MISCELLANEOUS / Geophysics / Geophysics Methods Костицын В. И

Электроразведка

милливольт у руд с электронопроводящими минералами (сульфиды, графит, антрацит). В целом зависит от многих природных факторов (минерального состава, глинистости, пористости, проницаемости, влажности, минерализации подземных вод и др.).

Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать за-

ряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока, оценивается коэффициентом поляризуемости . Величина вычисляется в процентах как отношение напряжения, которое остается в измерительной линии MN по истечении определенного времени (обычно 0,5–1 с) после размывания токовой цепи (ΔUВП), к напряжению в той же линии при пропускании тока ( U), т.е.

Поляризация – это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного переменного (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью ( = 10–40%) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит, антрацит). Природа этих потенциалов ВП связана с так называемой концентрационной и электродной поляризацией рудных минералов. Поляризуемость до 2–6% имеют обводненные рыхлые осадочные породы с глинистыми частицами. Поляризуемость их обусловлена деформациями внешних обкладок двойных электрических слоев, возникающих на контакте твердой и жидкой фаз. Большинство изверженных, метаморфических и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются ( < 2 %).

3.8.3. Диэлектрическая и магнитная проницаемость

Диэлектрическая ( ) и магнитная ( ) проницаемости

играют значительную роль в образовании электрических полей лишь при высоких частотах. Относительная диэлектрическая

169

Электроразведка

ловиями сопряжения, решаются прямые задачи электроразведки, т.е. получаются аналитические или численные значения E и H, которые соответствуют заданному геоэлектрическому разрезу. В теории электроразведки прямые задачи решаются для разных физико-геологических моделей (ФГМ) сред.

Под ФГМ понимаются абстрактные геоэлектрические разрезы простой геометрической формы, которыми аппроксимируются реальные геолого-геофизические разрезы. Сложность решения прямых задач заключается в выборе моделей, близких к реальным, но таких, чтобы для избранного типа первичного поля удалось получить хотя бы приближенное решение для E или H. Для этого применяется математическое моделирование с использованием современных компьютеров. В недалеком прошлом основным способом решения прямых задач для сложных ФГМ и разных по структуре типов полей являлось физическое моделирование на объемных или плоскостных моделях сред.

Наиболее простые модели геологических сред:

однородное изотропное пространство или полупространство с одинаковыми электромагнитными свойствами (решения над ними называются соответственно первичным или нормальным полем источника);

анизотропное пространство или полупространство с электромагнитными свойствами, различающимися в направлении и вкрест слоистости пород;

одномерные неоднородные среды, в которых свойства меняются в одном направлении (например, вертикальные контакты двух сред, ряд вертикальных пластов или горизонтально слоистая среда с разными );

двухмерные неоднородные среды, в которых электромагнитные свойства меняются в двух направлениях (например, наклонные пласты или цилиндры, простирающиеся вдоль одного направления и отличающиеся по от вмещающих горных пород);

трехмерные неоднородные среды, в которых свойства меняются по трем направлениям (самой простой из подобных моделей является шар с разными , или в однородном полупространстве).

171

Электроразведка

Рис. 3.2. Расположение питающих (А и В) и приемных (М и N) электродов в разных установках метода сопротивлений: а – четырехэлектродной, б – срединного градиента, в – симметричной четырехэлектродной, г – трехэлектродной, д – двухэлектродной, е – дипольной радиальной, ж – дипольной азимутальной

Разность потенциалов от обоих электродов АВ равна су-

Если МN установить в центре АВ так, чтобы АМ = BN, АN = ВМ, то получим формулу для расчета сопротивления при работе с симметричной четырехэлектродной установкой:

Потенциал двухэлектродной установки АМ (А и N удалены в бесконечность) можно получить из формулы (3.6), приняв

BN , т.е.

173

Электроразведка

По этим же формулам можно рассчитать некоторое сопротивление над реальным, неизвестным и практически всегда неоднородным полупространством. Тогда оно называется ка-

жущимся сопротивлением (КС или к).

Расчет нормальных полей для других источников (гармонических, импульсных) более сложен, но в любом случае принято изучать кажущееся сопротивление.

3.11. Электрическое поле точечного источника постоянного тока над двухслойной средой

Простейшей прямой задачей для электроразведки ме-

тодом сопротивлений является задача об электрическом поле и кажущемся сопротивлении на поверхности полупространства, представляющего собой верхнее полупространство – воздух, а нижнее – двухслойную горизонтально слоистую среду с мощностью верхнего слоя h1, нижнего h2 = , УЭС слоев 1, 2 и 3 =

(воздух) (рис. 3.3).

Поставленная задача может быть решена с помощью уравнения (3.2), которое при f = 0 превращается в уравнение Лапласа U = 0, где U – потенциал в любой точке М с напряженностью электрического поля E U / r .

Рис. 3.3. Решение прямой задачи о поле точечного источника постоянного тока над двухслойной средой методом зеркальных отражений

175

Электроразведка

сумма членов геометрической прогрессии.

С помощью формулы (3.10), справедливой для трехэлектродной и симметричной четырехэлектродной градиентустановок, принято строить теоретические двухслойные кривые

– графики зависимости lg( K / 1 ) от lg r / h1 . Они называются

двухслойными теоретическими кривыми ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование), или двухслойной палеткой ВЭЗ

(рис. 3.4).

Более громоздкое решение получается в задаче о поле точечного источника над многослойной горизонтально-слоистой средой, а еще сложнее решение для такой же среды, но при возбуждении поля дипольными гармоническими или импульсными источниками.

177