25. Палеточные способы интерпретации трехслойных кривых зондирований.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ КРИВЫХ ВЭЗ

Рис.1. Модель разреза для ВЭЗ.

Рис.2. Типы 3-х слойных кривых ВЭЗ.

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) - ведущий метод электроразведки для расчленения горизонтально или пологозалегающих геологических разрезов (с углами падения слоев меньше 10-15). Метод ВЭЗ используется для изучения разрезов, в которых слои мощностью h₁, h₂, h₃, ..., h_N-1 отличаются по удельному сопротивлению ₁, ₂, ₃, ..., _N (рис.1).

Интерпретация наблюденной кривой ВЭЗ _K=f(AB/2) сводится к определению количества слоев в разрезе, их сопротивлений и мощностей.

Анализ кривых начинается с качественной интерпретации, т.е. с оценки количества выявленных на кривой горизонтов и соотношения сопротивлений между ними. Различают двухслойные кривые ВЭЗ с ₁>₂ и ₁<₂; трехслойные (рис.2):

₁<₂>₃ - кривая типа К; ₁>₂<₃ - кривая типа Н;

₁>₂>₃ - кривая типа Q; ₁<₂<₃ - кривая типа A

Тип многослойной кривой складывается из типов трехслойных кривых, на которые можно разбить многослойную кривую, например, кривая с ₁<₂>₃<₄ - четырехслойная типа KH (рис.3).

Количественная интерпретация кривой зондирования заключается в определении (или оценке) параметров разреза ₁, ₂, ₃, ..., _N, h₁, h₂, h₃, ..., h_N-1.

Существуют следующие способы количественной интерпретации: с помощью ЭВМ, с помощью альбомов трехслойных палеток, с помощью двухслойной и вспомогательных палеток. Вариантом последнего способа является интерпретация с помощью номограммы-палетки В.K.Хмелевского.

1. Интерпретация трехслойных кривых ВЭЗ

Интерпретация трехслойных кривых ВЭЗ при помощи двухслойной и вспомогательных палеток сводится к следующему.

1) Прозрачный бланк с интерпретируемой кривой накладывается на двухслойную палетку, после чего, соблюдая параллельность координатных осей, добиваются наилучшего совмещения левой ветви кривой с одной из теоретических кривых палетки.

Крест палетки (пересечение оси абсцисс и ординат) переносится на бланк и по нему определяются ₁ и h1, с палетки снимается значение ₁=₂/₁.

2) Для того, чтобы правую часть кривой проинтерпретировать с помощью двухслойной палетки, надо первые два слоя заменить одним - эквивалентным. Замена производится с помощью вспомогательных палеток, соответствующих типу кривой (имеются две вспомогательные палетки, одна объединяет типы К и Q, другая - А и Н). Выбрав вспомогательную палетку, ее начало координат совмещается с точкой 0 (₁ и h1), нанесенной на бланке с интерпретируемой кривой. Соблюдая параллельность координатных осей, со вспомогательной палетки перечерчивается пунктиром кривая с модулем ₁, значение которого было определено по двухслойной палетке. При этом для кривых типа H вспомогательные линии _ЭКВ должны идти ниже _МИН, для типа К - выше _МАКС, не пересекая экстремумов. Для кривых типов A и Q вспомогательные линии должны обязательно пересекать кривую ВЭЗ в области ее перегиба и асимптотически выходить к предполагаемому значению ₂. Примеры правильного и неправильного проведения вспомогательных линий для всех типов 3-х слойных кривых показаны на рис.5.

3) Затем бланк с интерпретируемой кривой опять накладывается на двухслойную палетку, и начало координат палетки перемещается по проверенной ранее вспомогательной кривой с модулем ₁ до совмещения правой ветви интерпретируемой кривой с одной из кривых двухслойной палетки. Крест двухслойной палетки в момент совмещения правой ветви кривой с одной из теоретических кривых должен находится на пунктирной линии, координаты этой точки определяют параметры эквивалентного слоя: _Э и h_Э, где _Э - удельное сопротивление эквивалентного слоя, а h_Э - мощность эквивалентного слоя. По двухслойной палетке определяется ₂=₃/_Э.

