CC BY
69
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ВАРИАЦИЙ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ТИПА КПК В ПРОБЛЕМЕ РАЗВЕДОЧНОГО КАРТИРОВАНИЯ СРЕДНЕГЛУБИННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ЗЕМЛЕ
Николай Феликсович Кротевич
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3, ведущий инженер, тел. (383)334-41-53
Марина Николаевна Никитенко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3, старший научный сотрудник, тел. (383)330-96-02, e-mail: NikitenkoMN @ipgg.sbras.ru
В статье рассмотрен простой способ разведки глубинных горизонтальных неоднородностей в Земле. Способ основан на измерении геомагнитных вариаций типа КПК в двух разнесенных точках. Способ прошел полевые испытания и дал хорошие результаты.
Ключевые слова: геомагнитные вариации, поиск неоднородностей.
UTILIZATION OF NATURAL SHORT-TERM GEOMAGNETIC VARIATIONS IN LATERAL EXPLORATION OF MEDIUM-DEEP EARTH HETEROGENEITIES
Nikolay F. Krotevich
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Ak. Koptyuga Prosp. 3, senior engineer, tel. (383)334-41-53
Marina N. Nikitenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Ak. Koptyuga Prosp. 3, senior research scientist, tel. (383)330-96-02, e-mail: NikitenkoMN@ipgg.sbras.ru
An easy technique of lateral exploration of medium-deep earth heterogeneities is considered. The technique is based on measuring of short-term geomagnetic variations in two spaced receivers. The technique was tested on field data and showed good results.
Key word: geomagnetic variations, exploration of heterogeneities.
Задача обнаружения локальных неоднородностей в Земле всегда была актуальной, так как неразрывно связана с разведкой полезных ископаемых, являясь ее первым звеном. Особый интерес представляют поиски горизонтальных неоднородностей, которые сводятся к двум основным типам: геоморфологическим и геоэлектрическим. Примерами таких неоднородностей являются для первого типа - нефтегазовые ловушки, для второго типа - различные аномально проводящие объекты, связанные с рудными месторождениями.
При выборе метода картирования неоднородностей сопровождающими требованиями к нему являются:
- возможность прямых поисков,
- работа в труднодоступных районах,
- исследование глубин до 10 км (при нефтегазовой разведке),
- существенное удешевление разведочной аппаратуры и самого процесса полевых наблюдений.
Методов, которые могли бы удовлетворять всем указанным требованиям, в настоящее время не существует. По этой причине для обнаружения нефтегазовых ловушек вынуждены применять громоздкую и дорогостоящую сейсмику (МОВ, МОГТ и др.), которая к тому же малоэффективна при поисках неантиклинальных ловушек [1].
В составе переменного естественного электромагнитного поля Земли (ЕЭМП) имеется особый вид колебаний - короткопериодические колебания КПК, которые обладают многими позитивными свойствами: имеют практически синусоидальную форму, значительную временную продолжительность, большую интенсивность, благоприятную для их измерения (около 1 - 2 нТ), возможность глубокого проникновения в Земле: по скин-эффекту в условиях Западной Сибири -до 10 км и другие. В 1950-х годах на основе использования вариаций КПК были созданы весьма востребованные в то время методы электроразведки: ТТ (метод теллурических токов) и МТП (метод магнитотеллурического профилирования).
В 1963 г., когда возможности нового направления в электроразведке -магнитотеллурики - были еще мало изучены, по инициативе проф. Л.Л. Ванья-на в Институте Геологии и Геофизики СО АН СССР начались комплексные магнитотеллурические исследования в Западной Сибири. К этому времени в ИГиГ были разработаны и изготовлены первые в СССР образцы МТ -аппаратуры [2]. Профильные исследования, проведенные на севере Новосибирской области по методике синхронных измерений компонент естественных вариаций Ex, Ey, Нх, Ну и Н в двух разнесенных точках профиля «база» - «поле» (установка «поле» была подвижной), дали в метрологическом отношении удовлетворительный материал для сравнительного анализа всех МТ-методов. В частности, было установлено, что магнитные компоненты КПК вопреки ожиданиям весьма чутко реагируют на глубинные неоднородности в Земле [3]. Другие результаты этих исследований по разным причинам не были опубликованы. В настоящей работе мы попытаемся восполнить этот пробел, поставив на первое место обратную задачу: обнаружение среднеглубинных неоднородностей по данным измерений магнитных вариаций. Для этой цели трансформируем метод теллурических токов, в котором вместо вариаций электрического поля будем измерять магнитные компоненты Нх, Ну и Н^ Выгода от такого трансформирования очевидна: отсутствие громоздких электрических диполей неограниченно расширяет географию применения метода и его мобильность, а наличие трех измеряемых пространственных компонент магнитного поля существенно увеличивает информативность при поисках неоднородностей.
