Способ геоэлектроразведки

СОЮЗ С 08 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК С 01 Ч 3 ЕТЕ АВТОРСК ВИДЕТЕЛЬСТВ со арн нои,част точке вм этих соп ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И(71) Днепропетровский ордена Трдового Красного Знамени горныйинститут им.Артема(56) 1. Вешев А,В Ивочкин В.ГИгнатьев Г.Ф. ЭлектромагнитноеАилирование. Л., "Недра", 1971,с. 24-48.2. Авторское свидетельство СР 428327, кл. С 01 Ч 3/06, 1971(прототип). СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ,ийся в определении мощопротивлений слоев нормальлектрического разреза, сумачений нормальной и аномалй сопротивления в каждойщающей среды, сравненииотивлений, определении пуЯО 3344 ЯЯ А тем нахождения разности между ними аномальных значений, по которым выделяют геологическую неоднородность, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,целью повышения эдйективности выделения геологических неоднородностей, предварительно путем воздействия искусственным переменным электромагнитным полем на вмещающую сред определяют направление оси однородности среды в каждой точке вмещающей среды, задают направление поля. ризации электромагнитного поля совпадающим с осью однородности среды, и определяют мощности и сопротивления слоев нормального геоэлектрического разреза в каждой точке, задают направление поляризации поля под углом к оси однородности среды и определяют суммарные значения нормальной и аномальной частей сопротивления, а о направлении гра ниц геологической неоднородности су. дят по направлению осей однородности среды.Изобретение относится к геофизической разведке с применением ис;кусственных переменных электромагнитных полей и может быть использовано при поисках и разведке полезных ископаемых, при инженерно-геологических изысканиях под строительство, при гидрогеологических и мелиоративных изысканиях.Известны способы геоэлектрораз О ведки, основанные на измерении элек,трических и магнитных составляющих поля магнитного диполя, определении по этим составляющим мощности и сопротивления слоев геоэлектрического разреза и выделении по полученным данным геологических неоднородное; тей 1 .Недостатком этих способов является низкая точность определения 20 параметров реальных геоэлектрическнх разрезов, обусловленная тем, . что известны функциональные зависимости между составляющими поля и электрическими свойствами среды 25 только для простого строения последней (однородная изотропная или горизонтально-слоистая изотропная), а электрические свойства реальной среды неоднородны во всех направ- З 0 лениях. Строение среды, содержащей неоднородности, определяют по этим способам с использованием результатов моделирования, что также не обеспечивает точности так как невоз 35 можно добиться полного соответствия модели реальной среде.Наиболее близким к предлагаемому является способ поиска и разведки по. лезных ископаемых, заключающийся в 0 определении мощности и сопротивлений слоев нормального геоэлектрического разреза, суммарных значений нормальной и аномальной частей сопротивления в каждой точке вмещаю- ф 5 щей среды, сравнении этих сопротивлений, определении путем нахождения разности между ними, аномальных значений, по которым выделяют геологическую неоднородность 2. 50Недостатками этого способа являются большая трудоемкость, обусловленная применением двух геофизических методов, и низкая точность определения нормальной части сопро тивления, вызванная тем, что в каждой точке этот параметр рассчитывается. При расчете распространяют определенные на периферийной части участка параметры нормального геоэлектрического разреза на весь участок, предполагая горизонтальную однородность среды перийерийной части участка, но не подтверждая ее никакими исследованиями. Рассматриваемый способ не обеспечивает точности оконтуривания аномальных зон сложной конфигурации ввиду отсутствия сведений о направлении границ этих зон и требует обеспечения гальванического контакта с исследуемой средой.Цель изобретения - повышение точности определения границ неоднородности, сокращение затрат времени на проведение геофизических работ и снижение их стоимости.