Физико-геологические основы электроразведки

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….3

1. Классификация  методов электроразведки……………………………………5

2.Физико-геологические основы электроразведки……………………………7

2.1 Естественные электромагнитные  поля………………………………………8

2.2 Искусственно  созданные постоянные и переменные  электромагнитные…. поля……………………………………………………………………………9

2.3 Электрическая модель  горной породы…………………………………..…11

2.4 Электромагнитные свойства  горных  пород……………………………….14

Заключение………………………………………………………………………31

Список литературы………………………………………………………………32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электроразведка — один из основных методов в общем комплексе геофизических методов разведки. Она основана на изучении особенностей распространения постоянных и переменных электромагнитных полей в земле и определении по измеренным полям электромагнитных параметров среды, несущих важную информацию о петрофизических свойствах, литологическом составе, термодинамическом и фазовом состоянии пород, в земных недрах.

Исторически сложилось   так,   что   электроразведка   явилась одним из первых геофизических методов, которые начали широко применяться в СССР в конце 20-х — начале 30-х годов при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. За истекшие годы электроразведка прошла большой путь — от простейших методов сопротивлений на постоянном токе до сложных современных методов электромагнитных зондирований с естественными и мощными искусственными источниками поля. Изменились не только методика и техника работ, но и наши представления о моделях геоэлектрических   разрезов,   используемых   при   интерпретации. Особенно бурное развитие теория интерпретации электроразведочных данных испытала за последнее десятилетие. Если в предшествующие годы при интерпретации применялись одномерные модели геоэлектрических разрезов (т. е. такие модели, в которых электромагнитные параметры среды являются функцией только глубины), то теперь при анализе электроразведочных данных все чаще используются двумерные и даже трехмерные геоэлектрические модели Это потребовало создания соответствующего математического аппарата интерпретации, использующего современные достижения электродинамики неоднородных проводящих сред и вычислительной математики.

Электроразведка применяется на всех этапах геологоразведочных работ— от геологического картирования в различных масштабах до эксплуатационной разведки. Электроразведкой решают как основные задачи картирования, поисков и разведки, так и специфические задачи, возникающие в процессе осуществления этих работ,— инженерно-геологические, гидрогеологические, эксплуатационные ит. п.

На основе изучения электромагнитных полей, измеряемых на земной поверхности, в воздухе, на поверхности моря или океана и в скважинах, получают представление о геологическом разрезе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация методов электроразведки

Классификация методов электроразведки производится согласно следующим принципам.

1. По условиям работы (место проведения геофизических исследований): наземные, морские, воздушные (аэро), подземные.
2. По характеру решаемых задач: структурная, рудная, инженерно-гидрогеологическая электроразведка.
3. По частоте возбуждающего и исследуемого элекромагнитного поля:

а) методы постоянного поля (f = 0) — вертикальное и дипольное электрическое зондирование (ВЭЗ и ДЭЗ), электропрофилирование (ЭП), заряда (МЗ);

б) методы переменных полей низкой частоты (f = 0,01 ÷ 4000) магнитотеллурические [магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) и профилирование (МТП)], теллурических токов, (МТТ), низкочастотные индуктивные, переходных процессов (МПП), некоторые виды электромагнитных зондирований [дистанционные зондирования, зондирования становлением в дальней и ближней зонах, (ЗС и ЗСБЗ), частотные зондирования (ЧЗ) ];

в) методы высокочастотных переменных полей (f = 0,1 ÷100 МГц); радио вол но вое просвечивание, радиоволновое профилирование и зондирование;

г) методы, в которых изучаются физико-химические поля: естественного электрического поля (ЕП), вызванной поляризации (ВП), контактный способ поляризационных кривых (КСПК), частичного извлечения металлов (ЧИМ).