4) Для определения =h₂/h₁ бланк с интерпретируемой кривой снова накладывают на вспомогательную палетку, совместив ее начало координат с точкой 0. Значение  палетки, проходящей через эквивалентную точку, и есть искомое . Если 10,то h₂ может быть определено по формуле: h₂= h₁. В том случае, когда <10, h2 может быть определено однозначно только при известном значении ₂. Удельное электрическое сопротивление второго слоя при этом должно быть определено не по данным интерпретации этой кривой ВЭЗ, а из каких-то других источников, например, по результатам каротажных наблюдений.

Рис.3. 4-х слойная кривая ВЭЗ типа KH.

Для кривых типа Н и А используется формула (1):

Рис.5. Вспомогательные линии _ЭКВ на кривых ВЭЗ.

(1)

Рис.4. Интерпретация по 2-х слойно1 и вспомогательной палетке.

Для кривых типа К и Q используется формула (2):

(2)

Если сопротивление промежуточного слоя неизвестно, и <10, то получить однозначные данные для определения h₂ и ₂ нельзя, т.к. решение обратной задачи неоднозначно вследствие действия принципа эквивалентности. Одной и той же наблюденной кривой могут соответствовать несколько геоэлектрических разрезов. Возможные пределы изменения параметров промежуточ-ного горизонта определяются с помощью номограмм А.М.Пылаева, соответству-ющих каждому типу трехслойных кривых (рис.6). На номограммах по оси абсцисс отложены значения =₂/₁, а по оси ординат =h₂/h₁. Для ряда конкретных значений , указанных под нижней рамкой номограмм, построены по две кривые пределов действия принципа эквивалентности (жирные линии слева и справа). Эти кривые ограничивают области, внутри которых можно изменять  и  по линиям S и Т (пунктирные линии), при этом кривые ВЭЗ будут отличаться друг от друга менее, чем на 5%. Зная h₁ и ₁, и пределы изменения  и  для данного разреза, можно определить пределы изменения ₂ и h₂.

Рассмотрим пример использования номограмм А.М.Пылаева для определения пределов применимости принципа эквивалентности. По результатам интерпретации кривой ВЭЗ типа Н определено =1/4 и =4. С помощью номограммы Пылаева для кривых ВЭЗ типа Н необходимо оценить в каких пределах можно изменять  и , чтобы кривая ВЭЗ изменилась не более, чем на 5% (точность полевых наблюдений). Находим на номограмме Пылаева точку с координатами =1/4 и =4, через нее проводим линию, параллельную пунктирным и там, где она пересекает сплошные толстые кривые - определяем крайние возможные пределы изменения  и : т.е. ' и ", ' и ". Слева '=3.5; ' =0.22, справа "=4.8; " =0.3.

Зная по данным интерпретации ₁ и h₁ и пределы изменения  и  можно определить пределы изменения ₂ и h₂, умножая ₁ и h₁ соответственно на ' и ", ' и ": при h₁=1.5 м, 5.2 м < h₂ < 7.2 м; а при ₁ =100 Ом.м, 22 Ом.м < ₂ < 30 Ом.м.

Cледовательно, можно утверждать, что при 5% точности наблюдений мощность второго слоя соответственно может быть от 5,2 м до 7,2 м, а сопротивление второго слоя соответственно от 22 Ом.м до 30 Ом.м.

Если точка с координатами  и  (точка А) на номограмме Пылаева попадает в пространство, для которого не определены пределы изменения  и , то надо через эту точку провести вертикальную ось, срисовать на кальку две соседние области, ограниченные толстыми линиями, нарисовать из них среднюю область и проведя ее ось через эту точку, определить пределы изменения  и  (рис.7).

5) Cопротивление третьего слоя определяется по формуле: ₃₌₂*_Э

В результате интерпретации трехслойной кривой должны быть определены:

а) ₁, h₁, h₂, ₃ если ₂ - известно;

б) ₁, h₁, <₂<, <h₂<, ₃, если ₂ - неизвестно.

