных допущениях оно численно равно истинному сопротивлению пород . График кажущегося сопротивления по данным симметричного профилирования AMNB; а—график ρк ; б— геологический разрез: 1 — изверженные породы; 2 — сланцы; 3 — известняки, 4 — наносы; 5 — удельное электрическое сопротивление, Ом. м; 6 — токовые линии

Методы вызванной поляризации (ВП) Поляризационные методы (методы вызванной поляризации — ВП) по физической природе близки к методам естественных потенциалов. С той лишь разницей, что разность потенциалов и ток (процесс поляризации) возникают, как отклик на постоянное или переменное (НЧ, до 100 Гц) возбуждающее искусственное электрическое поле. В неоднородных средах, состоящих из твердой и жидкой фаз, на границе фаз существует двойной электрический слой (вторичные заряды), с характерным упорядоченным положением ионов. При появлении внешнего источника поля такая упорядоченная структура способствует развитию сложных электрохимических и электрокинетических процессов: на одних участках постепенно накапливаются положительные заряды, а на других — отрицательные. В среде образуются электрические диполи, которые и являются источниками поля ВП. При отключении внешнего поля вторичные заряды постепенно рассасываются.

Методы вызванной поляризации (ВП) Метод ВП является одним из основных методов рудной геофизики при поисках, картировании и разведке массивных и вкрапленных сульфидных, магнетитовых и графит содержащих образований. ВП для поиска и картирования месторождений углеводородов. Для решения гидрогеологических и геоэкологических задач При изучении техногенных объектов (трубопроводов, резервуаров. . ) Зависимость вызванной поляризации от содержания в породах воды и ее минерализации. Наличие электронопроводящих минералов. Ряд химических процессов в присутствии углеводородов приводит к образованию минералов с электронной проводимостью. Наличие электронопроводящих, металлов

Индукционные или частотные методы электроразведки Благодаря тому, что частоты возбуждения могут изменяться произвольно от инфранизких до ультравысоких, гига. Герцевых (10 9 Гц), диапазон глубин, доступных частотной электроразведке, колеблется от сотен километров до сантиметров. Индукционные или частотные методы по физической природе сходны с магнитотеллурическими. Используется эффект возникновения наведенного электрического и/или электромагнитного поля под воздействием внешних электрических и/или электромагнитных полей переменной частоты в данном случае искусственных. Ключевым обстоятельством индукционных методов является зависимость глубины проникновения тока от частоты возбуждаемого поля.

Электромагнитные свойства горных пород • Удельное электрическое сопротивление — • Диэлектрическая проницаемость — • Магнитная проницаемость — • Поляризуемость — • Естественная электрохимическая активность —

Удельное электрическое сопротивление ρ (УЭС) — способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока, является наиболее универсальным электромагнитным свойством. Измеряется в омметрах (Ом. м). УЭС меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10 -3 до 10 15 Ом. м. УЭС зависит от минерального состава, физико-механических, водных свойств горных пород, концентрации солей в подземных водах в меньшей мере от химического состава подземных вод, температуры (при нагревании на 40 0 уменьшается ≈ в 2 раза), степени метаморфизма, структуры и текстуры породы (анизотропия, рассланцованность), мерзлотных свойств

Электрохимические свойства пород Электрохимическая активность α — свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля. α — коэффициент пропорциональности между напряженностью создаваемого поля и основными потенциалообразующими факторами. Измеряется в милливольтах. Поляризуемость η — c пособность пород поляризоваться, накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока. η оценивается коэффициентом поляризуемости, измеряется в %. Диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости. Способность вещества поляризоваться в переменном (высокочастотном) электромагнитном поле обусловлена диэлектрической проницаемостью пород (ε), магнитная компонента — магнитной проницаемостью пород (μ). α меняется от -(10 -15) м. В у чистых песков, близко к нулю у скальных пород, возрастает до +(20 -40 м. В) у глин и для руд с электронопроводящими минералами (сульфиды, графит, антрацит) до n * 100 м. В. Наибольшей поляризуемостью (η =10 -40% ) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит, антрацит). η до 2 -6% — обводненные рыхлые осадочные породы. Слабо поляризуются ( η <2% ) большинство изверженных, метаморфические и осадочные пород, насыщенные минеральной водой. ε изверженных пород — от 5 до 12 единиц, осадочных — от 2 -3 сухой до 16 -40 насыщенной водой породы (у воды – 80). Зависит от минералогического состава породы и процентного содержания воды. μ ферромагнетиков может достигать 10 единиц. μ громадного большинства пород равна 1 — магнитной проницаемости воздуха

