DataLife Engine > Версия для печати > Застосування електророзвідки в геології

Новосибірський державний УНІВЕРСИТЕТ

геолого-геофізичних ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ І РЕГІОНАЛЬНОЇ ГЕОЛОГІЇ

Курсова робота

Застосування електророзвідки в геології

ІвановСтаніслав Валерійович

Курс I, група (751)

Новосибірськ 2008

Дана робота присвяченаелектророзвідки. У роботі представлені сучасні знання про електромагнітнихполях різної природи, їх походження та застосуванні. Дано огляд електромагнітнихвластивостей гірських порід, а також сучасних методів і засобів вивчення полів.

електророзвідкигеологія електромагнітна

The given workis devoted to electroinvestigation. In work modern knowledge of electromagneticfields of the various nature, their origin, and application are submitted. Thereview of electromagnetic properties of rocks, and as modern methods and meansof studying of fields is given.

Електророзвідка - Electroinvestigation

Електромагнітне поле - Electromagnetic field

Провідність - Conductivity

Частота - Frequency

поляризованість - Polarizability

Електрохімічнаактивність - Electrochemical activity

Зондування - Sounding

Розріз - Section

Зміст Введення

Глава 1. Історичний огляд

Глава 2. Об'єкти вивчення,сучасні цілі та завдання досліджень в обраному розділі геології

Глава 3. Сучасні знання з даноїобласті

3.1 Загальна теорія електророзвідки

3.2 Електромагнітні поля,використовувані в електророзвідки

3.3 Електромагнітні властивості гірськихпорід

3.4 Застосування електророзвідки привирішенні різних завдань

Глава 4. Сучасні методи ізасоби досліджень

Глава 5. Зв'язки з іншими науковимидисциплінами

Глава 6. Проведені дослідження поданій темі на ГГФ НГУ і в інститутах геологічного профілю Новосибірськогоцентру СВ РАН

Висновок

Словник основних термінів

Список використаної літератури

Введення

На сьогоднішній деньіснує декілька способів геофізичних досліджень земної кори: гравій-,магніто-, електро-, сейсморозвідка. Електрична розвідка, абоелектророзвідки, є одним з основних розділів розвідувальної геофізики -науки, що відноситься до циклу наук про Землю і займається вивченням геологічногобудови земної кори і глибинних зон нашої планети. Методи електророзвідкишироко застосовуються як при геолого-структурних дослідженнях і геологічномукартуванні, так і при пошуках і розвідці родовищ корисних копалин. Історіязастосування електророзвідки довела її високу інформативність та економічнуефективність завдяки великому числу методів, якими ведеться дослідженнякори. З цієї причини електророзвідки - можливо одна з найбільш перспективнихрозділів геофізики.

При написанні цієї роботия ставлю перед собою наступні цілі:

1)Ознайомлення зісторією виникнення та розвитку електророзвідки як науки;

2)Знайомство зтеорією і практикою електророзвідки;

3)Дізнатися, якідослідження проводяться в інститутах Новосибірська з даної теми.

Глава1. Історичний огляд

Електророзвідка, як івся розвідувальна геофізика, є наукою порівняно молодий. Перші роботипо застосуванню електрики при пошуках корисних копалин відносяться до 1829 р., коли А. Фокс спостерігав над Медноколчеданная родовищами Корнуельс (Англія)природні електричні поля, пов'язані з окисно-відновніпроцесами. Загальний прогрес геофізики в кінці ХІХ і початку ХХ сторіччя торкнувсятакож і методів вивчення геологічної будови Землі; він дав поштовх розвиткуприкладної геофізики в цілому і електричних методів розвідки зокрема.

У 1903 р. Російським інженером Є.І Рагозіна була опублікована монографія "Про застосування електрикидля розвідки рудних покладів ".

У 1910 р. французький вчений К. Шлюмберже розробив метод опорів, що знайшов згодом широкезастосування при геологоструктурних дослідженнях.

У 1919 - 1922 рр..шведські вчені Н. Лундберг та К. Зундберг своїми роботами поклали початокелектророзвідки змінними полями. Трохи пізніше в Америці був запропонованийметод індукції (радіор).

У 1924 р. Основоположник вітчизняної електророзвідки А.А Петровський провів вперше в Радянському Союзіелектророзвідувальні роботи методами природного поля (Ріддерскоеполіметалічної родовище на Алтаї).

У 1925 р. Метод Еквіпотенціальна ліній був поставлений на змінному струмі і в цій модифікації внаступні роки широко випробуваний на сульфідних родовищах СРСР.

З 1928 р. А.А. Петровський проводить систематичні дослідження в області радіохвильових методіврозвідки. Таким чином, у двадцяті роки ХХ століття електророзвідки використовувалив основному при пошуках і розвідці рудних родовищ. Однак проводилисяроботи носили в значній мірі досвідчений характер, обсяг виробничихробіт був невеликий.

У 1928 - 1929 рр..електророзвідки починають застосовувати для пошуків і розвідки нафтоносних ігазоносних структур. У наступні роки обсяг цих робіт істотно зростаєу відповідності із загальним збільшенням обсягу геофізичних робіт при пошуках нафтиі газу та організацією геофізичної служби в нафтовій промисловості.

