книги из ГПНТБ / Каленов, Е. Н. Геологическое истолкование результатов магнитотеллурической разведки

Г Л А В А IV

МАГНИТОВАРИАЦИОННАЯ РАЗВЕДКА (МБР)

И КОМБИНИРОВАННОЕ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ (КМТП)

ОСНОВЫ МЕТОДИКИ МВР, КМТП И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Магыитовариационная разведка отличается от модификации ТТ тем, что в основу ее положено изучение не электрической, а магнитной компоненты переменного электромагнитного поля Земли. Вариации горизонтальных составляющих Нх, Ну магнит­ ного поля регистрируются синхронно в базисной р и полевой q точках, обрабатываются так же, как и при наблюдениях ТТ.

Параметр N. Средняя магнитная напряженность поля. Резуль­ таты обработки записей позволяют определить в каждой точке

нитного поля в этих точках (подобно тому, как по параметру К при исследованиях ТТ определяется эффективная напряженность электрического поля). Значения эффективной напряженности Нэф вычисляются (так же, как и Еэф) в условных единицах, причем значения ГГэф в базисных точках принимают за 100 уел. ед.

Значения эффективной напряженности Еэф поля связаны с суммарной продольной проводимостью S толщи пород, залегающих над опорным горизонтом большого сопротивления, обратной зави­ симостью, а значения І7эф и S — прямой. Кроме того, следует подчеркнуть, что с изменением S магнитная напряженность поля изменяется значительно менее интенсивно, чем электрическая. Например, при многократном увеличении S магнитная напря­ женность может увеличиться всего лишь на 10—20 %, в то время как степень уменьшения электрической напряженности прибли­ зительно соответствует степени увеличения S. Поэтому разреша­ ющая способность МБР значительно ниже, чем модификации ТТ.

С другой стороны, на результаты МБР слабее, чем на резуль­ таты наблюдений ТТ, влияют промежуточные высокоомные экра­ ны в проводящем разрезе. Карта Нъф поэтому может дать более достоверное представление о рельефе непроводящего основания, чем карта Еэф, которая может быть сильно искажена влиянием неровностей рельефа промежуточного высокоомного горизонта.

К настоящему времени выполнено очень мало работ в модифи­

Сибнри и некоторых других районах. Работы эти производились попутно с наблюдениями КМТП, ТТ, МТП, МТЗ и самостоятель­ ного значения не имеют. Рассмотрим в качестве примера резуль­ тат небольших опытных работ МБР и МТП на восточном борту Балтийской впадины (профиль Друскииинкай — Каунас — Со­ ветск). Впадина выполнена проводящими терригенными отложе­ ниями палеозоя и мезозоя. Галогенно-карбонатные осадки в раз­ резе на изучаемом участке большой роли не играют. Мощность осадочного чехла, по данным бурения и сейсморазведки, увеличи­ вается от Друскининкая (0,4 км) к Советску (2,1 км). По этому же направлению значительно уменьшается среднее продольное сопро­ тивление р; осадочных пород, что благоприятствует применению электроразведки.

По результатам МТП суммарная продольная проводимость S пород увеличивается в пределах профиля от 30 до 790 См (рис. 56), а средняя магнитная напряженность Н поля, по данным МБР, возрастает от 100 до 142 уел. ед., т. е. всего иа 42%. Исследование ТТ показывает на этом участке уменьшение средней напряжен­ ности Е более чем в 4 раза. Таким образом, изменение И по про­ филю отражает рельеф фундамента, но в значительно меньшей степенп, чем изменения S и Е.

Комбинированное ыагнптотеллурическое профилирование (КМТП). Комплексное применение модификаций ТТ, МТП и МБР привело к идее комбинированного магнитотеллурического профи­ лирования [4, 6]. Так названа модификация, сочетающая мето­ дики наблюдений FF, магнитовариационной разведки и магнито­ теллурического профилирования. При КМТП синхронно в базис­ ной и полевой точках регистрируют короткопериодные вариации

к определению трех величин: эффективных (средних) напряжен­ ностей электрического Е3ф и магнитного Иэф полей и суммарной продольной проводимости £эф толщи отложений над опорным горизонтом большого сопротивления. Для упрощения в дальней­ шем не будем вводить индекс, подразумевая всегда под Е, Н, S эффективные значения этих параметров.

