3. Методи електричного профілювання.

Всі методи електророзвідки можна поділити на три класи:

І. Методи профілювання, призначені для вивчення горизонтально-неоднорідних геоелектричних розрізів і виявлення неоднорідностей в горизонтальному напрямку на приблизно однаковій і постійній глибині.

ІІ. Методи зондування, які спрямовані на вивчення горизонтально-однорідних шаруватих геоелектричних розрізів і їх розчленування по вертикалі на певній ділянці профілю.

ІІІ. Підземна (об’ємна) електророзвідка, в якій об’єднані методи, що вивчають простір між гірськими виробками, свердловинами і земною поверхнею.

Методи електричного профілювання. Електричне профілювання (ЕП) – це модифікація методу опорів, при якій уздовж заданих напрямків (профілів) переміщується установка з постійними розносами і на кожній точці визначається позірний опір. Напрямок профілів задається вхрест простягання досліджуваних об’єктів і геологічних структур. Відстань між профілями і пікетами на профілях залежить від масштабу зйомки та розмірів об’єктів, які необхідно виявити. Ці об’єкти повинні перетинатися не менше ніж 2-3 профілями та фіксуватися не менше ніж 3-4 точками на профілях. По зміні позірних опорів на однакових розносах можна робити висновок про зміну геоелектричного розрізу уздовж цих профілів і в цілому по площі на приблизно однакових глибинах. Електропрофілювання застосовується там, де є диференціація порід за питомим опором в горизонтальному напрямку. Є декілька модифікацій електричного профілювання. Зупинимося на їх розгляді.

Профілювання симетричною установкою AMNB (СЕП). Ця модифікація електропрофілювання застосовується при вивченні простих геоелектричних розрізів, в яких геологічні об’єкти, що вивчаються, знаходяться у порівняно однорідних вміщуючих породах і перекриті витриманими за потужністю і опорами покривними відкладами.

Сутність профілювання симетричною установкою розглянемо на результатах, зображених на рис. 3.19. Коли установка AMNB розташована далеко від вертикального пласта, вплив його на просторовий розподіл електричного поля незначний, а тому позірний опір, що вимірюється, буде прямувати до питомого опору вміщуючого середовища ₁. Коли установка знаходиться безпосередньо над слабкопровідним пластом, останній відтискує струм до денної поверхні, цим самим збільшуючи його щільність і напруженість поля в точці виміру (центрі установки). Це зумовить зростання вимірюваного позірного опору. Таким чином, над пластом підвищеного опору будемо мати аномалію підвищених значень позірного опору (максимум). Навпаки, над добре провідним пластом, завдяки спрямуванню струму в нього, на поверхні землі відбувається зниження щільності струму і, як наслідок, позірного опору. В цьому випадку пласт з підвищеною провідністю на графіку зафіксується мінімумом.

Профілювання дворозносною симетричною установкою ААМNВВ. Ця установка відрізняється від попередньої наявністю ще однієї пари живильних електродів А і В, рознос яких менший розносу електродів А і В. При кожному розташуванні установки вимірюються два значення позірного опору і таким чином уздовж профілю будуються два графіки _п. Оскільки розмір живильної лінії визначає глибинність дослідження, можна вважати, що ці графіки відображають геоелектричний розріз на двох глибинах. Такі дослідження підвищують інформативність електропрофілювання, дозволяючи робити висновки про характер зміни геологічного розрізу у вертикальному напрямку, а отже і про природу аномалій.

Р

A

B

исунок 3.19 Профілювання симетричною установкою над слабкопровідним вертикальним пластом

Н а рис. 3.20 показані результати дворозносного електропрофілювання над різним типом геологічних структур з різними співвідношеннями опорів. Характерним є те, що графік _п, отриманий установкою АМNВ (графік однорозносного СЕП) однаковий над усіма структурами. Таким чином при сумісному аналізі графіків _п суттєво підвищується однозначність геологічної інтерпретації результатів профілювання. Суттєве значення має випадок, коли графік , отриманий установкою з меншою живильною лінією АВ, чітко відображає зміну електричних властивостей покривних відкладів (третій фрагмент рис. 3.20). В зв’язку з цим дворозносне електропрофілювання рекомендується застосовувати в районах з неоднорідною за потужністю і опором покривною товщею.

Рисунок 3.20 Графіки профілювання установкою АА^’MNB^’B над різними геологічними структурами

Комбіноване електропрофілювання (КЕП). Комбіноване електропрофілювання застосовують головним чином для пошуків і картування круто нахилених добре провідних геологічних утворень – жильних рудних тіл, зон тектонічних порушень, пластів антрацитів, графіту і т. ін.