У 1930 р. А.С. Семенов проводить перші електророзвідувальні роботи для вирішення гідрогеологічних таінженерно-геологічних завдань.

У 1932 р. були проведені перші електророзвідувальні роботи з метою пошуків і розвідки родовищкопалин вугілля. У цій галузі геологічних досліджень електророзвідкиотримала застосування як метод вивчення геологічної структури вугільнихбасейнів і пошуків вугільних пластів, а також вугленосних свит.

У 1960 - 1970х рр..великий внесок у розвиток електророзвідки постійним струмом внесли А. І.Заборовський, Л.М. Альпіна, В.Н. Дахнова, А.Н. Тихонова, А.П. Краєва, Е.Н.Каленова, А.М. Пилаєва та ін Інші ж методи електророзвідки розвивали Е.А.Сергєєв (метод природного струму), А.С Семенов (метод заряду), А.Г. Тархова,І.Г. Михайлова (метод індукції) та ін

Глава 2. Об'єкти вивчення, сучасніцілі та завдання досліджень в обраному розділі геології

Електророзвідка (точнішеелектромагнітна розвідка) поєднує фізичні методи дослідження геосферЗемлі, пошуків і розвідки корисних копалин, засновані на вивченніелектричних та електромагнітних полів, існуючих в Землі або в силуприродних космічних, атмосферних, фізико-хімічних процесів, абостворених штучно. Використовувані поля можуть бути: сталими, тобтоіснуючими понад секунди (постійними та змінними, гармонійними абоквазігармоніческімі з частотою від міллігерц (1 мГц = 10 -3 Гц) допетагерц (1 ПГц = 10 15 Гц)) і несталими, імпульсними зтривалістю імпульсів від мікросекунд до секунд. За допомогою різноманітноїапаратури вимірюють амплітудні і фазові складові напруженостіелектричних (E) і магнітних (H) полів. Якщо напруженість іструктура природних полів визначається їх природою, інтенсивністю, а такожелектромагнітними властивостями гірських порід, то для штучних полів воназалежить і від потужності джерела, частоти або тривалості, а також способівзбудження поля. Основними електромагнітними властивостями гірських порід єпитомий електричний опір (УЕС, або ПЃ), електрохімічнаактивність (О±), поляризованість (О·), діелектрична (Оµ) імагнітна (Ој) проникності. Електромагнітні властивості геологічних середовищ,вміщає середовища, пластів, об'єктів, а також геометричні параметри останніхслужать основою для побудови геоелектричних розрізів. Геоелектричнихрозріз над однорідним з того чи іншого електромагнітному властивостіпівпростором прийнято називати нормальним, а над неоднорідним - аномальним (www.astronet.ru). Безпосередньою задачею, розв'язуваної за допомогоюелектророзвідки, є визначення геоелектричних розрізу досліджуваногорайону. Маючи відомості про нього, можна перейти до вирішення основного завдання -побудови геологічного розрізу.

електророзвідувальнихдослід...ження проводять у тісному зв'язку з іншими геофізичними і геологічнимидослідженнями. Цей зв'язок обумовлена вЂ‹вЂ‹тим, що електророзвідувальні роботи - одинз етапів геологоструктурних або геологопошукових робіт. Конкретні завдання,розв'язувані за допомогою електророзвідки, випливають з результатів попередніхгеологічних робіт, а дані, отримані в результаті застосуванняелектророзвідки, визначають методику та напрямок подальших геологічнихдосліджень. Комплексування електророзвідки з іншими геофізичними методамидозволяє в значно підвищити ступінь достовірності геологічноїінтерпретації результатів польових спостережень.

Глава 3. Сучасні знання в данійобласті 3.1Загальна теорія електророзвідки

В основі теоріїелектророзвідки лежать рівняння Максвелла, що є постулатамимакроскопічної електродинаміки. Вони включають в себе всі основні закониелектромагнетизму (закони Ома, Ампера, Кірхгофа та ін) і описують поля врізних середовищах. З рівнянь Максвелла виходить диференціальне рівняння,назване телеграфним. Вирішуючи його, можна отримати електричну (E) компоненту поля в середовищах далеко відджерела з електромагнітними параметрами ПЃ, Оµ, Ој:

, де

Диференціювання ведетьсяпо декартових координатах (х, у, z) і часу (t). Рівняння для магнітної (H) компоненти поля аналогічно (www.geo.web.ru).

Якщо геоелектричнихрозріз відомий, то за допомогою цього рівняння і фізичних умов завдання,званих умовами спряження, вирішуються прямі задачі електророзвідки, тобтовиходять аналітичні або чисельні значення E і H,які відповідають заданому геоелектричних розрізу. У теоріїелектророзвідки прямі завдання вирішуються для різних фізико-геологічних моделей(ФГМ) середовищ. Під ФГМ розуміються абстрактні геоелектричні розрізи простийгеометричної форми, якими апроксимуються реальні геолого-геофізичнірозрізи. Складність розв'язання прямих задач полягає у виборі моделей, близьких дореальним, але таких, щоб для обраного типу первинного поля вдалося отриматихоча б наближене рішення для E або H. Для цього застосовуєтьсяматематичне моделювання з використанням сучасних ЕОМ. У недалекомуМинулого основним способом розв'язання прямих задач для складних ФГМ і різних заструктурі типів полів було фізичне моделювання на об'ємних абоплощинних моделях середовищ.