При правильной интерпретации h₂, определенное по известному ₂ должно попасть в пределы изменения <h2< для неизвестного ₂, так как это был один из вариантов разрезов, который соответствует данной кривой при 5% точности наблюдений.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ НОМОГРАММЫ-ПАЛЕТКИ В.К.ХМЕЛЕВСКОГО

Интерпретация с помощью номограммы палетки представляет собой модифицированный способ двухслойных и вспомогательных палеток. Четыре вспомогательных палетки (для А,H,K,Q) объединены на одном листе с двухслойной палеткой и имеют общее начало координат.

Интерпретация осуществляется следующим образом:

1) Прозрачный бланк с интерпретируемой кривой накладывается на двухслойную палетку и соблюдая параллельность осей осуществляется совмещение первой двухслойной части трехслойной кривой с одной из теоретических двухслойных кривых палетки. На бланк переносится крест палетки (₁, h₁) и определяется значение =₂/₁.

Рис.6. Номограмма А.М.Пылаева для ВЭЗ типа H.

2) На номограмме с учетом типа трехслойной кривой находится линия эквивалентных значений _Э для соответствующего значения . Затем бланк с экспериментальной кривой перемещается по номограмме-палетке таким образом, чтобы крест (₁, h₁), нанесенный на экспериментальном бланке, перемещался по линии _Э для заданного  на номограмме. При этом следующая двухслойная часть трехслойной кривой оказывается на двухслойной палетке и после некоторых перемещений совмещается с теоретической двухслойной кривой. В этом положении на экспериментальном бланке отмечается второй крест палетки (_Э, h_Э), определяется значение ₂₌₃/_Э и значение =h₂/h₁ по положению первого креста (₁, h₁) на номограмме. Важно проследить за тем, чтобы при совмещении второго участка кривой ВЭЗ с двухслойной палеткой, первый крест оставался бы на линии, соответствующей найденному ранее значению .

Рис.7. Пример оценки пределов эквивалентности.

Для определения  в верхней и нижней частях номограммы нанесены 4 шкалы  для соответствующих типов трехслойных кривых (A,H,K,Q). Проекция первого креста на нужную шкалу вдоль линий  - const для соответствующего типа трехслойных кривых позволяет определить значение .

На этом операции с номограммой-палеткой заканчиваются и начинается расчет ₂, h₂ и ₃ по правилам изложенным выше и зависящим от условий: 10 или <10, ₂ - известно или ₂ - неизвестно.

Таким образом, способ интерпретации с номограммой- палеткой Хмелевского очень близок к способу двухслойных и вспомогательных палеток. Его отличают два преимущества: а) двухслойная палетка и номограмма находятся на одном листе и в одной системе координат, что уменьшает число операций совмещения. Координаты эквивалентных точек на номограмме Хмелевского уточнены и поэтому дают значения более близкие к истинным, чем номограммы эквивалентных точек фирмы Шлюмберже на вспомогательных палетках. Но в способе двухслойных и вспомогательных палеток на экспериментальный бланк наносят вспомогательные линии , служащие отличным средством контроля и самоконтроля процесса интерпретации, чего нет в способе номограммы-палетки Хмелевского. В остальном эти два способа очень похожи.

26. Принцип эквивалентности и его значение при интерпретации кривых зондирования.

34.

Зондирование методом становления поля (ЗСП или ЗС) основано на изучении становления (установления) электрической (ЗСЕ) и магнитной (ЗСМ) составляющих электромагнитного поля в массиве горных пород при подаче прямоугольных импульсов постоянного тока в заземленную линию или незаземленную петлю. Длительность и характер становления поля связаны с распределением удельного сопротивления пород на разных глубинах. Изменение глубинности разведки в методе ЗС объясняется скин-эффектом. При включении импульса тока в питающую линию или петлю электромагнитное поле распространяется сначала в приповерхностных частях разреза, а в дальнейшем проникает все глубже и глубже. В среде происходят сложные переходные процессы и импульс приходит к приемной установке в искаженном виде. Малым временам становления поля ( t) соответствует малая глубина разведки, большим временам - большая.