Установка комбінованого електропрофілювання (рис. 3.21) складається із двох триелектродних зустрічних асиметричних установок АМN і ВМN із загальним живильним електродом С, віднесеним у “нескінченність” (відстань електрода С до центра МN в 10 раз більша, ніж електродів А і В). Електроди А і В розташовані симетрично відносно центра приймальної лінії MN, яка є загальною для обох установок. При розрахунку позірного опору, вимірюваного триелектродною установкою AMN, її коефіцієнт у два рази більший коефіцієнта симетричної чотириелектродної установки AMNB, тобто K=2 AMAN/MN.

Р исунок 3.21 Установка комбінованого електропрофілювання

При кожному положенні установки на профілі вимірюються два значення позірного опору – установкою AMN(C_) і установкою ВМN(C_). Для кожної установки точку запису відносять до центра МN. В результаті профілювання отримують два графіки _п. Сумісний аналіз двох графіків дозволяє більш чітко виявити особливості будови геоелектричного розрізу. Розглянемо це на прикладі, наведеному на рис. 3.22, на якому зображений результат комбінованого електропрофілювання над рудним пластом.

Вплив високопровідного пласта на електричне поле обох живильних електродів виражається в тому, що струмові лінії, які є радіальними в однорідному середовищі, відхиляються в бік пласта. Це призводить до того, що біля приймальних електродів М і N аномально збільшується щільність струму, збігаючого з більш віддаленого від рудного об’єкта живильного електрода, і аномально зменшується щільність струму, збігаючого з менш віддаленого живильного електрода. В свою чергу аномальні відхилення щільностей струму позначаються відповідно на збільшенні і зменшенні вимірюваного триелектродними установками позірного опору відносно питомого опору вміщуючого середовища.

З огляду на наведені міркування графік _п для установки АМN(C_) ліворуч від рудного об’єкта розташується вище, а праворуч – нижче графіка _п установки ВМN(C_). Над пластом обидва графіки перетинаються, утворюючи “рудний перетин”. Для випадку, коли об’єкт погано провідний (наприклад кварцова жила), характер перетину був би протилежний. Такий перетин називається “нерудним”. Графіки позірного опору, побудовані за середніми значеннями , згідно принципу суперпозиції полів, відповідають графікам електропрофілювання симетричною установкою АМNВ.

Р исунок 3.22 Графік КЕП над провідним рудним пластом (заштрихований)

Профілювання за способом серединних градієнтів (ЕП-СГ). Цей спосіб електропрофілювання застосовують в районах зі складним геоелектричним розрізом (складно побудовані рудні поля, райони розвитку карсту та ін.). В цій модифікації електропрофілювання живильні електроди А і В залишають фіксованими, а приймальні електроди переміщують уздовж профілів, паралельних лінії АВ. Сукупність цих профілів утворює “планшет” (рис. 3.23).

В однорідному середовищі напруженість поля двох точкових джерел мало змінюється в середній третині відстані АВ, а тому при спостереженнях над неоднорідними середовищами в цій області можна найбільш чітко виявити характер впливу геоелектричного розрізу на вимірюване поле. В зв’язку з цим довжина профілів при зйомці способом серединних градієнтів не повинна перевищувати одної третини відстані між живильними електродами. Відстань між крайніми профілями теж в більшості береться такою ж.

Відстань між живильними електродами вибирають, виходячи з геологічної ситуації і необхідної глибинності досліджень для вирішення конкретної задачі. Ця відстань повинна в декілька раз перевершувати необхідну глибинність досліджень. Її вибір бажано обґрунтовувати рекогносцирувальними зондуваннями. Взагалі розмір лінії АВ повинен бути таким, щоб геологічні об’єкти, які підлягають дослідженню, знаходилися у відносно однорідному електричному полі.

Р исунок 3.23 Установка профілювання з фіксованими живильними електродами

Рознос вимірювальних електродів М і N визначається розмірами досліджуваних об’єктів, необхідною детальністю досліджень та технічними можливостями генераторного і вимірювального пристроїв. Наприклад, при пошуках і відстеженні круто нахилених пластів рознос МN не повинен перевищувати їх дво- п’ятикратну потужність.

Величину позірного опору при зйомці серединних градієнтів відносять до середини лінії MN. При зміні положення приймальної лінії МN буде змінюватися і коефіцієнт установки. Його розраховують за загальною формулою, або ж використовують спеціальну номограму.