Найбільш простимимоделями середовищ є:

1.одноріднеізотропне простір або півпростір з однаковими електромагнітнимивластивостями (рішення над ними називаються відповідно первинним або нормальнимполем джерела);

2.анізотропнийпростір або півпростір з електромагнітними властивостями, відміннимив напрямку і хрестом шаруватості порід;

3.одномірнінеоднорідні середовища, в яких властивості змінюються в одному напрямку. Такими ФГМможуть бути, наприклад, вертикальні контакти двох середовищ, ряд вертикальних пластівабо горизонтально шарувата середу з різними ПЃ;

4.двомірнінеоднорідні середовища, в яких електромагнітні властивості змінюються в двохнапрямках. Прикладом можуть бути похилі пласти або циліндри, що простираютьсяуздовж одного напрямку і відрізняються за ПЃ від вміщають гірських порід;

5.тривимірнінеоднорідні середовища, в яких властивості змінюються за трьома напрямками. Самоюпростий з подібних моделей є куля з різними ПЃ, О± або О· воднорідному півпросторі.

У порядку збільшенняскладності структури первинних полів, а значить зростання складності рішенняпрямих задач, використовувані для електророзвідки поля можна розташувати внаступній послідовності: точкових і дипольних джерел постійного струму,плоских гармонічних електромагнітних хвиль, сферичних хвиль дипольнихгармонійних або імпульсних джерел, циліндричних хвиль довгого кабелю іт.п. (Www.astronet.ru).

Накопичений матеріал пофізичній та математичного моделювання прямих задач електророзвідки привівдо створення методів розв'язку обернених задач, тобто визначення тих чи іншихпараметрів геоелектричних розрізу по наблюденним графіками E, H або, наприклад, кривим КС (здається опір). Рішенняобернених задач неоднозначно в силу його некоректності, як і всіх зворотнихзадач математичної фізики. Некоректність виявляється в тому, що малимзмінам спостережені параметрів поля можуть відповідати великі змінипараметрів розрізу. Цей фізичний факт отримав назву принципуеквівалентності. Принципом еквівалентності пояснюється, наприклад, неможливістьточного визначення потужностей (h i ) і питомих електричних опорів (ПЃ i ) тонких шарів, горизонтальношаруватого розрізу, хоча такі параметри, як поздовжні провідності (S i = h i /ПЃ i ) або поперечні опору (T i = h i * ПЃ i ), в певних розрізах розраховуються однозначно.

Методи розв'язання зворотнихзадач електророзвідки є основою кількісної інтерпретації данихелектророзвідки. Сутність їх зводиться до підбору і порівнянні польових графіків ікривих з теоретичними, отриманими в результаті розв'язання прямих задач. Дляцього створені альбоми типових теоретичних кривих (палетки) або програми дляїх теоретичного розрахунку за допомогою ЕОМ.

Застосуванняелектророзвідки дозволяє здешевити і прискорити геологічні дослідження зарахунок скорочення обсягу дорогих гірничо-прохідницьких і бурових робіт.Розвиток електророзвідки пов'язано з розробкою нових методів, збільшеннямдосліджуваної глибини земної кори і підвищенням ступеня надійності одержуванихрезультатів.

3.2Електромагнітні поля, використовувані в електророзвідки

Теорія електророзвідкибазується на теорії електромагнітного поля.

До природних зміннимелектромагнітних полів відносяться квазігармоніческіе низькочастотні полякосмічної (їх називають магнітотеллуріческімі) і атмосферної (грозовий)природи ("теллурікі" і "атмосферики").

Походженнямагнітотеллуріческіх полів пояснюється впливом на іоносферу Землі потокузаряджених частинок, що посилаються космосом (в основному, корпускулярним випромінюваннямСонця). Викликувані різною активністю Сонця і сонячним вітром періодичні(11-річні), річні, добові варіації магнітного поля Землі й магнітні бурістворюють обурення в магнітосфері й іоносфері. Внаслідок індукції в Землі івиникають магнітотеллуріческіе поля. В цілому ці поля інфранизьких частоти (від10 -5 до 10 Гц). У теорії показано, що на таких частотах скін-ефект проявляється слабо, тому магнітотеллуріческіе поля проникають в Землю доглибин у десятки і перші сотні кілометрів. Найбільш стійкими, постійно іповсюдно існуючими в ранкові і денні години, особливо влітку і в рокипідвищеної сонячної активності є короткоперіодічние коливання (КПК) зперіодом від одиниць до ста секунд. Поля інших періодів спостерігаються рідше.Вимірюваними параметрами є електричні (E x , E y , E z ) і магнітні (H x , H y , H z ) складові напруженостімагнітотеллуріческого поля. Їх амплітуди і фази залежать, з одного боку, відінтенсивності варіації телуричні і геомагнітного полів, а з іншого, відпитомого електричного опору порід, що складають геоелектричнихрозріз. За виміряними взаємно перпендикулярним електричним і магнітнимскладовим можна розрахувати ПЃ однорідного півпростору (нормальнеполе) за допомогою наступної формули, отриманої в теорії електророзвідки:

де T - період коливання, a - коефіцієнт розмірності. Він дорівнює 0,2, якщо T виміряна в с, E x в мВ/км, H y в нанотеслах (нТл), ПЃ в Ом * м.Над неоднорідною середовищем отримане за цією формулою УЕС називається удаваним (КСабо ПЃ т ).