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу поиска и разведки полезных ископаемых, содержащему операции определения мощности и сопротивлений слоев нормального геоэлектрического разреза, суммарных значений нормальной и аномальной частей сопротивления в каждой точке вмещающей среды, сравнения этих сопротивлений, определения путем нахождения разности между ними аномальных значений, по которым выделяют геологическую неоднородность, предварительно определяют направление оси однородности среды в каждой точке вмещающей среды, для чего на нее воздействуют искусственным переменным электромагнитнымполем частотой в пределах 5 Гц -5 МГц без гальванического контактасо средой и определяют мощности исопротивления слоев нормальногогеоэлектрического разреза в каждойточке, для чего задают направлениеполяризации поля совпадающим с направлением оси однородности среды,суммарные значения нормальной и аномальной частей сопротивления определяют, задав направление поляризации поля под углом к оси однородности, а о направлении границ геологической неоднородности судят по направлению осей однородности среды.Сущность способа заключается вследующем,Для магнитных составляющих полягармонического магнитного диполя,расположенного на поверхности среды, с произвольным распределением электрических сопротивлений имеет место равенство видао ОН=ННг=к,ц,7,где Н- наблюдаемое значениемагнитной составляющей 5поля,нормальная часть магнитной составляющей поля,зависящая только от распределения сопротивления 10апо вертикальной осиф- аномальная часть магнитной составляющей, зависящая ог неоднородностигоризонтального распределения сопротивления;л- индекс, указывающий составляющую вектора электромагнитного поля в прямоугольной системе координат.При рассмотрении конкретной составляющей ь заменяют на м, ч или Елсоответственно осям координат,Вертикальная магнитная составляющая поля горизонтального магнитного диполя на линии, перпендикулярной его оси, над однородной илигоризонтально-слоистой изотропнойсредой равна О. Для среды, сопротивление которой изменяется по верти 1кальной и одной из горизонтальнойосей, указанная составляющая равна,нулю только при параллельностиоси диполя и оси однородности среды.(линии, вдоль которой сопротивлениене изменяется) и отличается от нуляпри других ориентациях оси диполяотносительно оси однородности. Изэтого следует, что рассмотренная составляющая содержит только аномальнуючасть, т.е. является аномальной составляющей. Полярная диаграмма аномальной составляющей имеет вид симметричной двухлепестковой кривой.Такой же вид имеют полярные диаграммы других аномальных частей составляющих, кроме горизонтальной составляющей которая перпендикулярна осидиполя. Полярная диаграмма ее аномальной части имеет вид четырехлепестковой симметричной кривой.Электрическое сопротивление реаль" ной среды в большинстве случаев изменяется по обеим горизонтальным 55 осям. Но для среды, содержащей неоднородность, имеет место преобладание изменения сопротивления в направлении, перпендикулярном границе неоднородности. Рассматривая ограниченную область среды в окрестностях точки исследования, можно выдЕлить направление, в котором сопротивление изменяется незначитель. но, и считать его направлением оси однородности среды.Рассмотренный характер зависимости аномальной магнитной составляющей и аномальных частей магнитных составляющих поля горизонтального магнитного диполя от взаимной ориентации поляризации поля, совпадающей с осью генераторного горизонтального диполя, и направления оси однородности среды, позволяет определить ее направление и, зная его, раздельно измерить нормальные части и суммарные значения нормальных и аномальных частей составляющих поля посредством установки дипольных частотных электромагнитных зондирований.