книги из ГПНТБ / Якубовский, Ю. В. Электроразведка учебник

с периодом Т х не будет отражать рельефа опорного горизонта, так как характер кривых МТЗ на данном участке определяется электри­

мере будут отражать рельеф опорного горизонта. Аналогичный пример можно привести и для разрезов с низкоомным опорным горизонтом. Однако в этом случае период исследуемых вариаций должен соответствовать нисходящим ветвям кривых МТЗ.

В настоящее время по техническим причинам (простота измере­ ний) при магнитотеллурическом профилировании исследуют главным образом среднепериодные вариации поля, соответствующие весьма

десятков ом-метров. Таким образом, основной и в то же время очень важной в отношении поисков нефте­

газоносных структур задачей, решаемой при помощи магнитотеллу­ рического профилирования, является картирование высокоомных опорных горизонтов, перекрытых мощной толщей сравнительно хорошо проводящих пород.

Для случая, когда значение рг соответствует правой асимптоте кривой МТЗ, (зона S), получено простое соотношение, связывающее продольную проводимость надопорной толщи S, входной импеданс Z (0) и сопротивление опорного горизонта:

Из этого выражения следует, что по измеренному входному импе­ дансу можно определить важную структурную характеристику раз­ реза — продольную проводимость надопорной толщи. В простейшем случае линейно поляризованного поля для определения S , оче­ видно, достаточно измерить две взаимно перпендикулярные ком­

При региональных геологоструктурных исследованиях широко применяют модификацию магнитотеллурического профилирования, характеризующуюся тем, что в процессе профилирования измеряют

простоты при.мем неизменяющимся в направлении, перпендикуляр­ ном к плоскости чертежа (рис. 181), падает плоская электромагнит­ ная волна, электрическая компонента которой (теллурические токи) лежит в плоскости чертежа, т. е. имеет компоненты Ех и Е г, а магнит­ ная — перпендикулярна к этой плоскости (Н у). Рассмотрим маг­ нитотеллурическое поле в двух точках (р и q), лежащих на оси х. Выделим в окрестностях точек р и q два сечения, перпендикулярных к оси х, в виде прямоугольников с горизонтальной стороной, равной единице, и с бесконечно длинной вертикальной стороной. Нетрудно

заметить, что через оба сече­ ния в точках р и q будет протекать один и тот же ток. Это следует, во-первых, из того, что ток течет в плоско­ стях, параллельных плоско­ сти xOz (нет растекания тока), и, во-вторых, из того, что магнитотеллурическое поле поглощается проводящим разрезом и на достаточно

большой глубине практически равно нулю. Из равенства токов, текущих в обоих сечениях, по закону Ампера следует равенство горизонтальных составляющих поля в точках р и д, т. е. Нур = H ljq.

Найдем отношения импедансов в точках р и q:

ZplZq= Е хр/Еxq.

Представляет особый интерес случай, при котором сопротивление опорного горизонта бесконечно велико. Тогда в соответствии с фор­ мулой (Х.8 )

Zp = 796/Ap, Zq = 796/Sqt

Отношение напряженностей электрической составляющей маг­ нитотеллурического поля в двух точках принято называть т е л - л у р о п а р а м е т р о м ц :

9 = Exp]Exq.

Таким образом,

Sq/Sp = p

292

Из выражений (Х.9) и (Х.Ю) следует, что по измеренным в двух точках исследуемой площади напряженностям теллурического поля можно определить отношение продольных проводимостей отложе­ ний, перекрывающих опорный горизонт бесконечно высокого сопротивления.

Если одну из этих точек сделать неподвижной и называть б а ­ з и с н о й (точка р), а вторую (точка q) — перемещать по исследу­ емой площади и называть п о л е в о й , то можно определить про­ дольную проводимость надопорной толщи в любой точке исследуемой площади в долях этой величины на базисной точке.

Если сопротивление опорной толщи имеет конечное значение, то в соответствии с формулой (Х.7) выражение для теллуропараметра усложняется и приобретает следующий вид:

здесь т — поправочный коэффициент, зависящий от отношения р г/р„ и практически равный единице прир„ > 2 0 0 0 p/.

