8 Дәріс. Тұрақты ток өрісіне негізделген электрлік барлау әдістері.

Арасындағы кең тарағаны кедергі әдісі.

Оның бірнеше түрі бар:

1) Электрлік профильдеу (ЭП),

2) Тік электрлік зондылау (ВЭЗ),

3) Дипольдік электр зондылау (ДЭЗ).

Бір текті изотропты ортадағы нүктелік ток көзінің өрісі – қалыпты өріс деп аталады.

Нүктелі ток көзінің өрісі ток күші І мен, жарты кеңістікте, меншікті кедергісі ρ мен, эквипотенциалды жартысфера үстінде, радиалды ток ағымы мен сипатталады.

Ток тығыздығы М нүктесінен r қашықтықта орналасқан

s – жарты сфера көлемі. Ом заңына сүиене отырып диф. түрі E = jρ және формула

dU = -Edr. Бұл формуладан потенциал ∞ тен r интегралға тең

(11.1)

Электрлік барлау теориясында төте есептеу жолдары ортанысу әртүрлі физика-геологиялық моделіне (ФГМ) негізделген. ФГМ деп дерексіздеу (абстрактылық), жай геометриялық формадағы геоэлектрлік қиманы алып, немесе, нақты геолога-геофизикалық қимаға (аппроксимациланады) жақындалады. Төте есептік қиындылығы қиманы нақты моделдерге жақындау етіп, таңдауда, іріктеліп алынған алғашқы өріске жақындау шешім табу үшін, Электрлік-магниттік өрістің электрлік және магниттік қүраушаларын есептеу қолданылады. Бұл жағдайда электронды есептеу машинасының (ЭВМ) көмегімен математикалық моделдеу қолданылады. Кемегі өткен зонд өрістердің құрылым түріне байланысшы, көлелемді физикалық моделдер немесе байланысты жазықтық моделдері қолданылған.

Ортаның ең қарапайым үлгілері (модельдері) мына төмендегілер болады:

1) Бір текті изотропты кеңістік немесе жарты кеңістік, бір-біріне Электрлік-магниттік қасиеттерімен ұқсастау. Бүларды шешуді, алғашқы немесе ток көзінің қалыпты өріспен-есептеу деп айтайды.

2) Анизотропты кеңістікте немесе жарты кеңістікте Электрлік-магниттік қасиеттері бір-бірінен өзгеше, созылым бағытында, тау жыныстарының қабаттастығына тікелей орналасады.

3) Бір өлшемді әртекті оратлар, олардың қасиеттері бір бағытта өзгереді. Осындай ФГМ, мысалы, тік, екі ортаның жапсарлары, тік, койнауқаттардың (пласт) қатары немесе көлбау қабатты орта әр-түрлі ρ-мен.

4) Екіөлшемді әртекті орта. Олардың электромагнитік қасиеттері, екі бағытта өзгереді. Мысалы, еңістеу қабаттар және цилиндерлер, бір бағыттың бойымен созылып, кіріктіруші ортада әр түрлі ρ-мен сипатталады.

5) Үш өлшемді әртепті орта, қасиеттері үш бағытта өзгереді. Ең қарапайымы, моделдердің ішінде шар болып саналады әр-түрлі ρ-мен, α немесе η-мен біртекті ортада.

Кері есеп. Кері есептің шешімі электрлік барлауда бақыланған өрісті пайдаланып геоэлектрлік қиманы анықтау. Бұл мәселені шешу барысында, осы, зерттеутің тау жыныстарының электрлік қасиеттері, геологиялық құрылымы жайында мәліметтер, басқада геофизикалық әдістердің нәтижелері пайданылады.

Кері есеп шешу әдістері электрлік барлау мәліметтерін, сандық талдаудың, негізі болып саналады, олардың маңызы далалық графиктерді таңдап және теориялық қисықтармен (палетка) салыстыру.

Электрлік барлау әдістермен жұмыс жүргізгенде, бақыланған өрістер екіге бөлінеді: ауытқу және қалыпты. Электрлік-магниттік өрістердің ауытқуы жергілікті зерттеу объектісінен туындайды. Осы объектіні ток көзімен (қоздырғанда) жалғағанда. Дәл осы ауытқулар, немесе туынды, өрістер бізге, осы объектіні іздестіруге, барлауға деректер береді. Бұл өрістердің қалыпты өріс деңгейіндегісін, ток көзімен қоздырылған өріс немесе алғашқы өріс, тағыда кіріктіруші таужыныстарының өрісі деп бөледі.