Для определения направления оси -однородности ориентируют генераторный диполь установки горизонтально, а приемный - вертикально, размещают его на линии, перпендикулярной оси генераторного диполя на одинаковой с ним высоте над средой,и, вращая установку в горизонтальной плоскости, находят положение, в котором принимаемый сигнал минимален. В таком положении установки поляризация поля совпадает с осью однородности среды и при этой поляризации измеряют нормальные части магнитных составляющих поля горизонтального диполя Если используют установку с вертикальным генераторным диполем, то для измерения нормальных частей составляющих с направлением оси однородности среды должна совпадать ось установки - линия, соединяющая генера" торный и приемный диполи, Это обусловлено тем, что поле установки с вертикальным магнитным диполем в горизонтальной плоскости поляризовано в направлении оси установки, так как поле вертикального диполя имеет две магнитные, составляющие: вертикальную и радиальную, а последняя совпадает с осью установки.Суммарные значения нормальной и аномальной частей составляющих поля магнитного диполя измеряют, задав поляризацию поля, при которой аномальные части магнитных состав 11440 бЯляющих достигают максимального значения. Для этого ось горизонтального генераторного диполя ориентируют перпендикулярно оси бднородности, а если используют установку 5. с вертикальным генераторнкм диполем, то перпендикулярно оси однородности ориентируют ось установки, При измерении суммарного значения горизонтальной составляющей горизонтального диполя, которая перпендикулярна его оси, генераторный диполь необходимо повернуть на угол 45о относительно его положения при измерении нормальных частей. Перечисленные операции повторяют на каждой рабочей частоте установки.Ло измеренным нормальным частям и суммарным значениям .нормальной и аномальной частей составляющих век- о тора электромагнитного поля определяют величины нормальных частей и суммарных значений сопротивления среды. Используя величины нормальныхачастей сопротивления, строят зависимости электрического сопротивления от частоты поля, определяют мощности, число и сопротивление слоев нормального электрического разреза. Находят разницу между суммарными 30 значениями нормальной и аномальной частей и аномальной частью сопротивления, являющуюся аномальной частью, и по ней определяют неоднородность, При определении положения границ д неоднородности учитывают то, что они совпадают с направлением осей однородности среды.На Ьиг.1 приведены полярные диаграммы аномальной составляющей поля; фна Аиг. 2 - карта участка, на котором проводились испытания предлагаемого способа. На карте показаны пройили (ПР 1-ПРЯ), штрихпунктирной линиейпоказаны границы переуглубления,штриховой - границы неоднородности,найденные разведкой по известномуспособу, сплошной линией - границынеоднородности, найденные по предлагаемому способу. Отрезками прямойсо стрелками на концах показанынаправления осей однородности. Собеих сторон линии профиля противточек съемки нанесены числа. Числас левой стороны линии профиля равнызначениям нормальных частей сопротивления, а числа с правой сторонылинии - значениям аномальных частей сопротивления; на фиг. 3 приведены теоретические и эксперименталь ные графики зависимости кажущегося сопротивления двухслойной среды от частоты поля.Участок, где проводились испытания, содержит преуглубления в слое глин. За пределами переуглубления верхний слой участка мощностью 1,5 2 м сложен песками, ниже находится слой глин мощностью 12 - 15 м, еще. ниже - трещиноватые известняки. Электрические сопротивления песков 80-150 Омм, глин 10 - 20 Ом м, трещиноватых известняков 300-400 Ом м, Переуглубление заполнено песками, мощность слоя песков достигает 10 м,В пределах переуглубления имеется зона маловлажных песков,.Существование этой зоны обусловлено повышен- . ной водопроницаемостью глин, подстилающих пескии оттоком грунтовых вод в залегающие ниже трещиноватые известняки.Разведка по предлагаемому способу проводилась с помощью электроразведочной станции НЧЗ-б 4. В комплект станции НЧЗв качестве магнитных диполей входили незаземленные петли большого диаметра, с помощью которых возможно возбуждение и измерение только вертикально поляризованного магнитного поля. Для возбуждения и измерения магнитного поля другой поляризации были изготовлены и согласованы с генераторным и измерительным блоками станции рамочные антенны.