Походженняприродних змінних полів атмосферної природи пов'язане з грозовоїактивністю. При кожному ударі блискавки в Землю (по всій поверхні Землі всередньому щосекунди число блискавок дорівнює приблизно 100) збуджуєтьсяелектромагнітний імпульс, що поширюється на великі відстані. В цілому підвпливом гроз у верхніх частинах Землі пов...сюдно і завжди існує слабкегрозове поле, яке називають шумовим. Воно складається з періодичноповторюваних імпульсів (цугов), що носять квазісінусоідальние характер зпереважаючими частотами від 10 Гц до 10 кГц і напруженістю по електричнійскладової в частки мВ/м. Середній рівень поля "атмосферики"схильний помітним добовим і сезонним варіацій, тобто вектора напруженостіелектричної (E) і магнітною (H) складових не залишаються постійнимипо амплітуді і напряму. Однак середній рівень напруженості (E ср , H ср ) за час протягом десятка секунд залежить від питомоїелектричного опору шарів геоелектричних розрізу, над якимведуться спостереження. Таким чином, вимірюваними параметрами"Атмосферики" є різні складові E ср і H ср (www.geo.web.ru).

До природних постійнимелектричних полів (ЕП) відносяться локальні поля електрохімічної іелектрокінетіческой природи.

електрохімічнихє ЄП, які обумовлені або окисно-відновнимиреакціями, що протікають на кордонах провідників: електронного (рудні мінерали- Наприклад, сульфіди, оксиди) і іонного (навколишні породи підземні води),або різницею окислювально-восстано-вітельно потенціалу підземних вод уздовжпровідного шару (наприклад, графіту, антрациту). Інтенсивність потенціалів ЄПвизначається розподілом кисню по глибині і зміною водневогопоказника кислотності підземних вод (pH). У верхніх частинах покладів, де більше атмосферного кисню, йдутьокислювальні реакції, які супроводжуються звільненням електронів. Внижніх частинах покладів, де переважають застійні води, йдуть відновлювальніреакції з приєднанням електронів. У вміщає середовищі і підземній водіспостерігається зворотне розподіл іонів, а в цілому утворюються гальванічніелементи з катодом вгорі і анодом внизу.факторів.

Величина іпозитивними.електрода.

Рис.1.Використовуючи

Коефіцієнт

Фізичний змістЇїсередовища.середовищі.

складний.НадПри пропущеннідекількох секунд.Зтні поля з довжиною хвилі від мікрометрів до метрів використовуються дляпасивної і активної радіолокації земної поверхні. Методи, засновані на їхвимірі, знаходяться на стику електророзвідки та терморазведкі. При пасивнійрадіолокації вивчаються природно-техногенні радіотеплових (РТ) абоінфрачервоні (ІЧ) випромінювання земної поверхні. У різних діапазонахмікрометрового довжин електромагнітних хвиль існують "вікнапрозорості ", що дозволяють отримувати РТ або ІК - зображення земнихландшафтів при будь-якій погоді і хмарності. Інтенсивність випромінювань залежить відсонячного і внутриземное нагріву верхніх частин поверхні Землі, а також відштучних джерел тепла (міста, промислові підприємства і т.п.). Приактивної радіолокації (аерокосмічної або польовий) земна поверхняопромінюється штучними короткими радіолокаційними імпульсами, вивчаютьсячаси приходу і форма відображених як від земної поверхні, так і від кордонівшарів з різними електромагнітними властивостями (в основному Оµ і ПЃ).

3.3 Електромагнітні властивості гірськихпорід

До основнихелектромагнітним властивостям гірських порід відносяться: питомий електричнийопір (ПЃ), електрохімічна активність (О±), поляризованість(О—), діелектрична (Оµ) і магнітна (Ој) проникності.Параметрами ПЃ, Оµ, Ој, а також частотою поля визначаєтьсякоефіцієнт поглинання поля середовищем.

Питомий електричнийопір (УЕС), вимірюване в омметра (Омм), характеризує здатністьпорід надавати електричний опір проходженню струму і єнайбільш універсальним електромагнітним властивістю. Воно змінюється в гірськихпородах і рудах в дуже широких межах: від 10 -3 до 10 15 Омм. Величина Оі, зворотна ПЃ, називається електропровідністю івимірюється в Сіменса на метр (См/м). Для найбільш поширенихосадових, магматичних і метаморфічних гірських порід УЕС залежить відмінерального складу, фізико-механічних та водних властивостей гірських порід,концентрації солей у підземних водах і в меншій мірі від їх хімічногоскладу, а також від деяких інших чинників (температури, глибини залягання,ступеня метаморфізму та ін.)