4. По типу возбуждающего и изучаемого электромагнитного поля:

а) методы сопротивлений (гальванический способ возбуждения, постоянные поля точечных й дипольных источников, изучается электрическая составляющая электромагнитного поля): ВЭЗ, электропрофилирование, заряда;

б) индуктивные методы (индуктивный способ возбуждения, низкочастотные поля незаземленных контуров разного размера  в ближней зоне, изучается магнитная составляющая Н электромагнитного поля): переходных процессов (МПП), гармонических полей;

в) методы магнитотеллурического поля (естественное электромагнитное поле Земли, изучаются электрическая Е и магнитная Н составляющие электромагнитного поля): магнитотеллурическое зондирование, профилирование, теллурических токов;

г) электромагнитные зондирования на переменном токе (индуктивный способ возбуждения, переменные поля электрического и магнитного диполей в дальней и ближней зонах, изучаются электрическая и магнитная компоненты): частотное зондирование, дистанционные или радиально-частотные зондирования (РЧЗ), зондирование становлением в дальней и ближней зонах ЗС и ЗСБЗ;

д) радиоволновые  методы  (высокочастотные  радиоволновые поля, создаваемые либо портативными передатчиками, либо радиостанциями вещательными или специального назначения, изучаются электрическое и магнитное поля в основном в дальней волновой зоне);

е) методы электрохимической поляризации (поля естественно  и искусственно поляризованных геологических объектов, способ возбуждения гальванический, изучается обычно электрическая компонента электромагнитного поля): естественного поля, метод вызванной поляризации, компенсационный способ поляризационных кривых, частичного извлечения металлов.

5. По принципу изучения разреза в вертикальном или горизонтальном направлениях часто все методы электроразведки разделяются на три класса:

а) электромагнитное зондирование направлено на изучение разреза по вертикали (все виды зондирований на постоянном и переменном токе);

б) электромагнитное профилирование проводится с целью изучения разреза в горизонтальном направлении, вдоль профиля (все виды профилирования на постоянном и переменном токе, метод естественного поля, заряда, переходных процессов, незаземленной петли, магнитотеллурическое профилирование и др.);

в) скважинная электроразведка, объединяющая под этим названием все виды методов и модификаций, которые основаны на использовании скважин и направлены на изучение околоскважинного и межскважинного пространства (скважинные модификации методов вызванной поляризации, естественного поля, заряда, переходных процессов и других методов, а также специальные методы: КСПК, радиоволновое просвечивание и т. п.).

Всего в настоящее время в электроразведке насчитывается более 50 различных методов и модификаций, которые могут классифицироваться по любому из пяти принципов.

2.Физико-геологические основы электроразведки

Различия в наблюдаемых электромагнитных полях обусловлены дифференциацией горных пород по электромагнитным свойствам. В соответствии с законами электродинамики геологические объекты, различные по своим электромагнитным свойствам, находящиеся в постоянном или переменном электромагнитном поле, по-разному возбуждаются и создают различные электромагнитные поля. Кроме того, на создаваемое этими объектами поле влияют их геологические характеристики — размеры тел, глубины и условия залегания.

Совокупность электромагнитных и геометрических параметров разреза представляет собой геоэлектрический разрез, т. е. такую модель геологического разреза, в которой отражены геометрические характеристики (размеры, элементы залегания, границы пластов и т. д.) и электромагнитные параметры основных элементов разреза. Геоэлектрический разрез является условным отражением геологического разреза, поскольку границы изменения электрических и магнитных свойств пород не всегда совпадают с литологи-ческими и стратиграфическими границами. Для перехода от геоэлектрического разреза к геологическому необходимы результаты других геофизических методов, геологические гипотезы или известные данные о геологии разреза.

Изучаемые электромагнитные поля могут быть искусственного (специально создаваемыми для целей электроразведки) или естественного (не зависящего от деятельности человека) происхождения. Частотный спектр этих полей очень различный — от сотых и тысячных долей герца до мегагерц, а законы изменения во времени самые разнообразные.

В электроразведке измеряют и изучают также различные величины— потенциал и его производные, напряженность электрической и магнитной компонент электромагнитного поля (их действительную и мнимую составляющие, амплитуду и фазу, элементы эллипса поляризации и т. п.), Все это создает широкое многообразие методов электроразведки и их модификаций, различающихся условиями возбуждения и регистрации электромагнитного поля, изучаемыми элементами, теоретическими основами и применяющейся аппаратурой. Большое число методов и их модификаций создает предпосылки для широкого применения электроразведки при решении самых разных геологических задач.

