Компьютерная интерпретация электрических зондирований
Задача: уйти от интерпретации одиночных зондирований, а перейти к интерпретации совокупности зондирований. Т.е. перейти на уровень интерпретации модель – поле.
Методологические принципы
1. Модельный принцип, основанный на использовании методов численного (либо физического) моделирования электрических полей в целях обоснования возможности решения тех или иных задач
2. Интегральный принцип.
3. Принцип учета информационных возможностей метода.
4. Принцип разделения физического и геологического этапов истолкования.
5. Статистический принцип оценки и принятия решений.
6. Принцип эквивалентности.
Элементы регуляризации решения обратной задачи ВЭЗ
Суть: мы должны подобрать такие параметры уравнений, чтобы оно соответствовало всем параметрам. Согласованность с параметрическими данными, в рамках пределов эквивалентности, гладкость границ, условие квазигоризонтальности границ, уровень чувствительности (кривая зондирования должна быть чувствительна к изменению параметров), соответствие решений точности измерений δ0.
Оценка пределов эквивалентности и вероятностных значений параметров слоев для выбранной рядовой кривой зондирования
1. Вводиться случайная погрешность в кривую зондирования.
2. Количественная интерпретация сгенерированных кривых.
Главное, что мы получаем из совокупной кривой вероятное распределение параметров среды.
Лекция 7 Электрохимические (еп, вп) и ряд потенциальных методов (мзт)
ЕП
Метод основан на изучении естественных полей, возникающих в земле в следствие различных физико-химических процессов: окислительно-восстановительные, фильтрационные, диффузионно-адсорбционные процессы. Диффузия – перераспределение зарядов.
Рис 7.1. Имеется какое-то рудное тело, которое находиться над поверхностью грунтовых вод и под поверхностью. Над поверхностью грунтовых вод будет зона окисления, где тело будет терять отрицательные заряды. А под уровнем грунтовых вод будет зона восстановления. Соответственно будет создаваться электрическое поле, которое отразиться в наблюденном поле отрицательными значениями.
В решении геологических задач довольно часто возникает вопрос нахождения зон с прохождением воды. Найти эти зоны можно с помощью метода ЕП. Проще всего объяснить суть на капиллярах пород. Рис 7.2. Имеется капилляр, на границе жидкой фазы и твердой. Внутри капилляра находиться вода, которая состоит из трех атомов. В воде всегда есть какие-то ионы. Например есть ион NaCl, он будет разорван молекулой воды. Рис 7.3. В свободной воде будет большее количество положительных ионов. Если у нас происходит фильтрация, то эти положительные ионы будут захватываться и находиться впереди потока фильтрации, а раз положительные впереди, то позади остаются отрицательные ионы. Рис 7.4. с графиком потенциала над ним.
Формула Гельмгольца:
Где
– электрокинетический потенциал, он
как бы дает разность потенциалов в слое;
– коэффициент вязкости жидкости; ε
– диэлектрическая проницаемость; ρ
– сопротивление воды; ΔР
– перепад давлений. Наибольшее влияние
в природе оказывают сопротивление воды
и перепад давлений. Потенциал может
достигать сотен мВ. Однако, если проводить
измерения в солевых толщах, то изменение
потенциала будет очень не существенно,
т.е. сопротивление минерализованной
воды будет низкое. Разность давлений
характеризует скорость фильтрации вод.
Глубина исследования этим методом
первые метры, первые десятки метров в
лучшем случае. Это малоглубинный метод.
Рис 7.5. Из рисунка и из формулы видно,
что потенциал уменьшается обратно
пропорционально расстоянию.
Методики наблюдений:
1. Метод потенциала. Рис 7.6. Один электрод зафиксирован, а по профилю перемещается другой электрод. Потенциал в точке N принимается равным нулю:
2. Метод градиента потенциала. Рис 7.7. Если выполнили съемку получили ΔU1; ΔU2 и т.д. Какая бы съемка не была все равно приводиться к графику потенциала. Потенциал начальной точки принимается равным нулю:
При съемке этим методом всегда ведут замкнутую съемку. Если электроды не менять местами, а переносить по профилю по очереди, то собственный потенциал будет накапливаться. Поэтому при такой съемке считают погрешность:
При выполнении съемки методом ЕП используются неполяризующиеся электроды, поскольку в случае металлических, собственная поляризация электродов может быть сопоставима с естественным потенциалом, который хотим измерить.
ВП
Основан на изучении вторичных полей, возникающих в земле при пропускании в них электрического тока. Рис 7.8. Если ток резко выключить, то у нас будет остаточный ток в породе. 7.4. Пора становиться очень узкой и заряды не могут пройти через нее, с одной стороны скапливаются положительные заряды, с другой отрицательные. При выключении электрического тока, эти заряды будут пытаться разойтись обратно в исходное положение. Это уже напоминает трансформатор. Земля как бы обладает ёмкостными свойствами. Способность заряда скапливаться связана с наличием пор, их величиной. Это так называемый ионный способ объяснения.
Второй способ появления остаточного тока в земле – электронный. Когда движущимися частицами являются электроны. Для них стенка не является препятствием. В электронном варианте эффекты поляризации намного выше, чем в ионном. Рис 7.10. Имеется рудное тело, в котором есть свободные заряды. Под действием внешнего электрического поля в рудном теле произойдет перераспреление зарядов. Сопротивление в случае вызванной поляризации становиться больше, чем удельное сопротивление пород. 7.5. Сопротивление поляризующихся пород уменьшается с повышением частоты. Через конденсатор будет проходить переменный ток, а постоянный нет. Коэффициент поляризации можно рассчитать по формуле 7.6. Эффект вызванной поляризации проявляется при частоте до 1 Гц. Можно временную зависимость пересчитать в частотную зависимость с помощью преобразований Фурье. Также в электроразведке используют аппаратуру, которая использует фазу. Рис 7.11. Внешне методика не отличается от метода сопротивлений (ВЭЗ, ЭП), рис 7.12. Также на практике применяют методику ВЭЗ-ВП. Есть одно НО: измеренный сигнал после выключения тока, очень маленький, такой, что аппаратура иногда не может его зарегистрировать, поэтому надо подавать заведомо большой ток, например обычно используют ток 1 – 200 мА, а в ВП ток нужен 1 – 10 А. Также надо учитывать, что использовать следует не поляризующиеся электроды. При этом один электрод не способен пропустить такой большой ток, поэтому необходимо делать группирование электродов.
Допустим проводим исследования ВЭЗ-ВП для определения уровня грунтовых вод. рис 7.12. Низким значениям кажущегося сопротивления соответствует положительная аномалия коэффициента η, означает, что породы песчаники водонасыщенные.
МЗТ
Используется для картирования хорошо проводящих тел в земле. Один электрод заземляется в тело, а другой относиться на «бесконечность». Метод применяется для картирования рудных объектов, для определения направления движения подземных вод.
Для рудной электроразведки рассмотрим пример, рис 7.13. Имеется шарообразное тело. r – расстояние от центра тела до какой-то точки измерений М. Для таких поисков выбирается профиль, проходящий непосредственно над телом, таким образом, у будет равняться нулю. 7.7.