2.2. Электроразведочные работы методом мтз

2.2.1. Технические средства производства работ

Электроразведочные работы методом магнитотеллурических зондирований (МТЗ) планируется выполнить силами субподрядчика – ФГУП «СНИИГГиМС». Техническое оснащение для выполнения работ МТЗ приводится в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Техническое оснащение и основные параметры методики МТЗ

Тип регистрирующих станций	Вариационная станция наблюдений
Марки регистрирующих станций	MTU5, MTU2E, AquaMaTic, 2AUSS-07A
Частотный диапазон	4000 Гц – 0,001 Гц
Количество станций (измерителей)	MTU5 – 4 шт. MTU2E – 3 шт. AquaMaTic – 4 шт. 2AUSS-07A – 2 шт.
Шаг наблюдений по профилю	1 км
Точность планово-высотной привязки	10 м

Электроразведочная станция MTU для регистрации естественного магнитотеллурического поля

Комплект станции MTU производства канадской фирмы Phoenix Geophysics (Канада) включает автономный регистратор MTU-2E или MTU-5 с вмонтированной GPS-системой (рис. 2.5), индукционные магнитные датчики МТС-50 (только для станций MTU-5), электрические диполи с неполяризующимися электродами, аккумулятор 12 В. Регистрация МТ-поля осуществляется 24-х разрядным АЦП в частотном диапазоне 400 - 0.0006 Гц.

Регистратор MTU – это специализированный компьютер на базе процессора Intel386, выполненный в стандарте РС110. Имеется оперативная память (16 кБ), ПЗУ (5 МБ) и съемная флэш-карта (от 32 до 512 МБ). В ПЗУ записана операционная система, управляющая программа, данные калибровки датчиков поля. Имеется цифровой режекторный фильтр, настраиваемый на частоту промышленных помех 50 Гц (либо 60 Гц). За счет высокой разрядности АЦП отпадает необходимость в использовании аналоговых фильтров.

Станция не имеет клавиатуры и дисплея. Оператор управляет станцией при помощи компьютера, создавая стартовую таблицу с параметрами работы и записывая ее на флэш-карту станции. Запись файла таблицы может производиться как непосредственно с компьютера на станцию через кабель, так и с помощью устройства для работы с флэш-картами. Управляющая программа считывает стартовую таблицу, и станция начинает выполнять заданный ей режим работы, записывая результаты измерений также на флэш-карту.

Таким образом, станция может работать в автономном режиме, в то же время оператор имеет возможность с помощью компьютера в реальном времени отслеживать ее состояние, прерывать работу станции и менять настройки стартовой таблицы.

Важным условием работы станции является определение точного времени. В обработке полевых материалов одновременно используются записи, полученные разными станциями, разнесенными друг от друга на некоторое расстояние (режим синхронных наблюдений). В этом режиме записи разных станций должны быть синхронизированы по времени. Для каждой записи поля определена дата измерения и точное время, а также координаты точки наблюдения.

Точное время и координаты определяются станцией с помощью GPS. Управляющая программа перед выполнением заданного ей режима работы обращается к GPS, и не может начать запись поля без определения координат и времени, а калибровок – без времени. С помощью GPS время определяется по Гринвичу. После определения точного времени оно устанавливается на станции и далее поддерживается с помощью кварцевого генератора. Точное время корректируется во время работы при хорошей видимости спутников.

Запись поля осуществляется в трех режимах оцифровки данных:

1) 15 Гц – на протяжении всей записи;

2) 150 Гц – включается на 0-16 с на каждой выбранной минуте;

3) 2400 Гц – включается на 0-2 с на следующей смежной минуте предыдущего режима.

После окончания записи данные через считывающее устройство для флэш-карт переносятся для дальнейшей обработки на компьютер.

Магнитотеллурический комплекс «Phoenix» MTU имеет следующие основные технические характеристики:

• количество измерительных каналов – 2 электрических и 3 магнитных (для модулей MTU-5 и MTU-5А) или только 2 электрических (для модулей MTU-2E);

• временная синхронизация – встроенный GPS-приемник;

• температурный диапазон измерений – от минус 20 °С до плюс 40 °С;

• устройство памяти (flash memory) – 512 MB;

• потребляемая мощность – 9 Вт;

• вес – 4 кг;

• размеры – 230 × 200 × 120 мм;

• диапазон измерений с датчиками МТС-50 – от 330 Гц до 0,00001 Гц;

• источник питания – аккумулятор 12 В.

