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

по шкалам делителя напряжений равен отношению амплитуд поля в двух точках, а отсчет по шкалам фазовращателей — сдвигу фаз.

Полевые работы. Полевые работы низкочастотными индуктив­

предшествуют опытные работы на хорошо изученных в геологи­ ческом отношении площадях или на участках с разведанными руд­ ными телами. В процессе опытных работ выбирают оптимальные для данных условий размеры петли, рабочую частоту, а также ори­ ентировку и расположение профилей.

Поисковую съемку выполняют обычно в масштабе от 1 : 5000 до 1 : 25 000. В районах с простым геоэлектрическим разрезом (мало­ мощные покровные отложения, высокоомные и однородные рудо­ вмещающие породы) общую съемку можно проводить на одной частоте, подобранной таким образом, чтобы рудные залежи, харак­ терные для данного района, наиболее четко отмечались аномальными эффектами. При поисках колчеданных и иных залежей хорошо проводящих руд эту частоту берут равной 200—400 Гц. При поисках залежей крупного размера рабочую частоту можно снизить до десят­ ков герц.

В районах с мощными и хорошо проводящими покровными отло­ жениями и неоднородными рудовмещающими породами поисковую съемку с амплитудными вольтметрами рекомендуется выполнять на двух частотах. Это позволяет уже в процессе общей съемки соста­ вить представление о природе источников обнаруживаемых анома­ лий. Обычно одну частоту выбирают близкой к оптимальной, а вто­ рую — в 2—3 раза выше.

Поисковую съемку с афиметрами обычно проводят на одной ча­ стоте. Природа аномалии в этом случае определяется по соотношению амплитудных и фазовых аномалий.

В том случае, когда объектом исследования являются высоко­ магнитные геологические объекты (например, залежи магнитных железных руд), одну из рабочих частот целесообразно выбирать настолько низкой, чтобы аномалии магнитостатического характера существенно превышали аномалии от вихревых токов, наведенных в проводящих областях разреза. Вторую рабочую частоту в этом случае можно выбирать достаточно высокой для того, чтобы по результатам наблюдений судить о проводимости горных пород и руд, слагающих геоэлектрический разрез исследуемой площади.

Детальные съемки выполняют на аномальных зонах, обнару­ женных в процессе общих съемок, а также в пределах аномальных зон, выделенных другими геофизическими методами.

В задачу этих съемок входит уточнение контуров аномальных зон и, что самое существенное, определение геологической природы аномалий.

Для уменьшения влияния токов, наведенных во вмещающих породах, детализационные исследования следует выполнять на планшетах, расположенных в центральной части незаземленной

петли, т. е. там, где нормальное электрическое поле минимально (см. гл. IX).

Характерной особенностью детализационных работ является то, что съемка магнитного поля выполняется на нескольких частотах. Количество частот и их диапазон выбирают такими, чтобы можно было построить частотные характеристики аномалий. В соответствии

свозможностями серийной аппаратуры частоту изменяют от десятков до первых тысяч герц. Количество фиксированных частот в этом диапазоне колеблется от 6 до 8.

Полевые работы индуктивными методами начинают с топографи­ ческой подготовки участка съемки, в задачу которой входит разметка на местности сторон петель или линий размотки прямолиней­ ного кабеля, а также разбивка профилей. При поисках залежей среднего и крупного размеров используют петли с длиной сторон от нескольких сотен метров до 2—3 км. Следует иметь в виду, что применение петель больших размеров выгодно в экономическом отношении, так как при этом уменьшаются затраты времени на смо- точно-размоточные работы; кроме того, внутри петель больших размеров умещаются длинные профили, необходимые для изучения широких аномальных зон, характерных для глубинных объектов. Использование петель малых размеров (со сторонами до 100—200 м) оказывается необходимым при работе в районах с мощными покров­ ными либо хорошо проводящими рудовмещающими породами, так как с уменьшением размеров петель понижается влияние этих пород. При работе методом БДК длина кабеля колеблется от одного до нескольких километров.

Расположение профилей, вдоль которых наблюдается магнитное поле, в значительной мере определяет характер получаемых резуль­ татов.

Вцентральной части незаземленной петли электрические компо­ ненты нормального поля от токов, текущих через противоположные стороны петли, компенсируют друг друга (вследствие того, что эти токи направлены противоположно). Таким образом, аномалии, наблюдаемые в центральной части петли, связаны главным образом

свихревыми токахми в хорошо проводящих частях геоэлектрического разреза. Это значительно облегчает интерпретацию аномалий, т. е. определение параметров (размеров и проводимости) их источ­ ников.