Питомий електричнийопір мінералів залежить від їх внутрікристалічних зв'язків. Длямінералів-діелектриків (кварц, слюди, польові шпати та ін) з переважноковалентними зв'язками характерні дуже високі опору (10 12 -10 15 Омм). Мінерали-напівпровідники (карбонати, сульфати, галоіди іін) мають іонні зв'язки й відрізняються високими опорами (10 4 -10 8 Омм). Глинисті мінерали (гідрослюди, монтморілломоніт, каолініті ін) мають іонно-ковалентними зв'язками і виділяються досить низькимиопорами (ПЃ <10 4 Омм). Рудні мінерали (самородні,деякі оксиди) відрізняються електронною провідністю і дуже добре проводятьструм (ПЃ <1 Омм). Перші дві групи мінералів становлять"Жорсткий" скелет більшості гірських порід. Глинисті мінерали створюють"Пластичний" скелет, здатний адсорбувати зв'язану воду, а породиз "жорсткими" мінералами можуть насичуватися лише розчинами і вільноїводою, тобто тієї, яка може бути викачали з породи (Бондаренко та ін,1989р.).

Питомий електричнийопір вільних підземних вод (гравітаційних і капілярних) змінюєтьсявід часток Омм при високій загальній мінералізації (M> 10 г/л) до 1000 Омм при низької мінералізації (M <10 -2 г/л) і можебути оцінений за формулою. Хімічний склад розчинених уводі солей не грає істотної ролі, тому за даними електророзвідки можнасудити лише про загальну мінералізації підземних вод. Питомий електричнийопір пов'язаних вод, адсорбованих твердими частинками породи, низькеі мало змінюється (від 1 до 100 Омм). Це пояснюється досить постійною їхмінералізацією (3-1 г/л). Середня мінералізація вод світового океану дорівнює 36 г/л ( www.astronet.ru).

Так як парова вода(Вільна і пов'язана) відрізняється значно нижчою питомоюелектричним опором, ніж мінеральний кістяк більшості мінералів, тоопір гірських порід практично не залежить від його мінерального складу,а визначається такими параметрами порід, як пористість, тріщинуватість,водонасиченому. З їх збільшенням опір порід зменшується за рахунокзбільшення іонів в підземній воді. Тому електропровідність більшості порідє іонною (електролітичної).

Зі зростанням температури на40 В° опір зменшується приблизно в 2 рази, що пояснюється збільшеннямрухливості іонів. При замерзанні опір гірських порід зростаєстрибком, так як вільна вода стає практично ізолятором, аелектропровідність визначається лише зв'язаною водою, яка замерзає придуже низьких температурах (нижче -50 В° С). Зростання опорів призамерзанні різних порід по-різному: в кілька разів воно збільшується у глин, до10 разів - у скельних порід, до 100 разів - у суглинків і супісків і до 1000 і більшераз - у пісків і грубоуламкові порід.

Глибина залягання,ступінь метаморфізму, структура і текстура породи також впливають на їїопір, змінюючи коефіцієнт мікроанізотропіі, за який прийнято брати, де ПЃ n і ПЃ l - опору породи вкрест іуздовж шаруватості. Найчастіше О» змінюється від 1 до 1,5, досягаючи 2-3 у сильнорассланцованних порід. Величина О» може досягати декількох одиниць длямерзлих порід різної кріогенної структури і льдовиделенія. Залежністьопору гірських порід від її структури пояснюється на рис.2, а і б .На рис.2, а в схематичному вигляді зображена гірська порода, в якіймінеральний скелет і пори безладно орієнтовані в просторі. ПЃ такої породи буде однаковим в будь-якому напрямку. Нарис.2, б зображена порода, в якій мінеральний скелет і пори маютьвитягнуту форму. Це призводить до того, що умови протікання струму через породустають неоднаковими для різних напрямків. ПЃ такої породи залежить віднапрямки (Якубовський та ін, 1974р.).

Рис. 2. Структурамінерального кістяка гірської породи: а - ізотропна, б - анізотропна.

Незважаючи на залежністьПЃ від безлічі факторів і широкий діапазон зміни у різних порід,основні закономірності УЕС встановлені досить... чітко. Магматичні іметаморфічні породи характеризуються високими опорами (від 500 до 10 4 Омм). Серед осадових порід високі опору (10 2 - 10 3 Омм) в кам'яної солі, гіпсів, вапняків, пісковиків і деяких інших.Уламкові осадові породи, як правило, мають тим більший опір, ніжбільше розмір зерен, що складають породу, тобто залежать, насамперед, відглинястості. При переході від глин до суглинки, супіски і піскам питомийопір змінюється від часток і перших одиниць омметром до перших десяткам ісотням омметром.

Під електрохімічноїактивністю розуміється властивість порід створювати природні постійні електричніполя. За електрохімічну активність (О±) умовно приймається коефіцієнтпропорційності між потенціалом (U) або напруженістю природного електричного поля (E = О”U/MN, де О”U - різниця потенціалів у двох точкахвимірювання М і N) і основними потенціал-утворюючими факторами, якими вониобумовлені. Такими факторами є: концентрація кисню, водневийпоказник кислотності підземних вод, відношення концентрації підземних вод,тиск і ін Коефіцієнт О± вимірюється в мілівольтах і змінюється від- (10-15) мВ у чистих пісків, близько до нуля у скельних порід, зростає до+ (20-40 мВ) у глин і до сотень мілівольт для руд з електронопроводящімімінералами (сульфіди, графіт, антрацит). В цілому О± залежить від багатьохприродних факторів (мінерального складу, глинястості, пористості,проникності, вологості, мінералізації підземних вод та ін.)