Системы для проведения магнитотеллурических зондирований на акваториях

Для проведения магнитотеллурических зондирований на акваториях будут использованы две системы: «AquaMaTic» (Aqua MagnetoTelluric) и система 2AUSS-07, производства Канадской фирмы «Advanced Geophysical Operations and Services Inc». Обе системы предполагают измерение электрического поля в воде, а магнитное поле измеряется на суше.

В основе аппаратной части обеих систем лежат стандартные станции MTU-2E используемые для наземного МТЗ производства канадской фирмы «Phoenix Geophysics», описанные в предыдущем разделе.

Система «AquaMaTic» предназначена для проведения МТ-зондирований на акваториях и прибрежных мелководных зонах и не имеет аналогов в мире. Система «AquaMaTic» представляет собой герметичный корпус из пластика с креплением для измерительного модуля MTU-2Е и аккумулятора, систему якорей для фиксирования станции и электродов, подводные электрические линии из коаксиальных кабелей и слабополяризующиеся электроды для измерения напряженности электрического поля (рис. 2.6).

Водная установка производит измерения только электрического поля. Для этого используются длинные независимые электрические линии со слабополяризующимися электродами, защищенными от влияния подводных течений. Корпус электрода изготовлен из текстолита, внутри залит свинец, на контактную поверхность которого методом электролиза нанесена пленка хлорида свинца. Для уменьшения влияния течения электрод размещен в отверстии бетонного груза, которое заполнено синтетическим уплотнителем. Это защищает электрод от влияния течения и слабого волнения. Электрические линии из экранированного коаксиального кабеля подключаются к внешним разъемам корпуса – их длина может варьироваться от 50 до 200 м.

С истема 2AUSS-07A (далее AGCOS) производства канадской фирмы «Advanced Geophysical Operations and Services Inc» предназначена для проведения подводных электроразведочных работ на глубинах до 100 м (рис. 2.7). Система AGCOS представляет из себя платформу-раму из пластика и стекловолокна с установленной на неё в герметичных подводных корпусах аппаратурой, тросовой системой погружения, акустическими устройствами для подъема системы со дна и аварийной системой всплытия, подводным акустическим маячком для обнаружения местоположения системы под водой, подводными 5-метровыми электрическим линиями в виде раскладывающихся телескопических штанг с подводными электродами для измерения напряженности электрического поля Измерительный модуль и аккумулятор находятся в подводных кейсах – герметизированных стеклянных сферах, выдерживающих высокое давление.

Для использования на большой глубине в мало поляризующихся электродах применена компенсация давления. Электроды состоят из двух камер разделенных подвижной мембраной, в первой камере свинцовый стержень в свинцовом порошке и растворе соли свинца, а во втором раствор хлорида натрия. Давление компенсируется за счет движения мембраны.

Жесткие электрические линии необходимо развернуть до погружения системы, что предъявляет требования к судну, производящему работы. Оно должно быть оборудовано краном с вылетом стрелы не менее 5 м.

2.2.2. Методика полевых работ

МТЗ – наиболее глубинный метод электроразведки, при этом характеризующийся высоким уровнем экологической безопасности. Задача метода – расчленить осадочный чехол на всю его глубину и получить информацию о верхней части земной коры до глубин 20-30 км. Вследствие того, что метод МТЗ использует естественное магнитотеллурическое поле Земли, работа проводится без применения генераторных установок, а только с использованием портативных измерительных станций, что облегчает проведение работ в труднодоступных условиях.

Исследования методом МТЗ будут проводиться в частотном диапазоне от 0,001 до 400 Гц с измерением четырех компонент электромагнитного поля Ех, Еу, Нх, Ну. Работы будут проводиться в профильном варианте по системе профилей общей протяженностью 1200 пог. км с шагом по профилю 1 км, в том числе на суше – 937 км, на реке – 215 км, на море – 48 км.