§ 5. ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ МЕТОДАМИ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Выше при описании основных модификаций методов магнитотеллурического поля предполагалось, что векторы Е и Н поляризо-

293

Особенностью осциллографов ЭПО- 6 и ЭПО-7М является то, что в них регистрирующая часть (гальванометры, оптическая система и лентопротяашый механизм) вынесена в отдельный корпус, а элек­ троизмерительная часть (переключатели, реостаты критического режима, компенсаторы поляризации и градуировочное устройство) смонтирована в герметизированной приставке.

При работе в районах с хорошими условиями заземлений и при интенсивном поле теллурических токов входные линии подключают непосредственно к осциллографу.

Если условия заземлений тяжелые и поле теллурических токов слабое, используют двухканальный автокомпенсатор ЭДА-57, на выход которого переключают каналы АU осциллографа. Автоком­

При помощи радиостанции во время работы поддерживают двух­ стороннюю радиосвязь между операторами на обеих станциях.

Для измерения магнитной компоненты в методах магнитотеллу­ рического поля применяют магнитометр Брюнелли, принципиальная схема которого изображена на рис. 183.

Магниточувствительным элементом магнитометра является магнит 4, подвешенный на упругой кварцевой нити. На магните укреплено зеркало, которое освещается лучом от осветителя 6 через фокусирующую линзу 5. Луч света, отраженный от зеркала, попадает па фотоэлемент 8. Светонепроницаемая заслонка 7 срезает часть светового пучка, направленного в сторону фотоэлемента. Фототок, возникающий в фотоэлементе, усиливается катодной лампой. Про­ текая по обмотке обратной связи 3, он вызывает добавочное отклоне­ ние магнитной системы. Вариации магнитного поля Земли изменяют положение магнитной системы и таким образом приводят к изменению освещенности фотоэлемента. В результате изменяется сила тока

вцепи обмотки обратной связи. Полярность включения этой обмотки выбирается такой, чтобы ее магнитное поле компенсировало изме­ нение магнитного поля Земли. Таким образом, вся система находится

всостоянии автокомпенсации. Мерой интенсивности вариаций маг­ нитного поля Земли является сила тока в компенсационной обмотке. Для регистрации этого тока последовательно с обмоткой включено

294

сопротивление R. Падение напряжения на этом сопротивлении регистрируется при помощи электроразведочного осциллографа.

Обмотка 2, включенная в анодную цепь лампы через емкость С, служит для успокоения подвесной системы магнитометра. Сила тока в этой обмотке, благодаря наличию емкости, пропорциональна угловой скорости движения магниточувствительной системы, а по­ лярность подключения такова, что магнитное поле препятствует этому движению.

Обмотка 1 позволяет создать импульсы магнитного поля известной величины, используемые для градуировки магнито­ метра.

Длительность регистрации магнитотеллурического поля зависит от его интенсивности и чувствительности измерительных каналов, а также от характера изменения поля во времени. При магнито­ теллурическом зондировании с аналоговой регистрацией иногда приходится производить непрерывную регистрацию Е и Н в течение нескольких дней для того, чтобы в процессе последующей обработки магнитотеллурограмм выбрать достаточное количество вариаций в необходимом для построения кривой МТЗ диапазоне частот. Это обстоятельство существенно ухудшает экономические характеристики методов магнитотеллурического поля.

В последнее время для регистрации магнитотеллурического поля применяют цифровые электроразведочные станции (см. гл. III).

Высокая чувствительность измерительных каналов в сочетании с большим динамическим диапазоном позволяет сократить необхо­ димое время регистрации поля до десятков минут, а цифровая реги­ страция результатов измерения обеспечивает возможность непосред­ ственного ввода результатов измерений в стандартные ЭВМ с целью их обработки и интерпретации.