Электромагнитные свойства пород Минералы & Породы УЭС ρ Ом. м Электрохи м. активност ь α м. В Поляризуемо сть η % кварц, слюда, полевые шпаты (диэлектрики) 10 12 — 10 15 карбонаты, сульфаты, галоиды (полупроводники) 10 4 — 10 8 Глинистые минералы (гидрослюды, монтморилломонит, каолинит) <10 4 рудные минералы (самородные, некоторые окислы) <1 Свободные подземные воды (зависит от минерализации) <1 (10 г/л ) 1000 (0, 1 г/л) Изверженные и метаморфические 500 – 10 000 скальные 0 <2 Осадочные (выше у соли, гипса, известняков, песчаников ) 100 – 1000 <2 Обломочные (пески, галечники) 0 – n * 100 ( выше у крупнозернис тых) пески 10 -15 глины 20 — 40 Обводненные, рыхлые до 2 -6 Сульфиды, графит, антрацит (с электронопроводящими минералами) n 100 10 —

Кажущееся сопротивление При работах любой установкой сопротивление ρ над реальным, неизвестным и практически всегда неоднородным разрезом (полупространством) рассчитывается по формуле ρ= K( Δ U/I) , Δ U — разность потенциалов на измерительных (приемных) электродах МN, I — ток в питающей линии АВ, K — коэффициент установки, зависящий от расстояний между электродами и взаимного расположения питающих и приемных электродов. Это сопротивление называется кажущимся (КС или ρ k ) при определённых допущениях ρ k равно истинному сопротивлению горной породы ρ.

Методы электроразведки. Классификация Сложность электроразведки, использующей по сути • разнообразные физические процессы, соответствующие им • многочисленные физические параметры вещества, • разные способы возбуждения и регистрации аномалий электрического и • электромагнитного поля находит отражение в существовании множества относительно самостоятельных методов. Только основных методов электроразведки сейчас около сотни. Для их систематизации используется нескольких классификаций методов электроразведки.

Методы электроразведки. Классификация По физической природе: (эту классификацию мы уже использовали) • естественного переменного электромагнитного поля, • естественного постоянного электрического поля, • сопротивлений, • поляризационные (геоэлектрохимические), • индукционные низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.

Классификация методов по характеру регистрируемого электромагнитного поля Постоянный ток ( гальваника – протекание тока по проводникам ) f=0 (<5 -10 Гц ) Низкочастотный переменный ток (индукция и диффузия поля) 10 Гц < f < 1 МГц Высокочастотный переменный ток (электромагнитные волны не зависят от источника) 1 МГц < f < 2 ГГц Электрохимические методы электроразведки

В этой классификации методы электроразведки условно делятся на: профилирования, направленные на изучение характера изменения геологической среды по латерали, крутопадающих границ и объектов с субвертикальными границами; зондирования, которые служат для получения информации об изменении электромагнитных свойств разреза с глубиной, изучения строения горизонтально (или полого) слоистых сред; подземно-скважинные (объемные) методы изучающие геоэлектрические неоднородности между скважинами, горными выработками и земной поверхностью. По направленности исследований. Профилирование и зондирование

Глубинность электроразведочных методов Изменение параметров электроразведочных установок позволяет менять глубину проникновения тока, а вместе с тем и глубинность исследований. Она может меняться от сотен и десятков километров на постоянном токе и инфранизких частотах до сантиметров и миллиметров на частотах свыше гигагерц (Ггц = 10 9 Гц). Управлять глубинностью можно изменением частоты (частотный принцип). При этом, чем выше частота гармонического поля f , тем меньше глубинность — глубина его проникновения. изменением геометрических параметров установки (дистанционный принцип). Чем больше разнос – тем больше глубинность. При перемещении вдоль профиля электроразведочной установки с неизменными параметрами (геометрическими и частотными) глубина проникновения тока (глубинность) остается приблизительно стабильной.

