1.Понятие электроразведки. Причины многообразия методов эл.разведки . Электроразведка – это совокупность методов исследования земной коры, основанная на изучении естественных так и искусственных на Земле магнитных полей. Причина многообразия методов электроразведки:1)изучаются несколько полей (искуств. и естеств; постоянные и переменные; неустановившиеся и установившиеся) 2)могут изм. различные хар-ки поля (потенциал, напряженность, фаза, временные хар-ки неустанов. процессов, поляризуемость) 3)широкий диапазон используемых частот от 0 до МГц 4)Различные условия проведения: наземное, аэро, скважинные, шахтные методы и разведка на акваториях; 5)могут опр-ся различные эл.маг. свойства земли (сопротивление ρ [Ом*м] 1/ρ=σ [См/м], ε_а=ε_от*ε_о; …Ε_о=(10^-9/36*π) Ф/м; μ_а=μ_от*μ_о; μ=4*π*10^-7 Гн/м; η %; χ мВ

2.Принципы классиф. методов эл.разведки. Решаемые геолог. и инженерно-геолог. задачи. Электроразведка применяется при решении следующих задач 1)при поиске и разведке п/и как рудной так и не рудной; 2)региональные исследования территорий с целью тектонического районирования; 3) геологическое картирование; 4) гидрогеологическое исследование; 5)определение глубины залегания коренных пород; 6) определение состояния коренных пород; 7)выявление карста; 8)определения уровня подземных вод; 9)изучение оползней; 10) при мелиоризации (литологическая хар-ка исследования регионального водоупора, уровня грунтовых вод, их минерализация, опр-ие пористости, влажности, засоленности пород в зоне аэрации, опр-ие фильтрационных св-в)

3,Электрич модель ГП ГП сост из твер массы,поры и трещ которой м/б заполнены водой,нефтью,газом или друг. ГП. Кол-ное соотнош между ними зависит от t°,давления,услов.образ. Модель ГП -двухфазная среда-проводник и электролит.Наблюд. различные носители зарядов.В тверд. фазе-ē,перенос вещества не наблюдается.В жидкой фазе-ионы (перетекание вещества) Вследствие различных источников возникает диффузия и ЭДС На границе фаз образуется двойной элект.слой. Диффузионный слой –несвязанная часть зарядов.Электропроводность зависит от частоты или скорости изменения первичного электрмагнит поля сопротивление емкости ; сопротивление индуктивное w-частота l-индуктивность При высоких частотах диффузия и поляризуемость практически не проявляется.Поэтому проводимость среды определяется её емкостными и индуктивными свойствами и удельным электрическим сопротивлением

Проводимость среды носит комплексный характер,что объясняет её инертностью процессов.

4,Электромагнитные свойства ГП,удельное сопротивление(ρ)(измеряется в Ом*метр. ;электропроводность 1/Ом*мерт ; сопротивление меньше у рудных металлов(Fe,Au,Pt) и очень высокая у слюд,кварца,Пш (назыв. изоляторы));электрохимическая активность(α)(интенсивность естественных электрических полей.Делится на диффузионно-адсорбционную-возможность ГП создавать разность потенциалов из-за дифф. ионов,нах в подземн водах,и адсорбции некотр. из них на поверх. тверд. частиц. ; где да-диффуз-адсорб коэффициент ; д- диффуз. Коэфф ;фильтрационная-возмож ГП создав. естест разность потенциалов при фильтрац. подзем. вод через поры. где U-фильтрацион потенциал;P-давление при фильтрации;окислит-восстаовит.-характерист. электропров минер созд на контакте с ионнопроводящ средой разность потенциалов ;где ов-окислит-востан коэфф ; да-диффуз-адсорбцион коэфф ),поляризуемость(η)(способность среды поляризоваться ),диэлектрическая(ε)(способность поляри в электрмагнит поле ) и магнитная(μ)( ) проницаемости.Эти свойства определяются в образцах, в скважинах, в выработках,на обнажениях и при проведении электроразведочных работ. Свойства нужно знать для интерпретации данных электроразведки,и для установления связи между ними и мин сост. литологией,структ,текст, обводненость,коллекторские свойства.

5.Электрические свойства слоистых сред. В большинстве случаев электроразведке приходится изучать горизонтально-слоистые среды.

Н

h – мощность,

– сопротивление

,

– поперечное электрическое сопротивление пласта

– продольная проводимость – суммарная пред. пр.