Рассмотрим практические примеры обсуждаемого вопроса. На рис. 1 приведены фрагменты профильных измерений по схеме «база» - «поле» для двух различных геолого-географических регионов: Новосибирской области и прибрежного участка Антарктиды [4].
Рис. 1. Сравнение глубинной магнитовариационной аномалии на суше и магнитовариационной аномалии типа «берегового эффекта». с - центр токовой струи. ёх = (Нх(поле) - Нх(база)) /Нх(база) ■ 100%, = (Ш(поле)
Н2(база))/Н2(база) ■ 100%. а) На суше (Новосибирская обл.); б) В районе береговой линии (Антарктида)
Источники аномального поведения кривых ёх и на обоих рисунках также различны. Тем не менее, графики на том и другом рисунках близки по форме. Более того, эти графики подобны стандартным кривым магнитного поля от длинного провода, по которому течет постоянный ток. Следовательно, точки «с» представляют собой центры «токовых струй», образованными неоднородностью в Земле (рис. 1а) и неоднородностью в море за счет скачка проводимости вблизи береговой линии (рис. 1б). Заметим, что «сухопутный вариант» берегового эффекта, зафиксированного нами в Новосибирской области, более чем на порядок превышает по интенсивности «морской вариант». Выявленная неоднородность в Земле может представлять собой либо вытянутую проводящую жилу с поперечным размером согласно графика 1а около 10 -15 км, либо разлом в фундаменте на глубине не более 0.5 км, заполненный флюидным веществом высокой проводимости. Истинная природа данной неоднородности может быть раскрыта только бурением скважины. Координаты, где нужно закладывать скважину, четко обозначены кривыми на рис. 1а.
На рис.2 представлены графики, отражающие неоднородности в Земле по трем модификациям магнитотеллурики. Общая длина профиля - 50 км. Среднее расстояние (шаг) между пунктами наблюдения ЕЭМП - около 4.5 км. На рис. 2а видно, что на фоне слабовыраженного влияния неоднородностей имеется одна, очень крупная неоднородность, основные параметры которой рассмотрены выше (рис.1). Дополнительным подтверждением того, что аномалия Их и И2 вызвана проводящей жилой, вытянутой поперек профиля, (либо разломом в фундаменте того же направления) является горизонтальная компонента Иу, которая по всему профилю практически не изменяется и проходит вблизи единицы, то есть эта компонента не имеет индукционной составляющей магнитного поля. Напротив, аномальная часть горизонтальной компоненты Их превышает первичную часть магнитного поля в 5 раз (на 400%). Графики рис. 2б, характеризующие изменения продольной проводимости по осям х, у, хотя и отмечают главную неоднородность, но крайне неоднозначно.
л
с
о
о
5
'ТЭ
о
о
о
о.
с
о:
5
сс
5
5
О
* О
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0.3
0.25
0.2
: а Их иу Иг
/
\ /' -- Л ч
' * ч
10 20 30 40
50
/ \ Эх Sv
\
—*-*
:
г'*
20 30
40
50
§
*
о 0.15
| 0.1
:с
О
с; 0.05
: В АД ех еу
г; *
1/ V
N
.... . . . . ....
20 30
расстояние, км
40
50
Рис. 2. Профиль Мальчиха-Коноваловка, Новосибирская обл.
