Электромагнитные профилирования

 

К электромагнитным профилированиям относится большая группа ускоренных методов электроразведки, в которых методика и техника наблюдений направлены на то, чтобы в каждой точке профиля получить информацию об электромагнитных свойствах среды примерно на одинаковой глубине.

Для этого выбираются постоянные или мало меняющиеся разносы между питающими или приемными линиями, а также изучаемые частоты или времена переходного процесса.

Выбор глубинности, точнее интервала глубин изучения геологического разреза, зависит от решаемых задач и геоэлектрических условий.

В результате электромагнитного профилирования строятся: графики (по горизонтали откладываются пикеты (или точки наблюдения), по вертикали - наблюденные или расчетные параметры); карты графиков (на карте выносятся профили, перпендикулярно которым выстраиваются графики); карты (на карте проставляются точки наблюдений, около них записываются значения параметров и проводятся изолинии).

В результате интерпретации материалов выявляются аномальные по электромагнитным свойствам участки.

Сущность качественной интерпретации электромагнитного профилирования сводится к визуальному (или с помощью вероятностно-статистических методов) выявлению аномалии на профилях и картах, т.е. отклонений наблюденных параметров поля или кажущихся сопротивлений, поляризуемостей от первичного (нормального) или среднего (фонового) поля.

Форма и простирание аномалий электромагнитного профилирования обычно соответствуют плановому положению создавших их объектов. Ширина аномалии над тонким объектом зависит от глубины залегания его верхней кромки, а над толстым - от его ширины.

Форма и интенсивность аномалий, а значит и эффективность профилирования зависят от следующих природных и технических факторов:

· отношения глубины залегания к поперечным размерам геологических объектов (обычно выделяются объекты с меньше 2 - 5);

· контрастности электромагнитных свойств объектов и вмещающей среды, а в индуктивных методах - от абсолютных электропроводностей объектов;

· уровня технических помех и наличия помехозащищенной аппаратуры;

· оптимального выбора метода, глубинности разведки (а значит), системы наблюдений, интенсивности первичного (питающего) поля и его поляризации.

Заключительным этапом качественной интерпретации является прослеживание по профилям, картам профилей и картам визуально или расчетно выявленных аномалий, их межпрофильной корреляции и сопоставлению с конкретными геологическими данными.

Количественная интерпретация данных электромагнитного профилирования сводится к определению (чаще оценке) формы, глубины, а иногда размеров, физической и геологической природы аномалий. Она начинается с выбора физико-геологических моделей, которыми можно аппроксимировать разведываемые объекты: контакты сред, мощные и тонкие пласты, изометрические (шарообразные), вытянутые (линзообразные, цилиндрообразные) объекты и др.

Простейшим способом оценки глубины залегания верхней кромки является способ касательных, используемый в магниторазведке. С его помощью интерпретируются четкие локальные аномалии, называемые аномалиями кондуктивного типа (ЭП, ВП, ПЕЭП), а также ЕП и некоторых других. Для этого проводятся касательные к максимуму, минимуму и боковым граням аномалии.

В целом количественная интерпретация электромагнитных профилирований - процесс сложный и неточный, поэтому имеет смысл говорить лишь о полуколичественной интерпретации, главное в которой - определение эпицентра разведываемого объекта, т.е. площади, под которой он расположен, а также оценка формы и глубины его залегания.

 

Электрическое зондирование.

Электрическое зондирование - это такая модификация метода сопротивлений на постоянном или низкочастотном (до 20 Гц) токе, при котором в процессе работы расстояние между питающими электродами или между питающими и приемными линиями (разнос) постепенно увеличивается.

В результате строятся графики зависимости кажущегося сопротивления от разноса, или кривая зондирований, которая характеризует изменение удельных электрических сопротивлений с глубиной.

Как и в других методах геофизики, существуют качественные и количественные приемы интерпретации электромагнитных зондирований. При качественной интерпретации ведется визуальный анализ материалов, позволяющий оценить изменения электромагнитных свойств в разрезе и выбрать априорные физико-геологические модели для последующей количественной интерпретации.

Количественная интерпретация состоит из расчетной или физико-математической части, т.е. решения обратной задачи, и геолого-геофизического истолкования результатов. Методология, или теория рациональной интерпретации, для всех методов электромагнитных зондирований одинакова, а геолого-геофизическое истолкование, как и области применения, различается.

Методы естественных полей

Метод естественного электрического поля.

