Электроразведка.

Общие положения. Электроразведка или электромагнитная разведка объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых. Она основаны на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу естественных космических, атмосферных или физико-химических процессов. Они для разных практических целей могут создаваться искусственно.

Электромагнитные поля могут быть установившимися и неустановившимися. Установившимися считаются те, которые существцюи более одной секунды. Они могут быть постоянными и переменными – гармоническими или квазигармоническими, и характеризоваться частотами в пределах от 1 миллигерца (мГц =10 в –третьей) до одного петагера (1 ПГц=10 в пятнадцатой степени). Неустановившимися считаются импульсные электормагнитные поля продолжительностью от микросекунды до 1 секунды.

В электроразведке используются гармонические поля. Их можно разделить на инфразвуковые, звуковые, радиоволновые, микрорадиоволновые и световолновые. Радиоволновые используются в электроразведке, а световолновые или оптические в дистанционном зондировании. На микрорадиоволновых диапозонах основаны методы терморазведки. Измеряемыми параметрами электромагнитного поля являются амплитуды и фазы электрических (Е) и магнитных (Н) полей, а при терморазведке – температуры (Т).

Интенсивность и структуру как естественных, так и искусственных полей, определяют природные факторы и электромагнитные свойства горных пород. Электромагнитными свойствами геологических сред и их геометрическими параметрами определяются геоэлектрические разрезы. Геоэлектрический разрез однородного по тому или иному электромагнитному свойству полупространства принято называть нормальным, а неоднородного – аномальным.

Изменение глубинности электроразведки достигают изменением мощности источников тока и способов создания поля. Сущность дистанционного приема увеличения глубинности сводится к увеличению расстояния между источником поля и точками его измерения.

По общему строению изучаемых геоэлектрических разрезов методы электроразведки подразделяются следующим образом:

1. на зондирование. Оно служит для горизонтального расчленения разрезов.

2. На профилирование, предназначенное для изучения круто падающих слоистых разрезов и выявление локальных объектов.

3. На подземные, объединяющие методы для выявления неоднородностей между горными выработками и земной поверхностью.

Электроразведку применяют для решения ряда практических задач, для которых используют и другие геофизические методы. Электоромагнитное зондирование используют при глубинных структурных исследованиях, поисках нефти и газа. Элнетромагнитное профилирование применяют при картировочных и поисковых съемках, поисках руд и нерудных минеральных месторождений и угольных пластов. Малоглубинное электромагнитное зондирование и профилирование используют при инженерно-геологических исследованиях и охране недр. Подземные методы электроразведки служат для разведки рудных месторождений.

По технологии и месту проведения работ методы электроразведки различают аэрокосмические, полевые наземные, акваториальные морские и речные, подземные или шахтно-рудничные и скважинные.

Электромагнитное зондирование – это группа методов электроразведки, в которых аппаратура, методика и система наблюдений направлены на то, чтобы в каждой точке зондирования получить информацию об изменении электромагнитных свойств среды с глубиной. Для этого на изучаемом участке параметры электромагнитного поля изменяют таким образом, чтобы поле постепенно проникало на все большие глубины. Для увеличения глубинности электрического разряда используют следующие приемы:

1. дистанционный – постепенного увеличения расстояния между питающими и приемными линиями;

2. частотно-временной, основанный на уменьшении скин-эффекта при увеличении периода гармонических или квазигармонических колебаний или времени становления поля.

Электромагнитное зондирование применяют для решения широкого круга задач. Они связаны с расчленением полого слоистых геологических разрезов с изменяющимися по глубине от точки к точке электромагнтными свойствами. Важнейшими из них являются следующие:

определение мощности и состава покровных и коренных отложений, глубины залегания фундамента, расчленения осадочных толщ. Это важно для структурно-геологического объемного картирования.

Оценка геометрических параметров и физического состояния массива горных пород, представляющая большой интерес для инженерно-геологического, мерзлотно-гляциологического и гидрогеологического картирования.

Поиски пластовых стратиформных рудных и нерудных полезных ископаемых.

Изучение геосфер Земли и глубинной электропроводности.

Электрическое зондирование – это модификация метода сопротивлений на постоянном или низкочастотном токе. В процессе работы для изучения физических свойств пород на всевозрастающую глубину расстояние между питающими электродами и приемными линиями постоянно увеличиваются, используя дистанционный принцип изменения глубинности.

