книги из ГПНТБ / Светов Б.С. Теория, методика и интерпретация материалов низкочастотной индуктивной электроразведки

либо ток в генераторной петле /. Результатом измерений являются

санная методика предназначена для глубинного поиска хорошо проводящих руд.

АППАРАТУРА

Аппаратура ДЭМП-1 (АЭММ-1) и ДЭМП-2

В комплект аппаратуры ДЭМП-1 [12] входят генератор, при­ емник, две приемные и две генераторные рамки (на низкие и вы­ сокие частоты) и антенный столик для ориентации приемных ра­ мок в заданном направлении. При помощи этой аппаратуры могут измеряться амплитуды различных компонент магнитного поля, а также угловые элементы, характеризующие положение эллипса поляризации магнитного поля в пространстве.

Основные характеристики аппаратуры:

(умощняющая приставка увеличивает момент в 10 раз)

Аппаратура (без приставки) позволяет реализовать в дипольном профилировании разносы до 100 м. Случайные среднеквадра­ тичные погрешности измерений поля для этой аппаратуры состав­ ляют примерно 2—3%. Она достаточно легка, портативна и удобна в эксплуатации. Ее недостатком является невысокая точность изме­ рений, определяющая небольшую глубинность исследований и не­ возможность геоэлектрического картирования пород по их проводи­ мости.

Аппаратура ДЭМП-2 отличается от аппаратуры ДЭМП-1 в ос­ новном более высоким спектром рабочих частот (2; 8; 32 и 128 кГц). Это снижает перспективы ее применения при поисках хорошо проводящих руд, но позволяет проводить геологическое картирование методом ДИП. Следует, однако, отметить, что гео­ электрическое картирование на высоких частотах может произво­ диться в условиях, когда поверхностные отложения не обладают слишком высокой проводимостью.

180

Представляется интересным определить эквивалентное числе* различимых градаций Ci для этой аппаратуры ( V I . 10). Будем счи­ тать, что при поиске хорошо проводящих руд наблюдаемые анома­ лии относятся к магнитному типу, поэтому не превышают 1 : Д Я а = = 1. Для простоты предположим также различные значения ано­ малии равновероятными. Энтропийная погрешность измерения А

Аппаратура АФИ-2 и АФИ-4

Эта аппаратура предназначена для относительных амплитуднофазовых измерений магнитного поля. В комплект входят: генера­ тор, приемные рамки с держателями, афиметр, соединительные ли­ нии.

Основные характеристики АФИ-2 (в скобках — АФИ-4):

Случайные среднеквадратичные погрешности измерений у обоих типов аппаратуры при достаточно большом уровне принимаемого-

ного типа Афа соответствует экстремальному значению реактивной

Аппаратура ЭПП-2

Аппаратурой ЭПП измеряются большая и малая полуоси про­ екции эллипса поляризации магнитного поля на плоскость момен­ тов приемных рамок. Измерения этих величин производятся ща основе аналогового преобразования сигналов, поступающих с двух

181

ортогональных рамок, по формулам (11.11) — (11.12), поэтому их результаты не зависят от ориентации приемных рамок. В силу этого оказываются существенно сниженными методические погреш­ ности и увеличена точность измерения аномальных характеристик поля (малой полуоси эллипса поляризации).

низкие и высокие частоты) и два комплекта ортогональных прием­ ных рамок.

Основные характеристики ЭПП-2

Эта аппаратура позволяет реализовать в дипольном индуктив­ ном профилировании разносы до 100 м. Она может применяться в любых методах индуктивной электроразведки как для поисков хорошо проводящих руд, так и для геоэлектрического картиро­ вания.

Случайная среднеквадратичная погрешность аппаратуры по

большой полуоси 2—3%, по малой полуоси 0,15 + 3--ут— (в % ) .

Формула для погрешности по малой полуоси Нь характеризует не только аддитивную погрешность, но и мультипликативную. Чисто аддитивная погрешность по Я&: е=0,0015. Эквивалентное число различимых градаций в аппаратуре существенно различно по боль­ шой и малой полуосям. Измерение На аппаратурой ЭПП-2 прак­ тически эквивалентно измерению компоненты поля, параллельной первичному, с микровольтметром и C i a ~ 12,5. Что касается малой

Аппаратура ИМА-1

Она включает в себя магнитоприемник, устанавливаемый на поворотном столике треноги, выносной усилитель и измеритель­ ный пульт. Аппаратура работает с универсальным электроразве­ дочным генератором УГЭ-300, входящим в комплект аппаратуры

182

ЭПП-2. По своему назначению, техническим возможностям и об­ ласти применения она близка к аппаратуре ДЭМП-1.

Основные характеристики ИМА-1

эксплуатационные характеристики аппаратуры ДЭМП-1 и ИМА-1 близки.