Электромагнитное профилирование Выбор параметров установки ( r, t, f ) зависит от решаемых задач и реальных геоэлектрических условий. Для этого на типичных участках проводятся опытно-методические исследования. По результатам наблюдений строятся: графики (по горизонтали — пикеты, по вертикали — наблюденные или расчетные параметры); карты графиков; карты изолиний. Профилирование применяются для решения геологических задач, связанных с картированием крутозалегающих (с падением больше 10 — 20) осадочных, изверженных, метаморфических толщ, поисками и разведкой полезных ископаемых на глубинах до 500 м. Используются при рекогносцировочных инженерно-геологических, мерзлотно-гляциологических, гидрогеологических, почвенно-мелиоративных и экологических исследованиях. Множество вариантов ЭМП определяется разнообразием используемых полей, методов и различием электромагнитных свойств горных пород и руд.

Схема электропрофилирвания Использование электропрофилирования для поиска рудного тела Перемещение по линии профиля электроразведочной установки с неизменными геометрическими параметрами позволяет изучать строение геологического разреза по латерали. В приведенном примере область исследований, глубина проникновения тока в 3 раза меньше разноса питающих электродов.

Электромагнитные зондирования Наиболее информативная и трудоемкая группа методов электроразведки. На каждой точке измерений, изменяя параметры глубинности ( r, √ T, √ 2 π t ) добиваются постепенного увеличения глубины проникновения тока — глубинности исследований. Последовательно определяемые кажущиеся сопротивления ( ρ k ), или амплитуды и фазы электрических ( E ) или магнитных ( H ) компонент поля характеризуют изменение геоэлектрического разреза с глубиной. Результаты электромагнитных зондирований представляют кривыми зондирований. В результате количественной интерпретации зондирований получаются послойные или обобщенные геометрические и электрические свойства слоев или толщ. Строятся геоэлектрические разрезы и карты. Зондирования используются для решения задач, связанных с изучением пологослоистых геологических разрезов. Для глубинных, структурных исследований, поисков и разведки полезных ископаемых, детальных инженерно-геологических, гидрогеологических, почвенно-мелиоративных, мерзлотно-гляциологических, и экологических задач.

Электрическое зондирование двухслойного разреза Увеличение глубины проникновения тока достигается изменением геометрии установки – длины питающей линии АВ. На кривой кажущихся сопротивлений асимптоты характеризуют свойства слоев, точка перегиба – мощность верхнего слоя.

Электротомография Самые большие изменения в методе ВЭЗ произошли в 90 е годы 20 века и связаны они с электротомографией

Данные томографии в разрезе и объеме. MN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Профиль 1 2 3 4 5 6 7 8 A B AB/2 (м) Глубинам) ( Слой 1 Слой 2 Слой 3 Слой N. . . Профиль 1 Профиль 2 Профиль 3 Профиль 4 Профиль 5 Профиль 6 Профиль 7 Профиль 8 Вместо отдельных ВЭЗ по профилю – система зондирований с минимумом рабочих положений электродов. Постоянный шаг электродов, многожильный кабель и переключение электродов по специальной программе, управляемой компьютером. Чаще зондирования – много выше горизонтальное разрешение, автоматически – быстрее, нет перестановки электродов и перехода рабочих на электродах

Трехмерное представление Slicer-Dicer и Voxler – западные программы. Есть российская разработка В. П. Колесникова из Перми.

Классификация методов по условиям проведения работ Аэроэлектроразведка … воздух Наземная электроразведка … земля • Зондирования • Профилирование акваторная: речная и морская … вода [ +подводная ] скважинная … скважины шахтная … подземные выработки

Классификация методов по решаемым задачам геоэлектрика … вся Земля нефтегазовая электроразведка … до 10 -20 км геотермальная электроразведка … до 2 -3 км рудная электроразведка … до 1 км угольная электроразведка … до 1 км малоглубинная электроразведка … до 2 00 м

Направления малоглубиннной электроразведки Инженерно-геологическая геофизика (инженерно-геологические задачи под проектирование при строительстве) Гидрогеологическая геофизика (разведка подземных вод) Мерзлотная геофизика (изучение многолетне-мерзлых пород: талики, островная мерзлота) Экологическая геофизика (нефтяные и химические загрязнения, свалки ТБО, хвостохранилища) Археологическая геофизика (поиски городищ, поселений, захоронений, фортификационных сооружений) Техническая геофизика (обследование трубопроводов, подземных коммуникаций) Криминалистическая геофизика (поиски захоронений, объектов) Военная геофизика (поиски UXO ) Биолого-почвенная геофизика (исследование искусственных и естественных полей растений и почв)