Методика проведения работ МТЗ на суше

Работы методом МТЗ будут проводиться с использованием аппаратуры МТU производства фирмы Phoenix Geophysics (Канада). Регистраторы MTU обладают рядом преимуществ, существенно облегчающих проведение магнитотеллурических зондирований в условиях российского Севера. Прежде всего, это компактность, мобильность и возможность работы в автономном режиме. Кроме того, наличие встроенного модуля GPS позволяет вести записи компонент магнитотеллурического поля в синхронном режиме, что позволяет существенно повысить качество полученных данных на этапе первоначальной обработки. Длительность непрерывной записи на одной точке МТЗ – от 10 до 12 часов.

Работы будут проводиться в синхронном режиме одновременно несколькими станциями. Обработка записей в синхронном режиме позволяет эффективно бороться с помехами. Схема расстановки станций представлена на рисунке 2.8.

Рис. 2.8. Схема расстановки станции «Phoenix»

Методика работ на точке:

• полевые точки зондирований выбираются на сравнительно ровной площадке размером 100 × 100 м;

• ветровые помехи устраняются путем размещения индукционных датчиков и электрических диполей в канавах, прикапываемых землей (вертикальный магнитный датчик забуривается в землю с помощью специального ручного бура);

• используется пятиэлектродная крестообразная электрическая измерительная установка, заземленная слабополяризующимися электродами;

• азимуты расстановки линий и датчиков выбираются либо по сторонам света, либо по сети наблюдений, либо в соответствии с ориентацией геологических структур;

• линии электрических датчиков выкладываются по буссоли;

• магнитные датчики выставляются по уровню и буссоли.

Контрольные наблюдения выполняются в соответствии с инструктивными требованиями разными комплектами аппаратуры со сменой измерительной установки, в объеме 5 % от общего объема работ, непосредственно на пунктах площади. Погрешность контрольных наблюдений основных компонент тензора не должна превышать 5 % по модулю импеданса, 3 по фазе.

Выноска точек геофизических наблюдений в натуру будет проводиться по топокартам масштаба 1:200 000. Определение координат точек наблюдений осуществляется в автоматическом режиме, с использованием встроенной в магнитотеллурический комплекс «Phoenix» MTU-5 системы GPS. Привязка будет контролироваться автономными GPS приемниками. Точность определения планового положения точек наблюдений не должна превышать  20 м. Все пункты наблюдений закрепляются на местности деревянными колами и накопками.

Перед началом полевого сезона выполняется полный комплекс настроек и проверок, контрольных измерений. В течение полевого сезона осуществляется ежемесячная эталонировка станций и запись частотных характеристик, в том числе:

• калибровки (снятие частотных характеристик) регистрирующих каналов, датчиков поля;

• запись на идентичность всех комплектов аппаратуры с записью кривой зондирования во всем диапазоне регистрации МТЗ и ее представление в графическом виде.

Во время полевых работ проводится предварительная обработка данных с целью контроля качества получаемых материалов:

1) обработка регламентных записей;

2) обработка рядовых зондирований в «одиночном» режиме (без использования синхронных записей удаленных станций);

3) обработка и сопоставление контрольных наблюдений.

Методика проведения работ МТЗ на акваториях

Для проведения магнитотеллурических зондирований на акваториях будут использоваться две системы: «AquaMaTic» (Aqua MagnetoTelluric) и система 2AUSS-07, производства Канадской фирмы «Advanced Geophysical Operations and Services Inc». Обе системы предполагают измерение электрического поля в воде, а магнитное поле измеряется на суше. Ниже обосновано применение данного подхода.

Как известно, первичное магнитное поле МТЗ достаточно однородно по горизонтали. Магнитное поле, как функцию горизонтальных координат, можно считать либо константой, либо линейной функцией на участках протяженностью сотни километров. Аномалии магнитной части естественного электромагнитного поля связаны с резким градиентом суммарной проводимости разреза. В прибрежном шельфе, как правило, такого градиента мы иметь не должны. В таких разрезах основная информация о геоэлектрическом разрезе находится в электрическом поле. Поэтому пятиканальные станции, в которых проводятся измерения как электрических, так и магнитных составляющих, размещаются на суше, а также на прибрежных островах. Размещение магнитных датчиков на суше резко облегчают собственно морские наблюдения, где измеряются только электрические поля. При этом измерения магнитного поля желательно производить синхронно в нескольких (2-3 и более) точках, разнесенных друг от друга на расстояние нескольких десятков или первые сотни километров. Синхронные наблюдения магнитных полей в нескольких точках позволит:

• подавить некоррелируемые помехи по схеме remote reference;

• изучить степень их пространственной неоднородности и в случае необходимости построить функцию, аппроксимирующую его пространственное изменение;

• выбрать для построения кривых МТЗ ближайшую точку на суше к точке на дне моря, в которой измеряется электрическое поле.