Аномалии, отмечаемые на профилях, внешних по отношению к петле, имеют двоякую природу: они могут быть связаны как с вихревыхми токами, так и с токахми, концентрирующимися в хорошо проводящих областях разреза. Это обстоятельство затрудняет ин­ терпретацию результатов наблюдений.

Длину профилей обычно берут такой, чтобы она была равна половине длины петли, параллельной профилям. При работе с бес­ конечно длинным кабелем профили обычно располагают перпенди­ кулярно к кабелю на участке средней трети последнего. Длина их не должна превышать 1]3длины кабеля.

322

Вслед за топографическими работами электроразведочныѳ бригады начинают раскладку проводов-петель по сторонам разме­ ченных прямоугольников-планшетов или по линиям размотки кабеля (для метода БД К). Концы кабеля заземляют посредством железных стержневых электродов.

Полевые измерения методами незаземленной петли или БД К с амплитудным вольтметром.

При абсолютных измерениях с амплитудным вольтметром изме­ рительный комплект обслуживается бригадой из трех человек: оператора, вычислителя и рабочего. Наблюдения в поле петли или кабеля могут выполняться двумя-тремя работающими независимо друг от друга измерительными комплектами одновременно.

Перед началом измерений магнитного поля проверяют при по­ мощи тестера сохранность петли, отсутствие в ней разрывов. При наличии разрывов последние ликвидируют; затем оператор на гене­ раторной группе после предварительного прогрева генератора вклю­ чает ток в петлю, устанавливает нужную частоту и силу тока, после чего подает сигнал для начала измерений на профилях. При измере­ ниях с амплитудным вольтметром перед началом работы проверяют напряжение источников питания и в случае необходимости заменяют израсходованные батареи.

На исходной точке профиля рабочий устанавливает по уровню измерительную рамку горизонтально или вертикально (в зависимости от измеряемой компоненты поля). В это время оператор проверяет и в случае необходимости корректирует коэффициент усиления вольтметра, подключает рамку к входу прибора, выбирает предел измерения так, чтобы отсчет составлял не менее а/ 3 шкалы, и затем производит отсчет.

Вычислитель записывает отсчет в полевой журнал и наносит результаты измерения на график. Если нанесенная точка не нару­ шает плавного характера кривой, прибор перемещают на следу­ ющую точку профиля. При переходе с точки на точку измерительную рамку оставляют подключенной к прибору, питание которого не выключают. В том случае, когда новая точка графика нарушает плавный ход кривой, необходимо повторить измерения на данной и предыдущей точках профиля. Лишь убедившись в сходимости результатов измерений в пределах ±2% , оператор может продол­ жать перемещение по профилю. Повторные измерения на двух точках профиля необходимо также выполнять при перерывах в работе по условиям погоды, по техническим причинам или вследствие оконча­ ния рабочего дня.

Для увязки наблюдений, выполненных на различных профилях в различное время и различными приборами, проводят двукратный промер поля вдоль магистрали, которую обычно прокладывают по центральным или начальным точкам всех профилей. Промер поля по магистрали поручается наиболее опытному оператору. Измерения выполняют без перерыва в работе генераторной группы и измери­ тельного прибора.

Первичная обработка результатов наблюдений заключается в при­ ведении измеренных значений амплитуд магнитного поля к постоян­ ной силе тока в петле и к относительным единицам, общим для всех используемых вольтметров. Первая задача решается путем деления измеренных величин поля на силу тока в петле.

Для увязки наблюдений, выполненных на различных профилях различными приборами, отсчеты на всех точках каждого профиля умножают на поправочный коэффициент, равный частному от деле­

При относительных амплитудно-фазовых измерениях с афи­ метрами измерительный комплект обслуживается бригадой из пяти человек — оператора, вычислителя и трех рабочих.

Полевые измерения с комплектом АФИ начинают с подготовки измерительного прибора. Эта подготовка заключается в проверке и в случае необходимости в смене источников питания, в проверке сохранности соединительных шлангов, при помощи которых рамки подключаются к прибору.