Здатність порідполяризуватися, тобто накопичувати заряд при пропущенні струму, а потімрозряджатися після вимкнення цього струму оцінюється коефіцієнтомполяризуемости О· ("ця"). Величина О· обчислюється ввідсотках як відношення напруги, яка залишається в вимірювальної лінії МNпісля закінчення певного часу (зазвичай 0,5-1 с) після розмивання струмовоголанцюга (О”U ВП ) до напруги в тій же лінії при пропущенніструму (О”U), тобто (Geo.web.ru)

Поляризація - це складнийелектрохімічний процес, що протікає при пропусканні через породу постійногоабо низькочастотного змінного (до 10 Гц) струму. Найбільшою поляризуемостью (О·= 10-40%) відрізняються руди з електронною провідністю (сульфіди, сульфосолі,деякі самородні метали, окремі оксиди, графіт, антрацит). Природа цихпотенціалів ВП пов'язана з так званою концентраційної і електродногополяризацією рудних мінералів. Коефіцієнти поляризуемости до 2-6% спостерігаютьсянад обводнених пухкими осадовими породами, в яких є глинистічастинки. Поляризованість їх обумовлена вЂ‹вЂ‹деформаціями зовнішніх обкладок подвійнихелектричних шарів, що виникають на контакті твердої і рідкої фази. Більшістьмагматичних, метаморфічних і осадових порід, насичених мінеральною водою,слабо поляризуються (О· <2%).

Діелектрична (Оµ)і магнітна (Ој) проникності відіграють значну роль лише приелектророзвідки на високих частотах. Відносна діелектричнапроникність (де Оµ п і Оµ 0 - Діелектричні проникності породи і повітря) показує, у скільки разівзбільшується ємність конденсатора, якщо замість повітря в нього помістити данупороду. Величина Оµ змінюється від декількох одиниць (у сухих осадових порід)до 80 (біля води) і залежить, в основному, від процентного вмісту води і відмінералогічного складу породи. У магматичних порід Оµ змінюється від 5 до12 одиниць, у осадових - від 2-3 (у сухий) до 16-40 (у повністю насиченоюводою породи). Магнітна проникність величезної більшості порід дорівнюємагнітної проникності повітря. Лише у феромагнетиків відносна магнітнапроникність може зростати до 10 одиниць (geo.web.ru)

3.4Застосування електророзвідки при вирішенні різних завдань

В геології:

При пошуках і розвідцічорних металів використовують комплекс геофізичних методів, серед якихосновними є методи магніто - і гравиразведки, а методи електро-ісейсморозвідки носять допоміжний характер. Родовища чорних металів поумовами утворення досить різноманітні, а складові їх руди маютьрізними фізичними властивостями. Наприклад, магнетитові рудні тілахарактеризуються високими значеннями магнітної сприйнятливості, щільності таелектропровідності. Тому, перш за все для їх пошуків і розвідки слідзастосовувати магніторазведку. Ефективному застосуванню гравиразведки сприяєвелика щільність залізних руд в порівнянні з рудовмещающімі породами. Значенняметодів електророзвідки істотно підвищується при пошуках слабомагнітнихбуро-залізистих родовищ в осадових породах і корі вивітрювання. ВЯк приклад розглянемо результати застосування магніто-та електророзвідки наконтактово-метасоматичні родовищі в Гірській Шорії (рис.3.). Рудні тіластолбообразних форми, що містять магнетит, приурочені тут до сланцевої товщі, прорваноїдрібними штоками порфіритів і сієнітів. На одному з профілів спостережень руднетіло впевнено фіксується підвищеними значеннями вертикальної складовоїаномального магнітного поля, що здається поляризуемости (О· до ) ізниженими значеннями удаваного опору (ПЃ до ).

Рис.3. Графіки Z a , О· до і ПЃ до на залізорудному родовищі (по А.З.Горіну): 1 - сланцева товща, 2 -порфірити, 3 - сиеніти, 4 - магнетитові руда (images.astronet.ru/pubd/2001/11/29/0001173324/fig4-2.gif).

В археології:

З усіх геофізичнихметодів при археологічних дослідженнях найбільш широко застосовуєтьсяелектророзвідки. Цьому сприяє помітна диференціація археологічнихоб'єктів (кам'яних стін, траншей, могильних камер, металевих виробів,шлаків, вугілля і т.д.) і пухких вміщають утворень по електричнимвластивостям. Звичайно за допомогою методів електророзвідки вирішуються завдання:

1)картуваннястародавніх ровів, дамб, гірничих виробок;

2)пошуки та розвідкамогильників і некрополів;

3)дослідженнястародавніх міст і поселень.

