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

однородной среды, для которых н разработана теория МТЗ. К настоящему времени имеется ряд теоретических и лаборатор­ ных исследований, которые посвящены МТЗ в горизонтально­ неоднородных средах. Ознакомимся с результатами этих исследо­ ваний, которые имеют большое значение для решения практиче­ ских задач интерпретации.

Простейшую модель горизонтально-неоднородной среды — вы­ клинивающийся проводящий слой, подстилаемый непроводящим основанием, — рассмотрел М. Н. Бердичевский [4].. Задача о магиитотеллурическом поле в этом случае была решена при­ ближенно. Тем не менее это решение дает представление о харак­

щади и с глубиной) геоэлектрических свойств, существенно отличающуюся от кривой МТЗ, вычисленной в той же точке для горизонтально-однородной среды (т. е. с одномерным — только по вертикали — распределением геоэлектрических свойств). Та­ кую теоретическую кривую называют нормальней. Различие между искаженней и нормальной кривыми зависит от степени влияния горизонтальных геоэлектрических неоднородностей на электромагнитное поле.

В середине 60-х годов была полностью решена задача электро­ магнитного поля для горизонтально-неоднородных сред, пред­ ставленных весьма протяженными двумерно-неоднородными струк­

и Г. А. Кокотушкиным вычислены палетки кривых МТЗ для горста, грабеиа и уступа [14].

Остановимся на некоторых особенностях изменения кривых МТЗ над горстом и грабеном (рис. 5). Прежде всего следует заме­ тить, что электромагнитное поле, в котором ток течет вдоль дву­ мерно-неоднородной линейной структуры (электрическая компо­ нента поля Е направлена по простиранию структуры) называют

.Е-поляризованным полем. Магнитное поле при этом поляризо­ вано вкрест простирания структуры. Если же по простиранию структуры поляризована магнитная компонента (ток течет вкрест простирания структуры), то поле называется //-поляризованным. Форма кривых МТЗ в одном и том же пункте исследования

21

горнзоытально-неодиородиой среды изменяется в зависимости от Е-или //-поляризации поля. Кривые МТЗ, полученные при тече­ нии тока вдоль или поперек линейно вытянутой структуры, назы­ вают соответственно продольными или поперечными кривыми и обозначают р | н р-.

кривых — У II

Для рассматриваемых моделей установка МТЗ располагается на плоской поверхности над структурами так, что ось х напра­ влена по простиранию структуры, ось у — вкрест простирания.

на глубине Ах, основание — на глубине h2. Ширина горста равна 2L. Вычисление кривых МТЗ произведено для различных отно­ сительных размеров горста: h j h x (от 2 до 10) и Ы кг (от 0,1

22

до 2). Точки МТЗ перемещаются с относительным шагом y/h^ по линии вкрест простирания горста от осп его симметрии.

На рис. 6 приведены палетки кривых при //-поляризации поля над горстом с параметрами h 2/h1 = 10 и 4, L!h1 = 1 при различных расстояниях y/h1 от оси симметрии горста. Для срав­ нения (пунктиром) показаны нормальные кривые МТЗ, соответ­ ствующие бесконечно большой ширине горста (L = оо), т. е. случаю, когда разрез представляет собой горизоитально-одно-

Рпс. 7. Палетки кривых МТЗ ыад горстом при

^-поляризованном поле (по В. И. Дмитриеву, Г. А. Кокотушкину).

кривой), указывая, однако, несколько завышенные значения сум­ марной проводимости S по сравнению с истинным (S = h j рх) над горстом. Эти значения постепенно возрастают к краю горста н более резко за его пределами. Но вблизи от горста кривые еще отмечают заниженные значения S по сравнению с истинной сум­ марной проводимостью среды вне горста (S = h j р2), и лишь на некотором предельном расстоянии, которое зависит от отно­ сительной высоты h j h i , начинают указывать истинное значение S.

Палетки всех вычисленных кривых р£ для горста при //-поля­ ризованном поле показывают, что кривые эти отмечают несколько

23

завышенные значения S над поверхностью горста. Завышение незначительно при относительной ширине горста L/hj ^ 1 и воз­ растает с ее уменьшением. Относительная высота горста при этом оказывает слабое влияние.

За пределами горста кривые р£ отмечают заниженные значе­ ния по сравнению с истинными значениями S. Уменьшение тем

р-!р.

Рис. 8. Палетки кривых МТЗ над грабеном при Я-поляризоваином поле (по В. II. Дмит­ риеву, Г. А. Кокотушкнну).

а — h ./h j = 10, L /h , — 4; б — ft./ft, = 4, L / li, = 1. Шифр кривых — v /h , .

более значительно, чем ближе точка МТЗ к горсту и больше относительная высота его.

