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

<з-10?Сим/м 40м 80м120м

100г25г10г"ь/На

50

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 7,0 7,2ПН

<Jz-10~3,CUM/M

6

700

200

АВ/2,М

О150м

более высокие сопротивления коренных пород в восточной части разреза, а график 5 подтверждает уменьшение мощности покров­ ных отложений вблизи пикета 0,6. В районе этого же пикета по графику ог намечается повышение сопротивления коренных пород. Графики S и о 2 в западной части разреза характеризуют общее повышение проводимости как поверхностных, так и более глубоких частей разреза.

Хотя все эти выводы носят в основном качественный характер, тем не менее разное поведение значений S и сгг на профиле позво-

230

ляют получить более полные сведения о строении изучаемого уча­ стка.

К тому же в силу ограниченности разносов установок, применяе­ мых в методе ДИП, условия \ktr\~^>\ и \kir\^>l, необходимые для этой области, редко выполняются. Чаще при небольшой мощ­ ности наносов и высоком сопротивлении коренных пород прихо­ дится иметь дело с зоной S, а при мощных поверхностных отло­ жениях и на достаточно высоких частотах — с однородным полу­ пространством с проводимостью oi. Значения 5 и оч в этих случаях находятся по формулам (Х.6) или (111.64).

При не очень контрастных средах ( _ ^ " ^ _ ^ ~ ^ ^ ) в некоторых случаях удается получить достаточно полные кривые геометриче­

кривых ВЭЗ. В более общем случае промежуточных значений па­ раметра р 2 способы интерпретации дипольных индукционных зон­ дирований применительно к условиям проведения работ в рудных районах пока еще плохо разработаны и не обеспечены необходи­ мым объемом палеточного материала.

Некоторые возможности увеличения глубинности дипольных индукционных исследований над двухслойным разрезом

Поскольку при прочих равных условиях максимальная глубин­ ность электромагнитных исследований реализуется на предельно низких частотах, ограничим изучение этого вопроса областью ма­ лых параметров.

На основе формулы (111.65') нетрудно найти значения кажу­

2hi

где d-

г

Из этих формул следует, что при увеличении разноса установки г более быстро выходит на асимптоту второго слоя значение ка­ жущейся проводимости, полученное на основе измерений мнимой части (или фазы) вертикальной составляющей поля. Соответствую-

0*1

231

равных 16 и ~j"g-"> подтверждают этот вывод. Ограничивающим об­ стоятельством для использования этого преимущества в установках

удается реализовать при измерении малой полуоси эллипса поля­ ризации магнитного поля, если в качестве возбудителя использо­

вать магнитный диполь, отклоненный от вертикали на некоторый специально выбранный угол а, удовлетворяющий уравнению

наклон генераторного диполя в сторону приемника поля). Более широкой областью малых параметров характеризуется установка, соответствующая углу a = 26° 30' [54].

Для этой установки предельное выражение кажущейся прово­ димости имеет вид

Заметим, что практическая реализация такой установки не тре­ бует создания специализированной аппаратуры.

232

Выход кривой на асимптоту второго слоя может быть ускорен при применении дифференциальных установок, в которых поле задается двумя диполями, разнесенными на малое расстояние dr, при рационально выбранном соотношении между их моментами [54]. Аналогичный результат может быть достигнут и путем изме­ рения разности мнимых компонент поля в двух соседних точках, если определенным образом выбрать соотношение между прием­ ными способностями магнитоприемников. Аналитическое исследо­ вание этого вопроса показывает [54], что при применении двух ге­ нераторных диполей в установке Z—Z удается на два порядка уменьшить величину максимальных разносов установок.

Об этом свидетельствуют асимптотическое выражение для

и соответствующие графики, приведенные на рис. 63.

Оптимальное соотношение между моментами генераторных ди­ полей в этом случае выполняется при полной компенсации первич­ ного поля в точке измерения (Mi/M2 = r3,/r3).

