Электроразведка методами искусственного переменного поля .

Эти методы используют в ситуациях, когда более простые в техническом отношении методы постоянного тока не позволяют решать поставленные геологические задачи.

Так методы сопротивлений (ВЭЗ) имеют ограничение по глубине исследования и при наличии в разрезе высокоомных экранов (например, в условиях многолетней мерзлоты или наличия в разрезе толщ каменной соли) не могут быть использованы для исследования подэкранных горизонтов. Наиболее востребованным из методов искусственных переменных полей являются методы частотного зондирования (ЧЗ) и зондирования становлением поля в дальней (ЗСД), и, особенно, в ближней (ЗСБ) зонах. Возбуждение этих полей осуществляется с помощью различного рода генераторов, подключаемых к гальваническим заземлителям или индуктивным незаземленным контурам в виде петли (S₀). С помощью других заземленных приемных линий или незаземленных контуров (S) измеряют электрические Е или магнитные Н составляющие напряженности поля.

В методе ЧЗ для возбуждения используют источники гармонических (синусоидальных) колебаний с частотой, меняющейся от единиц Гц до мГц (мегагерц). Глубина проникновения этих колебаний в Землю зависит от их частоты (периода) и сопротивления среды: как известно, низкочастотные составляющие проходят глубже, так как геологическая среда ведет себя как фильтр нижних частот. Выше, при рассмотрении естесственных переменных полей (МТЗ) уже приводилось соотношение, связывающее удельное сопротивление ρ с частотой или периодом колебания.

ρ_T = ,

где Z= - волновое сопротивление среды.

Говорилось также, что если среда неоднородная (например, слоистая), то величина ρ_T будет характеризовать сопротивление не какого-либо одного пласта, а проводящую часть среды, в которую проникает электромагнитная волна, и имеет смысл кажущегося удельного электрического сопротивления.

Выражение для ρ_T может быть записано в виде ρ_T ≈0,2Т , то есть коэффициент 0,2 определяется из ,где μ – магнитная проницаемость среды, близкая к μ ₀=4π10^-7Гц/м.

Эти соотношения верны независимо от того, какое поле циркулирует в среде – естественное или искусственное. То есть очевидно, что меняя частоту можно зондировать разрез на разную глубину. Реально удельное сопротивление определяется для каждой измеряемой гармоники определенной частоты по формуле

ρ_k=K_ЧЗ ,

где ΔU – амплитуда разности потенциалов между электродами M и N или ЭДС индукции, наводимая в контуре S (петле), I – амплитуда токовой гармоники, питающей диполь АВ или петлю S, К_ЧЗ – коэффициент, определяемый геометрией установки, то есть разносом электродов АВ и MN, размером петель S₀ и S и расстоянием между ними.

На билогарифмическом бланке выстраивается кривая ЧЗ в системе координат ρ_к и , на которой фиксируются максимумы, минимумы и градиентные переходы, отождествляемые с теми или иными комплексами пород подобно тому, как это делалось в методике ВЭЗ.

В методах зондирований становлением поля (выдающуюся роль в развитии теории и практики этих методов сыграли саратовские геофизики и, в частности, В.В. Тикшаев) искусственные электромагнитные поля (их называют импульсными или неустановившимися) создают с помощью генераторов, дающих на выходе напряжение в виде прямоугольных импульсов разной длины или импульсов ступенчатой формы, и подключаемых к заземленным линиям или незаземленным контурам. Простейшим примером таких импульсов являются импульсы включения или выключения тока. Исследуется процесс, происходящий после мгновенного выключения тока в питающей цепи. При этом оказывается, что разность ΔU на электродах MN (или ЭДС в петле) не мгновенно спадает до 0, а исчезает постепенно, изменяясь по сложной кривой. Это связано с тем, что в момент выключения тока в проводящих областях геоэлектрического разреза индуцируются вторичные вихревые токи, которые в начальные моменты времени распределены в приповерхностных слоях, а затем начинают проникать в глубь среды, постепенно затухая с глубиной. Глубина проникновения такого нестационарного электромагнитного поля определяется временем t, прошедшим с момента выключения тока. Этот процесс называется процессом становления (или установления) поля в Земле.

 

