книги из ГПНТБ / Бердичевский, Марк Наумович. Электрическая разведка методом теллурических токов

Выясним, как связан параметр р, с периодом вариаций и геоэлектрическим разрезом.

Примем для простоты, что электрические свойства горизон­ тально-неоднородной многослойной среды остаются одинаковыми в направлении оси у, причем в окрестности точек р и q, располо­ женных на оси х достаточно далеко друг от друга, среда имеет различное строение и состоит из горизонтально-однородных напластований (рис. 32). Поло­ жим, что па земную поверх­ ность падает сверху плоская электромагнитная волна, в свя­ зи с чем в нижнем полупро­ странстве параллельно плоско­

сти xz течет электрический ток.

в окрестности точек р и q соотношения между величинами Ex(z) и Hy(z) полностью удовлетворяют теории для горизонтально-

поверхности и делится точкой р пополам (рис. 33). Ширину этого прямоугольника примем равной единице длины, т. е. поло­ жим АРВР = CPDP = 1. Полную силу тока, протекающего через этот прямоугольник, обозначим Ip(z).

По закону полного тока, справедливому для электромагнит­ ных полей, в которых токи проводимости доминируют над токами смещения (а мы изучаем именно такие поля), имеем

/P(z) = -L $ {Hp(z)dl) =HyP{z)\. (84)

Очевидно, что в положительной бесконечности z магнитное поле равно нулю (электромагнитная волна затухает). Поэтому

(87) В электромагнитных полях рассматриваемого типа закон со­

источники тока; ]п — нормальная к поверхности s составляющая плотности тока.

Применим уравнение (88) к поверхности прямоугольного

При z = co имеем /z(co) = 0 (электромагнитная волна затухает) и, следовательно,

т. е. что магнитная составляющая рассматриваемого поля в точ­ ках р и q имеет одинаковую величину. Основываясь на этом свой­ стве магнитной составляющей, определим параметр р для данного идеализированного случая через отношение входных импедансов

Воспользуемся полученным результатом для изучения свойств параметра р.

Положим, что в п-слойных разрезах точек р и q верхние (п—1) слоев характеризуются суммарной продольной проводимостью Sp и Sq, а подстилающее основание имеет высокое удельное сопро-

50

тивление Qnp и Qnq- Пусть среднеперйодные вариации поля ТТ соответствуют правой восходящей ветви кривых рг. При этом

согласно (46) и (92)

(93)

где г и ф — модуль и аргумент параметра р.

Отсюда с учетом (78) следует, что колебания Т и рп сравни­ тельно слабо влияют на величину параметра р. Кроме того, при помощи простых графических построений в комплексной

51

в благоприятных условиях является частотно-независимой вели­ чиной и при направлении поля вкрест простирания горных пород отражает относительные изменения суммарной продольной про­ водимости отложений, лежащих на подстилающем основании высокого сопротивления. Аналогичные явления, как показывает

основание, обусловливающее правую восходящую ветвь кривых qt, назовем опорным электрическим горизон­

том, а перекрывающие его отложения — надопорной толщей. Таким образом, из распределения значений пара­ метра [1 по площади съемки в благоприятных условиях можно вывести общее суждение о закономерностях изменения суммарной продольной проводимости надопорной толщи и построить карты, характеризующие рельеф поверхности опорного электрического горизонта высокого сопротивления. В большинстве нефтепер­ спективных провинций СССР таким опорным электрическим горизонтом высокого сопротивления служат плохо проводящие породы, залегающие на значительных глубинах. Для того, чтобы дать примерное представление о возможном порядке этих глубин,

Н< 1,94 ]/q2 ; 5 > -2762.- (в практических единицах), (100)

Убз

определяющие условия, при которых вариации поля ТТ с перио­ дом от 15 до 60 сек. (т. е. наиболее часто наблюдающиеся среднепериодные вариации) попадают в область, соответствующую восходящей ветви кривых qt.

Результаты расчетов, выполненных при помощи формул (100), приведены в табл. 3 и 4.

52

Таблица 3

Эти данные относятся и к многослойному разрезу с мощным надопорным горизонтом низкого сопротивления. В последнем случае под рг следует понимать сопротивление надопорного гори­ зонта, а под рз — сопротивление подстилающего основания. Полученные результаты свидетельствуют о широких практиче­ ских возможностях метода теллурических токов при изучении глубинного строения земных недр.

