Модуль 2. Электро- и сейсморазведка

• Комплексная цель.

Получение слушателями системы знаний о естественных и искусственно созданных электромагнитных и сейсмоволновых полях Земли, электроразведочных и сейсморазведочных методах (дистанционных, наземных (полевых) и подземных (скважинных и шахтных)) и технических средствах их изучения с целью поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых и решения других геологических и геоэкологических задач для возможной дальнейшей работы в полевых экспедициях, научных лабораториях, вычислительных центрах при проведении научно-исследовательских и производственных геологических работ, включая основные приемы качественной и количественной интерпретации полевых наблюдений и их геологическое истолкование.

• Содержание модуля

Раздел 2-а - Электроразведка

ТЕМА:Определение предмета электроразведки. Классификационные схемы. Общие сведения об изучаемых полях.

Электроразведка - это раздел полевой (разведочной) геофизики, основанный на изучении распределения электромагнитных полей в земной коре с целью поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых.

Электромагнитное поле - это сумма электрического и магнитного полей приводящих к существованию в земной коре электромагнитных волн. В классической физике электромагнитной поле описывается системой уравнений Максвелла. Основные параметры поля:

- напряженность электрического поля;

- напряженность магнитного поля;

- электрическая индукция;

- магнитная индукция;

- плотность тока.

Взаимодействие электромагнитного поля с материальными средами вызывает деформацию этого поля в зависимости от их электрических свойств.

Электрические свойства:

1. удельное электрическое сопротивление 1/ρ = _э - удельная электропроводность;

2. диэлектрическая проницаемость;

3. поляризуемость;

4.   магнитная проницаемость.

Показатели  - основные. Они характеризуют способность возникновения электромагнитных полей в земной коре. Эти показатели носят название материальных и связаны с параметрами поля определёнными соотношениями. Последние называются материальными уравнениями.

- закон Ома в дифференциальной форме (42)

Электромагнитные поля характеризуются частотой f и, в зависимости от используемого диапазона частот, в электроразведке условно выделяют три модели:

1) Стационарную, где f → 0 (постоянное электрическое поле) и основную роль играют токи проводимости (направленное движение электронов, ионов).

Уравнения Максвелла трансформируются в уравнения Лапласа:

(43),

где - разность потенциалов.

2) Полустационарную (индукционную), где ∞ > f > 0 и в разной мере соотносятся токи проводимости и смещения. В области сравнительно низких частот преобладают токи проводимости, а в области относительно высоких – как токи проводимости, так и токи смещения.

Уравнения Максвелла преобразуются в уравнения Гельмгольца:

(44),

где -волновое число, определяемое выражением:

,

где ,- круговая частота,и- соотношение токов проводимости и смещения.

3) Волновую, где f→∞ (переменное электромагнитное поле высокой частоты) и основную роль играют токи смещения (волнообразная передача энергии от одних двойных электрических слоев к другим).

Как и в полустационарной модели поле описывается уравнениями Гельмгольца (44), но соотношение токов проводимости и смещения другое:

(45)

Электромагнитные поля, изучаемые в электроразведке, разделяют на естественные и искусственные. К первым из них относятся:

1) Постоянное естественное электрическое поле, как поле естественных потенциалов (ЕП), возникающих в земной коре вследствие электрохимических и электрокинетических процессов.

2) Магнитотеллурическое поле, как поле космического происхождения вследствие корпускулярного излучения солнца (солнечного ветра).

2) Поле дальних радиостанций, как поле электромагнитных излучений относительно низких (первые десятки килогерц) частот от радиовещания.

3) Поле ЕИЭМПЗ (естественное импульсное электромагнитное поле Земли), как поле механических напряжений вследствие сейсмоакустических и динамических процессов в земной коре.

Ко вторым, искусственным, относятся поля, создаваемые в земной коре принудительно с использованием электрических батарей или специальных генераторных устройств. Этих полей также несколько:

1. Постоянное и (или) инфранизкочастотное (квазипостоянное) электрическое поле, как поле, описываемое в рамках стационарной модели и возникающее вследствие пропускания («задавливания») постоянного электрического тока в земной коре.

2. Переменное гармонически изменяющееся поле, как поле, описываемое в рамках полустационарной модели и возникающее вследствие пропускания («задавливания») переменного электрического тока в земной коре в относительно широком диапазоне частот от первых сотен герц до единиц мегагерц.

3. Неустановившееся поле, называемое еще полем переходных процессов, описываемое, как и гармонически изменяющееся, в рамках полустационарной модели и возникающее во временном промежутке между импульсным включением или выключением постоянного тока.

4. Электроволновое поле, как поле, описываемое в рамках волновой модели и возникающее вследствие излучения высокочастотных импульсов (электромагнитных волн) метрового и дециметрового диапазонов в геологической среде.

Как и в других разделах разведочной геофизики в электроразведке предусмотрено решение прямых (аналитический расчет, физическое и математическое моделирование) и обратных (выполнение интерпретации) задач. В основу их решения положено понятие о геоэлектрическом разрезе, т.е. о разрезе в котором каждому геологическому объекту присваивается электрические показатели физических свойств (рис 39).

Рис. 39. Геологический (А) и геоэлектрический (Б) разрезы

1 - покровные отложения, 2 – интрузия, 3 – известняк, 4 – карст

Измерения в электроразведке в соответствии с понятиями геоэлектрического разреза выполняются в рамках 1D, 2D, 3D моделей.