Различают две модификации зондирования: вертикальное (ВЭЗ) и дипольное (ДЗ). Первое применяют для разведки на небольших глубинах (до 300-500 м), а второе -– на больших глубинах: от 300 до 5000 м. С методикой зондирования более подробно можно ознакомиться в книге Б.К.Матвеева Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. Л., Недра, 1982.

Интерпретация электромагнитного зондирования. Интерпретация бывает качественная и количественная.

При качественной интерпретации данных электромагнитного зондирования получают кривые зависимости кажущихся сопротивлений от параметров глубинности. Используют результаты визуального анализа кривых и определяют число слоев в разрезе по типам кривых. Выявленные электрические горизонты сопоставляют с геологическими слоями и строят карты типов кривых ВЭЗ. По данным профилей ВЭЗ выделяют хорошо и плохо проводимые горизонты. При построении таких разрезов по вертикали откладываются параметры глубинности, а по горизонтали – параметры кажущихся сопротивлений, периода и их колебаний или значения продольной кажущейся проводимости низкочастотного электричества. Анализ этих материалов позволяет дать общую характеристику и степень изменчивости геоэлектических разрезов в плане и по глубине. Кривые электромагнитного зондироапния на участках, где изолинии на разрезе почти параллельны и не искажены горизонтальными неоднородностями, используют при количественной интерпретации.

При количественной интерпретации получают послойные мощности, сопротивления и суммарные обобщенные мощности, значения продольной проводимости, средних удельных сопротивлений. Затем их обрабатывают на ЭВМ или с помощью графоаналитических палеточных методов количественной интерпретации, щироко используемых в электроразведке.

Электроразведочное профилирование и интерпретация данных. Данные наземного электромагнитного профилирования и аэроэлектроразведки представляются в виде графиков и карт графиков. Они несут в себе информацию о геоэлектрических неоднородностях вдоль профилей. Интерпретация данных электромагнитного профилирования в основном качественная. Количественная используется редко.

Сущность качественной интерпретации графиков и карт графиков сводится к визуальному морфометрическому выделению аномалий. Ими могут считаться отклонения наблюденных параметров от фонового поля (Рис..). Аномалию считают достоверной, когда она прослеживается минимум на трех точках профиля. Форма и простирание аномалии обычно соответствуют плановому положению создавших их объектов. Форма и интенсивность аномалий зависят от следующих технических и природных факторов:

1. отношения глубины залегания к поперечным размерам геологических объектов.

2. Контрастности электромагнитных свойств объектов и вмещающей среды или от абсолютных величин электропроводности геологических объектов.

3. Используемого метода профилирования и выбранных значений расстояния между питающей и приемной линиями, частоты тока и времени переходного процесса.

4. Интенсивности питающего поля и его поляризации или направления вектора искусственной намагниченности по отношению к простиранию объекта.

5. Примененной измерительной аппаратуры.

Количественная интерпретация данных электромагнитного профилирования сводится к определению или оценке формы, глубины и размеров физической и геологической природы аномалий. Она начинается с выбора физико-геологических моделей, которыми можно описать разведываемые объекты. Ими могут быть контакты различающихся сред, мощные или тонкие пласты, тела различной геометрии в них (шарообразные, цилиндрические, линзообразные). Решение прямых (описание дискретного объекта) и обратных задач (интерполяции данных для построения карт или физических моделей) методами математического или физического моделирования. Простейшим методом определения глубинности залегания верхней кромки геологического тела является метод касательных (Рис..). Он используется также и в магниторазведке.

Вцелом количественная интерпретация электромагнитных профилей – процесс сложный и весьма неточный. Поэтому имеет смысл говорить лишь о полуколичественной интерпретации. Главной задачей в ней заключается в отыскании эпицентра разведываемого объекта, площади на которой он расположен, оценки формы и глубины его залегания.

Эффективность электромагнитного профилирования определяется наличием благоприятных геоэлектрических условий, удачным выбором того или иного метода зондирования и достаточным количеством дополнительной геолого-геофизической информации. Ее лучше проводить в комплексе с терморазведкой, магниторазведкой и радиометрией. Для истолкования результатов электромагнитного профилирования нужны геологические разрезы и карты, которые в свою очередь уточняются данными электроразведывательного профилирования.