Нормальный ряд аппаратуры для низкочастотной индуктивной электроразведки

Под нормальным рядом аппаратуры обычно понимается сово­ купность необходимых и в основном достаточных типов аппара­ туры, предназначенной для решения какого-либо круга задач, по­ строенная на основе некоторого определяющего критерия. Таким критерием в измерительной технике всегда является точность. Про­ цесс геофизических исследований можно рассматривать как част­ ный (хотя и весьма 'специфический), вариант измерительного про­ цесса. Он сводится к косвенному (по наблюдаемым полям) функ­ циональному (на основе известных аналитических зависимостей) измерению параметров геофизического (в частности, геоэлектриче­ ского) разреза.

С этой точки зрения в основу нормального ряда аппаратуры для низкочастотной индуктивной электроразведки также должна быть положена точность измерительной аппаратуры или ее инфор­ мационная емкость. В соответствии с такими воззрениями приве­ денный выше довольно ограниченный список аппаратуры может рассматриваться в качестве такого нормального ряда. Он включает в себя максимально простую, дешевую и производительную аппа­ ратуру невысокой точности (типа ДЭМП или ИМА), предназначен­ ную для работы в относительно простых геологических условиях,, более сложную, обладающую повышенной информационной емко­ стью аппаратуру для относительных амплитудно-фазовых измере­ ний (типа А Ф И ) , и, наконец, еще более сложную в радиотехниче­ ском отношении, но достаточно портативную и простую в эксплуа­ тации, измерительную аппаратуру с высокой информационной

183-

Г Л А В А IX

МЕТОД НЕЗАЗЕМЛЕННОЙ ПЕТЛИ

МЕТОД НЕЗАЗЕМЛЕННОЙ ПЕТЛИ С ТОЧЕЧНЫМИ ИЗМЕРЕНИЯМИ

Метод незаземленной петли (НП) применяется при поисках и разведке месторождений хорошо проводящих руд. Достоинства этого метода и его целевое назначение определяются прежде всего структурой нормального поля незаземленной петли.

Напряженность магнитного поля на оси круглой петли радиуса Ro убывает с глубиной h в соответствии с формулой

новном размерами петли и слабо зависит от глубины h. Медленное убывание поля петли с глубиной позволяет реализовать большую глубинность исследований по сравнению с дипольными методами.

Электрическое поле вблизи от центра петли (на расстоянии г

ческого поля мала и аномалии электрического типа оказываются! ослабленными. В методе НП создаются благоприятные условия для достаточно глубинного поиска проводящих или магнитных руд­ ных тел и для классификации выделенных аномалий по абсолют­ ной электропроводности аномального объекта или его магнитным свойствам.

Методика полевых работ

Как правило, площадная съемка поля производится внутри квадратных или прямоугольных петель с длинами сторон 1—2 км. При наличии на участке съемки сильно вытянутых проводников-

18S

нерудного происхождения прямоугольные петли следует раскла­ дывать вкрест простирания горных пород. Расположение петель вдоль простирания пород в общем случае необоснованно, так как приводит к усложнению получаемых материалов вследствие появ­ ления аномалий электрического типа от вытянутых проводящих зон. Такие аномалии обычно выделяются в краевых частях съемоч­ ного планшета и исчезают или резко преобразуются по форме и величине при изменении их расположения внутри петли. Появле­ ние «неустойчивых» аномалий — первое свидетельство того, что форма петли и размеры рабочего планшета выбраны неудачно.

Профили наблюдений располагаются, как обычно, вкрест про­ стирания горных пород, расстояние между ними определяется мас­ штабом съемки. Для того чтобы не производить съемку в области весьма быстрых изменений первичного поля, профили обычно за­ канчиваются на расстоянии 100—200 м от токонесущего кабеля. Иногда съемку планшетов внутри петли дополняют съемкой поля вне ее. Это можно делать лишь тогда, когда не слишком велик уро­ вень аномалий нерудного происхождения. Профили в таких случаях размещаются параллельно стороне петли, идущей вкрест простира­ ния горных пород. При этом электрическое поле петли оказывается

типа. Измерение поля вне петли на участке, где ее ближайшая сто­ рона параллельна простиранию горных пород, для целей прямого поиска наименее выгодно и дает результаты, по характеру более близкие к методу длинного кабеля (ДК) [83], чем незаземленной петли (НП) .

Хорошей иллюстрацией только что высказанных положений мо­ гут служить результаты измерений переменного магнитного поля, выполненные на Маукском серноколчеданном месторождении Урала. Это месторождение характеризуется наличием вытянутых параллельно друг другу проводящих зон, представленных массив­ ными колчеданными жилами и пачками графитистых сланцев. Удельное сопротивление руд составляет десятые доли ом-метра. Удельное сопротивление сланцев резко зависит от степени их графитизации и изменяется в диапазоне 1—200 Ом - м. Остальные по­ роды характеризуются значительно более высоким сопротивлением.

турой типа АФИ по методике двух горизонтальных рамок на од­ ном из профилей, секущих месторождение. При измерении поля вне петли, расположенной к западу от профиля (рис. 49, а), четко выделяются три аномальные зоны, из которых At коррелируется с рудным телом, а Аг и Аз — с двумя зонами графитистых сланцев. На амплитудных графиках аномалия A i имеет вид широкого ми­ нимума, отчетливо выраженного уже на частоте 75 Гц. Величина фазовой аномалии незначительна. Аномалии А 2 и А 3 становятся заметными на амплитудных графиках лишь при 375 Гц и резко

186

возрастают с частотой. Такое же явление отмечается и на фазовых графиках Аг и Аз.

