Основы теории электроразведки

Глава 3. Электроразведка

7. Основы теории электроразведки

7.1. Электромагнитные поля, используемые в электроразведке

7.1.1. Естественные переменные электромагнитные поля

7.1.2. Естественные постоянные электрические поля

7.1.3. Искусственные постоянные электрические поля

7.1.4. Искусственные переменные гармонические электромагнитные поля

7.1.5. Искусственные импульсные (неустановившиеся) электромагнитные поля

7.1.6. Сверхвысокочастотные поля

7.1.7. Биогеофизические поля

7.2. Электромагнитные свойства горных пород

7.2.1. Удельное электрическое сопротивление

7.2.2. Электрохимическая активность и поляризуемость горных пород

7.2.3. Диэлектрическая и магнитная проницаемости

7.3. Принципы решения прямых и обратных задач электроразведки

7.3.1. Общие подходы к решению прямых задач электроразведки

7.3.2. О нормальных полях в электроразведке

7.3.3. Электрическое поле точечного источника постоянного тока над двухслойной средой

7.3.4. Принципы решения обратных задач электроразведки

8. Аппаратура, методика и сущность разных методов электроразведки

8.1. Принципы устройства и назначение аппаратуры для электроразведки

8.1.1. Общая характеристика и назначение аппаратуры и оборудования для электроразведки

8.1.2. Переносная аппаратура

8.1.3. Электроразведочные станции

8.1.4. Аэроэлектроразведочные станции

8.2. Электромагнитные зондирования

8.2.1. Общая характеристика электромагнитных зондирований

8.2.2. Электрическое зондирование

8.2.3. Зондирование методом вызванной поляризации

8.2.4. Магнитотеллурические методы

8.2.5. Зондирование методом становления поля

8.2.6. Частотное электромагнитное зондирование

8.2.7. Высокочастотные зондирования

8.3. Электромагнитные профилирования

8.3.1. Общая характеристика электромагнитных профилирований

8.3.2. Метод естественного электрического поля

8.3.3. Электропрофилирование методом сопротивлений

8.3.4. Электропрофилирование методом вызванной поляризации

8.3.5. Метод переменного естественного электромагнитного поля

8.3.6. Низкочастотное гармоническое профилирование

8.3.7. Методы переходных процессов

8.3.8. Аэроэлектроразведка

8.3.9. Радиоволновое профилирование

8.3.10. Сверхвысокочастотные методы профилирования

8.4. Подземно-скважинные методы электроразведки

8.4.1. Общая характеристика подземно-скважинных или объемных методов электроразведки

8.4.2. Поляризационные объемные методы

8.4.3. Метод заряженного тела

8.4.4. Индукционное просвечивание

8.4.5. Метод радиоволнового просвечивания

9. Интерпретация и области применения электроразведки

9.1. Интерпретация электромагнитных зондирований и особенности их геологического применения

9.1.1. Качественная интерпретация электромагнитных зондирований

9.1.2. Физико-математическая количественная интерпретация электромагнитных зондирований

9.1.3. Геолого-геофизическая количественная интерпретация электромагнитных зондирований

9.1.4. Особенности геологического применения электромагнитных зондирований

9.2. Интерпретация и области применения электромагнитных профилирований и объемных методов электроразведки

9.2.1. Интерпретация данных электромагнитных профилирований

9.2.2. Интерпретация данных объемной электроразведки

9.2.3. Особенности геологического применения электромагнитных профилирований и объемных методов

Электроразведка (точнее электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, основанные на изучении электрических и электромагнитных полей, существующих в Земле либо в силу естественных космических, атмосферных, физико-химических процессов, либо созданных искусственно. Используемые поля могут быть: установившимися, т.е. существующими свыше секунды (постоянными и переменными, гармоническими или квазигармоническими с частотой от миллигерц (1 мГц = 10^-3 Гц) до петагерц (1 ПГц = 10¹⁵ Гц)) и неустановившимися, импульсными с длительностью импульсов от микросекунд до секунд. С помощью разнообразной аппаратуры измеряют амплитудные и фазовые составляющие напряженности электрических ( ) и магнитных ( ) полей. Если напряженность и структура естественных полей определяется их природой, интенсивностью, а также электромагнитными свойствами горных пород, то для искусственных полей она зависит и от мощности источника, частоты или длительности, а также способов возбуждения поля.

