Способ геоэлектроразведки

ООЗ СОЕЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИН 1511 С 01 Ч 3/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ ОПИС ЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ К АВТОРСК м В 41 И,Г. Сковород -дена Трудовогоный.институт 53) 550.857(08 56) 1. Авторск 392434, кл, С2. Якубовски лектроразведка .275-302 (прот я е свидетельст О 1 Ч 3/02, 19 Ю.В., Ляхов М., "Недра",тип).(54)(57) СПОСОз аключающий сядуемую среду п ГЕОЗЛЕ КТРОРАЗВЕДКИ,том, что через исслепускают импульсы по -г(71) Свердловский оКрасного Знамени гоим. В.В.Вахрушева,80, 11229 стоянного тока, в промежутках ежду импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной, поля ризации, а во время пропускания тока - разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотношению которых определяют поляризуемость, о т л и ч а ю щ и. й с я тем, что, с целью повышения информативности способа путем определения трещиноватости горных пород, измерения пол ризуемости12 выполняют лри двух1различных амплитудах импульсов пост янного тока и рассчитывают коэффи- циент нелинеиности поляризуемости гор 1- З Е ороды К = по которон му судят о трещиноватости горньпород.Изобретение относится к геоэлектроразведке, а точнее к электроразведке методом вызванной поляризации (ВП) .Известен способ геоэлектроразведки методом ВП, согласно которомувозбуждают в исследуемой среде электрическое поле посредством разнополярных импульсов тока прямоугольной формы и измеряют амппитуду и фазу элек Отрического поля после исключения начальной части возбуждаемых импульсов тока 1 .Измерение параметров поля ВП в гармоническом режиме связано с исключени 5ем .индуктивных помех, однако исключить эти помехи удается не всегда.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ геоэлектроразведки,заключающийся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсыпостоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной поляризации, а во время нропускания тока - оазноств потенциаловкажущегося сопротивления, по отношению которых определяют поляризуемость,Измеренную разность потенциаловвызванной поляризации Ь У Вп делят наразность потенциалов кажущегося сопротивления, наблюдающуюся на томже участке исследуемой среды во времяпропускания тока барс, которая характеризует амплитуду первичного35поля, и вычисляют поляризуемость- (или= в в " 1 ОО )," иаРПкс ьПкспо которой судят о вещественном40составе среды, в первую очередьо наличии в ней минералов с электрон.ной проводимостью, а также о влажности. Известный способ применяют при полевых, лабораторных и скважинных исследованиях горных пород 21Однако известным способом извлекают неполную информацию об исследуемой породе, а именно получают50 сведения только о вещественном составе породы, но не о ее механическом состоянии, в частности о трещиноватости. В то же время сведения о трещиноватости горных пород 55 имеют большое значение для решения ряда вопросов инженерной, динамической, рудной и нефтяной геологии,а также для правильного ведениябуро-взрывных работ.Цель изобретения - повышениеинформативности способа геоэлектроразведки путем определения трещиноватости горных пород,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу геоэлектроразведки, заключающемуся в том,что через исследуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, впромежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность,потенциалов вызванной поляризации., аво время пропускания тока - разностьпотенциалов кажущегося сопротивления,по соотношению которых определяютполяризуемость, измерения поляризуемостивыполняют при двухразличных амнлитудах импульсов по"стоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости11- ггарной парады К Н = , по кайлторому судят о трещиноватости горной породы.Отличием предлагаемого способа отизвестных является использованиеявления вызванной поляризации дляопределения трещиноватости горныхпороднаряду с определением ихвещественного состава).Решается эта задача путем введения1новых операций - измерения поляризуемости при двух различных амплитудахпервичного поля, т,е, при амплитудах импульсов тока и вычисления ко)эффициента неличейности поляризуемости горной породы. Предлагаемый способ основан на зависимости между трещиноватостью гор - ной породы и закономерностью нарастания разности потенциалов Ь Пап при увеличении амплитуды первичного поляУс . Многочисленные измерения на образцах и на обнажениях горных пород различного состава показали, что в монолитных, нетрещнноватых горных породах разность нотенциалов вызванной поляризации возрастает прямо пропорционально амплитуде первичного поля, а коэффициент нелинейности поляризуемости, вычисляемый по приведенной формуле, близок и "ОцВ трещиноватых породах при уве-. личении амплитуды первичного поля разность потенциалов вызванной поляризации нарастает медленнее, чем вЮмонолитных, линейная зависимостьЕБ б 1 = Г ( Ь Пс ) нарушается, коэффициент нелинейности отличен от нулятем больше, чем выше трещиноватость пород, Обнаруженное явлениеобъясняется тем, что в трещиноватыхпородах ток в первую очередь распространяется по трещинам, сопротивление которых из-за заполнения 10их водой значительно ниже, чем со.