Перед началом измерений на каждом профиле и на его среднем пикете проверяют идентичность измерительных каналов афиметра. Для этого обе рамки располагают на расстоянии 1 м друг от друга горизонтально и на ручках фазовращателя и делителя напряжений устанавливают нулевые отсчеты; затем при помощи корректора отно­ шений амплитуд и фазовращателя добиваются нулевого отсчета индикатора нуля. Если затем переключателем входа прибора изме­ нить порядок подключения рамок к входу прибора на обратный, при идентичных измерительных каналах на индикаторе нуля дол­ жен сохраниться нулевой отсчет. При неидентичных каналах стрелка индикатора нуля сместится с нулевого положения. В этом случае фазовращателем и делителем напряжений снова добиваются нулевого отсчета индикатора. Половина отсчета по делителю напряжений и фазовращателю является поправкой на неидентичность измеритель­ ных каналов.

Измерения на каждой точке профиля выполняют следующим образом. После того как рабочие установили рамки на двух последо­ вательно расположенных точках профиля, оператор подает команду «внимание». По этой команде рабочие устанавливают рамки по уровню, а оператор проводит грубую компенсацию сигналов. Затем по команде «отсчет» рабочие уточняют по уровню положение рамок, а оператор осуществляет точную компенсацию сигналов и диктует вычислителю отсчеты разности фаз в градусах и отношения амплитуд в децибеллах, дает сведения о положении переключателя входов и разности отсчетов по шкале компенсатора, при которых рабочая частота начинает прослушиваться па фоне шумов или помех. Эта величина характеризует точность измерений.

Записав отсчеты в журнал, нанеся результаты наблюдений на

324

график и убедившись в плавном ходе кривой, вычислитель подает команду «вперед». По этой команде заднюю по ходу профиля рамку переносят на место - передней, а переднюю — перемещают вперед на расстояние, равное шагу установки. Питание прибора при этом не выключают.

Первичная обработка результатов измерений заключается в вве­ дении поправки на неидентичность каналов афиметра. Величину этой поправки, как указано выше, определяют для каждого профиля.

Н,мВ

Рис. 202. Графики ампли­ туды вертикальной со­ ставляющей магнитного поля петли (геологиче­ ский разрез составлен по результатам геофизиче­ ских и буровых работ).

1— четвертичные отложе­ ния; 2 — спилиты; 3 — положение массивных руд по геофизическим данным; 4 — кварцевосерицитовые породы с вкрапленными рудами.

Контроль за точностью полевых наблюдений осуществляют путем повторной съемки по выборочным профилям, равномерно распре­ деленным по съемочной площади, а также во времени. Количество повторных измерений составляет 10% общего объема работ. Допу­ стимая погрешность при работе с ИМА 2%, при работе с афиметрамж 1,5% по отношению амплитуд и 15' по сдвигу фаз.

Изображение и интерпретация результатов наблюдений.

Результаты съемки поля петли или кабеля изображают в виде гра­ фиков амплитуд, отношения амплитуд или сдвигов фаз, карт гра­ фиков этих величин и иногда в виде карт изолиний амплитуд поля.

График амплитуд вертикальной составляющей поля петли изобра­ жен на рис. 202.

На картах графиков следует показывать положение петли и закре­ пленных точек. Карты желательно строить на геологической основе

325

и показывать на них результаты работ другими геофизическими методами.

Карты изолиний амплитуд строят для небольших участков, изученных детальной съемкой и расположенных в центральной части петли, т. е. там, где нормальное поле однородно.

Результаты многочастотных измерений изображают в виде гра­ фиков, карт графиков и карт изолиний поля для различных частот. Аномальные значения поля снимают с графиков и по ним строят ч а с т о т н ы е х а р а к т е р и с т и к и а н о м а л и й .

Геологическая интерпретация материалов, полученных в про­ цессе общей съемки, проводится с целью выделения участков с ано­ мальным поведением поля; она позволяет также дать предваритель­ ную геологическую оценку аномалий. Эта оценка дается по ха­ рактеру графиков аномального поля, интенсивности аномалий и их геологическому положению.

Интерпретация частотных характеристик аномалий — основной прием определения геологической природы аномалий. Известно несколько приемов интерпретации частотных характеристик. Ниже описан способ, основанный на применении обобщенной параметри­ ческой характеристики амплитуды аномального поля.

Наблюденную в полевых условиях частотную характеристику амплитуды аномального поля, т. е. зависимость процентного соотно-

н

шения -т=Д- • 100% от частоты, строят на прозрачном двойном

и о

логарифмическом бланке с модулем 6,25 см.