Электрлік барлау жұмыстары төменгі масштабпен жүргізіледі:

1) Алдын-ала байқау жұмыстары 1:1 000 000 және 1:500 000.

2) Іздестеру-карталау 1:200 000 және 1:100 000.

3) Нақты іздестіру-қарталау және зерттеу жұмыстары 1:50 000 және 1:25 000.

4) Іздестіру-барлау жұмыстары 1:10 000, 1:5000, 1:2000 және ірілеу.

Электрлік барлау әдістері геологиялық қималық геометриясы мен құрылымына байланысты екіге бөлуге болады:

- зондылау, геологиялық қиманы тігінен зерттеу көлбеу қаттарлы қабаттарды жіктеу;

- профильдеу , көлбеу бағыттағы объектілерді профиль бойымен геологиялық қиманы зерттеу;

- Жер-асты ұңғымаларды (көлемді), бу әдістер Жер асты қазбалары мен Жер үсті, және ұңғымалар арасындағы әртектіліктер анықтау үшін қолданылады.

Таужыныстарының электрлік-магниттік қасиетері.

Тау жыныстарының Электрлік-магниттік өзгерісін анықтайтын негізгі параметрлер қатарына:

а) меншікті электр кедергісі ρ;

б) диэлектрлік өтімділік ε;

в) магниттік өтімділік μ;

г) магниттік төзімділігі æ.

Меншікті электр кедергі ρ.

Меншікті электр кедергісі (МЭК), жаужынысының бойымен өтетін электр тоғына кедергілік қабілеті осы меншікті кедергі арқылы сипатталады.

(12.1)

R – кедергі – Ом;

S – көлденең қимасы;

ℓ - оның ұзындығы.

Тау жыныстарының меншікті электр кедергісі өте кең аралықты өзгереді (10² – 10⁷ ом м-ге дейін).

Тау жынысының физикалық және геологиялық жағдайына байланысты өзгеруі, жыныстың кедергісіне оның:

а) минералдың құрамына,

б) кеуектігіне,

в) сұйық қуысының ылғалдығына,

г) суға қанықтылығына,

д) құрылымы мен бітіміне,

ж) температурасы мен қысымына.

Электр өткізгіштік қабілетіне байланысты минералдар үш топқа болінеді:

1) өткізгіш минералдарға, ρ мәні 10-нан 10^-4 ом см-ге дейін;

2) жартылай өткізгіш минералдар, ρ мәні 10⁶-10⁹ ом см дейін, сульфиттер, тотықтар, графит, кейбір көшірлер, гематит, боксит;

3) өткізбейтін минералдар, ρ мәні 10¹⁰ – 10⁷ ом см-ге дейін, кварц, слюда, доломит, кальцит, мұнай және т.б.

Диэлектрлік өтімділік-деп заттардың Электрлік-магниттік өрісте поляризацияланды, яғни, электр зарядтарының бір бағытта өз-ара әрекеттесін, топтасуын айтады.

Салыстырмалы диэлектрлік өтімділік , ε_П – және ε_о-тау жынысы мен ауаның диэлектрллік отмділігі. Диэлектрлік қабілеттілік ауа үшін 0-ге тең. Тау жыныстары үшін диэлектрлік өтімділік ε₀ – ден 80 ε₀ дейінгі аралықта өзгереді, негізінен судық химиялық проценттін құрамына байланысты. Электрлік барлаудың тұрақты ток әдістерінде ε параметрін өлшеуге әсері болмайды, ал жоғарғы жиілікті Электрлік-магниттік өрістерге, тигізер жері айтарлақтай. Сондықтан, радио-толқынды жиіліктерде жұмыс істейтін әдістерде қарастырылады.

Электрохимиялық қарқындылық (активность).

Электрохимиялық қарқындылық - деп тау жыныстарында, өздігінен, тұрақты табиғи электр өрісінің туындауын айтады. Бұл әдістер диффузиялық, сүзілу және электрохимиялық реакция процесстерінен туындайды.