К несколько менее эффективному результату приводит приме­ нение двух генераторных диполей в установке Z—X:

Таким образом, выбирая специальные измерительные уста­ новки, можно существенно сократить разносы, требующиеся для картирования коренных пород, перекрытых поверхностными отло­ жениями. Особенно большое значение это имеет при исследовании двухслойных разрезов с более проводящим верхним слоем. Так,

0"2

превышающие мощность верхнего слоя, то применение наклонного диполя сокращает их в 10 раз, а дифференциальной установки ДИП — Я г — в 40 раз. Сокращение разносов при заданной глубин­ ности 'исследований особенно важно при изучении горизонтальнонеоднородных разрезов перекрытых слоем поверхностных отложе­ ний. Только установками с малыми разносами можно обеспечить необходимую для рудной геофизики локальность исследований и высокую разрешающую способность в отношении выделения близко расположенных неоднородностей.

елейного разреза. Например, на рис. 63 приводятся кривые о Л Л для двойной дифференциальной установки, в которой используются

233

Г Л А В А XI

АЭРОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА МЕТОДОМ ДИПОЛЬНОГО ИНДУКТИВНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ (ДИП-А)

К настоящему времени практическое применение в производст­ венных геофизических организациях СССР нашли два аэроэлектроразведочных метода: бесконечно длинного кабеля (БДК) и вра­ щающегося магнитного поля (ВМП) .

В первом из этих методов измеряется горизонтальная состав­ ляющая магнитного поля заземленного на концах кабеля, питае­ мого током фиксированной частоты [71]. Прием поля осуществ­ ляется при помощи магнитоприемника, помещенного в гондолу, буксируемую вертолетом типа МИ-4. Этот метод представляет со­ бой аэромодификацию соответствующего наземного способа низко­ частотной электроразведки.

Метод вращающегося магнитного поля [78] также представляет собой несколько специфичную разновидность своего наземного ана­ лога — метода дипольного индуктивного профилирования. Этим методом изучается отклонение наблюдаемого поля от поляризован­ ного по кругу первичного поля, создаваемого системой из двух ортогональных генераторных рамок. Генераторная и приемная установки переносятся отдельно двумя самолетами АН-2, следующими друг за другом на неизменном расстоянии 300— 400 м.

Характерной особенностью методов БДК и ВМП является то, что в силу большой удаленности приемника поля от возбудителя электромагнитных колебаний (по сравнению с высотой полета) наблюдаемые в этих методах аномальные эффекты от проводящей среды становятся сравнимыми с аномалиями, регистрируемыми при наземных исследованиях. Это существенно облегчает создание из­ мерительной аппаратуры и позволяет не особенно считаться с ме­ тодическими погрешностями измерений. Однако простота решения вопросов измерительной техники обусловлена существенными не­ достатками этих методов в эксплуатационном плане. Метод БДК требует для производства работ мощной и громоздкой наземной генераторной установки, а в методе ВМП используются одновре­ менно два самолета. В связи с этим назрела необходимость в созда­ нии аэроэлектроразведочного метода, при котором используется один летательный аппарат (самолет или вертолет), несущий одно­ временно возбудитель и приемник поля.

235

Поскольку методам ВМП и БДК посвящены специальные ра­ боты [71, 78 и др.], основное внимание нами будет уделено односамолетному варианту дипольного индуктивного профилирования (ДИП - А) .

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДЕ ДИП-А

При использовании одного летательного аппарата расстояние (разнос) между возбудителем и приемником поля неизбежно сок­ ращается. Вместе с этим существенно ухудшается соотношение между ожидаемыми аномальными эффектами и методическими и аппаратурными погрешностями измерений. Именно в силу этих причин не нашел практического применения первый из разраба­ тывавшихся в СССР односамолетных методов аэроэлектрораз­ ведки— метод индукции с аппаратурой АЭРИ-2. В этом методе возбуждение поля производилось горизонтальной рамкой с током, установленной на самолете ИЛ-14, а измерялись активные и реак­ тивные компоненты магнитного поля при помощи магнитоприемников, которые размещались в выпускной гондоле, буксируемой на

танка). Следует заметить, что если на активные компоненты поля болтанка гондолы в первичном поле действует непосредственно, то изменение величины реактивных составляющих объясняется тем, что первичное поле становится эллиптически поляризованным вследствие возбуждения вихревых токов в металлическом корпусе самолета.