    Зондирование становлением поля выполняется с помощью электроразведочных станций. Используются различные дипольные установки при постоянном расстоянии ( r) между питающими и измерительными диполями. Регистрируются разности потенциалов, пропорциональные электрической составляющей, измеряемой на МN ((ΔUe(t))), и магнитной, измеряемой в петле (ΔUн(t)), а также сила тока ( J) в питающем диполе.

    Различают два варианта зондирования становлением поля: зондирование в дальней зоне от питающего диполя (ЗСД) и зондирование в ближней зоне (ЗСБ), называемое также точечным (ЗСТ). В ЗСД r выбирается постоянным, в 3 - 6 раз большим планируемых глубин разведки. В ЗСБ разнос (r) также постоянен, но меньше проектируемых глубин разведки. В результате обработки записей ЗС по измеренным параметрам и рассчитанным коэффициентaм получаются кажущиеся сопротивления, и строятся кривые ЗС (ρr(√2πt)).

    Зондирования становлением поля выполняются по отдельным профилям или равномерно по площади. Расстояния между точками меняются от 0,5 до 2 км.

    Глубинность ЗС не превышает 5 - 10 км. ЗС используются при геоструктурных исследованиях, поисках нефти и газа.

Для возбуждения поля переходных процессов необходимо создать импульсное переключение тока в питающей (генераторной) петле. Стандартными импульсными сигналами являются:

1) Кратковременный импульс бесконечно большой амплитуды,

описываемый δ-функцией Дирака;

I(t)= 0, t≠ 0

∞, t=0

2) Импульс включения, описываемый σ-функцией Хэвисайда;

I(t)=I0σ(t)= 0, t < 0

I0, t >0

3) Импульс выключения, описываемый σ-функцией Хэвисайда;

I(t)=I0(1-σ(t))= I0 , t < 0

0 , t >0

Создать токовый импульс, который удовлетворительно описывается δ-функцией Дирака, сложно, поэтому на практике обычно используют ступенчатое возбуждение поля.

При мгновенном переключении силы тока в питающей петле (в частности при мгновенном выключении тока) измеряемое в приемной петле напряжение спадает до

нуля не мгновенно, а постепенно исчезает, изменяясь достаточно сложным образом.

Это объясняется тем, что в момент выключения тока в проводящих областях разреза индуцируются вторичные токи. Переменное магнитное поле вторичных токов индуцирует в приемной петле (q) ЭДС, обозначаемую εq . Причем ЭДС в приемной петле пропорционально скорости изменения магнитного потока.

|Uq|=| ε

q|∼|-∂Φ/∂t|

В начальный момент времени (на малых временах измерения после переключения тока в питающей петле), вторичные токи распределяются в приповерхностной части разреза. Затем, с течением времени, (на больших временах измерения после переключения тока в питающей петле) токи начинают проникать в более глубокие слои, затухая с удалением от источника. Этот процесс носит название становления поля в земле, а зависимость напряжения в измерительной петле от времени, прошедшего с момента переключения тока в питающей петле, - кривой становления поля.

Таким образом, глубина проникновения поля переходных процессов в землю определяется временем, прошедшим с момента выключения тока в генераторной петле, которое называется временем задержки или временем становления. Это свойство позволяет проводить зондирования, изучая зависимость компонент измеряемого электромагнитного поля от времени задержки.

Понятие ближней и дальней зоны неустановившегося электромагнитного поля. Это разделение производится с использованием параметра становления

τ = керень(2⋅π ⋅107 ⋅ρ ⋅t) и приведенного расстояния r/τ .

Условие дальней зоны : r/τ >>1,

Условие ближней зоны : r/τ << 1.

35

Методы переходных процессов по физической природе являются индуктивными, т.е. близкими к НЧМ, но отличаются применением не гармонических, а импульсных полей. В качестве генераторных линий используются незаземленные петли (НП-МПП) или рамочные антенны (ДИП-МПП), через которые пропускают кратковременные (длительностью 50 мс) импульсы постоянного тока. В той же или другой петле (или рамке) измеряют переходные процессы, т.е. величины электродвижущей силы ЭДС (U(t)) на временах t в пределах от 10 до 50 мс после отключения питающего тока.

