Зондирования становлением поля (ЗС). методика наблюдений и обработка результатов. Условия применения и решаемые задачи

Метод становления поля представляет собой один из вариантов индукционного электромагнитного зондирования, основанного на изучении поля переходных процессов, возбужденного в земле посредством импульсного переключения тока в питающей установке. Возбудителем поля могут служить электрический или магнитный диполь, незаземленная петля или длинный заземленный кабель, через которые пропускают импульс постоянного тока. Измерения выполняют в дальней и ближней зонах. При наблюдении в дальней зоне неустановившееся поле регистрируют обычно в режиме включения тока, а в ближней— в режиме выключения. Основным параметром, характеризующим текущее состояние поля, является время. С течением переходного процесса вихревые токи проникают в более глубокие горизонты и таким образом осуществляется зондирование земли.
Теория неустановившихся полей применительно к электроразведке была разработана советскими учеными С. М. Шейнманном, А. Н. Тихоновым и др. Методику зондирования в дальней зоне предложили Л. Л. Ваньян и Л. З. Бобровников (1963), в ближней зоне—В. А. Сидоров и В. В. Тикшаев (1967). Зондирование становлением поля в дальней зоне (ЗС) основано на изучении поля переходных процессов, возбужденного в земле удаленным источником (возбуждение первого рода). Для поля в дальней зоне характерны высокий уровень измеряемых сигналов, узкий динамический диапазон и почти линейная связь измеряемой ЭДС с параметрами среды. В настоящее время широкое распространение получили зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ). Они основаны на изучении неустановившегося поля, обусловленного возбуждением второго рода. Наблюдения выполняют после выключения тока вблизи источника (питающего диполя) или даже в середине генераторной петли (при нулевом разносе). При этом используют различные установки как с разнесенными диполями (АВ—петля, петля—петля), так и соосные (петля в петле). В принципе возможны совмещенные приемно-генераторные и однопетлевые установки, которые применяют при электромагнитном профилировании методом переходных процессов.

7. Магнитотеллурическое зондирование: методика наблюдений и обработка результатов. Построение кривых МТЗ и их истолкование. Условия применения и решаемые задачи.

Основано на изучении вариаций магнитотеллурического поля. Электрические компоненты Е_x и E_y регистрируют с помощью двух взаимно-перпендикулярных электрических диполей.

Магнитные составляющие регистрируют с помощью специальных магнитометров или индукционных датчиков.

По результатом обработки вариаций МТ поля строят амплитудные и фазовые кривые зондирования. Фазовые применяют редко, рассмотрим амплитудные.

Исходная формула r_т = 0,127Т |Z_xy|²

По вычисленным значениям r_т строят графики зависимости r_т от частоты или периода Т.

r_т = f(Т) эта зависимость - кривая МТЗ

В зависимости от количества слоев кривые МТЗ – двухслойные, трехслойные и многослойные

Типы трехслойных кривых МТЗ аналогичны кривым ВЭЗ

Исходя из решения прямой задачи для горизонтально-слоистой среды выясняем, что при сопротивлении подстилающего слоя, стремящегося к бесконечности правая асимптота кривой МТЗ идет под углом 63⁰26’ .

Эта прямая линия S. А точка, из которой выходит линия при r=1 определяют по формуле

Для кривых типа Н и А при построении и интерпретации используется линия S. Для этих кривых действует принцип эквивалентности по S.

Если подстилающим является горизонт, сопротивление которого стремится к 0, то правая асимптота идет вниз под углом 63⁰ 26’ по прямой – это линия Н.

Для трехслойных разрезов суммарная продольная проводимость S_1-2 = S₁ + S₂

При интерпретации данных МТЗ на первом этапе используют качественную интерпретацию в виде анализа качественных разрезов r_т , S_т (кажущаяся проводимость)_. Второй этап: по результатам послойной интерпретации каждой кривой МТЗ строят геоэлектрический разрез.

При построении качественных разрезов для каждого пикета наносят значения r_т, соответствующее своему периоду, а затем проводят изолинии равных сопротивлений.

При количественной интерпретации МТЗ используют специальные программы или палетки Матвеева.

Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) представляет собой одну из модификаций частотного зондирования, основанную на изучении вариаций естественного электромагнитного поля Земли в широком диапазоне периодов. Сущность МТЗ заключается в одновременной регистрации компонент Е_х, Е_у, Н_х, Н_у и Н_z магнитотеллурического поля на поверхности земли и последующем спектральном анализе результатов измерений.
Данная модификация относится к типу индукционных зондирований, основанных на использовании скин-эффекта. Глубина проникновения электрического тока зависит от периодов вариаций. Компоненты поля, выделенные в диапазоне малых периодов (при относительно высокой частоте поля), несут информацию о верхней части разреза, а компоненты поля, найденные по длиннопериодным вариациям,— о глубоких горизонтах. Анализируя поведение гармонических составляющих магнитотеллурического поля в широком диапазоне периодов, можно составить представление об изменении электропроводности горных пород по вертикали, выделить в разрезе толщи пород, обладающих низким или высоким удельным сопротивлением, и определить глубину залегания опорных горизонтов. Отличительной особенностью методики магнитотеллурического зондирования является отсутствие генераторного устройства. Поле возбуждается в Земле под действием природных факторов, и главная задача заключается в организации синхронных наблюдений компонент поля на поверхности земли. Магнитотеллурические зондирования применяют при структурных исследованиях в глубоких осадочных бассейнах, где мощность морских отложений составляет 3—10 км, а также для региональных исследований и изучения электропроводности глубоких частей земной коры и верхней мантии.

8. Качественная интерпретация результатов электромагнитных зондирований (ЭЗ): построение разреза кажущихся сопротивлений и его истолкование.

Качественная интерпретация. В результате электромагнитных зондировании (ЭМЗ) получают кривые зависимости кажущихся сопротивлений или поляризуемостей от параметров глубинности. При качественной интерпретации в результате визуального анализа кривых определяют число слоев в разрезе, типы кривых. Выявленные электрические горизонты сопоставляют с геологическими слоями. По данным площадных ЭМЗ строят карты типов кривых ВЭЗ, иногда абсцисс и ординат экстремумов на кривых. По профильным наблюдениям строят разрезы кажущихся сопротивлений, а по ВЭЗ кроме них - разрезы кажущихся продольных проводимостей выявления хорошо проводящих слоев или кажущихся поперечных сопротивлений для выделения плохо проводящих слоев. При построении этих разрезов по вертикали откладывают параметр глубинности, проставляют вычисленный парметр и проводят изолинии. Анализ этих материалов позволяет дать общую характеристику и степень изменчивости геоэлектрических разрезов в плане и по глубине. Кривые ЭМЗ на участках, где изолинии на разрезе почти параллельны, не искажены горизонтальными неоднородностями, их используют для количественной интерпретации

9. Количественная интерпретация результатов ЭЗ: экспресс-методы и компьютерные программы. Построение геоэлектрического разреза и его истолкование.

Количественная интерпретация. При количественной интерпретации ЭМЗ по­лучают послойные мощности h_i,сопротивления , поляризуемости ), и (или) сум­марные обобщенные мощности Н, продольные проводимости и среднее удельное сопротивление , поперечное сопротивление и среднее удельное сопротивление . Существуют графоаналитические, палеточные и машинные способы интерпретации ЭМЗ.

1. С помощью графоаналитических способов по асимптотическим и экстремаль­ным значениям кажущихся сопротивлений находят некоторые обобщенные параметры. Например, если к правой ветви кривых ЭМЗ, полученных над опорным горизонтом вы­сокого сопротивления, например, кристаллическим фундаментом, провести асимптоты,

то по точкам их пересечения (x_S1, х_S10 , x_S100) c горизонтальными линиями, ординаты которых у 1; 10; 100 можно определить суммарную продольную проводи­мость толщи по следующим формулам:

S =1/3(x_S1 +х_S10 /10 +х_S100/100) = r_s/ρ_KS (для ВЭЗ, ДЭЗ, ДАЗ)

S =1/3(356x_S1 +114,5x_S10 /10 + 35,6x_S100/100) = (для МТЗ)

S =1/3(503x_S1+159,5x_S10 + 50,3x_S100) = (для ЗСД и ЧЗ)

S =1/3(189xS1+59,5xS10+18,9xS100) = (для ЗСП)

где — координаты любых точек асимптоты. Существует и ряд других графоаналитических приемов определения различных параметров разреза

2. Применяют также палеточные методы интерпретации ЭМЗ. Палетки—это набор теоретических кривых. Дня разных методов ЭМЗ их рассчитывают с помощью ЭВМ. Процесс количественной интерпретации сводится к совмещению эксперимен­тальной (полевой) кривой, вычерченной на прозрачном бланке, с одной или несколь­кими теоретическими кривыми из альбома палеток. Разумеется, полевые и теоретиче­ские кривые должны быть построены в одинаковых масштабах. Рассмотрим принципы применения палеток на примере интерпретации кривых ВЭЗ. Проще всего интерпретировать двухслойные кривые ВЭЗ. Для этого, соблюдая параллельность осей координат двухслойной палетки и бланка с полевой кривой, со­вмещают ее с одной из теоретических кривых. Иногда полевая кривая не совпадает ни с одной из теоретических, а располагается между двумя соседними. В этом случае пара­метры получают путем интерполяции. Индексы сопротивлений и глубин на палетке (крест палетки) отсекают на осях координат полевого бланка сопротивление верхнего слоя ρ₁ и его мощность h₁. По модулю совпавшей теоретической кривой зная получаем .