Среднее продольное удельное сопротивление

- коэфф. анизотропии =

Среднее геометрическое сопротивление толщ

6. Понятие геоэлектрического разреза. Типы разрезов. Объектом изучения электроразведки является геоэлектрический разрез. Это вертикальный разрез ГП, отличающийся своими параметрами. Реальный геологический разрез отражается в данных электромагнитных исследованиях и называется геоэлектрическим разрезом. В большинстве случаев границы литологические и электрические не совпадают между собой. KQHKH

Типы разрезов в электроразведке:

1. Однородное пространство

   

2. Двухслойный разрез

3. Трехслойный разрез

(H) min в середине (A) max в середине (Q) с возрастающим УЭС (K) с убывающим УЭС

7. Аппаратура и оборудование для электро зведки. Электроразведочн канал. В электроразведке используются поля искусственного и естественного происхождения. В состав электроразведочного канала :Генератор, который вырабатывает токовые импульсы необходимой амплиту-ды, формы и последовательности.- Источник, который превращает токовый сигнал, идущий от генератора, вэлектромагнитное поле. При этом существует несколько способов возбужденияполя (гальваническое, емкостное, индукционное и смешанное).- Земля как объект исследования представляет собой линейную систему, которая преобразует сигналы, поступающие от источника поля к датчикам.- Датчики поля –преобразуют измеряемые компоненты электромагнитного поля в сигнал (разность потенциалов), поступающую на вход измерителя.- Измеритель - обрабатывает сигнал в аналоговом и цифровом виде

Генераторные устройства.. Назначение самого генератора - преобразовать энергию источника в сигнал требуемой частоты, формы и амплитуды по току.. Важнейшей функцией современных электроразведочны генераторов является система стабилизации выходного тока и его формы. Первым элементом схемы является преобразователь напряжения, который создает требуемое для питания выходной цепи постоянное напряжение. Из этого напряжения формируются импульсы требуемой частоты и формы с помощью коммутатора, который в свою очередь управляется задающим генератором. При работе в составе мощного генератора коммутатор пропускает через себя большие токи, В большинстве современных генераторов существует система которая контролирует величину тока, поступающего в источник. Эта величина пропорциональна напряжению на известном сопротивлении – шунте. Величина напряжения на шунте управляет с помощью устройства обратной связи преобразователем напряжения, повышая или понижая напряжение на выходе этого преобразователя в зависимости от соотношения реального тока на выходе и требуемого тока.

Генератор несет не только информационную нагрузку, но и энергетическую. Поэтому его важнейшие параметры можно условно разделить на два типа характеристик: энергетические характеристики: - мощность (от первых Ватт до нескольких сотен киловатт), - ток (от 1 мА до 100 А), - габариты и вес (по этому параметру все генераторы делятся на портативные, переносимые вручную и электроразведочные станции, установленные на автомашине, корабле или самолете); информационные характеристики:- тип источника, с которым может работать данный генератор,- частотный диапазон (от 0 Гц до нескольких ГГц),- форма импульса тока (гармонический сигнал, меандр, меандр с паузой, одиночный прямоугольный импульс и др. формы), - наличие и уровень системы стабилизации выходного тока и системы его регистрации. Способы возбуждения электромагнитных полей в Земле: А.чисто гальванический, Б.емкостной, В.индукционный, Г.смешанный. В общем случае существует два вида токов: токи проводимости и токи смещения. Токи смещения возбуждаются в Земле только на высоких частотах. На низких частотах в Земле возникают только токи проводимости. Есть два механизма возбуждения токов проводимости в Земле: гальванический и индукционныйПри гальваническом возбуждении в земле создаются сторонние источники тока. При индукционном возбуждении токи в земле возникают за счет явления электромагнитной индукции, то есть под действием переменного магнитного поля источника, не имеющего непосредственного контакта с землей.

Основные модели источников

Для гальванического возбуждения основной моделью является заземленная линия АВ, при рассмотрении которой можно выделить три частных случая (рис. 3.9): 1. при приближении к одному из питающих электродов полем второго электрода можно пренебречь, при этом для расчетов можно использовать модель точечного источника тока; 2. расстояние до обоих источников сопоставимы и существенно не превышают расстояние между питающими электродами. Поле такого источника следует рассматривать как суперпозицию полей двух источников разного знака, расположенных соответственно в точках А и В; 3. расстояния до обоих источников сопоставимы и существенно превышают расстояния между питающими электродами А и В. Такой источник называется горизонтальным электрическим диполем (ГЭД). Момент электрического диполя рассчитывается по формуле Рэ = I ⋅ AB , где I – ток в питающей линии, АВ – длина линии. В главе 2 приводятся выражения для потенциала и электрического поля, рассмотренных выше основных моделей гальванического возбуждения в случае однородного полупространства. Для емкостного возбуждения существует две модели источников – емкостного электрода и незаземленного провода, лежащего на земле. Поле емкостного электрода совпадает с полем точечного источника при гальваническом