Электрохимиялық қарқындылықты (α)-шартты түрде қабылданған кэффициент пропорционалдығы табиғи электр өрісі кернеулігі мен потенциалдар айырмасының ΔU-потенциал аиырмасы (М және N) нүктелері арасында. Негізгі потенциалдар пайда болуына әсер ететін негізгі факторлары жататындар: оттегінің концентрациясы, Жер асты суларының, қышқылдық сутегі көрсеткіштері, Жер асты сусының концентрациялық қатынастары, қысым т.б. Коэффициент α – миливольтпен өлшенеді. Таза құмда 10-15 мв болса, жартастарда нольге таман болады. Саздарда 20-40 мв-қа дейін өссе, электр өткізгіш минералдарда жүзге дейін өседі (сульфит, графит, ангидрит). Сонымен α-коптеген табиғи факторларға байланысты болады: (кеуектілігі, минералдық құрамы, өтімділігі, суға қанықтылығы, химиялық құрамы жер асты суынық).

Полярлану.

Тау жыныстарының полярлану қабілеттілігі, яғни ток жіберілгенде (қосылғанда) зарядты қабылдан қорлану қабілеті, ал өшіргенде, бірден жойылып кетпей, өрістің біртіпден азайуы, осы коэффициент (η-эта) мен айқындалады η-мәні процентпен есептеледі. M және N қабылдаушы электродтарының арасындағы поляризацияланған потенциал айырмасының, толық кернеулікке, проценттік қатынасы:

.

(12.2)

Тұрақты тоқ өрісіне негізделген электрлік барлау әдістері.

Тұрақты ток өрісіне негізделген әдістердің арасындағы кең таралғаны кедергі әдісі. оның бірнеше түрлері бар:

1. Вертикаль (тік) электрлік зондылау (ВЭЗ).

2. Дипольдық элетрлік зондылау (ДЭЗ).

3. Электрлік профильдеу (ЭП).

Кедергі әдісінің физикалық негіздері.

Қоректендіруіші (питающие) А және В электродтары арқылы жерге батареяда н І электр тоғы жіберілді делік. Ток А электродынан В электродына дейінгі екі ортадағы жер қойнауы арқылы таралады. Егер А және В электродтары аралығымда M және N қабылдаушы электротарын орналастырсақ, олардың арасындағы ΔU потенциалдар айырмасы мен I тогы арасындағы байланыс төмендегідей формула арқылы бейнеледі:

(13.1)

мұндағы, ρ-AMNB арасындағы ортаның меншікті электр кедергісі, К – электродтардың өзара орналасуын сипаттайтын кэффициент.

Сонымен, АВ тізбегіндегі I тогын және қабылдаушы MN электродтар аралығындағы ΔU потенциалын өлшеу арқылы, сол ортаның меншікті электр кедергісін анықтауға болады. Әрбір тау жынысының меншікті электр кедергісі әртүрлі болғандықтан, осындай қондырғы шешегімен сол ортаны меншікті кедергісі арқылы болуге болады, яғни рудалық денені іздестіруге болады.

ABMN қондырғы астындағы орта біртекті деп қарастырылған, яғни бұл орта бірнеше жыныстардан құралған. Егер, бұл ортаны әртүрлі қабаттардан тұрады деп қарастырсақ, онда анықталған меншікті кедергі сол ортаны құрайтын барлық жыныстардың әсерімен анықталады. Мұндай өлшенетін кедергіні көрінерлік (кажущиеся) электр кедергісі деп атайды. Енді кедергі әдісінің түрлеріне тоқталайық.

Вертикаль электрлік зондылау (ВЭЗ).

ВЭЗ әдісі төрт электродты қондырғы көмегімен тұрақты тоқтың өрісін өлшеуге негіздемен (А және В қоректендіруші электродтары, M және N қабылдаушы электродтары бір түзудің бойында орналасқан, MN«AB).

ВЭЗ жер қырытысының горизонталь немесе көлбеу орналасқан қабаттарын құрайтын геологиялық қималарын зерттейтін кедергі әдісінің маңызды бір түрі болып саналады.