При обработке записей КМТП используются колебания прак­ тически любой (не только синусоидальной) формы, что сокращает длительность наблюдений по сравнению с записью МТП. Этим

132

обстоятельством, а также расширением одновременно получаемой информации определяется преимущество модификации КМТП перед МТП и модификацией ТТ, отдельно взятых. Производитель­ ность КМТП та же, что и модификации ТТ. Стоимость точки КМТП при площадной съемке приблизительно в полтора — два раза меньше стоимости точки МТП, несколько превышая, однако (на 15—20%), стоимость точки наблюдений ТТ. Для применения

Рис. 56. Результаты электроразведки по профилю Советск—Каунас—Друскпшшкай (по М. Н. Бер­ дичевскому, 1959 г.).

1 — профиль Н по данным МБР; 2 — профиль S по данным МТП; з — профиль Е ; 4 — поверхность фундамента по дан­ ным бурения II сейсморазпсдкн; 5 — излом линии профиля

КМТП остаются благоприятным те же условия, что и для МТП. Одно из них заключается в необходимости, чтобы колебания с периодами Т от 10 до 80 с входили в главный интервал МТП (или интервал S).

При выполнении КМТП по результатам записи в базисных точ­ ках получают восходящие ветви кривых МТЗ, по которым опре­ деляют значения суммарной продольной проводимости S и сопро­ тивления р„ опорного горизонта. Они являются исходными для дальнейших вычислений. По найденным значениям напряжен­ ности электрического и магнитного полей в точках р и q вычисля­ ются параметры К и N, а по ним — значения Е и Н.

Значения Sqв полевых точках вычисляются по выражению, на­ зываемому формулой КМТП: Sq= (N/K) iSp + 796 ( j f — l ) ѴТ/рп,

133

где Т — средний период вариаций поля, принятый при обработке. Если р„ = оо, то S q = {NIK) Sp определяется с точностью, вполне достаточной для практики.

Рис. 57. Графики напряженности магнитного Я и электри­ ческого Е полей и суммарной продольной проводимости S над моделями выступа (/), грабена (II) (по Б. Е. Брюнеллп и др.) и наклонного уступа ( I II) (по М. Н. Бердичевскому).

а — Я-полярпзовашюе поле; б — Я-полярпзоваииое поле.

\

Отчетные карты КМТП. Результаты работ по КМТП пред­ ставляются тремя картами S, Е, Н. При исследовании разреза, в котором нет промежуточных толщ большого сопротивления, основной обычно служит карта S', две другие дополняют ее. Мак­ симумам S соответствуют минимумы Е и максимумы И, а мини­ мумам S — максимумы Е и минимумы Н . Ранее уже указыва-

134

Сопоставление карт Е и ff весьма полезно в районах, где про­ водящий разрез осложнен промежуточной высокоомной толщей. На горизонтальную компоненту магнитного поля слабое влияние оказывает рельеф этой толщи, поэтому карта Н отражает главным образом поведение поверхности изолирующего основания. Карта Е может быть значительно искажена аномалиями, вызываемыми неровностями рельефа промежуточной высокоомной толщи. От­ сюда следует, что карты Е и ff, рассматриваемые совместно, могут дать представление о соотношениях рельефа промежуточной толщи и изолирующего основания. Карта S отразит в той или иной степени сочетание особенностей изменения рельефа обеих поверх­ ностей.

Некоторые результаты лабораторных и вычислительных работ по КМТП. Прежде чем перейти к практическим примерам КМТП, посмотрим, как изменяются профили напряженностей составля­ ющих электрического и магнитного полей, а также значений S

кафедра физики Земли ЛГУ).

