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

Г Л А В А X

ДИПОЛЬНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Дипольные индукционные исследования применяются для ре­ шения широкого круга геологических задач: неглубинных поисков хорошо проводящих рудных тел, картирования покровных отложе­ ний по проводимости и мощности, а также коренных горных пород по проводимости и т. д.

Дипольные методы электроразведки традиционно разделяют на методы дипольного профилирования (с неизменными разносом и частотой) и методы дипольного зондирования (с изменяющимися разносами или частотой). Промежуточное положение занимают дипольные методы, использующие два или три разноса или ча­ стоты (двухразностное или двухчастотное профилирование).

В рудной электроразведке методы дипольных электромагнитных зондирований в чистом виде пока не играют сколько-нибудь су­ щественной роли. Гораздо большее значение имеют промежуточ­ ные модификации дипольных исследований. Это объясняется рядом причин, главной из которых является высокая сложность геоэлек­ трической обстановки в рудных районах. Однако потребности руд­ ной геофизики в точном и детальном количественном изучении гео­ электрического разреза, по-видимому, в настоящее время еще не в такой мере сформировались, как в структурных методах иссле­ дований.

ПОИСКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ХОРОШО ПРОВОДЯЩИХ РУД

Методика полевых работ

Поиски хорошо проводящих руд производятся методом диполь­ ного индуктивного профилирования (ДИП) в масштабах 1 : 2 000-н - И : 10 ООО, реже — в масштабе 1 : 25 ООО.

Наиболее универсальная и разработанная методика проведе­ ния полевых работ дипольным индуктивным профилированием — методика последовательных перемещений. При работе по этой методике генераторная и приемная установки следуют по профи­ лям наблюдений одна за другой на неизменном расстоянии г ме­ жду ними. В качестве возбудителя поля в этой методике обычно применяется вертикальный магнитный диполь.

Как следует из гл. I V , применение горизонтального магнитного диполя в методе ДИП в общем случае необоснованно и приводит лишь к уменьшению наблюдаемых аномалий за счет более высо­ кого уровня первичного поля. Измеряемыми элементами в методе ДИП обычно являются либо амплитуда вертикальной составляю­ щей, либо большая и малая полуоси эллипса поляризации магнит­ ного поля. Их измерение производится микровольтметрами типов ДЭМП" или ИМА либо аппаратурой ЭПП. С помощью микровольт­ метров можно измерять также угол наклона большой оси эллипса поляризации магнитного поля (гр) или отношение Hr/Hz, однако при поисковых работах эти величины измеряются сравнительно редко. Иногда амплитудные измерения вертикальной составляющей поля дополняются фазовыми, которые осуществляются с помощью спе­ циальной фазовой приставки к микровольтметру [27].

Поскольку при поисках хорошо проводящих руд наблюдения производятся в ближней зоне возбудителя, то при не слишком большой величине аномальных эффектов все измеряемые элементы можно разделить на те же эквивалентные классы, что и в методе незаземленной петли (см. табл. 4) . В соответствии с этим в мето­ дике последовательных перемещений можно выделить два вида измерительных установок — симметричных и несимметричных, в ко­ торых измеряются величины, эквивалентные соответственно вер­ тикальной и горизонтальной составляющим поля. Среди несиммет­ ричных установок следует различать прямые и обратные в зависи­ мости от того, как располагаются возбудитель и приемник поля на графике, изображающем результаты наблюдений. Если в несим­ метричной установке поменять местами генератор и приемник поля, то вид наблюденных графиков изменяется. Это дает возможность получать более полную информацию относительно геометрии выде­ ляемых аномальных объектов, в частности относительно углов па­ дения пластовых рудных тел. Более высокой разрешающей спо­ собностью в этом отношении обладает установка, в которой при­ емник поля располагается в направлении ожидаемого падения рудных тел.

Глубина обнаружения рудных тел в методе дипольного индук­ тивного -профилирования при невысоком уровне геологических по­ мех зависит от разноса применяемой установки, формы и разме­ ров рудных тел и от точности измерения вторичного поля. Из гл. I V следует, что пластовые рудные тела могут обнаруживаться при пороговой чувствительности измерительной установки 2—3% (точ­ ность измерения с микровольтметром) на глубине,' равной поло­

той же чувствительности аппаратуры можно обнаружить проводя­ щие объекты с эквивалентным радиусом а, равным соответственно

212

оценки становятся завышенными в силу флюктуации поля, свя­ занных с геологическими помехами. Из проведенных оценок выте­ кают требования к величине разноса при поисковых работах. В слу­ чае неглубоко залегающих рудных тел разнос установки ограничен сверху разрешающей способностью методики последовательных пе­ ремещений в отношении близко расположенных проводников [27].