противление основной массы горнойпороды, По этой причине плотностьтока, распространяющегося по тре -щинам, значительно выше, чем плот в 5ность. тока в основной массе породы, Разность потенциалов вызванной,поляризации дП зависит от плотности тока и при больших плотностях.доходит до насыщения, поэтому втрещиноватых породах д.Пбыстреедостигает .насыщения, что и находитсвое отражение в увеличении коэффициента нелинейности поляризуемости. Значительно увеличивается 25коэффициент нелинейности, если трещины в породе запопнены хорошо проводящими ток рудными минералами. Отличить породь 1 с открытой трещиноватостью от пород, трещины которых заполнены рудной минерализацией, нетрудно по величине л П, точнее поабсолютной величине поляризуемостикоторая в последнем случае внесколько. раз выше, чем в первом35(в случае открытых трещин,20 Указанная зависимость между трещи" новатостью и коэффициентом нелиней ности поляризуемости проверена при измерениях на образцах пород различного состава, в том числе и с вкранленностью сульфидных минералов при изменениях амппитуды пер-" вичного полл от 1 до 500 В. Установ ленная зависимость прослеживается при любых экспозициях (вреМнах задержки между окончанием импульса первичного поля и началом измерения вызванной поляризации) от 0,5 с до 5 мин. Проведенные измерения позволяют установить соотношение между коэффициентом нелинейности и степенью трещинов атости породы.Таким образом, предлагаемым способом можно не только изучить вещественный состав горных пород, но и определить их трещиноватость,Определение трещиноватости горных город играет большую роль при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, так как Формирование многих из них контролирует- ся системами трещин при изучении распространения деформирующих напряжений в структурной и динамической геологии, при изучении емкост-. ных и фильтрационных свойств трещинных коллекторов в нефтяной геологии, при оценке прочностных свойств гор-. ных пород в инженерно-геологических изысканиях. Сведения о трещиноватости необходимо также учитывать при ведении буровых работ, так как именно с трещиноватостью часто связаны аварии в бурении.Известные технические решения для нахождения трещин в различных материалах не пригодны для исследования горных пород, так как имеют специфическую область применения.Предлагаемый способ геоэлектрораз ведки позволяет в какой-то мере заполнить этот пробел.На фиг, 1 показана электрическая схема установки для осуществления способа при измерениях на обнажениях горных пород или в горных выработках; на Фиг. 2 - схема установки для измерений на образцах керна; на фиг. 3 - кривые зависимости разности потенциалов вызванной поляризации от амплитуды первичного поля для образца монолитных нетрещиноватых .пород; на Фиг. 4 - то же, для трещиноватого образца; на фиг. 5 - то же, для трещиноватого образца, в котором трещины заполнены пиритом, при этом шифр кривых 3-5 т, - время экспозиции, с или мин; на .Фиг. 6 - результаты примененИя способа, полученные по измерениям керна разведочной скважины.Способ осуществляют следующим образом.Собирают электрическую схемудля проведения измерений. Схема может быть четырехэлектродной (фиг.) или двухэлектродной (фиг.2) и включает установленные на исследуемой породе (керне)два токовых электрода 2 и два приемных электрода 3, соединенных подводящими проводами 4 с коммутатором 5, регулируемым источником 6 постоянного тока и измерительным прибором 7, Коммутатор 5 обеспе - чивает включение измерительного прибора 7 поочередно для измерения амплитуды первичного поля ЬУ и разности потенциапов вызванной поляризации Ь 138 Ь . При использовании двухэлектродной схемы ЬУ и измеРЯют междУ теми же 5 электродами, которые используются для возбуждения первичного поля. При четырехэлектродной схеме измерения приемные электроды 3 неполяризующиеся прижимного типа.Проводят измерения ЬБ 811, при одной величине ЬУс например при ЬУ 1,с,=О В, которую устанавливают, регулируя выходное напряжение источника 6 постоянного тока. 5Проводят измерения ЬБ 8 п при дру,гой, более высокой величине Ь 1 кс2 например при ЬБкс =00 В.Вычисляют коэффициент нелинейности вызванной поляризации 20.О 8 П, Ь 0 ВП,. нЬ" 8 яа ЬО кс 25 По величине вычисленного коэффициента нелинейности поляризуемости оценивают трещиноватость горных пород. Для получения более точных ЗО реэульт атов з ави симо сть коэ ффициента нелинейности от трещиноватости следует установить опытным путем дпя каждого месторождения (или района), 35По величине поляризуемости горнойЬ 1 вп, ЬЦ Вч породы 11 = --или ) = ---- судят о вещественном составе исследуемой порсды, как и в известном 40 способе.