Учебное пособие по полевой геофизической практике
жүктеу/скачать 7.87 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 5.1. Электроразведка методом сопротивлений
- 5.2. Электроразведка при решении геологических задач
5. ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКАПри геологических исследованиях широко применяется такой геофизический метод, как электроразведка. По количеству модификаций она занимает первое место среди других геофизических методов [8], что обусловлено многообразием электрических свойств горных пород. К таким свойствам относятся: сопротивление, диэлектрическая и магнитная проницаемость, поляризуемость, поглощение, электрохимическая активность и т. д. Одним из основных методов электроразведки является метод сопротивлений [8], [10]. 5.1. Электроразведка методом сопротивленийСущность данного метода заключается в изучении геоэлектрического строения Земли с помощью искусственных источников электрического поля. При этом изучается изменение сопротивления в горизонтальном и вертикальном направлениях. Первая задача решается с помощью методов электропрофилирования, вторая с помощью методов зондирования.
Рис. 5.1. Схема расположения электродов четырехточечной установки для работы методом сопротивлений При работе методами сопротивлений электрическое поле создают точечными заземлениями А и В (рис. 5.1), которые называют питающими. Через эти заземления от какого-либо источника тока в землю поступает электрический ток силой I. Между двумя другими точками М и N с помощью измерительного прибора определяют возникающую разность потенциалов U. Взаимное расположение питающих и измерительных заземлений, образующих четырехточечную установку, определяется характером решаемых геологических задач. При зондировании последовательно изменяют расстояние между питающими электродами, а следовательно, глубину проникновения электрического поля [8], [10]. Это дает возможность получить информацию об удельном электрическом сопротивлении горных пород на разной глубине. При профилировании параметры установки не меняются, поэтому глубина изучаемого разреза постоянна. Значения удельного сопротивления для однородной среды вычисляют по формуле [8], [10]  ,
где U разность потенциалов между точками MN; I – величина тока, протекающего между электродами АВ; К – геометрический коэффициент измерительной установки. Величина К имеет размерность длины и определяется расстоянием между заземлениями установки:  .
Для неоднородной среды также используются приведенные формулы, но в данном случае в результате вычислений получается некоторая условная величина, имеющая размерность удельного сопротивления (Омм). Эту величину принято называть кажущимся удельным электрическим сопротивлением и обозначать k:  .
Рис. 5.2. Зависимость k от характера геоэлектрического разреза: а однородная среда; б среда, включающая хорошопроводящее тело; в среда, включающая плохопроводящее тело Если среда однородна, k совпадает с истинным удельным сопротивлением: k = . В общем случае кажущееся сопротивление зависит от строения геоэлектрического разреза и широко применяется при проведении геофизических исследований (рис. 5.2). Для повышения эффективности исследований при геокартировании необходимо комплексное использование различных методов электроразведки. Это частично реализовано в методе внутреннего скользящего контакта (МВСК), сочетающем в себе методы электропрофилирования и электрозондирования. Данный метод, разработанный в ГИ КНЦ РАН, используется в геоэлектрических исследованиях с постоянным или импульсным током. Сущность метода заключается в изучении разреза путем перемещения внутреннего электрода Мi (рис. 5.3). Такая установка сочетает в себе три наиболее распространенные схемы электропрофилирования: потенциальную, трехэлектродную градиентную и четырехэлектродную дипольную. 
Рис. 5.3. Схема установки МВСК Электроды Mi, заземленные на некоторых удалениях от питающего электрода A, поочередно подключаются к измерительному прибору (милливольтметру). При изменении расстояния AMi происходит вертикальное зондирование разреза. Перемещая измерительнуюустановку вдоль профиля с регулярным шагом, выполняют одновременно зондирование и профилирование разреза. Глубина исследований этим методом зависит от взаимного расположения всех четырех электродов измеритенльной установки и составляет примерно 0,20,3 от величины максимального расстояния между электродами AB. Вычисление кажущегося сопротивления осуществляется по приведенной выше формуле, в которой коэффициент K равен:  .
