Вертикальные электрические зондирования

Анализ нормальных полей точечных источников показывает, что в нормальном поле таких источников относительная плотность тока на некоторой фиксированной глубине возрастает с увеличением расстояния между источником и точкой наблюдения. Соответственно должно увеличиваться влияние на характер поля тех геологических объектов, которые находятся на данной глубине. Иными словами, глубинность исследований должна возрастать с увеличением расстояния между источником поля и точкой наблюдения. Очевидно, что по мере удаления от питающих заземлений относительная роль зарядов, индуцированных за счет неоднородности среды и соответственно глубинность исследования должны возрастать.

Эта зависимость глубинности исследований от расстояния между источником поля и точкой его измерения используется в группе модификаций метода сопротивлений, объединяемых под общим названием вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ).

Сущность электрических зондирований заключается в исследовании зависимости между кажущимся сопротивлением и расстоянием от точки наблюдения поля до источника. Для выполнения электрических зондирований можно применять любую из установок, описанных выше, однако технически наиболее просто выполнять зондирование симметричной установкой AMNB и различными модификациями дипольных установок (см. рис. 4.8).

Если расстояние rmn между измерительными заземлениями настолько мало, что отношение U/rMN практически равно напряженности поля Е между измерительными заземлениями, установку для измерения ρ_к называют предельной.

Четырехточечная установка AMNB в самом общем виде была рассмотрена выше. Обычно в этих установках измерительные заземления размещают в пределах средней трети отрезка АВ. В этой области нормальное поле близко к однородному, т.е. отношение U/rMN практически совпадает с напряженностью поля и установка оказывается предельной.

Частным случаем прямолинейной четырехточечной установки является симметричная четырехточечная установка, или установка Шлюмберже. В этой установке приемные заземления размещают симметрично центру отрезка АВ, причем MN ≤ AB/3, при этом коэффициент установки определяется по простой формуле:

MN

где АМ, AN и MN - расстояния между соответствующими электродами.

Частной разновидностью установки Шлюмберже является установка Веннера, в которой AM = MN = NB = а. Для этой установки K = 2πa.

При зондировании симметричной установкой AMNB изучают зависимость кажущегося сопротивления от расстояния между питающими заземлениями, а при зондировании дипольными установками - зависимость кажущегося сопротивления от расстояния между центрами питающего и измерительного диполей. Методика полевых работ и применяемая аппаратура при зондировании любой установкой существенно зависят от требуемой глубины исследования и, следовательно, от максимального расстояния между питающими и приемными заземлениями.

 

 

Pi_____ Р2

'9 Рк

Р2_____ Pi

'9 Рк

Р1

Р2

Ig АВ/2

б

Ig АВ/2

В

Рис. 4.15. Методика работ при вертикальных электрических зондированиях (а) и вид кривых зондирования для двухслойного разреза при высокоомной (ρ2 >ρ1) подстилающей толще (б) и низкоомной (ρ2 <рь в). Обозначения: К—катушки с проводом, ГНЧ— генератор

низкой частоты, И— измерительный прибор.

На рис. 4.15, а пояснена методика измерений при выполнении ВЭЗ. При одном центре установки выполняется серия измерений тока в питающей цепи J и разности потенциалов ΔU в приемной линии для последовательно увеличивающихся разносов АВ и вычисляется

значение ρ_к для каждого разноса. В процессе измерений на билогарифмическом бланке (с модулем 6,25 см) строится график зависимости кажущегося удельного электрического сопротивления от полуразноса питающих электродов АВ/2. Общий вид графиков для двухслойного разреза показан на рис 4.15 б, в.

При увеличении разносов АВ (и постоянной длине линии MN) сигнал ΔU в приемной цепи уменьшается и при большом АВ по сравнению с MN становится слишком слабым.

Поэтому после измерения на нескольких разносах АВ увеличивают и MN, повторяя измерения с одинаковым разносом АВ и двумя разными разносами MN. На реальных графиках получаются перекрытия линий графиков, сделанных для разных размеров линий MN (рис. 4.16).

w 5

/fc, G м- м

 

						/				220
									-JjLJ
				/
—'
	*паи

2 1,5

3 5 10 1,5 2 5 WO 15? S WOO' АЬ Км

Рис.4.16. Полевая кривая вертикального электрического зондирования для

трехслойного разреза

Вертикальные зондирования с разносами питающих заземлений, не превышающими 0,5—1 км, обычно выполняют переносными комплектами аппаратуры. До начала 90-х годов измерения в основном вели на постоянном токе, В последнее время,чтобы уменьшить различные помехи, измерения в основном ведут на переменном токе низкой частоты (обычно это 4,88 Гц).

Характер низкочастотного электрического поля существенно зависит от безразмерного параметра

Г г\Уг

(4.19)

где р — сопротивление среды, Ом-м; f — частота поля, Гц; r - расстояние между источником поля и точкой его измерения, км.

При Р — > 0 переменное электромагнитное поле, созданное в земле с помощью заземлений A и B, не отличается от постоянного поля. При Р < 0,3 различия между переменными и постоянными полями практически не существенны, поэтому при работе методами сопротивлений, в частности, при зондированиях, могут использоваться низкочастотные поля.

После поведения полевых работ вначале проводится качественная интерпретация данных ВЭЗ. При этом строятся разрезы изоом, на которые выносят значения ρ_к в координатах: № ВЭЗ (по горизонтальной оси в соответствующем масштабе) и АВ/2 (по вертикальной оси в логарифмическом масштабе). Разрезы представляют в виде изолиний. Пример построения разреза изоом приведен на рис. 4.17.

Иногда по виду кривых зондирования можно в качественном виде отстроить геологический разрез. Пример такого построения разреза приведен на рис. 4.18.

Количественная интерпретация данных ВЭЗ ведется либо с помощью палеток, либо с помощью компъютерных программ, реализующих метод подбора теоретических кривых. Чаще всего эти методы применяются в комплексе, последовательно. Вначале, в первом приближении, ведется интерпретация палеточным способом, реализующим метод сравнения

полученных кривых с теоретическими. Вид палетки для количественной интерпретации двухслойных кривых приведен на рис. 4.19. Здесь приведен вид теоретических кривых зондирования для различных соотношений удельных электрических сопротивлений слоев.

ABI2

№ВЭЗ

 

Рис. 4.17. Интерпретация данных ВЭЗ: а -разрез изоом, б - вид палетки для количественной интерпретации трехслойных кривых ВЭЗ типа Н.

о 9ns №5

."■.'-.■■."•-"■

 

Рис.4.18. Кривые ВЭЗ и схематический геологический разрез по профилю. Обозначения: 1 — пески, 2 — глины, 3 — известняки, 4 — кривая ВЭЗ и значения ρ_к на начальном и конечном разносах (по Ю. В. Якубовскому и Л. Л.

Ляхову).

 

Рис. 4.19. Вид палетки ρ2 для количественной интерпретации двухслойных кривых

ВЭЗ.