Рабочая частота в методе Д И П выбирается на основе тех же соображений, что и в методе НП, с учетом того что параметр р 2 у тонкой, вытянутой по падению и простиранию пластины зависит от разноса установки ( р 2 = арют/ - ) . Если при съемке поля, по­ мимо поисков хорошо проводящих руд, производится картирование неглубинной тектоники, а влияние покровных отложений и нераз­ рушенных коренных пород невелико, то рабочая частота может быть увеличена по сравнению с оптимальной. Как и в методе НП,. площадная съемка поля выполняется обычно на одной частоте. При детализации выявленных аномалий проводятся дополнитель­ ные исследования: на ряде частот — с целью определения пара­ метра аномального объекта и выяснения на этой основе его воз­ можной связи с оруденением, на ряде разносов — для определения его глубины и выделения близко расположенных проводников, с прямой и обратной установками — с целью уточнения геометрии аномального объекта и т. д. Подробное описание приемов детализационных исследований содержится в работе В. X. Захарова [27].

Одним из факторов, затрудняющих проведение работ дипольными индуктивными методами, является рельеф местности. Прин­ ципиально он может вызывать изменения наблюдаемых элементов поля, сходные с аномальными эффектами от искомых объектов. В тех случаях, когда вмещающие оруденение породы и покровные отложения достаточно высокоомны, влияние рельефа сводится к из­ менению первичного поля в точке наблюдения и может быть уч­ тено с помощью просто рассчитываемых поправочных графиков. Наибольшим влияние рельефа бывает в том случае, когда изме­ рительная установка располагается вкрест склона.

На рис. 58 приведены графики поправочных коэффициентов,

тается положительным, когда приемник расположен выше гене­ ратора. Для внесения поправок в результат измерения необходимоизмеренную величину разделить на соответствующий поправочный коэффициент. На рис. 58 дан также график изменения угла t|) на­ клона большой полуоси эллипса поляризации к горизонту. Срав­ нение этих графиков показывает, что в наибольшей степени зави­ сит от рельефа местности угол ар, а в наименьшей — большая по­ луось эллипса поляризации магнитного поля.

213-

Естественно, что изменение геометрии первичного поля в пер­ вом приближении не сказывается на реактивных характеристиках вторичного поля: фазе вертикальной составляющей ср2 и малой полуоси эллипса поляризации Нъ. Они начинают зависеть от рель­ ефа только тогда, когда нельзя пренебречь полем от проводящего полупространства. На рис. 58 'приведен график зависимости малой полуоси эллипса поляризации магнитного поля от наклона местно­ сти (Кь) в области малых параметров. Из него следует, что наи­ меньшее влияние рельеф оказывает в том случае, когда приемник

у, град 90

y=so°-e°

Рис. 58. Графики зависимо­ сти результатов измерений методом ДИП от рельефа местности

расположен выше по склону. Более подробные сведения об учете рельефа в условиях конечной проводимости среды содержатся в работе А. В. Вешева и др. [12]. Однако потребность в таком учете возникает в основном при геоэлектрическом картировании.

Главным фактором, снижающим эффективность поисковых ра­ бот дипольным индуктивным профилированием, является влияние на результаты измерений проводящих покровных отложений и ко­ ренных пород, степень которого различна и зависит от ряда усло­ вий. Простейший случай — это горизонтально-однородный и не очень низкоомный разрез, не вызывающий на рабочей частоте су­ щественного поглощения поля на глубине исследований. Влияние такого разреза проявляется в том, что фоновое значение поля ста­ новится отличным от величины первичного поля. В подобных ус­ ловиях положительные результаты может дать некоторое снижение рабочей частоты и переход к установкам, в которых вторичное

214

поле от горизонтально-слоистой среды равно нулю. К ним отно­ сятся несимметричные установки параллельного перемещения с вер­ тикальным и горизонтальным возбуждающим диполями. В таких установках возбудитель и приемник поля перемещаются по парал­ лельным профилям так, что соединяющая их линия оказывается все время перпендикулярной к профилю наблюдений. Если в установ­ ках параллельного перемещения измерять малую полуось эллипса поляризации или угол наклона большой полуоси в вертикальной плоскости, проходящей через профиль наблюдений, то, как следует из формул гл. I I I , эти элементы поля будут сохраняться равными нулю в случае горизонтально-слоистой проводящей среды.

Более сложным является вариант горизонтально-неоднородной среды, когда аномальные эффекты от рудных тел фиксируются на фоне аномалий от других геоэлектрических неоднородностей. Это может иметь место, когда параметры рудных тел и нерудных про­ водящих неоднородностей (зон дробления в коренных породах,, участков с повышенной мощностью или проводимостью покровных отложений либо с развитой корой выветривания) не слишком сильно различаются между собой и фильтрационные свойства ча­ стотных характеристик вторичного поля оказываются недостаточ­ ными для подавления таких геологических помех. В этих условиях целесообразно снять поле на второй, более низкой частоте и про­

глубина залегания рудного тела).

Если большое поглощение поля связано со слишком высокой рабочей частотой, то ее следует снизить до такой степени, чтобы толщина скин-слоя в несколько раз превышала глубину залегания

зываются близкими друг к другу, то поиски рудных тел методом ДИП становятся невозможными. Лучшие результаты в таких ус­ ловиях могут дать методы электроразведки, основанные на кондуктивном задании первичного поля.