На земной поверхности в исследуемой точке располагают заземленный электрический диполь АВ или незаземленную рамку (вертикальный магнитный диполь), в которые пропускают прямоугольные импульсы тока, вырабатываемые генгруппой. Электрический ток в диполе и создаваемое им поле в воздухе устанавливаются практически мгновенно. Однако, связанное с включением и выключением прямоугольных импульсов тока в диполе, электромагнитное поле в Земле устанавливается длительное время и тем большее, чем меньше удельное электрическое сопротивление слоев геоэлектрического разреза. Этот переходный процесс в земных слоях (или процесс становления поля) обычно регистрируется с помощью горизонтальной многовитковой приемной рамки. Процесс становления записывается в аналоговой или цифровой форме на магнитную ленту градуировочным импульсом. Первый отсчет берется через 0,15 секунд после включения, а затем моменты времени образуют геометрическую про грессию с коэффициентом : 0,15; 0,15 ; 0,30; 0,30 и т.д. Измерение идет в широком временном диапазоне в пунктах, расположенных на разных расстояниях от источника (r). Если r не превосходит Н (глубину исследования), то это методика ЗСБ, а если r больше Н, то это ЗСД. Для каждого акта пропускания тока вычисляют ρ_к и затем на стандартном билогарифмическом бланке строится кривая ЗС, представляющая собой зависимость ρ_к от , где t – время становления. Параметр играет в ЗС такую же роль, что АВ/2 в ВЭЗ и - в МТЗ или ЧЗ. ρ_к вычисляется по уже известной формуле , где к_зс – коэффициент установки, а АВ и МN - диполи (приемные петли). В начальной части кривой, как уже говорилось, процесс становления поля «охватывает» только верхние слои геоэлектрического разреза (ρ_к ρ₁). В конечной стадии кривая выходит на некий постоянный уровень (поле «установилось») и значения ρ_к здесь будут определяться только некоторыми обобщенными параметрами этой глубинной части разреза (например, фундамента). В итоге, на кривой ЗС выделяются максимумы, минимумы и прочие особенности, как это было показано применительно к ВЭЗ или другим методам зондирований.

Такое значительное число различных видов зондирований (как впрочем и профилирований) обусловлено широким кругом задач, которые приходится решать методами электроразведки. Ни один из этих видов не дублирует друг друга. Напротив, каждый имеет определенную область применения и решает вполне определенные задачи.

Одни методы характеризуются простотой реализации, высокой технологичностью, но имеют ограничения по глубинности изучения среды и по условиям проведения работ (в частности, поверхностным условиям). Другие обладают практически неограниченной глубинностью, но имеют существенные ограничения по детальности исследований верхних горизонтов разреза и т.д.

Если студент разобрался в изложенном материале, ему нетрудно будет самостоятельно выполнить следующее задание и ответить на предложенные контрольные вопросы.

1. Проведите сравнительное сопоставление разведочных возможностей рассмотренных методов зондирований. Для анализа используйте модельные рисунки кривых.

2. Объясните, почему именно методика ЗС стала основным методом электроразведки в нефтегазовой геофизике.

3. Какие методы электроразведки предпочтительнее применять в условиях: многолетней мерзлоты, в зонах развития сухих пустынь, при изучении карста.

Лекция 9. Физико-геологические основы сейсморазведки

 

Сейсморазведка – метод, изучающий аномалии (структуру и особенности распределения) искусственно создаваемого волнового поля, обусловленные различием скоростей распространения волн в горных породах.

Основные параметры волнового поля – время (в секундах) регистрации прихода волны к прибору – сейсмоприемнику, расположенному на дневной поверхности (кинематическая характеристика) и динамические характеристики, то есть характеристики формы волны (ее длина, частота, интенсивность и пр.).

Основной физический параметр сейсморазведки – скорость распространения волн в м/с (метр в секунду).

Идея сейсморазведки состоит в том, что возбуждая на поверхности Земли (или в приповерхностном слое Земли) упругие волны регистрируют их отражения (преломления) от границ раздела геологических напластований в земной толще, а затем в результате интерпретации этих волн строят глубинно-скоростные модели разреза. Эти модели служат основой для заложения скважин глубокого бурения на нефть и газ.

Сейсморазведка – наиболее «продвинутая» в техническом плане из всех геофизических методов и главный метод нефтегазовой геофизики: на нее затрачивается до половины всех финансовых средств (включая стоимость бурения), которые идут на поиски и разведку скоплений углеводородов. Некоторые малоглубинные модификации метода используются в инженерной и технической геофизике.

В сейсморазведке два основных метода – метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ), поскольку существуют два основных «механизма» возврата сейсмической энергии из недр к поверхности наблюдений – отражение и преломление волн. Главным образом на практике используют различные модификации МОВ.

В современной сейсморазведке, все сферы которой (исключая непосредственно полевой производственный процесс) полностью компьютеризированы, строят временные сейсморазрезы – то есть так называемые разрезы времен (линий t₀) отраженных волн и выявляют в рельефе этих линий - отражающих горизонтов – перегибы, разрывы и пр., а также изменения в рисунке сейсмозаписи между горизонтами. Это и есть сейсмические аномалии (показатели структуры и особенностей распределения поля), по которым можно судить о наличии антиклинальных поднятий, тектонически экранированных объектов, литолого-фациальных неоднородностей и т.п.

Временные сейсморазрезы представляют собой весьма удобную для содержательного геологического анализа форму представления сейсмической информации. Это хороший аналог геологического разреза, построенный не в глубинах, а во временном масштабе (отражения от глубоких границ осадочного чехла регистрируются на временах – до 3^х-4^хсекунд, а от подошвы земной коры на временах до 20 сек и более; отражения от неглубоких границ на временах до 1 сек). Однако временной разрез не полностью адекватен глубинному, особенно если отражающие границы сильно наклонены или криволинейны, а не плоские.

Поэтому в последние годы появилась более адекватная форма представления сейсмической информации в виде глубинных динамических сейсморазрезов, где волновое поле воспроизведено в масштабе глубин