Исследование золоотвала с использованием методов электромагнитного профилирования и электротомографии Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.370

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛООТВАЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ

Илья Олегович Шапаренко

Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3, лаборант, тел. +7(952)926-25-83, e-mail: ShaparenkoIO@ipgg.sbras.ru

Юрий Александрович Манштейн

Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей, тел. +1(425)330-49-55, e-mail: MansteinYA@ipgg. sbras. ru

Целью работ является поиск микросфер - алюмосиликатных шариков, образующихся при сжигании угля. При проведении геофизических исследований использовались 2 метода электроразведки: метод сопротивлений, и метод частотного электромагнитного профилирования. По результатам опытно-методических работ установлено, что можно построить эффективную методику поиска и разведки залежей микросферы в теле золоотвала. Таким образом, есть возможность выхода на подсчет запасов микросферы.

Ключевые слова: электротомография, электромагнитное профилирование, золоотвал.

ASH DISPOSAL RESEARCH BY ELECTROMAGNETIC PROFILING AND ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY

Ilya O. Shaparenko

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Akademika Koptyuga 3, laboratory, tel. +7(952)926-25-83, e-mail: ShaparenkoIO@ipgg.sbras.ru

Yuriy A. Manshtein

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Akademika Koptyuga 3, PhD in engineering, senior researcher, tel. +1(425)330-49-55, e-mail: MansteinYA@ipgg.sbras.ru

The goal of investigation is to find microspheres - aluminosilicate spheres, which originate after coal combustion. In geophysical research used two methods of electric prospecting: electrical resistivity tomography and electromagnetic profiling. According to the results found that on the basis of the research can build an effective technique of prospecting and exploration of microsphere in ash disposal. Thus, it is possible to calculate the reserve of microspheres.

Key words: electrical resistivity tomography, electromagnetic profiling, ash disposal.

Основной целью работ являлся поиск микросфер -алюмосиликатных шариков, которые образуются при высокотемпературном сжигании угля. Изучаемый золоотвал расположен в Кемеровской области, Новокузнецкий район, в 1 км от города Мыски. Микросферы представляют собой полые, почти идеальной формы силикатные шарики с гладкой

поверхностью, диаметром от 10 до нескольких сотен мкм, в среднем около 100 мкм. Стенки сплошные непористые с толщиной от 2 до 10 мкм, температура плавления 1400-1500 плотность 580-690 кг/м3. Внутренняя полость частиц заполнена в основном азотом и двуокисью углерода. Исходя из свойств, можно сделать вывод, что микросферы обладают повышенными значениями удельного электрического сопротивления (УЭС) относительно вмещающей среды. Вмещающая среда - это мелкодисперсная зола, обладающая сильной водонасыщенностью и имеющая низкие УЭС. Вмещающая среда, то есть зола, образуется при сжигании углей.

Образование микросфер происходит следующим образом. При высоких температурах силикатный минеральный материал углей плавится и в газовом потоке продуктов сгорания дробится на мельчайшие капли. Газовые включения в минеральных частицах при нагреве расширяются и раздувают отдельные капли расплава. Те капли, в которых внутреннее давление газа уравновешивается силами поверхностного натяжения, образуют полые шарики. В остальных происходит разрыв капель (внутреннее давление больше сил поверхностного натяжения), либо они остаются просто силикатными шариками, сплошными или пористыми (поверхностное натяжение больше внутреннего давления). [Кизильштейн Л. Я. 1993]

Полимерные материалы с микросферами представляют интерес, так как используются при изготовлении различных плавсредств, в радиотехнике, для изоляции теплотрасс и др. Также микросферы используются при бурении геологоразведочных и эксплуатационных скважин. Кроме того, микросферы широко применяются в строительстве для изготовления лёгких и теплоизоляционных жаростойких бетонов.

Настоящая работа направлена на изучение перспективных зон залегания микросфер с использованием геофизических методов.

При проведении геофизических работ были использованы 2 метода электроразведки. Метод сопротивлений, представленный в варианте электротомографии при помощи оборудования «Скала-48» и метод частотного электромагнитного профилирования, осуществленный с помощью аппаратуры ЭМС.

Аппаратура ЭМС реализует метод электромагнитного индукционного частотного зондирования с вертикальным магнитным диполем, и представляет собой трех катушечный зонд. [Балков Е. В., 2011].

При работе также использовалась многоэлектродная электроразведочная станция Скала48, предназначенная для выполнения электроразведочных работ методом сопротивлений и вызванной поляризации с применением методик электрического профилирования, вертикального электрического зондирования и электрической томографии. [Балков Е. В. и др., 2012].

Рассмотрим результаты, полученные с помощью аппаратуры электромагнитного профилирования. На рис. 1 приведена карта модуля сигнала аппаратуры ЭМС на частоте 9 кГц по площадке. Пониженный уровень сигнала, вызванный повышенным УЭС среды в местах увеличения концентрации микросферы, позволяет выделить два перспективных участка

для их дальнейшей разведки методом электротомографии. Участок № 1 выделен сплошным контуром, Участок № 2 - пунктирным.

Рис. 1. Карта электромагнитного профилирования на изучаемой площадке

Ниже, на рис. 2, приведены геоэлектрические разрезы, полученные методом электротомографии на изучаемой площадке. Среда здесь практически однородна глубже 2 м, ее УЭС составляет 20-30 Омм. Однако на всех пикетах при пересечении участка, на котором идет добыча, наблюдается резкое повышение сопротивления в среднем до 60-80 Омм и до 140 Омм в отдельных зонах. Такое повышение УЭС связано с высоким уровнем содержания микросферы. Стоит отметить, что при наличии серии проб с привязкой к значениям УЭС в точках отбора и при анализе проб на содержание микросферы, существует возможность составить корреляцию между процентным содержанием микросферы и значениями УЭС.

Судя по геоэлектрическим разрезам, мощность пласта микросферы составляет примерно 1 м, с небольшим увеличением в районе пикетов 38 -46 м, где увеличение мощности до 2 м сопровождается падением содержания микросферы.

Разрезы построены по параллельным профильным линиям с шагом 10 м между профилями. Видна структура участков. Участок № 1 содержит залежь микросферы мощностью до 3 м, причем на пикетах до 10 м она залегает приповерхностно, а далее - перекрыта слоем золы мощностью до 1 м. Участок № 2 содержит приповерхностный пласт мощностью около 1 м,

причем при переходе от пикета к пикету глубина залегания пласта изменяется незначительно.

Рис. 2. Геоэлектрические разрезы по исследуемому золоотвалу

По результатам опытно-методических работ установлено, что на основе методов сопротивлений и электромагнитного частотного профилирования можно построить эффективную методику поиска и разведки залежей микросферы в теле золоотвала. После проведения дополнительных работ по отбору и анализу проб, в результаты можно добавить количественную корреляцию между УЭС среды и концентрацией микросферы. Таким образом, существует возможность выйти на подсчет запасов микросферы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Балков Е.В. Технология малоглубинного частотного зондирования // Геофизика, 2011 - №6 - С. 42-47.

2. Балков Е.В., Панин Г.Л., Манштейн Ю.А., Манштейн А. К., Белобородов В.А. Электротомография: аппаратура, методика и опыт применения // Геофизика, 2012. - № 6 -С. 54-63.

3. Кизильштейн Л. Я., Дубов Н. В., Шпицглуз А. Л. и др. Компоненты зол и шлаков ТЭС. — М.: Энерго-атомиздат, 1993.

© И. О. Шапаренко, Ю. А. Манштейн, 2014