3. Метод потенціалів викликаної поляризації гірських порід (вп)

Метод потенціалів викликаної поляризації базується на вивчені штучних вторинних стаціонарних полів, походження яких пов’язано з фізико-хімічними процесами, що протікають в породах в результаті дій електричного струму на поверхні розділу твердої і рідкої фаз.

Властивість гірських порід поляризуватися під дією зовнішнього електричного поля, а після зняття його створювати в оточуючому просторі вторинне електричне поле називається викликаною електрохімічною активністю порід. Її величина оцінюється безрозмірним параметром

,

де: U_ВП - різниця потенціалів викликаної поляризації; U – різниця потенціалів зовнішнього поляризуючого поля.

Величина А_В завжди менша одиниці і для основних осадових порід з іонною провідністю складає соті долі одиниці, а для порід з електронною провідністю (поліметалічні руди, графіт, вугілля) досягає 0,5.

Знак потенціалів ВП визначається знаком поляризуючого поля. Значення U_ВП зростає зі збільшенням питомої поверхні порід і зменшенням їх проникності.

Для вимірювання потенціалів ВП порід можуть бути використані одно-, дво- та чотириелектродні зонди.

П ри реєстрації кривої U_ВП сила струму живлення підтримується постійною і вибирається такою, щоб вплив потенціалів ПС порід на величину потенціалу ВП був найменшим.

У свердловинних умовах проти однорідних пластів спостерігаються симетричні аномалії викликаних потенціалів, амплітуда яких залежить від товщини пласта. Для пластів h12d_c впливом товщини пласта можна знехтувати. Точка реєстрації кривих – електрод М. Границі пластів встановлюються посередині амплітуди U_ВП.

Результати досліджень показують, що в піщано-глинистому розрізі найбільшою викликаною активністю характеризуються глинисті пісковики і алевроліти. Незаглинизовані піски і пісковики мають низьку активність. Чисті глини також характеризуються низькою викликаною активністю в зв’язку з наявністю в них високомінералізованої води. Проти вапняків і доломітів спостерігаються здебільшого високі потенціали викликаної поляризації, зумовлені значним питомими опором цих порід.

За даними методу ВП виділяються та вивчаються рудні тіла та вугільні пласти серед вміщуючих піщано-глинистих порід, які відрізняються високою поляризованістю (рис. 7.11). Найбільш ефективний метод при виявленні родовищ вкраплених сульфідних руд. На мідних та поліметалічних родовищах він дозволяє виявляти рудні тіла на віддалі 50-60 м від свердловини.

Метод ВП

І=100 мА

Рисунок 7.11 Крива методу викликаної поляризації

1 – пісковик; 2 – алевроліт, 3 – глини; 4 – вуглистий сланець; 5 – вугілля.

Білет №18

1.Частотное электромагнитное зондирование.

Метод частотного электромагнитного зондирования (ЧЗ) основан на изучении электрической или магнитной составляющих электромагнитного поля, созданного в земле или электрическим диполем АВ, или петлей, которые питаются переменным током с постепенно изменяющейся частотой. Метод ЧЗ напоминает, с одной стороны, метод ДЗ на постоянном токе, а с другой — магнитотеллурическое зондирование и предназначен для решения тех же задач — изучения горизонтально-слоистых сред с глубинностью до 5—7 км. Как и при выполнении ДЗ, в методе частотных зондировании используют дипольные установки (чаще всего экваториальные). Однако в методе ЧЗ расстояние r между питающим АВ и приемным MN диполями может оставаться постоянным. Принцип частотных электромагнитных зондировании (как и МТЗ) основан на скин-эффекте, т.е. на увеличении глубины разведки с уменьшением частоты питающего тока.

_{Методика проведения ЧЗ сводится к измерению тока} в линии АВ и напряжения на приемном электрическом диполе и магнитном диполе По этим параметрам рассчитывают кажущееся сопротивление на переменном токе

(4.13)

где — коэффициенты установок, зависящие от расстояния между диполями, размеров диполей, частоты поля и числа витков в генераторной и приемной петлях. Расстояние должно быть в 5—10 раз больше намечаемых глубин исследования, т.е. приемные установки располагают в дальней от источников поля зоне.

В результате выполнения ЧЗ на логарифмических бланках строят кривые ЧЗ для электрической и магнитной составляющих. По вертикали откладывают кажущееся сопротивление, а по горизонтали — параметр, пропорциональный глубинности, — Кривые ЧЗ, хотя и похожи на рассмотренные выше кривые ВЭЗ, но содержат дополнительные экстремумы, обусловленные структурой поля, а не влиянием слоев. Кроме амплитудных значений напряженности можно изучать разности фаз между и опорной фазой тока Измерение двух компонент поля и двух сдвигов фаз делает интерпретацию кривых ЧЗ более точной, чем при ДЗ. В результате интерпретации определяют сопротивления и мощности отдельных горизонтов в разрезе.

Метод частотних електромагнітних зондувань геоелектричного розрізу. Фізичні основи, методика робіт, аналіз даних.

