CC BY
20
УДК 550.837.6
КОМПЛЕКСНЫЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫМИ МЕТОДАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ТЕ- И ТМ-ПОЛЯРИЗАЦИИ
Аркадий Владимирович Злобинский
Научно-техническая компания «ЗаВеТ-ГЕО», 630102, Россия, г. Новосибирск, ул. Восход, 26/1, кандидат технических наук, генеральный директор, тел. (903)935-22-87, e-mail: zlobinskyav@newmail.ru
Владимир Сергеевич Могилатов
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории геоэлектрики; Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, профессор кафедры геофизики, тел. (913)912-43-36, e-mail: mvecs@yandex.ru
Для недропользователей все больший интерес вызывают глубокозалегающие объекты. При изучении таких объектов традиционные методы электроразведки на основе использования электромагнитного поля TE-поляризации или малоэффективны, или не обладают достаточной достоверностью. Решение таких задач требуют применения методов, обладающих лучшей локальностью и изучающих различные электродинамические параметры среды. Необходимо применять методы с использованием электромагнитного поля ТМ-поляризации.
Ключевые слова: переходные процессы, электроразведка, поиски слабоконтрастных объектов, ЗВТ, ТМ-поляризация.
INTEGRATED ELECTRICAL PROSPECTING SURVEY USING TE AND TM-POLARIZATION OF AN ELECTROMAGNETIC FIELD
Arkadiy V. Zlobinskiy
STC «ZaVeT-GEO», Russia, 630102, Novosibirsk, Voskhod Str. 26/1, Ph. D., General Manager, tel. (903)935-22-87, e-mail: zlobinskyav@newmail.ru
Vladimir S. Mogilatov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russia, 630090, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Principal Scientist Officer of the Laboratory of geoelec-trics; Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, Pirogova Str. 2, Professor of geophysics, tel. (913)912-43-36, e-mail: vecs@yandex.ru
Many modern surveys tests deep ore objects. Traditional electrical prospecting methods with using TE-polarization of an electromagnetic field are not effective for testing the deep objects and have not good localization. For testing the objects we need to use methods with more localization and testing different electrodynamic parameters of medium. We should use TM-polarization of an electromagnetic field.
Key words: electrical prospecting, VECS, TEM, ore surveys, TM-polariazation. ВВЕДЕНИЕ
Для недропользователей все актуальнее становится задача изучения рудных объектов на больших глубинах. При изучении таких объектов традицион-
ные методы электроразведки на основе использования электромагнитного поля ТЕ-поляризации или вовсе неэффективны, или не обладают достаточной локальностью при выявлении интересующих недропользователей объектов. Повысить достоверность геофизических данных можно, применяя методы, обладающие лучшей локальностью и изучающие различные электродинамические параметры среды. В первую очередь нужно обратить внимание на относительно новое направление электроразведки с использованием электромагнитного поля ТМ-поляризации. Использование ТМ-поляризации позволяет изучать не только горизонтальное удельное сопротивление среды, но и вертикальное удельное сопротивление среды, а также параметры поляризации среды.
Напомним основные различие между ТМ-поляризацией и ТЕ-поляризацией электромагнитного поля. Источником поля только ТЕ-поляризации является незаземленная петля. Источником поля только ТМ-поляризации является круговой электрический диполь - КЭД. КЭД представляет из себя несколько горизонтальных линий, одни концы которых равномерно заземлены по окружности, а вторые - в центре окружности. Незаземленная петля и круговой электрический диполь возбуждают совершенно разные системы электрических токов в изучаемой среде. Знаменитое «токовое кольцо» [10], возбуждаемое петлей, образуется только горизонтальными токами и характеризуется широким латеральным распространением. При использовании петли сигналы на дневной поверхности определяются всей вмещающей толщей.
Поле ТМ-поляризации является ортогональным полю ТЕ-поляризации. Правильная тороидальная система токов, образующаяся в горизонтально-слоистой среде, не имеет магнитного поля вне себя (т. е. на дневной поверхности и выше). Магнитный отклик появляется только в связи с латеральными нарушениями геоэлектрических параметров среды (не только удельного сопротивления, но и любых других). Именно такова идея метода зондирований вертикальными токами (ЗВТ). Возможность регистрировать отклик только от локального трехмерного объекта предоставляет электромагнитное поле, возбуждаемое круговым электрическим диполем - КЭД [4, 6, 8]. При проведении работ методом ЗВТ применяются хорошие возможности восстановления параметров среды по измеренным данным. ЗВТ используется на рудных месторождениях и при экологических работах [1-3].
Для обоснования предложенной методики было проведено компьютерное трехмерное моделирование с учетом параметров поляризации среды. Осложняющими условиями для проведения работ признаны:
1) приповерхностный пятидесятиметровый проводящий слой, проводимость которого превышает проводимость объектов поиска в два раза;
2) глубина залегания до 800 метров;
3) относительно небольшие размеры объектов в плане - несколько сот метров.