Прямая и обратная задачи электроразведки Прямая задача электроразведки — определение параметров электрических и электромагнитных полей заданного геоэлектрического разреза. Реальные геоэлектрические объекты аппроксимируются телами простой геометрической формы. Сложность решения прямых задач заключается в выборе моделей, близких к реальным, позволяющим получить хотя бы приближенное решение для электрических и электромагнитных компонент поля. Раньше основным способом решения прямых задач для относительно сложных разрезов было физическое моделирование на объемных или плоскостных моделях. В бак с водой или песком, погружалась модель неоднородности с нужными электрическими свойствами. Измерения изучаемых компонент электрического или электромагнитного поля проводилось мини-установкой. Сейчас всё шире применяется математическое моделирование, реализованное в прикладных программах.

Наиболее простые геоэлектрические модели сред, описывающие основные, принципиально отличные геологические ситуации: однородное изотропное по электромагнитным свойствам пространство или полупространство — однородный геологический массив; анизотропное пространство или полупространство со свойствами, отличающимися по двум направлениям (например, вдоль и вкрест слоистости) — модель слоистого геологического разреза ; одномерные неоднородные среды , свойства меняются в одном направлении – модели, соответствующие вертикальным контактам двух сред, совокупности вертикальных пластов или горизонтально слоистая среда с разными электромагнитными свойствами слоев ; двухмерные неоднородные среды , электромагнитные свойства которых меняются в двух направлениях — дайки, линейные зоны скарнирования и др. , отличающиеся по свойствам от вмещающих пород ; трехмерные неоднородные среды , свойства пород меняются по трем направлениям — локальные рудные тела изометрической формы, интрузивные массивы (самая простая модель – шар в однородном полупространстве). Прямая задача электроразведки.

Обратная задача электроразведки — определение параметров геоэлектрического разреза по наблюденным значениям напряженности электрического или электромагнитного поля или кривым кажущихся сопротивлений – неоднозначна. Малым изменениям наблюденных параметров поля могут соответствовать большие изменения параметров разреза. Принцип эквивалентности в электроразведке отражает взаимозависимость ряда параметров, при которой раздельное их определение затруднено на физическом уровне. Например, раздельное точное определение мощности ( hi ) и удельных электрических сопротивлений ( i ) тонких слоев, горизонтально слоистого разреза невозможно, а продольные проводимости (отношение hi / i ), либо поперечные сопротивления (произведение hi * i ), в определенных разрезах рассчитываются однозначно. Суть в том, что на поле влияет именно hi / i или hi * i , а не параметры hi и i раздельно. Решение обратной задачи в большинстве случаев сводится к подбору — сравнению полевых графиков и кривых с полученными решением прямых задач, теоретическими. Используются палетки, альбомы типичных теоретических кривых или прикладные программы.

Особенности использования методов электроразведки Многообразие изучаемых полей, методик и модификаций электрических и электромагнитных методов изучения геологических сред позволяет использовать электроразведку на всех стадиях исследования, при решении широкого круга геологических, поисковых, инженерно-геологических, гидрогеологических и технических задач. Наиболее важными особенностями электроразведки являются: многообразие методов, использующих разнообразные физические поля, методы и методики возбуждения и регистрации полей; возможность использования комплекса методов или методик, направленных на решение частных задач – внутриметодное комплексирование; возможность изучения и вертикальных и горизонтальных геоэлектрических особенностей разреза;

Особенности использования методов электроразведки Особо следует подчеркнуть важность опытно-методических исследований, предваряющих производство электроразведочных измерений. Задачей опытно-методических работ является опробование разных способов возбуждения и регистрации полей, вариантов заземления, геометрических параметров установок и экспериментальный (чаще всего, на базе опыта аналогичных изысканий и анализа результатов эксперимента) выбор вариантов, наиболее информативных для решения поставленной задачи. Именно от правильности выбора метода и параметров электроразведочных установок зависит успех интерпретации: надежность и детальность решений в каждой конкретной ситуации.