Методика НП-МПП и ДИП-МПП такая же, как в НП (незаземленная петля) и ДИП (дипольное индукционное профилирование). В геологической среде первичное поле, с одной стороны, искажается неоднородностями, а с другой – в проводящих ток породах и рудах создается вторичное индукционное вихревое поле. Суммарное ЭМ поле, несущее в себе информацию о изменении геоэлектрического разреза по профилю, можно изучать различными приемами. Например можно изучать амплитудные значения электрических и магнитных компонент.

В результате работ МПП строят графики и карты U(t)/I, где I – амплитуда тока в петле при постоянном t, что и обеспечивает постоянство глубинности во всех точках. На них аномалиями выявляются объекты с разными УЭС.

36

38

ИНДУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ — группа методов электроразведки, в которых переменное электромагнитное поле возбуждается при помощи незаземлённых контуров (или заземлённых линий), через которые пропускается переменный ток. Первичное переменное электромагнитное поле индуцирует в электропроводящих горных породах и рудах вторичные токи, магнитное поле которых в совокупности с первичным полем источника измеряется на поверхности или. Токи, индуцированные в рудных залежах, обладающих высокой электропроводностью (руды цветных металлов и др.), оказываются более интенсивными, чем во вмещающих породах, и поэтому над рудными залежами обычно наблюдаются аномальные вторичные поля, являющиеся поисковыми признаками. Если руды высоко магнитны (например, магнетиты), то первичное поле намагничивает их, и вторичное поле намагниченных геологических объектов также создаёт аномалии. Комплект аппаратуры для работы индуктивных методов электроразведки состоит из генератора переменного тока и измерителя переменного магнитного поля, включающего датчики магнитного поля (многовитковые измерительные рамки и др.), усилители, фильтры, детекторы и измерительные приборы. По типу применяемого источника поля различают методы: незаземлённой петли, длинного кабеля, дипольное индуктивное профилирование и зондирование. В методе незаземлённой петли для возбуждения электромагнитного поля используется прямоугольная петля (через которую пропускается ток) со сторонами от нескольких сотен метров до 2-3 км, расположенная на поверхности Земли. Поле измеряется вдоль профилей, расположенных в средней части площади, ограниченной петлёй. В методе длинного кабеля источником поля служит прямолинейный кабель длиной 1-3 км, заземлённый на концах; поле измеряется в средней части кабеля вдоль профилей, перпендикулярных кабелю. При дипольном индуктивном профилировании источником поля является многовитковая рамка диаметром около 1 м (магнитный диполь). В процессе полевых работ генераторная и измерительная рамки перемещаются вдоль профилей без изменения взаимного положения, при дипольном индуктивном зондировании — только измерительная рамка. Измерения проводятся в так называемой индуктивной зоне источника, все точки которой располагаются на расстояниях от источника малых по сравнению с длиной волны. В зависимости от характера изменения электромагнитного поля от времени различают низкочастотные индуктивные методы электроразведки и методы переходных процессов. В низкочастотных методах ток в генераторном контуре и электромагнитное поле изменяются по гармоническому закону, информацию о геологическом строении исследуемой площади получают, измеряя амплитуды или амплитуды и фазы магнитного поля, а также их зависимость от частоты. В методе переходных процессов источник переменного поля работает в импульсном режиме, возникающее вторичное нестационарное магнитное поле измеряется в паузах между импульсами тока источника. Существенное достоинство индуктивного метода электроразведки — отсутствие в установках для возбуждения и измерения поля заземлений, что облегчает процесс полевых работ и позволяет создать аэроэлектроразведочные варианты этих методов.

39

Под высокочастотными (ВЧ) методами электроразведки обычно понимают исследования с помощью электрических и магнитных диполей на частотах выше звуковых (от 15 кГц до десятков МГц). Радиоволны сильно затухают в земле, поэтому ВЧ методы - малоглубинные: от первых метров до 100-120 м. Из наземных методов разведки наибольшее распространение получили: метод РадиоКИП (радиокомпарации и пеленгации), дипольные электромагнитные методы профилирования (ДЭМП) и зондирования (ДИЗ - дистанционные, ЧЗ - частотные).