Регистрацию поля теллурических токов целесообразно осуще­ ствлять при помощи электроразведочных осциллографов. Полевые работы этой модификацией магнитотеллурического профилирования обычно выполняют в масштабах 1 : 1 000 000—1 : 500 000 (региональ­ ные исследования) и 1 : 1 0 0 0 0 0 — 1 : 2 0 0 0 0 0 (поиски локальных нефтегазоносных структур). В первом случае расстояния между точками наблюдения колеблются от 5 до 15 км, во втором — от 1 до 4 км.

Расстояние между базисной и полевой точками не должно пре­ вышать в районах со сравнительно пологими структурами 60—80 км. В прибортовых частях впадин, т. е. там, где возможны сравнительно крутые углы падения пород, это расстояние не должно превышать 25—30 км.

Если площадь исследования велика и съемка ее не может быть выполнена с одной базисной точки, предварительно создают сеть базисных точек, поля на которых увязывают системой многократных наблюдений. Расстояние между базисными точками не должно пре­ вышать указанное выше расстояние между базисной и полевой точками.

295

Полевые операции на точках измерений начинают с подготовки приемных линий. Их взаимное расположение выбирают в соответ­ ствии с рис. 182. Наиболее удобной для производства полевых наблю­ дений является Г-образная установка. Заземление приемных линий осуществляют неполяризующимися электродами.

После того как электроразведочные станции установлены у приемных линий и последние подключены к входным щиткам стан­ ции, операторы обеих станций устанавливают между собой радио­ связь и оператор полевой станции (оператор ПС) докладывает опе­ ратору базисной станции (оператор БС) о готовности аппаратуры к работе. Затем оператор БС, наблюдая за полем ТТ по шкале визу­ ального наблюдения, дожидается появления вариаций с амплитудой не менее 15 мм. При появлении таких вариаций оператор БС подает команду о начале записи. По этой команде оба оператора включают моторы лентопротяжных механизмов, причем на базисной станции телевключатель устанавливают в положение передачи марок, а на полевой станции — в положение приема марок.

Перед началом записи операторы градуируют оба канала че­ тырьмя градуировочными импульсами различной полярности с амплитудой не менее 30 мм и длительностью 8 —10 с. В процессе записи операторы визуально следят за положением бликов и в случае необходимости компенсаторами поляризации корректируют их положение.

Чувствительность каналов в процессе записи может быть изме­ нена, однако при этом обязательна повторная градуировка соответ­ ствующего канала. Длительность регистрации в среднем составляет 10—15 мин. Оператор БС должен следить за тем, чтобы запись поля была достаточно полной. Полной считается запись, на которой имеется не менее 1 0 — 2 0 вариаций поля с нелинейной поляризацией вектора Е. Признак нелинейной поляризации — несинхронное изме­ нение составляющих вектора Е по направлениям приемных линий.

Определив момент конца записи, оператор БС при помощи теле­ включателя сигнализирует оператору ПС о прекращении реги­ страции. Затем оба оператора снова градуируют каналы AU

регистрации, азимуты приемных линий, время регистрации чувстви­ тельности каналов и величину градуировочных импульсов.

§6. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОЛЕВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

ИПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Обработка магнитотеллурограмм, зарегистрированных в про­ цессе МТЗ, начинается с определения чувствительности измеритель­ ных каналов. Для определения этой величины используют граду­ ировочные импульсы, записанные в обоих каналах перед началом и после регистрации поля.

2 9 0

Наиболее сложная и трудоемкая операция — выделение на магнитотеллурограммах квазисинусоидальных импульсов электри­ ческого и магнитного полей и определение их амплитуды и периода. Квазисинусоидальный импульс изображен на рис. 184; здесь же показан способ определения амплитуды и периода. Квазисинусо­ идальные импульсы объединяются в группы по периодам, которые в каждой группе не должны отличаться более чем на 10—15%.

По амплитудам магнитных и электрических составляющих поля для каждой группы определяют импеданс магнитотеллурического поля. Приемы расчета импеданса описаны в специальной лите­ ратуре.

По рассчитанному значению импеданса в соответствии с выра­ жением (Х.6 ) вычисляют кажущееся сопротивление и затем строят

Рт

-----------------э-Ѵг

Рис. 185. Полевая кри­ вая MT3.