Рассмотрим примеры постановки работ методом Д И П в усло­ виях, приближающихся к идеальным, и при осложняющем влиянийкоренных пород и покровных отложений. На рис. 59 приведены графики, полученные в результате применения различных методик дипольного индуктивного профилирования на одном из медно-ни- келевых месторождений Кольского полуострова. Профиль наблю­ дений проходит вкрест простирания неглубоко залегающего и по­ лого падающего рудного тела, вытянутого по падению и простира­ нию. Поскольку удельное сопротивление руд составляет десятые и сотые доли ом-метра, а у вмещающих оруденение пород и покров­ ных отложений оно колеблется от единиц до десятков тысяч

215

/= 75кГц

Л г=80м

ДИП на медно-никёле-

юм-метров, условия для применения метода ДИП в поисковом ва­ рианте можно считать идеальными.

Из представленных материалов следует, что графики различ­

стоянием между точками наблюдений по Hz. Графики несимметрич­

Более выразительные результаты дала обратная установка, в ко­ торой приемник расположен в сторону падения рудного тела. Как

•216

следует из приведенных материалов, в подобных условиях все у с ­ тановки четко фиксируют рудное тело, и применение аппаратуры ЭПП не дает никаких преимуществ. При более глубоком залегании рудного тела и при таком же низком уровне геологических помех высокоточное измерение малой полуоси эллипса поляризации при­ водит к повышению глубинности исследований [58].

стана. Западная часть профиля находится над нерасчлененной тол­ щей песчаников и алевролитов, а средняя и восточная — над тол­ щей эффузивных пород, их туфов и туфогенных песчаников. Удель­ ные сопротивления этих пород, особенно песчаников и алевролитов,, сравнительно низкие (200—500 О м - м ) . В средней части профиля под зоной окисления на глубине 10—15 м залегает рудное тело, довольно высокой проводимости. Мощность рыхлых поверхностных отложений на этом участке невелика. По профилю были проведены

стично в непосредственно наблюденном виде, частично в виде гра­

фиков эффективных значений р и о.

Из имеющихся материалов следует, что рудное тело месторож­ дения фиксируется на фоне значительных аномалий от проводящих толщ в коренных горных породах, особенно в западной части про­ филя. Конфигурации наблюденных графиков по всем методикам

измерений в основных чертах совпадают, графики о(Нь/На) явля­

ются зеркальным отражением графиков р(гр и Hz/Hr).

Средний фоновый уровень всех измеренных величин сущест­

на результаты измерений. По-существу, метод ДИП решает здесь комплексную поисково-картировочную задачу. Однако получение большего количества информации о геоэлектрическом строении изучаемого разреза в целом достигается за счет менее эффектив­ ного решения чисто поисковой задачи. На большей части графиков рудное тело фиксируется аномалией, мало отличающейся по вели­ чине от других аномалий на профиле. Уменьшение рабочей ча­ стоты в методе Д И П — Э П П с 2500 до 625 Гц приводит к относи­ тельному увеличению аномалии над рудой, однако фон геологиче­ ских помех (с точки зрения поисковой задачи) остается все ж е большим. Гораздо более радикальные результаты дает двухчастотная обработка результатов измерений Нь/На. На графиках До =

217

= 0 / 2 — 0 / , , эквивалентных графикам Д/Л, все аномалии нерудного

происхождения резко ослабевают, а рудная аномалия остается по^ прежнему значительной.

Рисунок 52 иллюстрирует применение низкочастотной индуктив­ ной электроразведки на одном из медноколчеданных месторожде­ ний Восточного Казахстана, когда основным фактором, осложняю­ щим решение поисковой задачи методом ДИП, являлись хорошо проводящие толщи поверхностных отложений. Значительные из­

рудного тела практически не ощущается. Снижение рабочей частоты от 2500 до 312 Гц не способствует существенному улучшению кар­ тины: фильтрационные свойства частотных характеристик вторич­ ного поля оказываются в данном случае малоэффективными. Од­

Обработка и интерпретация результатов наблюдений

Результаты абсолютных измерений поля при поисках хорошо проводящих рудных тел целесообразно изображать в виде графи­ ков или изолиний наблюдаемых величин, нормированных первич­ ным полем (магнитных чисел). Величина первичного поля обычно находится из результатов измерений Hz или На путем усреднения их значений на безаномальных участках. При измерении относи­ тельных характеристик (фаз и углов наклона) строятся графики непосредственно наблюденных величин.

Вертикальные масштабы графиков определяются точностью из­ мерений соответствующих элементов поля: амплитуд ортогональ­

Точка записи результатов наблюдений в методе ДИП относится обычно либо к середине расстояния между возбудителем и при­ емником [27, 58], либо к приемнику поля [12]. Хотя это и не имеет принципиального значения, все же, на наш взгляд, более удобен первый способ. Он соответствует симметричным установкам и дает необходимую, общность изображения для несимметричных устано­ вок с вертикальным и горизонтальным генераторными диполями.

Если влияние коренных пород и покровных отложений на ре­ зультаты измерений при принятой методике работ оказываются значительными и наряду с поисковой решаются геокартировочные задачи, то целесообразно представлять измеренные величины.

219