Схема интерпретации кри­вых ВЭЗ (1), МТЗ (2), ЗСМ (3) методом S (линии 4)

Схема интерпретации полевой кри­вой ВЭЗ (а, b, с, d) с помощью номограммы (I) палетки (II) типа HA

При интерпретации трехслойных полевых кривых их совмещают с теоре­тическими кривыми соответствующих типов и одинаковой формы. Добившись наиболее точного совмещения полевой кривой с теоретической, по индексам на палетке определяют ρ₁, h₁, а по параметрам совпавшей теоретической кривой — модули . Отсюда легко получить приближенные значения мощности , и примерное сопротивление второго слоя. При v > 5-10 приближенные значения мало отличаются от истинных, а при v < 3 различия могут быть значительными. Многослойные кривые также могут быть проинтерпретированы трехслойными палетками. Правда, чем больше слоев, тем точность ин­терпретации меньше. В этом случае целесообразно проводить интерпретацию с помо­щью ЭВМ.

Ускоренную интерпретацию кривых ЭМЗ проводят с помощью одной - двух для каждого метода номограмм-палеток, подготовленных В. К. Хмелевским. Они представ­ляют собой комбинацию двухслойной палетки соответствующего ЭМЗ и вспомога­тельной палетки, которая заменяет вышезалегающие породы слоем с такими эквива­лентными мощностью h_Э и сопротивлением ρ_Э, чтобы электромагнитное поле на зем­ной поверхности оставалось одним и тем же по интенсивности и структуре.

При интерпретации трехслойной кривой с помощью номограммы-палетки снача­ла с двухслойной палеткой совмещают левую ветвь (a, b) полевой кривой, оценивают параметр μ, а на бланке проставляют крест палетки О₁ с координатами h₁, ρ₁. Затем с двухслойной палеткой совмещают правую ветвь (с, d), а положение точек h₁, ρ₁ на номограмме дает возможность определить следующие параметры: v, μ, σ = v/μ (для кривых типа Н и А), τ=vμ, для кривых типа К и Q, которые и являются искомыми па­раметрами интерпретируемой полевой кривой. После совмещения правой ветви с двухслойной палеткой на полевой бланк можно перенести второй крест с координатами ρ_Э, h_Э. Эта эквивалентная точка служит для дальнейшей интерпретации кривой ВЭЗ, если число слоев на ней больше трех.

Интерпретация ЭМЗ с помощью ЭВМ отличается более высокой точностью, а самое главное — быстротой и объективностью в получении основных параметров раз­реза.

Решение обратной задачи электроразведки неоднозначно, т.е. полевая кривая может быть совмещена с несколькими теоретическими, а значит, может получиться не­сколько приближенных значений h_2np, ρ_2пр, h_3пр, ρ_3пр и т.д., иногда значительно отли­чающихся друг от друга. Эта неоднозначность интерпретации кривых зондировании является следствием так называемого принципа эквивалентности (или некорректности решения обратной задачи зондировании). Сущность принципа эквивалентности сво­дится к тому, что для некоторых соотношений сопротивлений (0,3 > μ > 3) и мощно­стей (v < 3) слоев геоэлектрического разреза изменения μ и v в определенных пределах могут не изменять вид кривой. Поэтому для точного определения мощностей всех го­ризонтов надо знать их сопротивления так же, как при гравиразведке нужно знать плотность, а в магниторазведке — магнитную восприимчивость.

В результате интерпретации электромагнитных зондирований строят геоэлектрические разрезы так же, как по скважинам строят геологические. По горизонтали от­кладывают центры зондирований, а вниз по вертикали — глубины до выявленных го­ризонтов и мощности слоев. В центре слоев проставляют значения сопротивлений. Слои с примерно одинаковыми сопротивлениями объединяют в отдельные горизонты, в том числе опорные, т.е. такие, у которых мощности и сопротивления мало изменяют­ся по профилю или площади.

Кроме того, по данным зондирований строят структурные карты по кровле опор­ных горизонтов высокого или низкого сопротивления и карты мощностей тех или иных слоев. Сопоставляя их с геологическими данными, можно говорить о соответствующих структурных геологических картах.