Разнос между генераторным и измерительным блоками приняли равным 50 м исходя из того, что наибольшая глубина исследований требовалась около 15 м, так как нижняяФграница неоднородности в виде зоны маловлажных песков находилась на глубине не более 10 м, а величину разноса установки частотных зондирований обычно принимают равной 3-5 глубинам исследований. Диапазон частот для частотных зондирований был принят 0,1 - 10 кГц.Измерения проводили в точках, расположенных через 20 м на профилях разбитых параллельно один другому на расстоянии 50 м вкрест простирания переуглубления. В каждой точке переуглубления измерений определяли направление оси однородности40 массива и измеряли нормальные частии суммарные значения составляющихвектора магнитного поля. Направленияосей однородности были определеныследующим образом: ось установки 5располагали вдоль азимутов О, 45, 90,135 и 180 таким образом, что середина разноса совпадала с точкой съемкина профиле. Плоскость витков генераторной рамки ориентировали верти Дкально и таким образом, что ее осьбыла перпендикулярна оси установки,а плоскость витков приемной антенны ориентировали горизонтально. Снимали показания стрелочного прибора 15измерительного блока при расположении установки вдоль каждого изазимутов и по этим результатам строили полярную диаграмму. Полярные диаграммы (фиг. 1) строили на осях)проходящих через одну точку (центрдиаграммы) под углами 45 одна кдругой. На осях откладывали в обестороны от центра диаграммы показания стрелочного прибора измерительного блока, причем на оси диаограммы, соответствующей азимуту Ооткладывали показания прибора,оснятые при азимуте 90 ; на оси,соответствующей азимуту 45 , откладывали показания, снятьге при азимуте 135 , и так далее. Найденные точки на осях соединяли прямыми линиями и получали полярную диаграмму.Ось однородности массива совпадаетс осью диаграммы, проходящей черезее минимумы. Приведенные на фиг. 1полярные диаграммы сняли в разныхточках исследуемого участка. Лиаграммы 1 а, 16 сняты в границе неоднородности г,зонь маловлажных песков) в точкахи б соответственно(фиг. 2), а диаграммы фиг. 1 ь, 1 Есняты за пределами неоднородностив точках 8 и Г ,иг. 2), Линиями 40-0 на приведенных диаграммах обозначены профили, а линиями Й. Иоси однородности.1Определив направление оси однородности, установку ориентировали , 50таким образом, что ее ось была параллельной оси однородности массива.Плоскость витков генераторной рамкирасполагали горизонтально и измеряливертикальную Н и радиальную П 55составляющие вектора магнитногополяПри измерении Н плоскостьвитков приемной рамки располагалась горизонтально, а при измерении Нг, вертикально и перпендикулярно оси установки.Ни Нг измеряли в заданном диапазоне частот, изменяя частоту генератора ступенчато, соседние частоты отличались в "2 раз. По отношению 2/1, измеренному на кажНдой частоте, определяли кажущиеся сопротивления массива, являющиеся нормальной частью сопротивления.Зля определения суммарных значений величины электрического сопротивления установку поворачивали в горизонтальной плоскости на 90 и на частоте генератора 10 кГц проводили аналогичные измерения и расчеты.Найдя разницу между суммарными значениями и нормальными частями сопротивлений, которые были определены по результатам измерений на частоте 10 кГц, получили аномальные значения сопротивлений. Определение аномальных частей электрического сопротивления по резуЛьтатам измерений на частоте 10 кГц производилось потому, что на этой частоте и при сопротивлениях песков 80-150 Ом м глубинность установки составила 10-15 м, Эта глубин- ность обеспечивала уверенное обнаружение неоднородности, находящейся в верхнем слое мощностью до 10 м.Используя величины нормальных частей сопротивления, строили графики зависимости кажущегося электрического сопротивления от аргумента 1 Л) где- частота поля.Интерпретация результатов зондирований осуществлялась с исполь-зованием палеток где Оьг - кажущееся сопротивлениеЯна переменном токе;1 - сопротивление первого слоя- длина волны в первом слое; " - мощность первого слоя.