Зондылаудың негізгі принципіне тоқталайық. AMNB симметриялық қондырғысы арқылы жерге тоқ жіберіледі. Жерде ток радиусы қоректендіруші АВ электродтарын ара қашықтығына тең АВС жартылай сферада таралады. Егер, бұл орта біртекті және изотропты болса, онда өлшенетін кедергі сол ортаның нақты меншікті кедергісіне тең болады. Енді А және В электродтарын А₁ және В₁ нүктелеріне жылжытсақ, онда өлшенетін ρдиаметрі А₁В₁С₁ жартылай сфераға сәйкес болады. Осылайша А және В электродтарын жылжыта отырып А₂, А₃ . . . А_n және В₂, В₃ . . . В_n (А₁ А₂ = В₁ В₂ және сол шықта), әрбір сәйкес өлшенетін ρ тереңдікте орналасқан жыныстарды қамти түседі. Егер де қоршаған орта бірнеші болса, онда А және В электродтары арақашықтарын қаншама көбейткенмен, өлшенетін ρ мәні өзгермейді, сол ортаның нақты меншікті электрлік кедергісіне тең болады. Ал, егер қошаған орта біртекте болмаса (2-сурет-тегідей екі қабаттан немесе бірнеше қабаттан тұратын болса), онда А₂MNВ₂ жартылай сферасынан бастап нақты меншікті кедергінің орнына екі ортаға сәйкес көрінерлік кедергіли олшейміз, яғни меншікті кедергінің тереңдеген сайын өзгерісі 2б – суретте көрсетіген графикке сәйкес келеді.

ВЭЗ әдісі әртүрлі геологиялық мақсаттар үшін қолданылады:

1) Салындылар (наносы)қалыңдығын және жерасты негізгі жыныстары желегінің (кровля) формасын анықтау.

2) Жерасты құрылымдарының өрешелігін және атасу (залегания) элементтерін анықтау.

3) Шөгінді жыныстардың қабаттарын және стратиграфиялық және литологиялық горизонтарға болу.

4) Басқа геофизикалық әдістермен табылған аномалиялардың себептерін анықтау үшін қосымша тәсіл ретінде қолдану.

Дала жұмысының өдістемесі

АВ қоректендіруші және NM қабылдаушы электродтарының арақашықтықтарының мөлшері анықталып, сымдарға белгі салынады. Симметриялық төрт электродты қондырғы ВЭЗ, бір түзудің бойымен белгілі бағытта созылады да, көректендіруші және қабылдаушы электродтар жерге қағылады. Потенциалдар айырмасы мен ток I күші қоректендіруші электродынан өлшенеді: АВ, MN –ұзындық мөлшері (метр), К – коэффициенті журналға жазылады да, есептейміз де, графикке ρ нүктесі қойылады.

Осыдан соң АВ электродтарының арақашықтығын алыстатып, орталығы (центрі) өзгермей орнында қалады. Тағы да жазылып, есептелінеді ρ_к графигіне жаңа нүкте қойылады. АВ электродтарының арақашылықтығы ұлғайған сайын қабылдаушы MN электродтарының да арақашықтығын өзгертуге тура келеді. Өйткені потенциал ΔU айырмасы, үлкен АВ мен кішкене MN кезінде богет (помеха) кедергіден кіші не тең болады, егер ток тығыздығының орталықта (центрінде) азайса жұмыс АВ = 2000 м тең Электрлік барлау станциясымен жүргізіледі. Даладағы жұмыста АВ түзуінің бойымен тоқ күшінің азайып кетуі тексеріледі. Кейбір орынсау «ауытқулар» қайталанып өлшеу арқылы тексеріледі. Журналда жергілікті рельеф суреттеледу, ауа райы мәліметтері жазылады. есептеулер қайталанылады және логарифмдік бланкте графиктер салынады.

ВЭЗ нәтижесін интерпретациялау.

Зондылау нәтижелерін геологиялық тұрғыдан дұрыс түсіндіруге бағытталған жұмыстарды айтамыз. Сондық интерпретациялау кезінде ВЭЗ қисық сызықтары арқылы қабаттың қалындығы, тірек горизонтының тереңдігі анықталады және геоэлектрлік қиманы дұрыс анықтау және алынған мағлұматтарды сапалық жағынан түсіндіріледі.