а) Графики отношений синхронных
магнитных компонент КПК:
Их = Нх(поле)/Нх(база),
Иу = Ну(поле)/Ну(база),
= Н2(поле)/Н2(база);
б) Графики суммарной продольной проводимости по данным МТП:
Бх ~ Нх/Еу, Бу ~ Ну/Ех;
в) Графики отношений синхронных электрических компонент КПК:
ех = Ех(поле)/Ех(база),
Рис. 3. Профиль Сташково-Черемшанка, Новосибирская обл.
а) Графики отношений синхронных магнитных компонент КПК:
Их = Нх(поле)/Нх(база),
Иу = Ну(поле)/Ну(база),
= Н2(поле)/Н2(база);
б) Графики обратного импеданса:
1/Их = Нх/Еу, 1/Иу = Ну/Ех;
в) 1 - геоэлектрический (МТП),
2 - сейсмический (КМПВ) разрез по поверхности опорного горизонта
еу = Еу(поле)/Еу(база)
По сравнению с методом, использующим компоненты Нх, Ну и Н2, метод МТП более громоздкий, так как требует измерения всех составляющих ЕЭМП. Графики на рис. 2в показывают изменения компонент ех, еу, которые при переходе через ось неоднородности испытывают лишь слабые возмущения - около 20% от первичного поля. По сравнению с компонентой Их (рис. 2а) эти возмущения слабее в 20 раз. Этот факт как раз и показывает, что компоненты ех, еу в зоне с большой проводимостью дают искаженные результаты.
На рис.3 приведены результаты измерений Их, Иу и И2 на профиле меридионального направления длиной 78 км. Здесь имеется много аномалий различной интенсивности. Большинство из них по индуктивной составляющей не превышает 20-30% от величины первичного поля. Имеются две аномалии со 100-процентной индуктивной частью. Природу данных аномалий объясним, обратившись к рис. 3в, где приведен разрез вдоль профиля по опорному горизонту (по поверхности кристаллического фундамента), глубина которого неравномерно увеличивается от 200 м до 3000 м. Разрез до 50 км выполнен сейс-микой (КМПВ). Весь разрез до 78 км снят в 1963 г. методом МТП. На участке до 52 км оба метода дали практически одинаковый результат. Повышенная аномальность магнитных компонент на рис. 3а объясняется двумя резкими погружениями фундамента: между 20 и 30 км, а также между 60 и 70 км профиля. Индуцированная часть магнитного поля возникает за счет того, что электрический ток течет вдоль простирания наклонной поверхности фундамента. Более мелкие аномалии обусловлены неоднородностями в нижележащей толще фундамента. Графики на рис.3б, полученные методом МТП, отражают относительную проводимость осадочной толщи, которая хорошо коррелирует с глубиной погружения фундамента, а одинаковое поведение кривых по направлениям х и у свидетельствует о том, что погружение фундамента в данном районе происходит в северо-западном направлении.
Заключение
Для разведки неоднородностей в Земле как геоморфологического, так и геоэлектрического типа целесообразно использовать магнитовариационный метод по схеме «база» - «поле» с регистрацией трех компонент магнитных вариаций типа КПК. Этот способ превосходит все классические и магнитотеллурические методы электроразведки по целому ряду параметров: информативности, расширенной географии применения, защите от внешних и внутриземных помех, весогабаритным показателям. Рекомендуемые датчики для регистрации вариаций типа КПК - магнитомеханические и феррозондовые преобразователи с порогом чувствительности не выше 0.01 нТ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Методика поисков и разведки нефтегазоносных объектов нетрадиционного типа // Москва: Наука. - 1990. - 240 с.
2. Кротевич Н.Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магнитотеллурических исследований // Новосибирск: Наука. - 1972. - 256 с.
3. Ваньян Л.Л., Кротевич Н.Ф. Влияние резких геоэлектрических неоднородностей на КПК магнитного поля // Геомагнитные исследования. - 1967. - № 11. С. 19-20.
4. Мансуров С.М. Магнитоионосферные возмущения // Москва: Наука. - 1959. - 185 с.
© Н. Ф. Кротевич, М.Н. Никитенко, 2013