Основными электромагнитными свойствами горных пород являются удельное электрическое сопротивление (УЭС, или ), электрохимическая активность ( ), поляризуемость ( ), диэлектрическая ( ) и магнитная ( ) проницаемости. Электромагнитные свойства геологических сред, вмещающей среды, пластов, объектов, а также геометрические параметры последних служат основой для построения геоэлектрических разрезов. Геоэлектрический разрез над однородным по тому или иному электромагнитному свойству полупространством принято называть нормальным, а над неоднородным - аномальным. На выделении аномалий и основана электроразведка.

Изменение глубинности электроразведки достигается изменением мощности источников, частоты и длительности возбуждения, а также зависит от способов создания поля. Последние могут быть гальваническими (ток вводится в Землю с помощью заземлений) или индукционными (ток пропускается в незаземленную петлю, рамку). Глубинностью можно управлять также геометрическим (дистан-ционным) и частотным приемами. Сущность дистанционного (геометрического) приема сводится к увеличению расстояния между источником поля и точками, где оно измеряется, что ведет к росту объема среды, вовлекаемого в исследование. Частотный принцип увеличения глубинности основан на скин-эффекте, т.е. прижимании поля к поверхности Земли, тем большем, чем выше частота гармонического поля ( ) или меньше время ( ) после создания импульсного поля. Наоборот, чем меньше частота, больше (период колебаний) или (его называют временем диффузии, становления поля, или переходного процесса), тем больше глубинность разведки. В целом она может меняться от сотен и десятков километров на постоянном токе и инфранизких частотах до сантиметров и миллиметров на частотах свыше гигагерц (Ггц = 10⁹ Гц).

Вследствие многообразия используемых полей, их частотно-временных спектров, электромагнитных свойств горных пород электроразведка отличается от других геофизических методов большим количеством методов (свыше 50). По физической природе их можно сгруппировать в методы естественного переменного электромагнитного поля, поляризационные (геоэлектрохимические), сопротивлений, индукционные низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, биогеофизические.

По геометрии и строению изучаемых геологических разрезов методы электроразведки условно делятся на: 1) зондирования, которые служат для расчленения горизонтально (или полого) слоистых разрезов в вертикальном направлении; 2) профилирования, предназначенные для изучения крутослоистых разрезов или выявления объектов в горизонтальном направлении; 3) подземно-скважинные (объемные), объединяющие методы выявления неоднородностей между скважинами, горными выработками и земной поверхностью.

Электроразведка с той или иной эффективностью применяется для решения практически всех задач, при которых используются геофизические методы. В частности, с помощью естественных переменных полей солнечно-космического происхождения разведываются земные недра на глубинах до 500 км и ведется изучение таких геосфер, как осадочная толща, кристаллические породы, земная кора, верхняя мантия. Электромагнитные зондирования используются при глубинных и структурных исследованиях, поисках нефти и газа. Электромагнитные профилирования применяются при картировочно-поисковых съемках, поисках рудных и нерудных полезных ископаемых. Объемные методы применяются при разведке месторождений. Малоглубинные электромагнитные зондирования и профилирования используются при инженерных и экологических исследованиях.

По технологии и месту проведения работ различают аэрокосмические, полевые (наземные), акваториальные (или аквальные, водные, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и скважинные (межскважинные) методы электроразведки.

Основы теории электроразведки

Теория электроразведки базируется на теории электромагнитного поля. Поэтому в этом разделе даются, в основном, физико-геологические основы теории с иллюстрацией несколькими простыми физико-математическими задачами.