1.5. Вертикальное электрическое зондирование (вэз)

1.5.1. Суть метода вэз

Пусть на поверхности горизонтально-слоистого изотропного полупространства мы собрали симметричную четырехэлектродную установку для измерения удельного электрического сопротивления. Допустим, число слоев равно N. Для каждого конкретного расположения электродов мы можем, воспользовавшись формулой (9), вычислить значение _к. Пусть всегда МN << АВ. Рассмотрим, как будет меняться _к при увеличении АВ от минимального значения, которое много меньше мощности первого слоя, до максимального, многократно превышающего глубину залегания кровли последнего слоя. Очевидно, при малых значениях АВ (АВ<< h₁), второй слой не будет сказываться на результатах наших измерений и _к будет равно ₁. При увеличении АВ на получаемые значения будет оказывать влияние сначала второй слой, затем третий и так далее. Действительно, по мере увеличения разноса ток будет проникать все глубже и нести информацию о все более глубоких слоях. Если разнос значительно превысит толщину всей пачки пород, влияние этой пачки будет пренебрежимо мало и _к будет равно _N.

Таким образом, меняя разнос установки, мы можем исследовать распределение удельного электрического сопротивления по глубине. Методика такого исследования получила название «вертикально электрического зондирования (ВЭЗ)». В разведочной геофизике под зондированием понимается исследование распределения каких-либо физических свойств по линии, перпендикулярной поверхности, на которой размещена измерительная система. Обычно, выполняя ВЭЗ, расстояние АВ меняют от единиц до сотен метров. Рассчитанные по формуле (9) значения _к строят в виде зависимости от АВ/2 в двойном логарифмическом масштабе, то есть получают график зависимости lоg_k от lоg r. Традиционно, петербургские геофизики располагают ось разносов вертикально, ось кажущихся сопротивлений – горизонтально. М осквичи – наоборот, ось разносов горизонтально, ось сопротивлений – вертикально. Пример кривой ВЭЗ для трехслойного разреза ₁<₂>₃ приведен на рис.1.4. Для того, чтобы получить дос

товерную информацию об удельном сопротивлении слоев разреза, кривую необходимо интерпретировать. Способы интерпретации будут рассмотрены ниже.

Если в нашей симметричной

установке АВ >> MN, и АВ/2 = r, то

r_AM r_AN  r², U/r_MN  E и формула (9 ) примет вид

_k = r² E/I ( 10)

Следует учитывать то, что в средней трети отрезка АВ поле Е практически однородно. Если приемные электроды находятся в этой области, значения _к, определенные по формулам (9) и (10) практически совпадают. Обычно, при проведении ВЭЗ расстояние МN увеличивают по мере увеличения АВ, для того, чтобы разность потенциалов не упала ниже чувствительности измерительного прибора, однако всегда оставляют меньше 1/3 АВ.

1.5.2. Типы установок и различные модификации вэз

Кроме перечисленных выше, в электроразведке применяются, хотя и достаточно редко, иные типы установок. Например, электроды MN располагают на линии, проходящей перпендикулярно разносу через электрод А. Установки такого типа называются «ортогональными» (Рис.1.5а). Считается, что при такой ориентации электродов увеличивается глубинность зондирований.

Д ругой модификацией установки ВЭЗ являются так называемые «дивергентные» установки (Рис.1.5.б), в которых измеряется вторая производная потенциала. Для этого в симметричную четырехэлектродную установку добавляется пятый электрод О, который помещается в центр отрезка АВ. Измеряются разности потенциалов ­U_OM и U_ON. Полусумма этих величин даст значение U для обычной установки Шлюмберже, а их разность, отнесенная к расстоянию MN – значение второй производной потенциала. Если вы вспомните, что в случае однородного поля, направленного по оси Х,

div j =  j / x =   ²U/ x²,

станет понятно, почему такие установки называют дивергентными. В некоторых случаях электроды MN располагают не только по линии АВ но и перпендикулярно ей. В этом случае установки называют «комбинированными» (Рис.1.5в). Подобные схемы установок удобны для выявления горизонтальных неоднородностей и оценки их влияния на кривые зондирований.

Иногда для того, чтобы не относить при работе трехэлектродной установкой электрод В «на бесконечность», используют два заземления, В и B', которые располагают на линии проходящей через точку О ортогонально линии разносов. На эти электроды подается ток и, корректируя положение одного из электродов, добиваются отсутствия сигнала на приемных электродах MN. После этого производятся измерения по трехэлектродной схеме, а пара ВВ’ используется вместо электрода В, унесенного далеко. Такое зондирование называют «однополюсным комбинированным» (Рис.1.5 г).

Методику, в которой используется трехэлектродная установка, а перемещаются и электрод А, и пара приемных электродов, то есть комбинируется и зондирование и профилирование (исследование разреза по горизонтали), иногда называют «точечными зондированиями».