кривую МТЗ. При построении этой кривой по оси ординат отклады­

вают величину р г , а по оси абсцисс — YT . Масштабы по обеим осям — логарифмические. Пример кривой МТЗ приведен на рис. 185.

Обработку теллурограмм начинают с синхронизации записей на базисной и полевой точках, для которой используют характерные марки, нанесенные телевключателем на ленту и внешне отлича­ ющиеся от рядовых. Кроме того, при оцифровке марок используют характерные особенности теллурограммы — всплески, связанные с грозовыми помехами, и др.

Следующая операция заключается в определении векторов вари­ ации поля ТТ. Под в е к т о р о м в а р и а ц и и понимают изме­ нение поля ТТ в данной точке за некоторый период времени. Этот период времени выбирают одинаковым для базисной и полевой точек.

Способ определения составляющих вектора вариации показан на рис. 186.

Для двух выбранных моментов времени находят приращение компонент Ех я Еу в миллиметрах записи на осциллограмме.

Для пересчета измеренных приращений в милливольты их умно­ жают на постоянную регистрирующую канала

297

где А£/Гр — градуировочное напряжение в мВ; I — усредненная для всех градуировок величина градуировочного импульса в мм; rMN — длина приемной линии в км.

Геометрическая сумма составляющих Ех и Еу является вари­ ацией поля ТТ на базисной точке. Аналогичным образом определяют вариацию поля на полевой точке.

Как указывалось выше, параметры магнитотеллурического поля в случае нелинейной поляризации последнего получают по усред­ ненным значениям векторов Е и Н. Существует несколько приемов осреднения нелинейно поляризованного поля. Ниже описывается один из таких приемов, известный под названием с п о с о б а э л ­ л и п с о в .

Рис. 186. Определение составляющих вектора вариации магнитотеллурического ноля.

Для определения среднего значения напряженности поля спосо­ бом эллипсов по данным осциллограмм магнитотеллурического поля базисной и полевой точек строят полярные диаграммы, включающие 1 0 — 1 2 синхронных .векторов вариаций, равномерно заполняющих квадранты координатных систем, осями которых являются направле­ ния приемных линий (см. рис. 186).

Затем каждый из векторов диаграммы для базисной и полевой точек умножают на нормировочный множитель, равный единице, деленной на амплитуду соответствующего вектора. Очевидно, в этом случае нормированные векторы для базисной точки будут своими концами располагаться на окружности единичного радиуса. Можно доказать, что концы нормированных векторов вариаций для полевой точки опишут эллипс с полуосями А и В (рис. 187).

Отношение площади полевого эллипса к площади единичной окружности в базисной точке равно отношению средних значений поля в полевой и базисной точках. Это отношение принято называть п а р а м е т р о м К:

К *= Еср. q/Е ср, р — AB.

298

Карта изолиний параметра К — основной документ, по которому проводят геологическую интерпретацию результатов полевых наблюдений.

Эта карта иногда дополняется к а р т о й и з о л и н и й п а р а ­ м е т р а М, где М — соотношение малой и большой полуосей полевого эллипса:

М = В/А,

или картой средних значений напряженности поля на полевых точках:

Я с р .? = 1 0 0 Д ср.„.

V

Рис. 187. Способ сопряженных эллипсов (без штрихов-наблюденные векторы вариаций, со штрихами — приведенные векторы вариаций).

Вэтой формуле среднее значение напряженности поля на базис­ ной точке принято равным 1 0 0 условным единицам.

Всоответствии с выражением (Х.8 ) между продольной проводи­ мостью надопорной толщи и величиной Еср q имеется обратная зависимость — зонам с повышенным значением S соответствуют

пониженные значения Еср q, и наоборот. Если учесть, что между S и мощностью надопорного горизонта Н существует соотношение

S=*H/pif

то над поднятиями высокоомного опорного горизонта на картах средней напряженности поля будут наблюдаться зоны максимальных значений Еср д.

Основная область применения методов магнитотеллурического поля — регионально-тектонические исследования, выполняемые с целью тектонического районирования больших площадей

299