Точка регистрации кажущегося сопротивления при такой схеме установки относится к положению электрода A. 5.2. Электроразведка при решении геологических задачПрименение таких методов, как электропрофилирование и электрозондирование в геологических исследованиях основано на том, что горные породы и руды обладают различным удельным сопротивлением, изменяющимся от сотых долей до сотен тысяч Омм [8]. Величина удельного сопротивления горных пород зависит от многих факторов (минерального состава, пористости, влагонасыщенности и др.). Краткая геоэлектрическая характеристика основных типов горных пород дается ниже. Осадочные породы по сравнению с другими характеризуются относительно невысокими значениями сопротивления. Это объясняется их значительной пористостью и повышенной влагонасыщенностью. Однако среди осадочных пород существуют породы с повышенным сопротивлением: сухие пески, гипсы, ангидриты и ряд других. Изверженные породы характеризуются наиболее высокими значениями удельного сопротивления, что обусловлено их очень малой пористостью. Сопротивление ненарушенных изверженных пород колеблется от тысяч до десятков тысяч Омм. Сопротивление трещиноватых изверженных пород значительно ниже. Сопротивление сильнотрещиноватых пород составляет сотни Омм. Удельное сопротивление метаморфических пород занимает промежуточное положение между сопротивлением осадочных и изверженных пород. Пористость и содержание воды в метаморфических породах зависят главным образом от степени их метаморфизма. Например, удельное сопротивление сильнометаморфизованных гнейсов измеряется тысячами Омм, т. е. оно близко к сопротивлению гранитов. Сопротивление глинистых сланцев при достаточном их увлажнении может измеряться лишь несколькими десятками Омм. Среди метаморфических пород малым удельным сопротивлением отличаются графитизированные и углефицированные породы. Сопротивление этих пород понижается за счет наличия электронно-проводящего графита и сильнометаморфизованного распыленного углистого материала. При достаточно высоком содержании графита сопротивление графитизированных сланцев может измеряться десятыми долями Омм. Удельное сопротивление руд, если в их состав входят такие хорошопроводящие минералы, как пирит, халькопирит, пирротин, галенит и другие, определяется процентным содержанием проводящих минералов. Наибольшей проводимостью обладают массивные колчеданные и полиметаллические руды, удельное сопротивление которых колеблется от сотых долей до единиц Омм. Исключение составляют колчеданные руды, содержащие плохопроводящий сфалерит. Электроразведки с использованием источника поля в виде постоянного тока применяется для решения геологических задач в двух вышеуказанных модификациях: зондировании и профилировании. При профилировании определяется плановое положение квазивертикальных контактов между породами различной электропроводности. С помощью зондирования устанавливают глубину проводящих слоев, залегание которых близко к горизонтальному [8]. 
Рис. 5.4. Графики (k/1), полученные при профилировании дипольными установками разных размеров над хорошопроводящим пластом Для наибольшей эффективности электропрофилирования выбирают установку оптимального типа и размера. Оптимальным считается размер установки, при котором изучаемые объекты фиксируются достаточно отчетливыми аномалиями. Обычно профилирование выполняют с разносом питающих заземлений АВ, равным трех- или пятикратной глубине залегания искомого объекта. Изменение кажущегося сопротивления над типичным геологическим объектом, в зависимости от размеров измерительной установки, можно проиллюстрировать на модельном примере. На рис. 5.4. изображены теоретические графики, полученные для профилирования с дипольной установкой над вертикальным хорошопроводящим тонким пластом. Из графиков, показанных на рисунке, следует, что этот пласт отчетливо выделяется при размерах установки, соизмеримых с мощностью пласта. Однако в реальной ситуации необходимо учитывать мощность перекрывающих поверхностных отложений, которые в приведенном примере отсутствуют. При выполнении электрических зондирований рассматривается горизонтально-слоистая модель геологической среды [8]. Геоэлектрический разрез может состоять из двух, трех, четырех и более слоев, различающихся по своему сопротивлению и мощности. Поэтому получаемые кривые кажущегося сопротивления, зависящие от величины разноса АВ, называются двухслойными, трехслойными и т.д. Кривые такого рода носят название кривых вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ). Число слоев и соотношение их сопротивлений определяют тип кривой k и тип геоэлектрического разреза. 
Рис. 5.5. Типы трехслойных кривых ВЭЗ. 1 графики истинного сопротивления (модель среды); 2 графики кажущегося сопротивления k При двухслойном, наиболее простом, разрезе наблюдаются кривые ВЭЗ двух типов, характеризующиеся соотношением сопротивлений первого и второго слоев: 1 < 2 и 1 2. При вертикальном зондировании над более сложным, трехслойным, разрезом различают кривые ВЭЗ четырех типов, в зависимости от соотношения сопротивления слоев, слагающих конкретный трехслойный разрез. Эти типы имеют следующие обозначения: Н (1 2; 2 < 3), Q (1 2 3), А (1 < 2 < 3) и К (1 < 2; 2 3). Примеры таких трехслойных кривых ВЭЗ показаны на рис. 5.5. Представленные графики демонстрируют положение правых ветвей кривых ВЭЗ, получаемых при бесконечном увеличении разноса питающих электродов АВ. Для интерпретации результатов профилирования и зондирования разработаны математические методы, позволяющие определять параметры изучаемого геологического разреза. жүктеу/скачать 7.87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