Кроме указанных в обозначении палеток использованы термиггы:сопротивление второго слоя", г - разнос между генераторным и измерительным блоками.Палетки были построены для кажущегося сопротивления 1 опредеНленного по отношению 1,Н,На фиг. Зд приведены палеткп для г/6, = Я -,"./г - 1/8 гг= 440 ф,= 1/8. На фиг. 36 приведеныэкспериментальные кривые 1 и 11,снятые соответственно в точках Д и ЕпроАиля 1 (Лиг. 2). По левой асимптоте кривой 1 нашли сопротивление пер-. 5ваго слоя= 100 Ом м, а по отношению Г 11, нашли мощность первогослоя 6 =- 4,4 м.По отношению 2 /нашли у25 Ом м. В точке Е 1, = 8,8 м,150 Ом м, ) = 19 Ом м. Аналогично были определены сопротивления слоев и мощность первогослоя в остальных точках.По этим результатам на карту участка нанесли границы переуглубления,которые на фиг.2 обозначены штрихпунктирной линией, считая, что в пределах переуглубления мощность первогослоя превышает 2 и. 20Границы неоднородности, представляющей собой зону маловлажных пее ков, были нанесены по повышенным знаниям аномальных и нормальных частейсопротивлений. При интерпретации, результатов электроразведочных работ принято считать реальной аномалию, интенсивность которой не менеетрехкратной величины средней по"грешности съемки. В пределах переуглубления значения нормальных частей сопротивления составляет 130150 Омоем, аномальных частей сопротивления - 10-15 Ом м. Средняяпогрешность определения нормальныхи аномальных частей сопротивлениясоставили около 10 Омм. С учетомвсего этого границынеоднородностибыли проведены через точки, в которых величины нормальных частейсопротивлений составили 180 Ом ма аномальных частей - 50 Ом м.Использование дополнительных сведений о положении границы неоднородности - направления оси однородности полученного при разведке попредлагаемому способу, позволилоуточнить границы неоднородности безувеличения объема полевых работ.Северная граница неоднородности,найденная по известному способу,показана штриховой линией.Направление осей однородностейгорного массива, найденное по пред" лагаемому способу, в точках аС, д, е профилей 4 и 6 совпало снаправлением профилей. На основанииэтого был сделан вывод, что северная граница неоднородности вблизиуказанных точек проАилей 4 и 6 проходит параллельно им, но точки о, Ь,С, 3, 8 находятся за пределаминеоднородности, так как нормальныечасти сопротивлений в этих точкахниже, чем внутри зоны. На основанииприведенных Аактов на карту участка была нанесена граница неоднородности, показанная на Аиг. 2 сплошной линией,После обработки результатов разведки по предлагаемому способу былипробурены скважины 1 и 2 фиг. 2)которыми были вскрыты маловлажные .пески, т.е. была подтверждена правильность изложенных выше выводовотносительно северной границы неоднородности.Затраты времени на разведку описанного участка, который содержал120 точек съемки, по предлагаемомуспособу составили 76 ч, по известному способу - 160 ч. Сокращение затрат времени получено за счет использования в предлагаемом способе одного метода геофизической разведки - частотных электромагнитных зондирований,а снижение стоимости геоАизических работ - за счет меньших капитальных вложений по предлагаемому способу,Применение предлагаемого способа позволит в два раза сократить затраты времени на проведение геофизических работ и более чем в два раза снизить их стоимость. Предлагаемый способ обеспечивает большую, по сравнению с известным точность опреде)ления границ геологической неоднородности благодаря получению дополнительной информации о распределении электрических свойств горного массива - направлений осей однородности, а также, благодаря тому, что направление осей однородности и аномальные части сопротивлений определяют во всем заданном диапазоне частот, т.е. на разных глубинах.1144068 бд ОУ фЧ РЮ Ю/38 . Тир ВНИИПИ Государс по делам изоб13035, Москва, Жаз 900 одписное илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 10 дв Об 0 ногонийРауш омитета СССРоткрытийая наб., д, 4/