Все измерения разности. потенциалов вызванной поляризации проводят с одинаковыми экспозициями, т,е. интервалами времени после выключения первичного поля.1П р и м е р. Предлагаемый способ применен при исследовании образцов керна н а о дном из рудных ме сторождений. При измерениях используют двухэлектродную установку (фиг,2, Образец кернапроизвольно размеща. ют между подставками 9, каждая из к от орых содержит медный дн ско вый электрод 2(3), закрытый слоем поролона 8, пропитанного слабым раствором медного купороса для обеспечения хорошего контакта с образцом, размещенным на подставках 9. В качестве регулируемого источника 6постоянного тока используют унифицированный источник питания, в качестве измерительного прибора 7электронный стрелочный компенсатор,Коммутатор 5 обеспечивает подключение измерителя к электродам 2, 3как в момент пропускания импульсовпостоянного тока дпя измеренияЬ 111 так и в пауаах между нимидля измерения ЬУВп . Примерно 07 образцов подвергают детальным исследованиям, в процессе которых иэмеряют разность потенциалов Ь Бэь при изменениях ЬП 1,. в пределах от 1 до 500 В с различными экспозициями от 1 с до 5 мин. Результаты иэмерений изображены графиками в билогарифлинейная зависимость между Ь 08 и Ь 131,С, в пределах изменения ЬПкотдо 100 В сохраняется постоянЬбдаство поляризуемости= - и коЬПсэффициент нелинейности поляризуемости, рассчитанный по относительнойразности поляризуемости при Ь Укс,равных 0 и 00 В, близок к нулю.Для монолитных фельзитов при экспозиции 1 с коэффнциент нелинейностиравен нулю,При исследовании трещиноватых образцов (фиг.4) независимо от их состава с Увеличением ЬБ 1,с Рост Ь 08 Пзамедляется, поляризуемость при больших ЬУкс становитсЯ меньше, чемпри малых, и коэффициент нелинейности поляризуемости отличаетсяот 0 растет) . Для среднетрещиноватых фельзитов при той же экспозиции 1 с коэффициент нелинейности К, составляет 0,24. На основании сопоставления вычисленных коэффициентов нелинейности поляризуемости н трещиноватости образцов, оцененной традиционными визуальными способами для данного месторождения установлены следующие соотношения% Трещнноватость КН 0-0, 10 О,0-0,20,мическом масштабе,На монолитных образцах (фиг.З) независимо от их состава наблюдается0,30-0,40 ИнтенсивнаяСвыше 0,40 Наличие вкрапленности сульфидов потрещинам5 Вещественный состав образцов) втом числе и наличие вкрапленности сульфидных минералов сказывается только на абсолютной величине поляризуемости, т.е. на высоте кривых на графиках зависимости ДБ=Й(Б 0, ).Для примера на фиг.5 приведены результаты измерений на образце алевропесчаников, трещины в котором15 заполнены пиритом. Наряду с высоким коэффициентом нелинейности поляризуемости такие образцы отличаются большим абсолютным значением поляризуемости ,= 14,57 при ь(1 =10 РПроведения)е исследования позволяют выработать оптимальную методику измерений, выбрать две конкретных амплитуды первичного поля 60 кс =10 В и 60),с = 100 В и оптимальную экспо)с г 25 зицию 1 с.Н а фи г. 6 приведены результ аты применения способа по измерениям керна разведочной скважины на одном из рудных месторождений, .Скважина пройдена по безрудным породам - фель З 0 зитам 1 О, которые почти не дифференцируются по поляризуемости, изменяющейся у них впределах от 0,6 до1,6 (кривая 2)На диаграмме коэффициента нели нейности поляризуемости имеющей сле)ва масштаб глубины коэффициента нелинейности поляризуемости (кривая Кн, четко выделяются две зоны пород со средней и интенсивной тре, щи нон а тост ью1, одна и и нт срв але00-136 м, другая в интервале 238- 274 м. Несмотря на то, что в скважине эти зоны не содержат рудных минералов, дальнейшая разведка месторождения показала, что к продолже. нию этих зон, трещиноватых пород приурсчено гидротермальное оруднение с промышленным содержанием рудных минералов.Предлагаемый способ проверен при измерениях в горных выработках и на обнажениях горных пород в условиях естественного залегания показал хорошие результаты. При измерениях на обнажениях способ дополнительно открывает возможность для определения направления трещиноватости. Зтот вопрос решается посредством измерений при различных ориентировках измерительной установки. Наиболь. шая поляризуемость наблюдается при ориентировке измерительной установки вкрест направления основной системы трещин. При определении направления трещиноватости измерения могут проводиться при одном режиме возбуждения (т.е. при одном ЬПкс).Применение предлагаемого способа обеспечивает быстрое и довольно точное определение трещиноватости горных пород в образцах и на обнажениях и,. кроме того, исключает субъективные ошибки, присущие способам, основанным на визуальной оценке размеров и густоты трещин.Предлагаемый способ может быть применен и при измерениях в скважинах, т.е. при каротаже методом вызванной поляризации.