При ^-поляризованном поле кривые МТЗ (кривые р|.) над

горстом в значительной мере искажаются. Они дают ложное пред­ ставление об изменении геоэлектрпческого разреза. На рис. 7 приведены палетки кривых pjl над горстом (h j h 1 = 5; Ы к 1 =

= 2,5). Мы видим, что кривые р | резко искажены по сравнению с нормальной (пунктирной) кривой при L = оо. Истолкование их может привести к ошибочному представлению о разрезе с промежуточпьтм проводящим слоем.

Г р а б е н . Рассмотрим вычисленные кривые МТЗ над мо­ делью грабена. При //-поляризованном поле вычисления выпол­ нены для h j h 1 от 2 до 10, Ы1г2 от 0,5 до 10. Посмотрим, как изме­ няются кривые в точках зондирования, расположенных по линии вкрест простирания грабена (рис. 8). В точке 0 кривые Ру отмечают заниженные

в точках зондирования над осью симметрии грабена (у = 0) при ши­ рине его Llh^ = 8 и ЫКг = 1 и глубинах h2/h1, равных 2, 4 и 6.

При /^-поляризованном поле кривые р|, над грабеном иска­ жены и по существу не позволяют его прослеживать. Небольшое

отличаются от кривых pJ-, давая ложное представление о геоэлектрическом разрезе.

25

На рис. 10 показана палетка кривых р | над грабеном при

h jh y = Llh1 = 10. Кривые МТЗ в точках непосредственно над грабеном {y!hl = 0; 0,5), как видим, имеют резко выраженный минимум, восходящая ветвь наклонена к осп абсцисс под углом более 63°. За пределами грабена кривые отражают геоэлектриче­ ский разрез без искажения лишь в точках на расстоянии уіЬ = = 12 от оси грабена.

Рассмотрение кривых МТЗ над моделями двумерно-неодно­ родных структур в виде горста и грабена приводит к выводу, что при исследовании линей­ ных структур подобного типа предпочтительнее использо­ вать для геологического ис­ толкования кривые р±, по­

лученные по составляющей электрического поля вкрест простирания этих протяжен­ ных структур.

Клин . Необходимо оста­ новиться и на модели горизон­ тально-неоднородной среды — протяженном проводящем выклинивающемся слое (кли­ не), подстилаемом основа­ нием бесконечно большого сопротивления. Задача об электромагнитном поле в этом случае, как уже говорилось, в свое время была решена при­ ближенно. Однако и такое решение играет большую роль

при интерпретации результатов магнитотеллурических исследова­ ний. Модель проводящего клина с углом падения ос представлена на

/^-поляризованном поле) в точке наблюдения, по-существу, не отличается от нормальной кривой рг , т. е. кривой, полученной в той же точке для горизонтально-однородного слоя. Отсюда

S 1 <£-*-. Кривая несколько искажена — имеет более крутую восходящую ветвь с выполаживанием при больших периодах Т.

Теоретические и экспериментальные исследования показы­ вают, что с увеличением угла ос расхождение между кривыми pjl, и рА увеличивается. Таким образом, и иа поверхности

26

протяженного однородного проводящего выклинивающего слоя, который подстилается мощным горизонтом большого сопротив­ ления, напболее достоверный результат МТЗ может быть получен в случае //-поляризации, т. е. когда электрическое поле напра­ влено вкрест простирания слоев.

На рис. 11, б приведена более сложная модель горизонталь­ ной неоднородности, рассмотренная М. Н. Бердичевским. Внутри проводящего клина, подстилаемого изолятором, на глубине d, расположен горизонтальный пропласток малой мощности h*, но высокого поперечного сопротивления Т* = h*p* по сравнению

свмещающей среды. Из приближенных расчетов следует,

что в случае //-поляризации поля прн не очень большом Т*

ной кривой МТЗ. Но по мере увеличения Т* горизонтальный высокоомный пропласток оказывает все большее влияние на магнптотеллурическое поле, кривая pJr становится более пологой

в левой части и при очень большом Т* превращается почти в го­ ризонтальную прямую (см. рис. 11, б). Искажающее влияние промежуточного высокоомного горизонтального пропластка (экрана) возрастает с увеличением угла а падения непроводящего основания.

Расчеты показывают, что при /-поляризованном поле экран не влияет на электромагнитное поле: кривые р|, не отличаются

от кривых МТЗ, получаемых при /-поляризованном поле на мо­ дели проводящего клина без экрана. В этом случае промежуточный

поле наклонный высокоомный пропласток экранирует лежащую ниже среду тем сильнее, чем больше его поперечное сопротивле­ ние Т* отличается от Т\ вмещающей среды и чем больше угол наклонного пропластка непроводящего основания.