Интерпретацияның тағы бір түрі бақыланған электр өрісіндегі ВЭЗ графиктерін теориялық екі, үш қабатты қимаға арналған графиктермен салыстыру. Биологарифмдік бланкіге тұрғызылған (даладағы) қисық сызықтар калькаға көшіріліп, екі қатпарлыпалеткамен салыстарылады. Ол абцисса және ордината осьтеріне паралельдігін сақтай отырып, теориялық сызықтармен толық үйлесуін қамтамасыз етеді. осыдан кейін h₁ ρ₁ мәндерін анықтап ρ және h түзуі бойымен ρ₂/ρ₁ арақатынасын табады.

Үш қатпарлы ВЭЗ қисық сызық палеткасымен интерпретациялау, екі қабаты палеткаға ұқсас салыстырмалы жолмен шешіледі. Далалық сызықты калькаға түсіріп, теориялық сызықтар альбомымен салыстырады. Бір-бірімен толық үйлесін тапқанша үстеңгі және ортаңға жақтарының толық үйлескені жон. Содан соң ρ бойымен палетканың, далалық бланка сызығынан ρ₁ анықтайды, ал h түзуі бойымен абцисса осімен h мәнін табады (өлшемі метр). Осы қалыпта бірінші әріп шифрдың теориялық сызықтар топтамасы (Н – 1/19 - ∞) топтың ішінде үйлесін тапқан сызық қиманың үлгісін анықтайды. Бірінші сан ρ₂/ρ₁ қатынасын көрсетеді.

Электрлік профильдеу (ЭП).

ЭП әдісінде AMNB қондырғысының мөлшері өзгермей тек қана әрбәр келесі өлшемде профиль бойымен бүкіл қондырғы белгілі бір шамаға жылжытылып отырады. Сондықтан да бұл әдісте ρ_к-ның профиль бойымен горизонталь бағытта өзгерісі зерттеледі.

Профиль бойымен жылжытылып өлшенетін төрт полюсты ВЭЗ қондырғысы алайық. Профиль бойымен жоғарғы кедергілі рудалы дене кездескенше ρ_к-ның өзгерісі бірқалыпты болады. (I және III жағдайлар). Ал, қондырғы рудалық дененің үстіне жеткен кезде, қабылдаушы электродтар арасындағы тоқтың тығыздығы осіп ΔU көбейеді, яғни ρ_к өседі. Ал, бұл өзгеріс графикте ρ_к-ның аномалиясының осуін көрсетеді. Егер рудалық объект электроткізгіш дене болса, онда ρ_к-ның аномалиясы төмен болады.

Заряд немесе зарядталған дене әдісі.

Жер бетіне жақын жатқан геологиялық объектінің бір бөлігі ашылған болса (ұңғымамен немесе тау қазындыларымен, әлде су ағыны әсеріне шайылып), онда сол объектіні (контурын) анықтау үшін пайланады. Ол үшін қоректендіруші электродтардың бірін (А немесе В) сол объектінің ашылған жеріне, екіншісін сыртта орналастырады. Бұл жағдайда рудалық дененің өзі электр өрісінің көзі болып табылады. Жер бетінде қабылдаушы электродтардың орнын ауыстыра отырып, сол дененің жер қойнауындағы пішінін анықтауға болады.

Электрлік барлаудың геологиялық міндеттерді шешуде қолданылуы

Аймақтық зерттеулерде:

• жоғарғы мантияда Жер қыртысының төменгі бөлігіндегі жоғары өткізгіш қабаттардың тереңдігін анықтау;

• жоғары омды кристалдық іргетастың тереңдігін анықтау;

• іргетас бетінің аймақтық құрылысын зерттеу;

• іргетастағы және шөгінді тыстағы жарылымдарды зерттеу;

• шөгінді тыстағы жоғары омды және аралық төменгі омды қабаттардың беттерін зерттеу;

• литологиялық кешендердің сыналану аймақтарын бақылау.