До даної групи методів електророзвідки відносяться методи, засновані на вимірах низькочастотних електромагнітних полів (f<10 кГц) штучних джерел. Теоретичні оцінки та експериментальні дослідження свідчать, що у вказаному частотному діапазоні електромагнітні поля реальних середовищах відносяться до класу квазістаціонарних. На їх просторову структуру будуть впливати, перш за все, такі електромагнітні властивості гірських порід, як питомий електричний опір ρ та магнітна проникність μ. Оскільки більшість гірських порід немагнітні, то визначальна роль належить , безперечно, питомому опору.

Частотні електромагнітні зондування (ЧЕМЗ). Частотні електромагнітні зондування, як і метод МТЗ, відносяться до зондувань, що використовують індукційний принцип. На відміну від МТЗ в ЧЕМЗ вимірюються не природні, а штучні гармонійні електромагнітні поля, які створюються контрольованими джерелами. Виміри цих полів виконуються в дальній зоні джерел збудження на відстанях r, що значно перевершують довжину електромагнітної хвилі  у провідному середовищі (r/1 або kr1, де k – комплексне хвильове число).

При проведенні польових робіт методом ЧЕМЗ застосовують різні установки, за допомогою яких виконують багаточастотні виміри ефективного опору _. Для цього на кожній фіксованій частоті в живильний контур пропускають гармонійний струм І і за допомогою приймального контуру вимірюють інформативний сигнал U. За результатами вимірів U та І розраховують ефективний опір за відомою формулою дальньої зони:

,

де K – коефіцієнт установки. Інколи при виконанні ЧЕМЗ вимірюють також фазу _ сигналу U по відношенню до фази струму в живильному контурі. Багаточастотність вимірів необхідна для отримання зондувальних кривих ЧЕМЗ – амплітудної та фазової , подібних амплітудній та фазовій кривим МТЗ.

Для виконання експериментальних робіт в методі ЧЕМЗ застосовують різні установки, які відрізняються за способом збудження поля і вимірюваними параметрами.

Методика виконання частотних зондувань визначається перш за все необхідною глибинністю досліджень. Оптимальний рознос r установки, який забезпечує виконання умови дальньої зони, повинен бути в 5–6 разів більшим проектованої глибини досліджень Н. Максимальна частота в герцах може бути оцінена за співвідношенням f_max/H², де  - середній питомий опір верхньої частини розрізу, Н–глибина розвідки в кілометрах. Мінімальна робоча частота повинна бути в 100–1000 разів меншою максимальної.

Точка запису в ЧЕМЗ відноситься до центра розносу r. При нахиленому заляганні шарів розрізу необхідно проводити зустрічні зондування (положення живильного і приймального диполів міняються місцями). Середні значення ефективних опорів _ і фаз _ відносяться до центра r. Розміри диполів АВ і МN повинні бути меншими r/3, а сумарна площа приймальної петлі – біля 0,5–1 км². Зондування починають з максимальної частоти. Кожна наступна частота в 1,5–2 разів менша попередньої.

Після виконання зондувань будуються амплітудна і фазова криві ЧЕМЗ. Амплітудні криві ефективного опору _ будуються на логарифмічних бланках: по горизонталі відкладається , а по вертикалі _. Фазові криві будуються на напівлогарифмічних бланках – по вертикалі відкладаються кути в арифметичному масштабі в 1 см 10, а по горизонталі - в логарифмічному масштабі . Амплітудні і фазові криві ЧЕМЗ є основними вихідними експериментальними даними, які підлягають інтерпретації, при цьому основне значення мають криві _.

На рис. 3.35, як приклад, наведені палеткові чотиришарові криві ефективного опору типу КН для установки “диполь-петля”. Розгляд кривих показує, що наявність проміжного непровідного екрана (₂→∞) не перешкоджає електромагнітному зондуванню заекранованих товщ. При наявності в основі розрізу високоомного опорного горизонту (_n=∞) хвильові криві ЧЕМЗ (криві для нескінченного розносу установки r=∞) мають асимптоту S – висхідну під кутом 63^° 25 лінію (рис. 3.35), по якій визначається сумарна поздовжня провідність надопорної частини геоелектричного розрізу згідно алгоритму:

.

Примітною властивістю хвильових кривих є те, що вони не залежать від типу установки і досить подібні кривим МТЗ.

Рисунок 3.35 Чотиришарові амплітудні криві частотного зондування типу КН для магнітного поля заземленого

диполя при ₂=, ₃=1/4₁, ₄=, h₂=h₃=2h₁: λ₁ – довжина хвилі у першому горизонті.

Способи інтерпретації кривих ЧЕМЗ та способи зображення даних практично аналогічні способам інтерпретації кривих і побудовам, що застосовуються в методі МТЗ. За результатами інтерпретації будуються геоелектричні розрізи, карти сумарної провідності до поверхні опорного горизонту, структурні карти та ін.

Частотні електромагнітні зондування застосовуються при вирішенні наступних задач: 1) - регіональному картуванні з метою оцінки основних рис тектоніки осадочних басейнів, зокрема визначенні глибини залягання високоомного фундаменту; 2) - структурних дослідженнях, перш за все на нафту та газ; 3) - крупномасштабному картуванні і вивченні розрізів на невеликі глибини; 4) - вирішенні деяких інженерно-геологічних задач та пошуків підземних вод.