Матрица взаимосвязей данных и процедур при интерпретации электроразведочных данных (граф интерпретации) Установление геологической природы электромагнитных аномалий (районирование) Определение числовых параметров геоэлектрического разреза Результаты. Действия Данные Качественная Количественная Прогноз. Исходное поле или поля Априорные данные Структурно- тектонические схемы Геоэлектрические разрезы и схемы. Опытно- методические работы

ВЭЗ — Вертикальные электрические зондирования Электрическое зондирование — модификация метода сопротивлений на постоянном или низкочастотном (до 20 Гц) токе, при которой расстояние между питающими электродами или между питающими и приемными линиями (разнос) постепенно увеличивается. C троятся графики зависимости кажущегося сопротивления ( ρ k ) от разноса ( r ), кривая зондирований, отражающая изменение сопротивления с глубиной. Две модификации: вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ), ( для разведки небольших до 500 м глубин) , и дипольные электрические зондирования (ДЭЗ) (для разведки глубин 0, 5 — 10 км). A AB BM MN N ВЭЗ ДЭЗ При работе ВЭЗ разнос r , определяющий глубинность, определяется расстоянием питающих электродов AB. При изучении больших глубин (свыше 1 км), разносы АВ пришлось бы увеличить до 10 км. В этом случае удобнее использовать дипольные установки. При дипольных электрических зондированиях ДЭЗ измеряется кажущееся сопротивление при разных разносах r между центрами питающего и приемного диполей.

Интерпретация данных ВЭЗ Наиболее распространенным методом интерпретации данных ВЭЗ является палеточный. Сущность палеточных способов сводится к последовательному совмещению выстроенной на кальке полевой кривой с теоретическими кривыми. Они должны быть построены в одинаковом логарифмическом масштабе. Добившись наилучшего совмещения, определяют мощность ( h 1 ) и удельное электрическое сопротивление ( ρ 1 ) первого (верхнего) слоя, относительные значения мощности и сопротивления второго слоя. При интерпретации многослойных кривых они с помощью так называемых вспомогательных палеток последовательно (сверху-вниз) разбиваются на трехслойные. В результате интерпретации кривых ЭМЗ с помощью палеток получается набор физико-геометрических параметров, по которым можно определить приближенные послойные значения мощностей и сопротивлений всех слоев. Сейчас существуют программы автоматизированного подбора, при использовании которых интерпретация точки ВЭЗ занимает секунды.

Интерпретация данных зондирований Качественные и количественные приемы интерпретации электромагнитных зондирований. Качественные — визуальный анализ материалов, позволяющий оценить изменения электромагнитных свойств в разрезе и выбрать модели для последующей количественной интерпретации. Количественная интерпретация состоит из решения обратной задачи и геолого-геофизического истолкования результатов. Двухслойная палетка ВЭЗ: 1 — теоретические кривые 2 — полевая кривая Рассмотрим общую методологию интерпретации данных зондирования на примере ВЭЗ, начиная с двухслойных разрезов. Принято строить теоретические двухслойные кривые, графики зависимости lg( ρ k / ρ 1 ) от lg(r/h 1 ). Это двухслойные палетки ВЭЗ. В том же масштабе строится полевая кривая, которая затем сравнивается с теоретическими.

Трехслойные кривые ВЭЗ Типы трехслойных кривых ВЭЗ по соотношению сопротивлений: 1) H — c минимумом в середине (ρ 1 ρ 3 ); 2) K — с максимумом в середине (ρ 1 > ρ 2 < ρ 3 ); 3) A — с возрастающими УЭС (ρ 1 < ρ 2 ρ 2 > ρ 3 ). На рисунке приведены соответствующие возможные разрезы. Типичные трехслойные кривые ВЭЗ: а — графики КС, б — геоэлектрические разрезы; 1 и 2 — литологические и гидрогеологические границы; 3 и 4 — известняки массивные и трещиноватые; 5 — пески; 6 — глины; 7 — граниты Выявленные электрические горизонты (I, III) совпадают с литологическими границами (кривая A ), с гидрогеологическими — уровнем подземных вод (кривые H и Q ), с изменением физико-механического состояния пород — увеличением трещиноватости, сопровождающимся понижением УЭС (кривая K ).