Жергілікті және нақты зерттеулерде:

• іргетас бетінің рельефін нақты зерттеу;

• шөгінді тыстың нақты құрылымдарын, оның ішінде мұнай мен газға перспективалы құрылымдарды, анықтау және болжау;

• қатпарлы облыстарда тұзасты нақты құрылымдарды іздеу;

• бастырма және бастырма асты құрылымдарды карталау;

• мұнай мен газдың антиклинальді емес риф, литологиялық, стратиграфиялық және тектоникалық экрандалған тұтқыштар сияқты кенорындарын болжау;

• жоғары меншікті кедергілі аймақ ретінде мұнай мен газ кенорындарын тікелей іздеу.

Инженерлік-геологиялық зерттеулерде электрлік барлау гидротораптар, өндірістік ғимараттар, темір жол, теңіз порттары құрылыстары кезінде грунт ерекшеліктерін анықтау мақсатында жүргізіледі. Бұл кезде ВЭЗ, электрлік профильдеу сияқты әдістер қолданылады. Аталған зерттеулерде электрлік барлау басқа геофизикалық әдістермен кешенді қолданылады.

Электрлік барлауды инженерлік-геологиялық мақсатта қолданудың тағы бір мысалы құбыр желілерінің жерасты коррозиясын зерттеу. Бұл зерттеулер коррозия учаскелерінде гальваникалық токтардың пайда болуымен байқалады. Аталған зерттеулерде табиғи өріс және кедергілер әдістері қолданылады.

Гидрогеологиялық зерттеулер кезінде электрлік барлаудың минералданған сулар арасында тұщы сулардың жерасты линзаларын іздеуде маңызы зор. Бұл міндетті шешу үшін тұрақты және төмен жиіліктегі айнымалы ток өрістерін қолданады.

Көрсетілген геологиялық міндеттер жеке электрлік барлау әдістерімен немесе олардың кешенімен шешіледі. Электрлік барлаудың басқа геофизикалық әдістермен кешенді қолданылуы экономикалық ұтымды: кенорынды анықтау дәлдігі арта түседі. Сейсмологиялық жағдайы (мысалы, рельефі) қолайсыз аудандарда (Сахалин, Якутск, Тәжікстан) геофизикалық әдістер кешені арасында электрлік барлау жетекші роль атқарады.

Электрлік барлау әдістерінің (модификацияларының) мұнай мен газ геологиясында қолданылу болашағы келесі факторларға байланысты:

• мәліметтерді интерпретациялау әдістемесін жетілдіру;

• өлшеу дәлдігін арттыру;

• жұмыс сапасын арттыру;

• электрлік-магниттік зондтауда қуатты импульстық ток көзін – МГД-генераторларды – кеңінен қолдану.

Аталған факторлармен қатар, мәліметтерді өңдеу мен интерпретациялау кезінде компьютерлік технологияны және арнайы бағдарламаларды қолданудың маңызы зор.

Әдебиет.

1 нег. [296-397], 2 нег. [141-150], 3 нег. [82-94], 3 қос. [28-61], [103-114], [282-413], 5 қос. [9-27], [9-162], [167-201], [274-326], 7 қос. [196-239], [294-435].

Бақылау сұрақтары.

1. Таужыныстардың электрлік қасиеттері.

2. Диэлектрлік өтімділік.

3. Полярлану қасиеті.

4. Меншікті кедергінің өлшем бірлігі.

5. Электрохимиялық қарқындылық өлшем бірлігі.

6. Электрлік барлаудың аймақтық зерттеулерде қолданылуы.

7. Электрлік барлаудың нақты зерттеулерде қолданылуы.

8. Электрлік барлауды мұнай мен газ кенорындарын іздеуде қолдану.

9. Электрлік барлауды қолдану мүмкіндігін арттыру жолдары.

10. Электрлік барлауды геофизикалық әдістер кешенінде қолдану.

11. Ортаның қарапайым электрлік модельдері.

12. Электрлік барлаудың тура және кері есептері.

13. Электрлік барлаудың түрлері.

14. Электрлік барлауды жүргізу масштабтары.

15. ФГМ туралы түсінік.

16. ВЭЗ-дің қолданылу шарттары.

17. ВЭЗ-де өлшенетін және есептелетін шамалар.

18. Электрлік профильдеу әдісінің мағынасы.

19. Зарядталған дене әдісі мағынасы.

20. ВЭЗ нәтижелерін интерпретациялау