На рис. 11, в приведена кривая р|, при /-поляризованном поле. Она не отличается от кривой р|, над выклинивающемся слоем без экрана. При /-поляризованном поле вид кривых р-^

чается от кривой р|,, будучи лишь сдвинутой от нее в сторону боль­ ших периодов. Искажающее влияние наклонного экрана заметно при m —5■ІО2. Экран наиболее сильно влияет в области малых периодов Т. На кривой отражаются два опорных горизонта: наклонный высокоомный пропласток и непроводящее основание.

28

При in = ІО4 влияние экрана отмечается на кривой p^ уже до­ статочно резко. Абсолютно непрозрачный экран отражается па кривой р± (см. рис. 11, б) как наклонное непроводящее основание.

Таким образом, в случае МТЗ над проводящим клином с вклю­ ченным в него промежуточны наклонным высокоомным пропласт­ ком, значения > p j!. Превышение достигает максимума, когда

поперечное сопротивление пропластка очень велико. Экраниру-

Рис. 12. Зависимость кривых МТЗ от ориентации установки и импедансная полярная диаграмма (по М. Н. Бердичевскому).

1 Р ТхЦ’ ~ РТух'’ 3 РТ эф.

ющее влияние пропластка увеличивается с возрастанием угла наклона его и изолирующего основания.

Кривые МТЗ над горизонтально-неоднородной средой изменя­ ются в зависимости от ориентации установки [5, 38]. Из рассмот­ ренного примера следует, что если при m = оо оси х, у направлены соответственно по падению и простиранию изолирующего осно­ вания, то кривая рТху (или рТ) отражает глубину залегания вы­

сокоомного промежуточного пропластка, а кривая рТух (или pjj,) — глубину до изолирующего основания. Эффективная же кривая Рт эф = і/"РтРг будет отмечать глубину до некоторой средней

поверхности, лежащей между высокоомным пропластком и изо­ лирующим основанием. Поворот измерительной установки на угол ср (рис. 12) изменяет соотношение кривых. Кривая рг эф

29

с вращением установки остается неизменной. Кривые рТху и рТух при изменении угла ср от нуля до 45° сближаются между собой и с кривой ргэфі причем остается прежнее соотношение: ртху О ртух■ При ср = 45° все три кривые сливаются в одну. При дальнейшем увеличении угла ф кривые снова расходятся, но соотношение между ними изменяется: теперь рТху <; ртух- Максимальное расхождение отмечается при ос = 90°, когда оси установки поменялись местами: рТху = рТух и рТух = рТху. В этом положении установки кривая рТху отмечает глубину залегания изолирующего основания, а кривая рТух — глубину до высоко­ омного пропластка.

Таким образом, изменяя ориентацию установки, можно полу­ чить диаграмму, которая характеризует изменение рг в зависи­ мости от положения установки и называется полярной. Она обычно строится по значениям импедапсов \ZX \ и |Z ,|, относя­

щихся к интервалу S кривой МТЗ. На рис. 12 приведена импеданс­ ная полярная диаграмма, вычисленная для случая выклинива­ ющегося проводящего слоя с промежуточным наклонным экраном. Диаграмма имеет форму эллипса, большая и малая полуоси которого соответственно равны \Zxy\ и \Zyx\. Большая полуось

направлена по падению изолирующего основания, малая — по простиранию. Иными словами, импедансная полярная диаграмма в этом случае показывает, что кривая рТху или рг тахсоответствует Л-поляризации поля, кривая рТух или рГтіп— Л-поляризации.

Полярные диаграммы часто составляются при обработке магпитотеллурических наблюдений. Они позволяют определять направление падения и простирания экрана и непроводящего основания. С помощью таких диаграмм оценивается степень на­ рушения горизонтальной однородности разреза. Для этого вы­ числяется так называемый коэффициент М неоднородности, рав­ ный отношению большой а и малой в полуосей диаграммы (М = = а/в). С увеличением горизонтальной неоднородности среды М увеличивается. Легко представить себе, что в средах горизонталь­ но-однородных коэффициент М равен единице: полярная импе­ дансная диаграмма в этом случае имеет форму окружности.

Вследствие того, что результаты МТЗ (pH и pjr) при значитель­

ной горизонтальной неоднородности среды зависят от азимута измерительной установки, при практическом выполнении МТЗ рекомендуется всегда по возможности придерживаться одного направления осей установки — по простиранию и вкрест прости­ рания структур.

Если на участках развития линейных структур в одной и той же точке получают кривые pH и рф, резко отличающиеся друг от

друга, то теряет смысл построение кривых рГэф- В этих случаях интерпретируют раздельно кривые pll и pJ;. В районах распро­

странения нелинейных структур (к последним относятся структуры без четко выраженных осей) кривые МТЗ уже не могут рассмат­

30