Розглянемо прикладвивчення археологічних пам'яток за допомогою геофізичних методів, отриманийгеофізичної групою геологічного факультету МДУ. Роботи на некрополіХерсона (м. Севастополь) зводилися до вироблення оптимальної методики пошукусклепів і їх картування на некрополі, що займає схили Пісочній балки.Дослідження в основному виконувались електророзвідки методом симетричногопрофілювання. З виявлених аномалій більше 100 можна було, зрозуміло, зрізним ступенем вірогідності, зв'язати зі склепами. Джерелами деякиханомалій були нерівності рельєфу і неоднорідності, які виключалися заномаліям малоразностного електропрофілювання. Виявлення найбільшімовірнісного положення склепів здійснювалося з урахуванням будовигеологічного розрізу.

Стародавні будівельникинекрополів вирубували склепи тільки в певних геологічних горизонтах:пухких вапняках, знизу і зверху обмежених тонкими шарами дуже міцних,перекристаллизованного вапняків. На рис.4. наведено результатиелектропрофілювання по одному з профілів. Підвищеними значеннями здаютьсяопорів (ПЃ до ) виділяються склепи в пухких вапняках. Дожаль, не всі аномалії ПЃ до виявлялися над склепами (geo.web.ru).

Рис. 4. Схема будовисхилу Пісочній балки зі склепами і ідеалізований графік електропровідностів хрест схилу: 1 - грунтовий шар (ПЃ до = 30-70 Ом * м); 2 -прослой щільних вапняків (ПЃ до = 300-600 Ом * м); 3 - рихліуламкові вапняки (ПЃ до = 20-50 Ом * м); 4 - склепи (images.geo.web.ru/pubd/2001/11/05/0001161637/fig5-13 . gif)

В інженерних вишукуваннях:

Обстеження автомобільнихдоріг за допомогою методу георадіолокаціі.

При експлуатації, ремонтіта реконструкції автомобільних доріг виникають питання, пов'язані з вивченнямбудови земляного полотна і прогнозу його стану.

Зокрема:

1) вивчення будовиконструктивних шарів дорожнього одягу;

2) вивчення станупідстилаючих (корінних) грунтів:

3) картування підземнихкомунікацій.

Визнаними достоїнствамигеофізичних методів є: застосування неруйнівних, безконтактних,способів отримання інформації, висока технологічність і відносно ...низькавартість. Використання сучасних геофізичних технологій: новітніхапаратурних розробок, відповідних методик і програмного забезпечення, атак само залучення даних буріння дозволяє одержувати надійне рішенняпоставлених завдань. Георадіолокація широко поширена в будівельних іінженерно-геологічних фірмах більшості високорозвинених країн, таких якРосія, США, Канада, Швеція, Корея та ін Метод георадіолокаціі базується навивченні поля високочастотних електромагнітних хвиль (використовуються частоти відперших десятків МГц до перших одиниць ГГц). В основі методу лежить відмінністьгірських порід по діелектричної проникності. Випромінюваний імпульс,поширюючись в обстежуваної середовищі або об'єкті, відбивається від кордонів, наяких змінюються електричні властивості - електропровідність і діелектричнапроникність. Відбитий сигнал приймається приймальною антеною, посилюється,перетвориться в цифровий вигляд і запам'ятовується. Перевагою методу євисока продуктивність і висока роздільна здатність, як в плані, такі по глибині. Глибинність дослідження - від перших десятків сантиметрів доперших десятків метрів.

На рис.5. представленіфрагмент радарограмми, отриманий за профілем вздовж автомобільної дороги. Приінтерпретації радарограмми були визначені потужності штучного покриття таконструктивних шарів дорожнього одягу. Прив'язка по глибині здійснювалася зарезультатами найближчій свердловини.

Рис.5. Будова ділянкидорожнього насипу з водопропускної трубою по георадіолокаціонним даними: вгорі -радарограмма з результатами інтерпретації; внизу - геологічний розріз (.logsys.ru/imgl/st001_p004.jpg).

На радарограмме у верхнійчастини розрізу достатньо чітко виділяються дві відображають кордону. Вонивідповідають підошвам асфальтобетону і гравійно-щебеневого шару. Товщинаасфальтобетону коливається від 6 до 13 см, потужність щебеню коливається від 15 до 40см. Нижче залягає шар піску, потужність його досягає 50 см. Пісок стелитьсупісках і суглинком. Нижня межа суглинку є межею поділу міжнасипними і корінними відкладеннями. В основі насипу знаходиться щільна глина.Профіль перетинає водопропускну трубу. Над віссю труби відбувається змінапокриття (до перетину осі труби асфальтобетон перекритий зверхупіщано-гравійної сумішшю (ПГС)). По обидві сторони від труби спостерігаються просадки втілі насипу. Безпосередньо над трубою спостерігається збільшення потужності шарів шарусупіски, можливо, тут насипали додатково грунт після закладки труби.

Глава 4. Сучасні методи і засобидосліджень

На даний моментіснує 3 різних методи електророзвідки:

1. Електромагнітне зондування

2. Електромагнітне профілювання

3. Підземно-свердловинні методи

До електромагнітнимзондування (ЕМЗ) відноситься найбільш інформативна і трудомістка групаметодів електророзвідки. У ЕМЗ використовувані поля, апаратура, методика,включає способи проведення робіт, вибір установок і систем спостережень,ТеоріяВибірВ результаті

Електромагнітні

для вирішенняКрім того, завдякиПрискорене

Глава 5.математикою.порядку.