В основе аппаратной части обеих систем лежат стандартные станции MTU-2E, используемые для наземного МТЗ производства канадской фирмы «Phoenix Geophysics». Это является неоспоримым преимуществом применяемых систем, так как:

• в настоящее время станции MTU имеют наибольшее распространение в мире и в России и являются стандартом де-факто в МТЗ,

• для станций MTU существует широкий ряд программного обеспечения, разработанного как производителем аппаратуры, так и сторонними организациями,

• использование наземных станций для зондирований на акваториях дает возможность без особых трудностей проводить работы на объектах, часть которых лежит на земле, а часть проходит по морю или озеру.

Станция MTU-2E позволяет регистрировать только электрические компоненты магнитотеллурического поля (Ex, Ey). Чтобы обработать эти данные, необходимо измерение магнитных компонент поля. Для этого на небольшом удалении, на берегу ставится пятиканальная станция MTU-5. Измерительный модуль MTU-5 отличается от MTU-2E тем, что позволяет регистрировать магнитные компоненты (Hx, Hy, Hz) магнитотеллурического поля.

Работа с системой «AquaMaTic»

Благодаря небольшим размерам и весу для использования системы не требуется специально оборудованного судна, достаточно небольшого катамарана и лодки. Малый вес позволяет производить установку системы силами 2-3 человек.

Технические характеристики позволяют использовать систему на мелководье: минимально допустимая глубина около метра, максимальная глубина ограничена лишь длинной якорных веревок и электрических линий.

Схема расстановки линий такая же, как и у наземной станции – пятиэлектродная крестообразная (рис. 2.9). После погружения корпуса и фиксирования его якорем начинается растягивание электрических линий. Линии независимые – каждая растягивается отдельно, для определения положения электродов используется портативный приемник GPS. Длина приемных линий выбирается в зависимости от конкретных условий и варьирует от 50 до 200 м. Большая длина приемных линий позволяет работать при слабых электрических сигналах и при высоком уровне шумов. Слабополяризующиеся электроды устанавливаются в бетонные грузы, которые фиксируют их, защищая от влияния течения.

Система может использоваться при небольшом волнении, но в таком случае увеличивается количество человек, участвующих в установке, немного затруднено растягивание электрических линий. При сильном волнении невозможно добиться точного выставления электрических линий, также затруднена установка станции.

Рис. 2.9. Схема расстановки системы «AquaMaTic»

Работа с системой AGCOS

Работа с канадской донной системой начинается с герметизации сфер и монтажа всех узлов на несущей раме. После этого необходимо произвести калибровку электронного компаса, установленного в основании рамы. Калибровка производится на участке земли, свободном от источников магнитных помех. После этого можно начинать работу с системой.

При подходе на точку съемки система подготавливается к погружению, проверяются основные элементы системы и батареи питания.

После выполнения всех проверок, включения и синхронизации по времени система поднимается краном, установленным на корабле, раскладываются телескопические электрические линии, и происходит погружение на дно (рис. 2.10). Фиксируется местоположение с помощью GPS и начинается запись данных.

Рис. 2.10. Спуск системы AGCOS на дно

Время, требуемое для регистрации качественных данных, зависит от установленных частот. По окончании регистрации поля станция автоматически отключается. Корабль подплывает к точке съемки по координатам GPS, подается сигнал на всплытие буйка с тросом, после чего буек поднимается на борт корабля, трос фиксируется на лебедке крана и система поднимается на корабль с помощью троса.

2.3.4 Виды и источники воздействия на окружающую среду

Оборудование, используемое в электроразведке, является пассивным приемным источником, не воздействующим на компоненты окружающей природной среды, воздействие на окружающую среду возможно только от работы транспорта. При производстве сейсморазведочных работ воздействие на окружающую среду возможно от работы судов и от использования оборудования.

Никаких иных источников воздействия на окружающую среду при планируемых работах нет. Сейсморазведочные и электроразведочные работы, как дистанционный метод, проводятся без нарушения донных отложений и целостности недр.