С целью снижения методических погрешностей измерений в односамолетном варианте аэроэлектроразведки в последние годы в СССР разрабатывается аэровариант метода дипольного индук­ тивного профилирования с жестким креплением возбудителя и при­

резко уменьшает их относительные перемещения и соответственно снижает методические погрешности. Однако слишком малая абсо­ лютная величина разноса применяемой установки (г = 16ч-18 м) и, как следствие, небольшая высота полета предопределяют неблаго­ приятное соотношение между вторичными полями от поверхност­ ных и глубинных объектов. По-видимому, основной областью при­ менения этого метода будет поиск неглубоко залегающих хорошо проводящих рудных тел в достаточно высокоомных вмещающих породах, картирование областей развития поверхностных отложе­ ний или картирование коренных пород в районах с маломощными и высокоомными покровными отложениями. Большими возможно­ стями в отношении глубинности исследований, надо полагать, об­ ладают односамолетные методы аэроэлектроразведки с выпускной

236

гондолой, буксируемой на трос-кабеле достаточной длины (ДИП-А, аппаратура F = 400 фирмы Мак-Фар — Канада и др.).

Метод ДИП-А предназначается, как и соответствующая ему на­ земная модификация, для геоэлектрического картирования корен­ ных пород по их проводимости или покровных отложений по их мощности и продольной проводимости и для прямых поисков хорошо проводящих руд. В современном варианте этого метода возбуждающее поле создается горизонтальной генераторной пет­ лей, установленной на самолете АН-2, а магнитоприемники разме­ щаются в буксируемой на трос-кабеле гондоле. Генераторная петля с достаточной степенью приближения может рассматриваться в ре­ альных условиях съемки как вертикальный магнитный диполь. Длину трос-кабеля можно изменять от 30 до 120 м. Высота полета в зависимости от вида решаемых геологических задач может в 2— 4 раза превышать длину трос-кабеля. В процессе полета измеря­ ется либо мнимая часть вертикальной составляющей поля I m Hz, либо малая полуось эллипса поляризации Нь.

Измерения поля проводятся на одной из фиксированных частот: 78, 312, 1250 и 5000 Гц. Компенсация влияния корпуса самолета производится отдельно на каждой частоте при помощи вертикаль­ ной компенсирующей петли, которая, так же как и основная гене­ раторная петля, крепится на корпусе самолета. Ток в этой петле сдвигается по фазе на угол, близкий к я/2, относительно тока в ос­ новной петле. Момент генераторного диполя, обеспечиваемый аппаратурой ДИП-А при потребляемой мощности 300 Вт, равен

2 - Ю - 4 от величины первичного поля, что в 3—4 раза превышает уровень флюктуации поля в нормальных условиях полета. Флюк­ туации определяются в основном неполной компенсацией поля от

в генераторной петле. Результаты измерений в полете непрерывно записываются на осциллографной бумаге при помощи перьевого самописца. Постоянная времени измерительного канала в аппара­ туре ДИП-А может изменяться от 0,5 до 3 с. Увеличивается она в тех случаях, когда запись измеряемой величины сильно иска­ жена короткопериодными флюктуациями поля, связанными глав­

ные ориентиры, встречающиеся в полете. Ориентиры, отмечаемые на самописце, одновременно фотографируются фотоаппаратом АФА-36. Непрерывно регистрируемые данные о высоте полета по­ лучаются от самолетного радиовысотомера.