Эту частотную характеристику совмещают с обобщенной пара­ метрической характеристикой, построенной в том же масштабе. Как указывалось выше, по оси абсцисс при построении обобщенной

и обобщенной характеристик смещение логарифмических шкал по оси абсцисс равно произведению yQ. Для того чтобы от этого произ­ ведения перейти к размерам источника аномалии, необходимо знать его удельное сопротивление и задаться геологически обоснованной гипотезой о форме рудного тела. Так, например, если для рудных тел в данном районе характерна изомерная форма, то можно принять

Q — а 2, где а — радиус сферы, близкой по размеру к рудному телу.

Значения Q для пласта и цилиндра были приведены в § 1 этой главы. Следует иметь в виду, что описанный выше прием, а также другие приемы определения параметров источников аномалий дают полу­ количественные результаты, позволяющие оценивать лишь порядок интересующих нас размеров или проводимости источников аномалии, а не их точное значение. Весьма существенно то, что, зная порядок произведения yQ, можно уверенно судить о том, связана ли анома­ лия с хорошо проводящей рудой или ее источник — неоднородность

вмещающих или покровных отложений.

326

Полевые работы методом ДИП. Полевые работы методом диполь­ ного индуктивного профилирования могут выполняться несколькими установками, различающимися взаимным расположением генератор­ ного и измерительного диполей (рис. 203). Наиболее часто при­ меняются установки с вертикальным генераторным и вертикальным же измерительным диполями (установка ZZ) или с вертикальным генераторным и горизонтальным, совпадающим с направлением профиля, измерительным диполями (установка ZY), а также уста­ новки, в которых измеряется угол а наклона к горизонту большой оси эллипса поляризации магнитного поля в вертикальной пло­ скости, совпадающей с профилем наблюдения (установка Za). Не исключена возможность применения установок с горизонтальным

тельной рамки устанавливают перпендикулярно к профилю и рамку вращают вокруг этой оси до тех пор, пока стрелочный прибор вольт­ метра не покажет минимальный отсчет. Это соответствует такому положению рамки, при котором плоскость ее витков совпадает с боль­ шой осью эллипса поляризации. В этом положении по угломерному устройству рамки берут отсчет угла наклона а.

По измеренным величинам Н2, Н у или а определяют кажущееся сопротивление — параметр, близкий по смыслу к параметру, исполь­ зуемому в методе сопротивлений.

Как указывалось в гл. IX, компоненты нормального поля маг­

нитного диполя однозначно определяются параметром р = 2,81 г ] ///р

(предполагается, что токи смещения малы по сравнению с токами проводимости). Отсюда следует, что, измерив какую-либо из этих компонент, можно определить параметр р, а затем, зная частоту /, — найти удельное сопротивление среды, заполняющей однородное полупространство.

327

В том случае, когда измерения проводятся над неоднородным в электрическом отношении разрезом, параметр р и соответственно сопротивление, определенное по расчетным формулам или графикам, являются фиктивными величинами, лишь по размерности совпада­ ющими с р или р . Эти параметры целесообразно назвать кажущи­ мися. Отметим, что кажущееся сопротивление, рассчитанное но наблюденным компонентам поля диполя, в случае однородного разреза совпадает с истинным. Величина кажущегося удельн-ого сопротивления зависит от строения геоэлектрического разреза,

Рис. 204. Номограмма для определения рк но измерен­ ным значениям а.

расстояния и взаимной ориентировки записей, а также от частоты поля. Поскольку изучение геоэлектрического разреза — основная задача исследования, методика полевых работ должна быть такой, чтобы зависимость рк от характера разреза проявлялась наиболее четко. С другой стороны, эта методика должна быть проста и произ­ водительна. Установки, изображенные на рис. 203, удовлетворяют этим требованиям.

Рассчитаны номограммы, позволяющие определять рк по изме­ ренному значению Hz, Н у, а и по известным величинам г (в км) и / (в Гц).

На рис. 204 приведена одна из этих номограмм, предназначенная для определения рк по величине угла а. Для этого по измеренной величине а находят точку с соответствующей ординатой на кривой номограммы. Затем определяют абсциссу этой точки и, умножая ее на г2/, получают искомое значение рк. При этом частота / должна

328

быть выражена в Гц, а расстояние г (между генератором и прием­ ником) в км.