уменьшается, но сохраняет знак, фазовая же аномалия изменяется по форме и характеру частотной зависимости. Проведенный экспе­

тверждается результатами измерений, проведенных внутри петли (рис. 49, в). Вид аномалий A i при этом в основных чертах остается подобным тому, который был при западном расположении петли. Аномалии Аг и Аз резко изменяются, а на амплитудных графиках практически исчезают.

Иные результаты получаются при измерении поля кабеля, па­ раллельного простиранию пород (рис. 49, г). Аномалии Аг и Аз при этом резко возрастают и практически затушевывают анома­ лию от рудного тела. При задании поля заземленной полупетлей (рис. 49, д), которая еще больше увеличивает роль гальваниче­ ских токов, все аномалии возрастают, но становятся практически неразличимыми в отношении связи с разными геологическими объ­ ектами. Последние два возбудителя поля отмечают все проводящие объекты аномалиями электрического типа, которые не могут быть расклассифицированы по частотным характеристикам.

Прямые поиски рудных тел по методу НП производятся в два этапа: 1) площадной съемки и 2) детализации аномалий. На этапе площадной съемки обычно производятся одночастотные измерения магнитного поля. Рабочая частота выбирается исходя из имею­ щихся сведений о размерах и проводимости ожидаемых рудных тел, обычно в районе оптимальной [83, 84]. Оптимальной назы­ вается такая частота возбуждающего поля, при которой ампли­ тудные аномалии от искомых объектов близки к своему асимпто­ тическому значению, а аномалии по фазе или по мнимой состав­

быть равен примерно 5—10. В рассмотренном выше геологическом примере оптимальная частота ниже 75 Гц. Об этом свидетельст­ вует то обстоятельство, что при увеличении частоты амплитудная аномалия над рудным телом не растет, а фазовая имеет тенден­ цию к уменьшению.

При поисках магнитных руд методом незаземленной петли ра­ бочую частоту следует выбирать максимально низкой. В этом слу­ чае наиболее просто сравнивать полученные результаты с данными магниторазведки и решать одну из основных задач этого направ­ ления индуктивной электроразведки — задачу оценки величины остаточной намагниченности пород и руд [21, 22]. Так, например, обстоит дело при наблюдении графиков вертикальной составляю­ щей магнитного поля петли Hz над пластообразной залежью же-

188

лезистых кварцитов (Комсомольское месторождение на Кольском полуострове) (рис. 50, а) на нижней частоте (375 Гц). Слабое из­ менение амплитудной аномалии с частотой, совпадение ее по знаку

При съемке с афиметром уже на этапе площадной съемки про­ изводится предварительная разбраковка аномалий по их пара­ метру р 2 на основе амплитудно-фазовых соотношений и под детали­ зацию передается лишь часть аномалий. Если при съемке поля с мик­ ровольтметром или с аппаратурой ЭПП выявленных аномалий ока­ зывается очень много или они фиксируются на высоком уровне вторичного поля от вмещающей среды, то уже на первом этапе до­ полнительно проводят съемку на более низкой частоте. Двухчастотная съемка поля, с одной стороны, позволяет провести предва­ рительную классификацию выявленных аномалий, а с другой, дает возможность применить двухчастотную обработку полученных ма­ териалов и на ее основе дополнительно снизить фон геологических помех.

На этапе детализации производится исследование перспектив­ ных на оруденение аномальных участков, на 3—5 частотах с целью более точной оценки параметра р 2 и геологической характеристики оруденения. Если детализируемые аномалии велики, то для более точного определения геометрии аномального объекта прибегают к дипольным индукционным исследованиям. Метод НП полезно комплексировать с другими геофизическими методами: высокоточ­

При работе по методу НП могут применяться методики как абсолютных, так и относительных измерений. В первом случае обычно измеряются либо вертикальная составляющая магнитного поля (Hz), либо полуоси эллипса поляризации (#& и На). Гори­ зонтальная составляющая поля Нх наблюдается редко ввиду боль­ ших методических погрешностей, связанных с ориентацией прием­ ной рамки. При абсолютных измерениях амплитудных характе­ ристик поля (или большой полуоси эллипса поляризации) важное значение имеет исключение из результатов измерений первичного поля.

Исключение первичного поля производится путем деления из­ меренных значений на результаты расчета поля по формуле (111.98). Однако иногда в области достаточно однородного первич­ ного поля полевые материалы изображают в виде непосредственно измеренных значений напряжений. Наблюденные значения малой полуоси эллипса поляризации изображаются в виде отношений Нь/На. В этом случае полезные аномальные эффекты могут быть затушеваны фоновым изменением значений #ь, возникающим за счет конечной проводимости коренных пород и особенно покровных отложений. Исключение нормального поля петли по Нь в принципе

189