возбуждении, если точка измерения находится на существенно большем расстоянии по сравнению с размерами емкостного электрода. Для незаземленного провода, лежащего на земле, при равномерном стекании тока на расстояниях, существенно меньших длины провода, можно использовать модель линейного электрода (рис.3.10), для которого потенциал и электрическое поле рассчитывается по формулам:

где JL - величина тока, стекающего с единицы длины провода, r – радиальное расстояние от оси провода до точки измерения. На расстояниях, больших длины линии L, линейный_ источник тока можно рассматривать как точечный. Датчики поля. датчики электрического поля и датчики магнитного поля. Датчики электрического поля . Эл. поле регистрируется заземленным диполем или антенной. Заземленный диполь представляет собой пару металлических или специальных неполяризующихся электродов, обозначаемых M и N и находящихся на расстоянии MN друг от друга (рис.3.11). Разность потенциалов между точками из-мерения связана с напряженностью поля следующими соотношениямиф ΔU_MN = − ∫E ⋅dr. На двух электродах M и N, выполненных из одного металла, возникает разница потенциалов ΔUэл, связанная с разницей в условиях заземления. У стальных электродов собственные потенциалы состав

ляют -500÷-700 мВ, а у латунных - -100÷-200 мВ. металлические электроды можно применять в двух случаях: 1. когда имеется высокий уровень полезного сигнала, 2. когда измерения проводятся на конкретной частоте свыше 3 Гц,

8.В конце будет.

10)Типы установок используемых в электроразведке. Термин "Установка" в методе сопротивлений используется для обозначения взаимного расположения питающих (АВ) и приемных (MN) электродов. Выбор установки является важнейшим элементом методики электроразведки методом сопротивлений и зависит от геологических задач, технологических условий, используемой аппаратуры, глубинности исследований, уровня помех.По числу движущихся или "рабочих" электродов различают установки двухэлектродные (AM), трехэлектродные (AMN, MAN), четырехэлектродные (AMNB, ABMN и др.) и многоэлектродные симметричная четырехэлектродная градиентная установка Шлюмберже (MN<<AB), 2) установка Веннера (MN-AB/3), 3) дипольная осевая (r=ОО',AB,MN < r), 4) комбинированная (AMN+MNB), т.е. объединяющая две трехэлектродных, 5) двухэлектродная потенциал-установка AM, 6) установка MAN (MA=AN). 7) установка В.Х.Фролова 8) установка "метода двух составляющих" (МДС) А.Н.Боголюбова, 9) дипольная экваториальная установка, 10) установка "триполь", 11) двухкомпонентная (X.Y) установка. При ЭП по разному ведут себя дипольная осевая и симметричная градиентная установка Шлюмбер­же (рис. 1.3.3). Токовые линии в установке СЭП в пространстве под MN идут горизонтально, а в установке ДОП почти вертикально. Поэтому вертикальный пласт высокого сопротивления сильнее проявится в установке СЭП, а проводящий пласт - в ДОП (за счет концентрации токовых линий). Тонкий горизонтально лежащий проводящий пласт сильнее отразится в установке СЭП, а плохопороводящий - в ДОП. Установка ДОП нашла широкое применение для ЭП, а ДЭП - для зондирования и круговых исследований анизотропных сред. Дипольные установки используются при глубинных электрических зондированиях, т.к. требуют меньшей длины проводов, меньше подвержены индукционным влияниям, но нуждаются в мощных источниках тока.

У становка срединного градиента обеспечивает максимальную производительность, возможность работы с несколькими измерителями одновременно, но требует более мощных источников тока. Выбор установок определяется характером решаемых задач, а более узко - моделью среды. Бесчисленное разнообразие моделей способствует появлению новых установок. Заранее точная модель среды обычно не известна, поэтому выбор установки должен опираться на обобщенную (базовую) модель среды и соображения технологического характера.

11.Поле точечного источника в однородней среде. Сопротивление заземления электрода