Результаты наблюдений изображают в виде графиков или карт графиков рк. Способы построения и тех и других аналогичны опи­ санным в гл. V.

§ 3. МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Сущность метода переходных процессов (МПП) заключается в изучении нестационарного электромагнитного поля, создаваемого при помощи незаземленных контуров, ток в которых ступенчато изменяется от некоторого постоянного значения до нуля. Переходный процесс в ступенчато изменяющемся магнитном поле изучают на поверхности земли, в скважинах или над землей.

В качестве источника первичного поля при работе методом пере­ ходных процессов, так же как и в гармонических полях, используют большие незаземленные петли или рамки малых раз­ меров — диполи.

От рассмотренных выше низкочастотных методов МПП выгодно отличается тем, что вторичное магнитное поле токов, наведенных в земле, изучается после исчезновения первичного поля. Это обсто­ ятельство способствует существенному увеличению информатив­ ности измеряемого сигнала, так как первичное поле источника по существу не несет какой-либо информации о геоэлектрическом раз­ резе. Отсутствие в момент измерения первичного поля обусловливает снижение требований к точности измерений. Вместе с тем повышаются требования к чувствительности измерительного устройства и мощ­ ности генераторной группы. В связи с тем, что скорость затухания токов, наведенных в различных частях геоэлектрического разреза (покровных отложениях, рудных залежах), зависит от их удельного сопротивления и размеров, в благоприятных условиях, измеряя разные стадии переходного процесса, можно разделить во времени влияние на измеряемое поле различных геологических объектов, например рудных тел и рудовмещающих пород.

Так как нестационарное поле содержит в своем спектре прин­ ципиально неограниченный диапазон частот, измерение этого поля должно осуществляться аппаратурой с широкой полосой пропуска­ ния сигнала.

Известно, что такая аппаратура обладает весьма слабой помехоза­ щищенностью. Для улучшения помехозащищенности аппаратуры, предназначенной для измерения нестационарного поля, приходится принимать специальные меры. Это является недостатком МПП.

В настоящее время наземные работы МПП выполняют рамочнопетлевой установкой и установкой с совмещенными петлями.

В р а м о ч н о - п е т л е в о й у с т а н о в к е (рис. 205, а) источником первичного поля служит большая незаземленная прямо­

329

измеряют при помощи измерительной рамки, перемещающейся вдоль профилей, расположенных в центральной части петли. Эту модифи­ кацию метода переходных процессов в дальнейшем будем сокра­ щенно обозначать МППР.

В у с т а н о в к е со с о в м е щ е н н ы м и г е н е р а т о р ­ н о й и и з м е р и т е л ь н о й п е т л я м и (однопетлевая уста­ новка) источником поля служит незаземленная петля со сторонами от нескольких десятков до первых сотен метров (рис. 205, б). В каче­ стве датчика нестационарного поля используют ту же петлю, пере­ ключаемую в нужный момент с выхода генераторной грзчшы на вход измерительного прибора, либо отдельную петлю, пространственно совмещенную с генераторной. Эту модификацию метода переходных процессов в дальнейшем будем сокращенно обозначать МППО.

рис. 205. Установки для работы методом переходных процессов.

а — рамочно-петлевая; б — с совмещенной генераторной и измерительной петлями; П — приемник; Г — генератор.

В электроразведочных установках, использующих стационарные поля, пространственное объединение источника и датчика поля -обычно приводит к резкому снижению глубинности исследования за счет интенсивного влияния первичного поля (или нескомпенсиро­ ванной его части), а также влияния той части геоэлектрического разреза, которая непосредственно примыкает к установке. В описы­ ваемой модификации МПП первичное поле отсутствует, а вторичное поле, связанное с вихревыми токами в прилегающей к петле части разреза, быстро затухает вследствие малых размеров этой области.

Существенным преимуществом МППО является то, что в резуль­ тате одного измерения поля получается информация о геоэлектрическом разрезе в пределах площади, оконтуренной петлей. Это определяет высокую производительность полевых работ.

Наряду с этим МППО уступает МППР в детальности полевых исследований. Отмеченные особенности определяют область и после­ довательность применения обоих модификаций МПП в процессе полевых электроразведочных исследований.

Аппаратура. В методе переходных процессов применяются два различных способа измерения нестационарного поля, иллюстриру­ емые временными диаграммами на рис. 206.

.330