При работе методами электроразведки наблюдаемые поля разделяются на аномальные и нормальные. Аномальное электромагнитное поле создается объектом исследования в силу естественных причин при возбуждении этого объекта источником. Именно эти аномальные, или вторичные, поля дают нам информацию об объекте поиска или разведки. Эти поля выделяют на фоне нормального поля, в понятие которого входит поле источника возбуждения, т. е. первичное поле, а также поле от вмещающих пород.

2.1 Естественные  электромагнитные поля

При решении ряда геологических задач применяются методы электроразведки, в которых изучаются поля природного, естественного происхождения, возникающие без участия человека. К ним относятся электрические постоянные или слабо меняющиеся во времени поля, создаваемые природными электронными проводниками электрохимического, фильтрационного, диффузионного и термофильтрационного происхождения, имеющие обычно локальное распространение. Они изучаются методом естественного электрического поля. К естественным полям относятся также переменные электромагнитные поля Земли космического и атмосферного происхождения, так называемые магнитотеллурические поля, имеющие региональное или даже глобальное распространение. Эти поля исследуются магнитотеллурическими методами электроразведки. В практике электроразведки изучаются также естественные переменные магнитные и электрические поля грозовой природы (методы переменного естественного магнитного поля — ПЕМП, и неременного электрического поля — ПЕЭП).

Все методы естественного электромагнитного поля имеют общее преимущество — не требуют от исследователя затрат на создание возбуждающего поля. Кроме того, измеряемые в этом случае поля связаны с объектом поисков и разведки и даже создаются этим объектом.

Частотный спектр естественных электромагнитных полей достаточно широк — постоянные электрические поля в методе естественного электрического поля, низкочастотные электромагнитные поля в магнитотеллурических методах и высокочастотные поля в методе переменного естественного магнитного поля.

Методами естественного электромагнитного поля регистрируются как электрическая, так и магнитная составляющие — потенциал, градиент потенциала электрического поля и величины, пропорциональные амплитуде и фазе (или действительной и мнимой составляющей) векторов напряженности электрической или магнитной компонент электромагнитного поля.

2.2 Искусственно созданные постоянные и переменные электромагнитные поля

Большинство методов электроразведки базируется на изучении электрических и магнитных полей от геологических объектов, возбуждаемых искусственно создаваемым полем (источник возбуждения создается человеком). Существуют гальванический, индуктивный и смешанный способы возбуждения поля.

При гальваническом способе возбуждения в Землю с помощью заземлений вводится постоянный или переменный электрический ток, источником которого являются батареи сухих элементов, аккумуляторы или генераторы постоянного и переменного тока.

В индуктивном способе возбуждения источником электромагнитного поля являются незаземленные контуры различной формы и размеров, питаемые от генераторов переменного тока разной частоты. Ток в земле наводится в этом случае индуктивно в проводящих частях разреза.

При смешанном способе возбуждения электромагнитное поле создастся с помощью заземленных линий, питаемых переменным током, и складывается из индуктивно наведенного поля и обусловленного гальванически введенным током.

Частота тока, пропускаемого по источнику возбуждения, и форма его обусловлены решаемой геологической задачей. Частота может меняться от нулевой (постоянный ток) до сотен мегагерц (высокочастотные методы электроразведки). Источники возбуждения, применяющиеся наиболее широко, описываются в разделах, посвященных отдельным методам.

При изучении искусственно создаваемых полей измеряются те же величины, что и в методах естественного поля: потенциал и градиент потенциала, действительная и мнимая составляющие или амплитуда и фаза напряженности магнитного или электрического поля, элементы эллипса поляризации (большая и малая полуось эллипса и углы их наклона). Приемные устройства зависят в основном от регистрируемой составляющей поли (электрической или магнитной) и называются датчиками или входными преобразователями.

Входными преобразователями при измерении электрической компоненты электромагнитного поля Е являются электроды. Чаще всего это металлические стержни или другие устройства, обеспечивающие хороший контакт с землей (или водой) в месте измерения. При измерении магнитной компоненты электромагнитного поля Н входными преобразователями являются магнита-индукционные датчики, представляющие собой многовитковые рамки небольших размеров, в которых наводится ЭДС, пропорциональная измеряемому магнитному полю.