Точечный источник в однородной среде

Пусть в однородной среде расположен точечный источник поля (рис 9, а). Магнитное поле, создаваемое током, стекающим в окру­жающую среде (отвлекаясь от поля, создаваемого током в подводя­щем проводе), определяется известным интегральным соотно­шением (теорема Остроградского) |(HdS)=о Здесь интеграл берется по замкнутой поверхности, ограничивающей область V. Если в качестве такой области выбрать сферу, центр которой совпадает с точечным электродом, то в силу централь­ной симметрии вектор H во всех точках выбранной поверхности должен быть одинаковым. Отсюда НS = 0, т. е. Н = 0. Таким образом, источником магнитного поля может служить только ток в подводящем проводе. Сопротивление заземляющего электрода На рис.1 показан заземляющий штырь. Его сопротивление определяется следующими компонентами: (А) сопротивление металла штыря и сопротивление контакта проводника со штырем; (Б) сопротивление контакта штыря с грунтом; (В) сопротивление поверхности земли протекающему току, иначе говоря, сопротивление земли, которое часто является самым важным из перечисленных слагаемых. Подробнее: (А) Обычно заземляющий штырь делается из хорошо проводящего металла (полностью медный штырь или с медным покрытием) и клеммой соответствующего качества, поэтому сопротивлением штыря и его контакта с проводником можно пренебречь. (Б) Национальное бюро стандартизации показало, что сопротивлением контакта электрода с грунтом можно пренебречь, если электрод плотно вбит и на его поверхности нет краски, масла и подобных веществ. (В) Остался последний компонент – сопротивление поверхности грунта. Можно представить, что электрод окружен концентрическими слоями грунта одинаковой толщины. Ближний к электроду слой имеет наименьшую поверхность, но наибольшее сопротивление. По мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается, а его сопротивление уменьшается. В конечном счете, вклад сопротивления удаленных слоев в сопротивление поверхности грунта становится незначительным. Область, за пределами которой сопротивлением слоев земли можно пренебречь, называется областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины погружения электрода в грунт.

Теоретически сопротивление земли можно определить общей формулой: R =L / A (Сопротивление = Удельное сопротивление х Длина / Площадь ) Эта формула объясняет, почему уменьшается сопротивление концентрических слоев по мере их удаления от электрода: R = Удельное сопротивление грунта х Толщина слоя / Площадь При вычислении сопротивления земли удельное сопротивление грунта считают неизменным, хотя это редко встречается в практике. Формулы сопротивления земли для систем электродов очень сложны и при этом зачастую позволяют вычислять сопротивление лишь приблизительно. Наиболее часто используется формула сопротивления заземления для случая одного электрода, полученная профессором Дуайтом (H. R. Dwight) из Массачусетского технологического института: R =/2L x ((In4L)-1)/r , где R – сопротивление заземления штыря в омах, L – глубина заземления электрода, r – радиус электрода,- среднее удельное сопротивление грунта в Ом·см.

12.Электрическое поле двух разнополярных источников тока, заземленных на поверхности полупроводника. Если в однородной среде расположены два точечных разнопо­лярных источника А я В (рис. 9, б), присоединенных к полюсам источника тока, то и в этом случае в силу суперпозиции полей маг­нитное поле токов, растекающихся в среде, равно нулю и суммар­ное поле создается лишь током в подводящих проводах. 3)Понятие коэффициента установки, Рк принцип взаимности. В методе сопротивлений нормальное поле учитывают введением эффективного параметра Рк-кажущегося сопротивления. Зависимость разности потенциалов U между измерительными электродами от тока в цепи питающих заземлений, земля при этом однородна и обладает сопротивлением р.

Коэффициент К в последнем выражении принято называть коэффициентом установки. Если установка из двух питающих A B и двух измерительных M N заземлений расположена на поверхности неоднородного полупространства. По результатам измерений можно вычислить величину K U/I. Эту величину принято называть кажущимся удельным сопротивлением и обозначать Рк: Pк=К* U/I. Кажущиеся сопротивление зависит от расположения питающих и приемных заземлений, а также от характера геологического разреза. Для измерения Рк применяют различные установки. Если расстояние rMN между измерительными заземлениями мало, установку для измерений Рк называют предельной. Установка Шлюмберже(рис 42 (б)).В этой установке размещют симметрично центру отрезка AB,причем rMN<<rAB/3: K=пи*rAM*rAN/10rMN. Установка Веннера(рис42(в)).К=2пи*а/10.

Прямолинейная установка Гуммеля (рис42(д)).К=2*пи*rAM*rAN/10*rMN.Двухточечная установка AMN&B&(рис(42(ж)). В зависимости от угла y различают азимутальную, радиальную и параллельную установки. По величине угла О выделяют дипольно-осевые и дипольно-экваториальные установки. К=kBMN*kAMN/(kBMN+kAMN). Если рассмотреть две четырехточечные установки и если первая установка состоит из двух питаючих заземлений A B,через которые в землю поступает ток и двух

и змерительных MN, через которые ток не течет. Вторая установка отличается от первой тем, что в ней изменены на обратные роли заземления, через заземления MN в землю течет ток,а заземления AB являбтся измерительными. Такую пару установок называют взаимной.Если PкAMNB и РкMABN то PкAMNB=РкMABN.При взаимном изменении роли питающих и измерительных электродов кажущееся сопротивление сохраняет свое значение.Принцип взаимности справедлив при условии отсуствия сторонних сил в обьемной чсти цепи,либо когда эти сторонние силы пропорциональны полю.