Из рис. 57, / следует, что над протяженным выступом изолиру­ ющего горизонта, перекрытым проводящей толщей, при .ff-поля­ ризованном поле отмечаются отчетливые максимум Ех и минимум Sxy. Составляющая же Ну выступ не отмечает. При A-поляризо­ ванном поле выступ отмечается всеми тремя профилями: макси­ мумом Еу, минимумами Н х и Нх. Профили Еу и Syx более рас­ плывчаты, чем профили Ех и Sxy. Профиль Нх отличается двумя характерными симметричными максимумами над вертикальными гранями выступа.

Моделирование вкрест длинной весьма проводящей полосы, помещенной на границе между изолирующим основанием и про­ водящей толщей (рис. 57, II), показывает, что эта полоса, имити­ рующая грабен, выполненный породами большой проводимости, четко отмечается при ff-поляризованном поле минимумом ЕхТ максимумом Sxy и не прослеживается профилем IIу. При A-поля­ ризованном поле грабен прослеживается всеми тремя профилями: минимумом Еу, максимумами Syx и Нх. Из этих профилей первые два менее четко выражены, чем профили Ех и Sxy при ff-поляри­ зованном поле.

При А-поляризованном поле над протяженным наклонным уступом непроводящего основания р2 = °°, перекрытого однород­ ной средой рх (рис. 57, III), образуется минимум IIх над припод­ нятой и максимум Нх над опущенной частью уступа. Значения Еу плавно уменьшаются от приподнятой к опущенной части уступа. Почти зеркальным изображением профиля Еу является профиль Sxy, не отмеченный на рисунке.

135

Таким образом, если иа карте Е отмечается максимум, не сопро­ вождаемый минимумом Н, то маловероятна связь этого макси­ мума с поднятием высокоомного опорного горизонта даже при минимуме S ■ Точно так же минимум Ё, не подтверждаемый мак­ симумом Н, нельзя связывать с погружением опорного горизонта. Резкий переход профиля Н от минимума к максимуму при плав­ ном уменьшении Е и увеличении S можно с достаточной уверен­ ностью интерпретировать как отражение уступа опорного гори­ зонта пли пологого борта широкой впадины.

ПРИМЕРЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ и н т е р п р е т а ц и и РЕЗУЛЬТАТОВ КМТП

Исследования с помощью модификации КМТП были начаты сравнительно недавно (с 1964 г.). Объем их к настоящему времени составляет всего лишь около 2,5 тыс. точек. КМТП применяется пока преимущественно на территории Русской плиты. Небольшое количество работ выполнено также в Печорской синеклизе.

Рпс. 58. Результаты электроразведки и сейсморазведки по про­ филю Дьяконово—Орехово (по А. Л. Шейнкману).

1 — линия профиля; 2 — стратиграфические поверхности по данным бу­ рения; 3 — поверхность фундамента по данным сейсморазведки; 4 — то же, по данным электроразведки (КМТП, MT3).

Центральная часть Московской синеклизы. В этом районе Центральным геофизическим трестом выполнено много работ магнптотеллурическпм методом. Большой интерес представляет срав­ нение результатов электроразведки (в основном КМТП, опорное МТЗ) с данными сейсморазведки на Дьякоиовской площади (рис. 58). Здесь в 1967 г. на основании исследований КМПВ был получен (Е. Н. Розенберг) профиль, отмечающий рельеф фунда­ мента. Этот профиль резко отличается от профиля, составленного А. Л. Шейнкмаиом в 1968 г. по результатам КМТП и МТЗ. Дан­ ные бурения в Орехове (1969 г.) и Дьяконове (1970, 1971 гг.) больше соответствуют результатам электроразведки, чем сейсмо­ разведки (см. рис. 58).

136

В табл. 12 приведены глубины залегания фундамента п год, когда они были получены. Как видим, данные электроразведки отличаются здесь, за исключением районов Галича и Рослятино, вполне достаточной точностью.

Т абл ица 12

Глубина залегашш фундамента по данным буренпя, сейсморазведки п электроразведки в Московской синеклизе

(по А. Л. Шейнкману)

*Забой в рифее (R).