§ 10. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МАГНИТО-ТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Из волновой теории метода теллурических токов вытекает возможность разработки нового метода электроразведки, который подобно методу теллу­ рических токов предназначен для картирования поверхности опорного электрического горизонта высокого сопротивления. Этот метод, предложен­ ный М. Н. Бердичевским, назван магнито-теллурическим профилированием или сокращенно МТП.

Магнито-теллурическое профилирование предполагает совместное наблю­ дение среднепериодных вариаций геомагнитного поля и поля теллурических токов в одной точке земной поверхности. В процессе съемки положение этой точки меняется.

Благоприятными для применения МТП являются условия, в которых среднепериодным вариациям электромагнитного поля Земли отвечает правая восходящая ветвь кривых qtx. В подобных условиях составляющие Ех и Ну

незначительно различаются по фазе, благодаря чему от асимптотического представления (46) можно перейти к упрощенной формуле для модуля вход­ ного импеданса

1 В МТП применяют более строгие критерии оценки частотных границ правой восходящей ветви кривых qt, чем в методе теллурических токов [13].

53

Ошибки, связанные с применением этой формулы, не превышают 8%. Отсюда следует основная формула МТП

которая для практических единиц принимает вид:

Эта формула может быть использована на практике для обработки на­ блюдений среднепериодных вариаций электромагнитного поля Земли, если под |ЯУ|. |£"х| понимать величину соответствующих друг другу импульсов. Пример обработки одного из первых магнито-теллурических наблюдений,

В результате расчета получено среднее значение суммарной продольной проводимости мезокайнозойских отложений, равное 344 мо. Это значение практически совпадает со значением суммарной продольной проводимости

54

Глава III

ПОЛЕ ТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ТОКОВ

ВГОРИЗОНТАЛЬНО-НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ

§И. ПЕРВИЧНО-ОДНОРОДНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Волновая теория метода теллурических токов, рассматривая упрощенную модель земной коры, состоящую из горизонтальных однородных напластований, выясняет наиболее характерные связи между полем ТТ и геоэлектрическим разрезом. Эти связи, лежащие в основе геологической интерпретации наблюдений теллуриче­ ских токов, нуждаются, конечно, в конкретизации и уточнении применительно к реальным природным условиям негбризонтальных напластований.

Переменное электромагнитное поле Земли в горизонтально­ неоднородной среде претерпевает вторичные изменения, нарушаю­ щие первоначальную структуру плоских электромагнитных волн. Теоретический анализ возникающей при этом волновой картины сопряжен со значительными математическими затруднениями. Поэтому представление о свойствах поля ТТ в горизонтально­ неоднородной среде обычно выводится из рассмотрения более простого поля, а именно, первично-однородного поля постоян­

поле в однородной среде. Всякое электромагнитное поле в неодно­ родной среде представляет собой сумму двух полей: первичного поля, связанного с основными источниками возбуждения, и вто­ ричного поля — поля индуцированных источников. Электромаг­ нитное поле, первичная часть которого однородна, т. е. во всех точках исследуемого пространства имеет одинаковую величину и одинаковое направление, назовем п е р в и ч и о- о д н о р о д- н ы м. В соответствии с этим первично-однородным

1 Степень эквивалентности волновой и статической горизонтальнонеоднородных моделей различна для различных составляющих электриче­ ского поля. Можно предполагать, что в случае плоской задачи статическая модель дает наиболее точные соотношения для составляющей электрического, поля, перпендикулярной к простиранию поверхностей раздела.

56

полем постоянного тока будем называть поле» первичная часть которого представлена однородным постоянным током, текущим параллельно земной поверхности. Очевидно, что в горизонтально-однородной среде первично-однородное поле постоянного тока остается однородным (индуцированные источ­ ники отсутствуют).

При изучении поля ТТ в горизонтально-неоднородной среде, мы ограничимся наиболее интересным с практической точки зрения случаем проводящей толщи, подстилаемой изолирующим осно­ ванием (рп = со). При этом будем предполагать, что средне­ периодные вариации поля ТТ в пределах исследуемого участка земной поверхности соответствуют правой восходящей ветви кривых рт>

Примем, что в указанных условиях поле теллурических токов в каждый данный момент времени совпадает с первично-однород­

от волновой картины к картине статической, рассмотрим гори­

где Е° — некоторая постоянная вещественная величина, характе­ ризующая интенсивность поля ТТ. Следовательно,

57

от координаты z имеет монотонный характер и что, следовательно, величины vi и V2 представляют собой максимально возможные ■амплитудные и фазовые изменения Ex(z) в проводящей толще.

Имея в виду вариации поля ТТ, заведомо соответствующие восходящей ветви кривой qt, положим, что Ai/hi > 12. При этом