- •Электроразведка при поисках месторождений нефти и газа (5 курс, структурщики, 28 ч – лекции, 14 ч – лаб.) Введение
- •Методы электрических зондирований
- •Интерпретация результатов электрических зондирований
- •Качественная интерпретация
- •Теоретические кривые электрических зондирований
- •Асимптоты теоретических кривых
- •Способы решения обратной задачи электрических зондирований
- •Определение суммарной продольной проводимости разреза s по асимптотике кривых ρк
- •Палеточный способ интерпретации
- •Решение обратной задачи методом подбора на эвм
- •Основные типы геомагнитных вариаций
- •Модель Тихонова - Каньяра
- •Плоские электромагнитные волны в горизонтально-слоистой среде
- •Низкочастотная асимптотика импеданса для разрезов с плохо проводящим основанием
- •Низкочастотная асимптотика импеданса для разрезов с хорошо проводящим основанием
- •Классификация частотных интервалов
- •Идея магнитотеллурического зондирования
- •Линейные соотношения между компонентами магнитотеллурического поля
- •Индукционные векторы
- •Электромагнитное поле в горизонтально-слоистой среде
- •Спектральные представления электромагнитного поля в горизонтально-слоистой среде
- •Горизонтальная поляризация электрического поля в горизонтально-однородной земле. Приведенный спектральный импеданс
- •Спектральные импедансы
- •Поле в двумерно-неоднородных средах; понятие е- и н-поляризации поля
- •Методика магнитотеллурических и магнитовариационных наблюдений
- •Магнитотеллурические методы
- •Магнитовариационные методы
- •Глубинное электромагнитное зондирование
- •Обработка результатов наблюдений
- •Определение эффективных параметров теллурических и магнитных матриц методом эллипсов
- •Корреляционный метод определения магнитотеллурических и индукционных матриц
- •Обработка по методу цифровой узкополосной фильтрации
- •Интерпретация данных мтз
- •Анализ искажений кривых мтз
- •Тема. Основы теории и практики метода зондирования становлением поля (зс)
- •1. Спектральный метод решения прямой задачи зс
- •2. Поле вертикального гармонического магнитного диполя над однородным полупространством.
- •3. Решение прямой задачи зс для однородного полупространства
- •4. Становление поля над однородным полупространством.
- •5. Основные способы вычисления кривых кажущегося сопротивления в зст.
- •6. Обработка и интерпретация кривых зондирования становлением поля в дальней зоне.
- •7. Принципы обработки и интерпретация кривых зондирования становлением поля в ближней зоне.
Тема. Основы теории и практики метода зондирования становлением поля (зс)
Метод зондирования становлением поля является разновидностью зондирований на переменном токе, которые согласно общей теории электромагнитного поля базируются на явлении скин-эффекта. Различные модификации ЗС основаны на изучении неустановившихся процессов поля, возникающих в проводящем полупространстве и наблюдаемых чаще всего на дневной поверхности при ступенчатом изменении тока в источнике поля. Модификации ЗС различаются типом установок. Среди источников первичного поля наибольшее практическое применение получили заземленный электрический диполь, незаземленный контур и заземленная длинная линия. Электрический диполь наиболее часто используется при выполнении зондирования становлением в дальней зоне источника (ЗСД). Эта модификация, получившая наибольшее распространение на ранних стадиях развития ЗС (60-е - начало 70-х годов двадцатого столетия), применялась главным образом при рекогносцировочных исследованиях строения осадочного чехла в связи с поисками нефтегазоносных структур. При этом считалось, что вблизи источника поле неинформативно в отношении электрических свойств исследуемого разреза из-за высокого уровня первичного поля. В конце 60-х годов работами В.А.Сидорова, В.В.Тикшаева и других исследователей доказана практическая целесообразность регистрации компонент переходного процесса и на небольших расстояниях от источника поля, что позволило внедрить в практику зондирование становлением в ближней зоне (ЗСБЗ или ЗСТ). Наиболее часто в этой модификации зондирования в качестве первичного источника используется многовитковый незаземленный контур (круглая, квадратная или прямоугольная рамки). В тех случаях, когда для подавления различного рода помех оказывается целесообразным применение пространственного накопления сигнала, наряду с незаземленными контурами в ЗСТ получила применение установка в виде длинной заземленной линии. Зондирование становлением в ближней зоне оказалось эффективным методом при прямых поисках нефтегазоносных структур (в комплексе с сейсморазведкой и гравиметрией), поисках термальных вод, хорошо проводящих руд, изучении геологической структуры рудных полей. Глубинность исследований методом ЗС колеблется в широких пределах (1 - 5 км) при суммарной продольной проводимости отложений от сотен до нескольких тысяч Сименс и ограничивается, прежде всего, возможностями технических средств.
1. Спектральный метод решения прямой задачи зс
Согласно общей теории электромагнитного поля переходные процессы, возникающие в проводящем полупространстве Земли при ступенчатом изменении тока в источнике, удовлетворяют квазистационарному приближению, т.е. решение прямой задачи ЗС может быть выполнено путем интегрирования уравнений теплопроводности. Для напряженностей электрического и магнитного полей эти уравнения записываются в виде:
;
Основной характеристикой источника в ЗС является его момент I: произведение силы тока J на длину заземленной линии АВ, т.е. I = J·AB, или эффективную площадь незаземленного контура Q - произведение площади одного витка контура q на количество витков в контуре n: Q = n·q. Таким образом I = J·Q. Во времени момент изменяется по ступенчатому закону, для описания которого используется функция Хэвисайда:
σ(t) = (1)
С помощью этой функции момент запишется в виде: I(t) = I0σ(t) (*), где I0 - амплитудное значение момента.
Пусть источником первичного поля служит незаземленная петля, момент которой равен I. В поле такой петли на практике измеряются азимутальная компонента электрического поля Еφ и вертикальная компонента напряженности магнитного поля Hz. Процесс распространения низкочастотного электромагнитного поля в Земле удовлетворяет таким же дифференциальным уравнениям, каким описывается процесс прохождения переменного во времени электрического сигнала через так называемые линейные системы, например, через электрические фильтры. Если U(t) - входной сигнал, поступающий на вход системы, V(t) - сигнал на ее выходе, К(ω) - частотная характеристика системы, то спектры входного u(ω) и выходного υ(ω) сигналов связаны соотношением: u(ω) = К (ω)·v(ω) - так называемое преобразование в частотной области. Следовательно, сигнал на выходе V(t) можно рассчитать, пользуясь уравнением:
V(t) = = (2)
С учетом (2) для прямой задачи ЗС справедлива такая схема вычислений: входным сигналом является момент источника первичного поля I; земля характеризуется некоторой частотной характеристикой K3(ω); выходными сигналами являются азимутальная компонента электрического поля Eφ(t) или вертикальная компонента напряженности магнитного поля Hz(t). В качестве частотных характеристик при расчете азимутальной компоненты электрического поля Eφ(t) и вертикальной компоненты напряженности магнитного поля Hz(t) рассматриваются приведенные к единице момента соответствующие компоненты источника, в котором ток изменяется по гармоническому закону: Ке(ω) = Еφ(ω)/I, Kh(ω) = Hz(ω)/I.
Спектральная плотность функции Хэвисайда определяется из соотношения:
Sσ = = - . Следовательно, спектр входного сигнала будет удовлетворять уравнению: SI = = - .
Тогда искомые компоненты Eφ(t) и Hz(t) можно вычислить, пользуясь соотношением вида:
Eφ(t) = = - ,
Hz(t) = = - . (3)