За результатами зйомки СГ будується карта графіків позірного опору або ж карта ізоом. Перша форма зображення даних доречна при розповсюдженні в районах досліджень витягнутих (двовимірних) об’єктів. На картах графіків _п рудні провідні об’єкти картуються у вигляді лінійних зон знижених значень _п, що чітко корелюються на профільних графіках, а нерудні (слабкопровідні) – у вигляді лінійно витягнутих зон підвищених значень _п. При картуванні поверхні опорного високоомного горизонту негативні форми його рельєфу відмічаються на карті позірного опору областями знижених значень _п, а позитивні – підвищених значень _п.

Дипольне профілювання (ДП). Електропрофілювання цим способом виконують зазвичай двосторонньою осьовою установкою АВМNАВ (рис. 3.24), хоча може застосовуватися і одностороння установка АВМN. Точкою запису при роботі з такими установками вважається центр приймального диполя МN.

Двостороння дипольна осьова установка характеризується тим, що в ній присутні два живильні диполі – АВ і АВ, розташовані симетрично по обидва боки від вимірювального диполя МN. При кожному положенні такої установки на профілі величину позірного опору вимірюють двічі – установками АВМN і АВМN. Результати вимірів, як уже відмічалося, відносять до центра лінії МN. Дипольна двостороння осьова установка в певній мірі схожа на установку комбінованого електропрофілювання. Схожі і графіки _п, отримані цими установками. Разом з тим ця установка вигідно відрізняється від установки КЕП відсутністю заземлення в нескінченності, що дозволяє суттєво підвищити продуктивність робіт.

Р исунок 3.24 Схема установки дипольного двостороннього електричного профілювання

Г – генератор; П – приймач

Більш повну інформацію про характер геоелектричного розрізу можна отримати шляхом профілювання з дипольно-осьовою дворозносною установкою, що дає можливість оцінити характер зміни геоелектричного розрізу з глибиною (дипольний аналог дворозносного симетричного електропрофілювання).

За результатами виміру позірних опорів будують графіки _п і та графік їх середніх значень (у площадному варіанті карти ), на яких чітко відображаються локальні неоднорідності геоелектричного розрізу.

Перевага дипольного профілювання в порівнянні з профілюванням у полі точкових джерел полягає в більшій диференційованості графіків _п і більшій амплітуді аномалій над локальними об’єктами. Суттєвий недолік ДП полягає у наявності великого рівня завад, зумовлених впливом поверхневих неоднорідностей, та нестабільністю електричного опору вміщуючих порід. Ці обставини обмежують область застосування дипольного профілювання районами з порівняно однорідними покривними і вміщуючими породами.

Кругове профілювання. Під круговим профілюванням розуміють вивчення залежності позірного опору від азимута лінії розмотки установки при незмінному положенні центра приймальної лінії МN. Кругове профілювання симетричною установкою застосовують для вивчення анізотропних в електричному відношенні порід – тріщинуватих вапняків, сланців, при виявленні тріщинуватих обводнених зон у кристалічних породах та ін.

Вимірюваний позірний опір анізотропного середовища суттєво залежить від напрямку перебігу струму, а отже від орієнтації установки відносно простягання анізотропних порід. При круговому профілюванні симетричною установкою АМNВ живильні і вимірювальні електроди переміщують навкруг центра приймальної лінії МN і при кожному положенні установки на профілі визначають значення _П. Результати зображують у вигляді полярної (кругової) діаграми _П (рис. 3.25). При наявності анізотропного середовища полярна діаграма має форму еліпса (чи близьку до еліпса). При цьому напрямок його великої вісі співпадає з напрямком простягання анізотропної пачки порід. Відношення великої напівосі полярної діаграми до малої при крутому падінні анізотропного середовища дає можливість оцінити його коефіцієнт анізотропії .

Р исунок 3.25 Полярна діаграма _П, отримана симетричною установкою АMNB

Інколи кругове профілювання виконують на декількох розносах з метою вивчення поширення анізотропії на глибину. З цією ж метою можуть виконуватися і вертикальні електричні зондування при орієнтації установки в різних азимутах. За результатами багатоазимутальних ВЕЗ будується серія полярних діаграм для різних фіксованих розносів. Такий вид робіт називається круговим вертикальним зондуванням (КВЗ). Частковим випадком КВЗ є хрестові зондування, коли на одній точці виконують два вертикальні електричні зондування з орієнтацією установки вздовж двох взаємно-перпендикулярних азимутів.

Для визначення напрямку і оцінки кута падіння закартованих пластів над ними ставлять кругові профілювання несиметричною установкою АМN. Полярна діаграма _п в цьому випадку асиметрична. Зокрема, для погано провідного пласта в напрямку його падіння _п більший, ніж в напрямку його підйому. Ступінь відмінності позірного опору в різних напрямках характеризує величину кута падіння.

Білет №12