т.д.)

зв'язку;

роводов;

Програма СО РАН:В«Теоретичне та експериментальне вивчення електромагнітних полів вскладнопобудованих анізотропних і дисперсних середовищах з метою підвищеннягеологічної інформативності сучасних методів наземної геоелектрікі В».

Мета досліджень на весьперіод дії проекту полягає в підвищенні геологічної інформативностіназемної геоелектрікі.

Виконана робота вданому напрямку:

1.Дослідженнядисперсних властивостей електромагнітних параметрів гірських порід;

2.Вивчення складноїанізотропії електропровідності (Дослідження взаємного впливу постійних ізмінних електричних полів); вЂ‹вЂ‹

3.Сформованоінформаційний банк, що включає математичні моделі для опису релаксаційвикликаної електричної поляризації в іонно-провідних дисперсних породах, атак само дані по речовинному і мінеральному складу і петрофізичниххарактеристикам поляризується середовищ;

4.Відновленнягеоелектричних моделей складно побудованих об'єктів в сейсмоактивних районах;

5.Розробка новихвидів апаратури. igp.uiggm.nsc.ru/

В інституті геофізики СОРАН була розроблена апаратура електромагнітного сканування ЕМС:

Дана апаратурарозроблена в лабораторії електромагнітних полів та призначена длямалоглубінних (до 10 м) досліджень земної кори. Області її застосування:

1.Моніторингстану підземних комунікацій, пошук та локалізація джерел витоку води впідземних трубопроводах;

2.Картуваннягрунтових вод;

3.Визначеннярозташування підземних трубопроводів, кабелів, тунелів;

4.Дослідженнястану грунту, визначення зон розвитку тріщинуватості, обводнення;

5.Детальнідослідження археологічних об'єктів;

6.Моніторинг тадетальна діагностика забруднення грунту пально-мастильними матеріалами.

Ці та інші завданняапаратура ЕМС дозволяє вирішувати з поверхні, не порушуючи дорожнє покриття.

Комплект апаратуриявляє собою власне зонд, що знаходиться в міцному склопластиковомукорпусі, і переносний комп'ютер зі спеціальним програмним забезпеченням. Загальнадовга зонда в робочому стані 2,75 м, в транспортному положенні - 1,4 м.Маса близько 12 кг.

Апаратурний комплексунікальний. Деякі конструкційно-технологічні рішення, що застосовуються для йогопобудови, є запатентованими винаходами. Комплекс ЕСМ має дужевисоку перешкодостійкість, що дозволяє застосовувати його в міських умовах(Манштейн, 2002р.).

Висновок

Незважаючи на те, щоможливо курсова написана погано, мені все-таки довелося перечитати доситьбагато матеріалу в процесі її складання. Тому я став набагато кращерозбиратися в розділах розвідувальної геофізики, не тільки в електророзвідки,засвоївши основні ідеї та принципи розв'язання прямих і обернених задач. При написаннікурсової великих труднощів не виникало, і якби не обмеження за обсягом,можна було б висвітлити деякі теми більш повно.

Cловарь основнихтермінів

скін-ефект - Скін-ефект викликаний виникненнямвихрових струмів в провідному середовищі при поширенні через неїелектромагнітної хвилі. У результаті цього в середовищі виникають втрати енергії,що призводить до зменшення напруженостей електричного і магнітного полів і щільностіструму, тобто до загасання хвилі. Зі збільшенням частоти змінного струмускін-ефект проявляється все більш явно. Формула для розрахунку глибини скін-шару вметалі (наближена):

Тут ПЃ - Питомийопір, c - швидкість світла, Ој m - відносна магнітнапроникність (дорівнює одиниці для неферромагнетіков - міді, срібла, ...),П‰ = 2ПЂ * f.

коректність задачі - Завдання називається коректноюзавданням (або коректно поставленої), якщо виконані наступні умови (умовикоректності):

1.задача маєрішення при будь-яких допустимих вихідних даних (існування рішення);

2.кожним вихіднимданими u відповідає тільки одне рішення (однозначність завдання);

3.рішеннястійко.

Питомийелектричний опір (УЕС) - характеристика здатності порід надавати електричнеопір проходженню струму.

Електрохімічнаактивність -властивість порід створювати природні постійні електричні поля.

поляризуемости - здатність порід накопичуватизаряд при пропущенні струму, а потім розряджатися після вимкнення цього струму.

Анизотропность - це здатність речовини проявлятирізні властивості в різних напрямках.

Список використаної літератури

1. Манштейн А.К. Малоглубіннихгеофізика: Учеб. посібник по спецкурсу. Новосибірськ, Новосиб. держ. ун-т, 2002.136 с.

2. Електророзвідка. Довідникгеофізика. У двох книгах.../За ред. Хмелевського В.К., Бондаренко В.М. Книгадруга. М.: В«НадраВ», 1989. 378 з.

3. Якубовський Ю.В., Ляхов Л.Л.Електророзвідка. М., В«НадраВ», 1974. 376 с.

4. astronet.ru/

5. geo.web.ru/

6. igp.uiggm.nsc.ru/

Вернуться назад