Метод естественного электрического поля (ЕП, МЕП) или метод собственных потенциалов (СП, ПС) основан на изучении локальных электрических постоянных полей, возникающих в горных породах в силу различных физико-химических процессов.

К естественным постоянным электрическим полям (ЕП) относятся локальные поля электрохимической и электрокинетической природы.

Электрохимическими являются электрические поля, которые обусловлены:

либо окислительно-восстановительными реакциями, протекающими на границах проводников: электронного (рудные минералы - например, сульфиды, окислы) и ионного (окружающие породы подземные воды);

либо разностью окислительно-восстановительного потенциала подземных вод вдоль проводящего слоя (например, графита, антрацита).

В верхних частях залежей, где больше атмосферного кислорода, идут окислительные реакции, которые сопровождаются освобождением электронов.

В нижних частях залежей, где преобладают застойные воды, идут восстановительные реакции с присоединением электронов.

Электрокинетические постоянные естественные поля (ЕП) обусловлены диффузионно-адсорбционными и фильтрационными процессами в горных породах, насыщенных подземными водами.

Благодаря различной подвижности катионов и анионов происходит неравномерное распределение зарядов в подземных водах разной концентрации, что и ведет к созданию естественного электрического поля диффузионной природы.

Величина и знак диффузионных потенциалов зависят от адсорбционных свойств минералов, т.е. способности мелкодисперсных и коллоидных частиц удерживать на своей поверхности ионы того или иного знака. Поэтому разности потенциалов, возникающие при диффузии в породах подземных вод разной концентрации получили название диффузионно-адсорбционных.

Естественные потенциалы наблюдаются также при движении (фильтрации) подземных вод через пористые породы. Границы и поры в горной породе можно рассматривать как капилляры, стенки которых способны адсорбировать ионы одного знака (чаще всего отрицательные).

В жидкой среде накапливаются заряды противоположного знака. Чем больше скорость движения подземных вод (или давление на концах капилляров), тем больше будет разность потенциалов ЕП.

Знак ЕП зависит от направления течения подземных вод: положительный потенциал возрастает в направлении движения воды. Места оттоков подземных вод выделяются отрицательными потенциалами, а притоков - положительными.

Суммарные электрокинетические потенциалы зависят от диффузионно-адсорбционных, фильтрационных процессов и в меньшей степени от сезона года, времени суток, влажности и температуры.

Метод естественного поля применяется для поисков и разведки сульфидных, графитных и угольных месторождений, при литологическом и гидрогеологическом картировании, выявлении участков коррозии трубопроводов и решении других задач. Глубинность метода ЕП не превышает 500 м, а при решении ряда задач составляет десятки метров.

Магнитотеллурические методы

К магнитотеллурическим методам относится ряд методов электроразведки, основанных на изучении естественных (магнито-теллурических) полей космического происхождения.

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.

К естественным переменным электромагнитным полям относятся квазигармонические низкочастотные поля космической (их называют магнитотеллурическими) и атмосферной (грозовой) природы ("теллурики" и "атмосферики").

Происхождение магнитотеллурических полей объясняется воздействием на ионосферу Земли потока заряженных частиц, посылаемых космосом (в основном, корпускулярным излучением Солнца).

Вызываемые разной активностью Солнца и солнечным ветром периодические (11-летние), годовые, суточные вариации магнитного поля Земли и магнитные бури создают возмущения в магнитосфере и ионосфере.

Вследствие индукции в Земле и возникают магнитотеллурические поля. В целом эти поля инфранизкой частоты (от 10^-5 до 10 Гц). В теории показано, что на таких частотах скин-эффект проявляется слабо, поэтому магнитотеллурические поля проникают в Землю до глубин в десятки и первые сотни километров.

Измеряемыми параметрами являются электрические (E_x, E_y) и магнитные (H_x, H_y, H_z) составляющие напряженности магнитотеллурического поля.

Их амплитуды и фазы зависят, с одной стороны, от интенсивности вариации теллурического и геомагнитного полей, а с другой, от удельного электрического сопротивления пород, слагающих геоэлектрический разрез.

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:

В результате на бланке с логарифмическим масштабом по осям координат (модуль 10 см) строятся амплитудные кривые МТЗ. По горизонтальной оси откладывается - величина, пропорциональная глубинности исследований, а по вертикальной оси - кажущиеся сопротивления ρ_Txy,ρ_Tyx и среднее из них .

В результате интерпретации кривых МТЗ методом сравнения их в теоретическими кривыми определяют сопротивление и мощность каждого слоя в разрезе. По полученным значениям строят геоэлектрический разрез и определяют формулу структуры.

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.