**Забой в венде (V).

Северо-западная часть Печорской синеклизы. Приведем пример профильного исследования модификацией КМТП, относящийся к северной части Тимапо-Печорской нефтегазоносной провинции. Работы выполнены в 1970 г. Г. С. Габлиной, О. А. Жарковой, Г. С. Савицкой и др. [Комплексная геофизическая экспеди­ ция Ухтинского территориального геологического управления (УТГУ)]. Пример интересен тем, что профилирование производи­ лось по маршруту, изученному сейсморазведкой КМПВ и MOB (А. Л. Кокошко, УТГУ, 1968). Это позволяет до некоторой сте­ пени оценить возможности модификации КМТП при изучении рельефа поверхности высокоомных горизонтов.

Исследованный маршрут длиной около 120 км проложен в ни­ зовье р. Печоры с юго-запада на северо-восток в 11—12 км к вос­ току от г. Нарьян-Мара. Северо-восточное окончание маршрута лежит в 7—8 км от берега Печорского моря. Профиль пересекает ряд известных в региональном плане протяженных структур: северо-восточный склон Седуяхинского поднятия Ижма-Печор- ской впадины, Нарьян-Марский выступ, Шапкиио-Юрьяхииский и Лайский валы (Денисовская впадипа) с погружениями между

137

ними. В пределах этих крупных вытянутых в субмеридиоиальном направлении структур сейсморазведкой намечаются области ло­ кальных поднятий и погружений. Глубины залегания высокоом­ ного непроводящего основания (складчатого фундамента рифейского возраста) по маршруту оцениваются от 2,5—3 км на юго-западе до 5,5—6 км на северо-востоке. Обобщенный гео­ электрический разрез района исследования представляется как шестислойный (табл. 13).

Комплексы II и IV при относительно малой мощности ком­ плекса III могут отмечаться как единый высокоомный горизонт. Если при этом из разреза выпадает или замещается отложениями большого сопротивления комплекс V, то разрез становится трех­ слойным с высокоомной толщей над изолирующим основанием (комплексом VI). Опорным горизонтом, прослеживаемым ВЭЗ, служит комплекс II. При магнитотеллурических исследованиях опорным изолирующим основанием оказывается фундамент. В слу­ чае, когда из разреза выпадает проводящий комплекс V или он

138

замещается высокоомными осадками, поверхность изолирующего основания перемещается к кровле комплекса IV.

КМТП выполнялось по маршруту в основном с шагом 3 км. Магнитометры и оси установки для наблюдения электрической составляющей ориентировались по простиранию (ось у) и вкрест простирания (ось х) структур. Азимут осей составлял соответст­ венно 155—160° и 65—70°. Кривые МТЗ, полученные по наблю­ дениям в базисных пунктах 1, 2 н точках 38,6 и 92, приведены на рис. 59, а. Расположение этих точек указано на рис. 59, б. Как видим, кривые (или рТху) и р | (или рГі/А) незначительно

отличаются друг от друга. Правые ветви их наклонены под углом

По известным глубинам до фундамента (данные КМПВ) в точ­ ках МТЗ были определены значения среднего продольного сопро­ тивления рі осадочной толщи. Как видно, pt не остается постоян­ ным, увеличиваясь с погружением фундамента. Эта закономер­ ность относится ко всему маршруту исследования. Кривые ри,

в точках МТЗ 6, 92 и 2 характеризуются некоторым перегибом правой ветви. Возможно, это указывает на существование про­ водящей толщи в разрезе (комплекса V), которая не отмечается в районе точек 38, 1, где кривые имеют вид, отражающий трех­ слойный разрез с промежуточным горизонтом повышенного сопро­ тивления.

В итоге обработки наблюдений в базисных и полевых точках были вычислены по известным формулам КМТП н МТП значения

поляризованном поле (по простиранию пород): Smax = SH, а зна­ чения Smln при .ff-поляризованном поле (вкрест простирания):

139