Типы трехслойных кривых ВЭЗ

Возможности электроразведки Электроразведка с той или иной эффективностью применяется для решения практически всех задач, при которых используются геофизические методы. – с помощью естественных переменных полей солнечно-космического происхождения разведываются земные недра на глубинах до 500 км и ведется изучение таких геосфер, как осадочная толща, кристаллические породы, земная кора, верхняя мантия. – Электромагнитные зондирования используются при глубинных и структурных исследованиях, поисках нефти и газа. – Электромагнитные профилирования применяются при картировочно-поисковых съемках, поисках рудных и нерудных полезных ископаемых. – Объемные методы применяются при разведке месторождений. – Малоглубинные электромагнитные зондирования и профилирования используются при инженерных и экологических исследованиях.

Применение метода ВП для поиска месторождений углеводородов Электроразведочные работы методом ВП. в республике Коми (Тимано-Печерск). ООО «Северо-Запад «, 2006 г Области повышенных значений поляризуемости связаны с зонами вторичных изменений над залежью углеводородов. Скважины, пробуренные в пределах аномалий, дали приток нефти.

Поиск медно-никелевых месторождений Изучение глубоко погребенного интрузивного тела, с которым связано промышленное сульфидное рудопроявление на севере Красноярского края. Площадные работы методом МТЗ позволили выделить зоны повышенной электропроводности в основании интрузива на глубинах до 1 км. По результатам интерпретации данных МТЗ построена геоэлектрическая модель исследуемого участка; выявлен ряд перспективных зон. Даны рекомендации по разведочному бурению.

Результаты электроразведки методом ВП для локализации медно-порфирового оруденения А. Графики исходных данных: красный – поляризуемость; Синий — содержание сульфидов. Б. Геоэлектрический разрез В. Геологический разрез А Б В

Использование электротомографии ВП 2 D при поисках и оценке золото-сульфидных объектов По данным электротомографии ВП под рыхлыми отложениями мощностью до 20 м выделена рудная зона, сформированная двумя сближенными золоторудными телами. Определены элементы залегания поисковых объектов, сделан вывод о продолжении золоторудных тел на глубину. Буровое опробование, выполненное на северо-восточных флангах, подтвердило геофизический прогноз. http: //www. sibgeotech. ru/

Прослеживание золоторудной структуры на глубине Метод переходных процессов (МПП) в аэроварианте обеспечивает объемное картирование золото-контролирующ их объектов, позволяет оценить масштабы оруденения. http: //www. sibgeotech. ru/ ( Викторьевская структура)

Электроразведка при решении гидрогеологических задач (поиск трещинно-карстовых вод) Со дня основания посёлка Андреевский (Брединский район Челябинской области) при освоении целинных земель 50 лет назад, здесь всегда остро стояла проблема с питьевой водой. Вокруг посёлка было пробурено 30 поисковых скважин. Но в достаточном объёме питьевую воду найти не удавалось. Фрагмент карты изоом и геоэлектрического разреза вдоль профиля, пересекающего контакт восточной части гранитного массива с карбонатно-сланце вой толщей. Результаты интерпретации ВЭЗ по фрагменту одного из профилей

Типичный график к и схематический геологический разрез 1 — график к для линии АВ = 50 м; 2 — график К для линии АВ = 30 м; 3 — насыпной грунт; 4 — дресва известняка (отвал); 5 — глина; 6 — кавернозный известняк; 7 — заполненная полость; 8 — предполагаемая полость. Электроразведочные работы при изучении карстово-суффозионных полостей в коре выветривания известняков среднего карбона. Инженерно-геологические изыскания проведены с целью локализации карстово-суффозионных полостей на территории домостроительного комбината в пригороде г. Коломна. Расположен комбинат на первой надпойменной террасе Оки.

Аномальные зоны, зафиксированные на соседних профилях, однозначно могут быть интерпретированы как обусловленные карстом. Типичная аномалия незаполненной полости показана на рисунке. Графики сопротивлений к при разных разносах АВ по профилю (по А. М. Горелику) Применение метода электропрофилирования для обнаружения карстовых полостей

Пример обнаружения подземной галереи, связывающей два исторических здания. Постройка галереи приблизительно датируется XVIII веком. (г. Саратов, Компания «Ингеоком» ) Использование электроразведочных методов для решения археологических задач