237

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИП-А ПРИ ПОИСКОВЫХ И ГЕОКАРТИРОВОЧНЫХ РАБОТАХ

или фотоплан съемочным профилям. Перед началом съемки произ­ водится калибровка аппаратуры и компенсация первичного поля за счет вихревых токов в корпусе самолета. Поляризация первич­ ного поля устраняется на большой высоте полета, когда никакие аномалии от проводящих слоев Земли заведомо не чувствуются.

обеспечения наилучшего соотношения между аномалиями от по­ верхностных и глубинных неоднородностей высота полета выби­ рается наибольшей и ограничивается сверху чувствительностью применяемой аппаратуры к вторичным полям.

Рассматривая как основной объект поисковых работ достаточно вытянутые по простиранию и падению рудные тела и задаваясь ве­ личиной достоверно регистрируемых аномалий, равной 2 - Ю - 4 от первичного поля, на основе данных гл. I V можно определить, что максимально допустимое отношение h/r при современных техничес­ ких данных аппаратуры ДИП-А не превышает 3. При поисках руд­ ных тел изометрической формы это отношение должно быть умень­

Поскольку аппаратура ДИП-А пока не позволяет проводить измерения поля одновременно на двух частотах, имеет смысл пов­ торить съемку отдельных аномальных профилей на другой частоте при тех же условиях полета. Если на основной рабочей частоте было зарегистрировано много аномалий и целью повторных поле­ тов является их предварительная разбраковка, то вторая частота выбирается ниже первой. Если же, наоборот, большая часть

238

съемочного планшета характеризуется практически нулевыми зна­ чениями вторичного поля, свидетельствующими об отсутствии хо­ рошо проводящего оруденения, то повторная съемка профилей производится на более высокой частоте с целью получения геологи­ ческих сведений о неглубинной тектонике, дифференциации корен­ ных пород по их проводимости и т. д. Наиболее интересные среди выявленных аэроэлектроразведочных аномалий детализируются наземными геофизическими работами, проводимыми в первую оче­ редь также низкочастотными индуктивными методами (ДИП, Н П ) .

Результаты измерений поля на съемочном планшете изобра­ жаются обычно в виде планов графиков приведенных значений вторичного поля Нь/На. При построении этих планов производится привязка профилей к топокартам и исправление горизонтальных масштабов графиков на основе сфотографированных ориентиров и соответствующих им отметок на диаграммных лентах.

На построенных планшетах выделенные аномалии коррелируются и проводятся их оси. При этом устраняются искажения на­

По результатам двухчастотной съемки поля определяются пара­

геофизических сведений решается вопрос о геологической природе выявленных аномалий. Иногда по наблюденным графикам удается получить некоторые дополнительные материалы об аномальных объектах: мощности выделенных пластов, углах падения рудных тел, глубине их расположения и т. д. Однако, как правило, более достоверные данные об этом могут быть получены в результате наземных детализационных исследований.

Первые экспериментальные работы методом ДИП - А производи­ лись на Хаутоваарском серноколчеданном месторождении в Каре­ лии. Район работ сложен высокоомными породами архея и протеро­ зоя, представленными гранитами, гнейсами и сланцами различного состава. Породы сильно метаморфизованы. Рудные тела пиритпирротинового состава приурочены к зонам рассланцевания вдоль контактов нлагиопорфиров с метадиабазами и хлорит-серицито- выми сланцами. В пределах месторождения нередко встречаются мощные прослои хорошо проводящих графит-серицитовых и графитистых сланцев. Работы проводились на ряде частот (312, 1250 и 5000 Гц) при высоте полета 100 м и разносе установки г = 35 м. На снятом планшете уверенно коррелируются аномальные зоны, связанные как с рудными телами месторождения, так и с неглубин­ ной тектоникой (разрывными нарушениями, сопровождаемыми зо­ нами рассланцевания пород). Повышение рабочей частоты приво­ дит к возрастанию аномалий нерудного происхождения, но анома­ лия над рудным телом сохраняет свою величину. При увеличении высоты полета все аномалии убывают как 1//г3 и при /г = 180 м

239