Результаты моделирования показали, что аномалии от объектов при таких условиях не превышают одного процента в измеряемом сигнале, что делает использование только классической электроразведки бесполезной. Все расчеты проводились с использованием программ Подбор, ВыборЗС и ОеоРгер [5, 7, 9].
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Данные работы проводились на участке площадью чуть больше 5 км , сетка измерений близка к квадратной сетке 200*200 м2. Работы проводились двумя методами:
1) Методом переходных процессов - МПП. МПП - это классический, широко распространенный метод, использующий только поле ТЕ-поляризации. В данных работах в качестве источника использовалась квадратная петля со стороной 200 м, ток в петле - 10 А. Применялась соосная установка, приемни-
л
ком был датчик с эффективной площадью 10 000 м .
2) ЗВТ. Источником поля являлся круговой электрический диполь с радиусом 750 м, суммарный ток в источнике - 80 А. Измерялись следующие компоненты электромагнитного поля - dBJdt, dBJdt, Ег. Компоненты электромагнитного поля dBJdt, дВо /dt измерялись датчиками с эффективной площадью 30 000 м . Компонента Er измерялась приемной линией длиной 50 м.
Информативными оказались следующие результаты работ:
1) Метод МПП. Была проведена интерпретация в рамках одномерной горизонтально-слоистой модели. Изучалось горизонтальное удельное сопротивление среды. Учет параметров поляризации среды не проводился, так как поляризация на глубинах в несколько сот метров не влияет на измеряемые сигналы МПП. В работе использовалась хорошая устойчивость метода МПП к приповерхностным неоднородностям и возможность подбирать параметры среды, устойчивые к искажениям. С помощью данного метода выявлены основные зоны увеличения проводимости, которые потом более пристально исследовались методом ЗВТ.
2) Метод ЗВТ, измерения компоненты Er. Проводилась послойная интерпретация в рамках одномерной горизонтально-слоистой модели с учетом параметров поляризации среды по формуле Cole-Cole. Основной информацией, полученной из измерений этой компоненты, оказалось выделение зоны поляризации на площади. По результатам обработки качественно определена западная и часть южной границы зоны поляризации. Восточная и северная границы выявлены с большими погрешностями, так как они не находились между зоной поляризации и источником электромагнитного поля КЭД. В работе использовалась большая чувствительность компоненты Er метода ЗВТ к изменению поляризации среды. Для получения результата по компоненте Er в данной работе можно было даже не проводить количественной интерпретации, а просто выделить часть площади, где измеренные кривые имеют переход через ноль - эта область соответствует аномалии с увеличенной поляризацией среды.
3) Метод ЗВТ, измерения компоненты dBJdt. Для выделенных в рамках Ml 111 аномалий мы подобрали трехмерные модели на основании измерения компоненты dBJdt метода ЗВТ. Изучалось горизонтальное и вертикальное удельное сопротивления среды в рамках трехмерного моделирования. Использовалась уникальная чувствительность магнитных компонент поля в методе
ЗВТ к трехмерным изменениям электромагнитных параметров среды. Ни один другой метод электроразведки не позволяет собирать такую качественную информацию о трехмерных включениях в среду.
4) Проверка соответствия трехмерных моделей ЗВТ, полученных по результатам измерения компоненты дВ. /дг данным МПП. Зафиксировано сильное смещение по глубине и в плане аномалий по результатам интерпретации данных ММП в рамках одномерной модели по сравнению с реальной средой.
На рисунке приведены площадные (нормированные) распределения сигналов компоненты дВ. /дг метода ЗВТ на времени 0.78 мс. Цветовая шкала соответствует различным значениям ЭДС. Обратим внимание на то, что сигнал меняется от -70 мкВ до 70 мкВ, голубой соответствует отрицательным значениям ЭДС, а красный соответствует положительным значениям. На рисунке выделены зоны, связанные с одной из аномалий. Темно-зеленым выделена аномалия по МПП. Светло-зеленым - аномалия по дВ,/^метода ЗВТ. Ало-желтым - аномалия поляризации в Ег метода ЗВТ.
Рис. Площадные (нормированные) распределения сигналов ЗВТ. Компонента дВ, !дгвремя 0.78 мс. Темно-зеленые - аномалии по МПП. Светло-зеленые - аномалии по дВ, !о1 ЗВТ. Ало-желтые - аномалии поляризации по Ег ЗВТ
ВЫВОДЫ
1. Наличие аномалий подтверждено не только по изменению удельного сопротивления на глубинах свыше 200 м, но и по резкому изменению поляризуемости среды в районе аномалий.
2. Полученные аномалии по данным МПП позволили выделить зоны увеличения проводимости. Интерпретация в рамках горизонтально-слоистой модели не позволила точно определить границы объекта и его глубину. В данных работах известное тело было определено с существенным смещением в плане (нет перекрытия между зоной аномалии и объектом) и изменением глубины объекта с 300 м на 100 м.
3. Трехмерная интерпретация сигналов компоненты QBJdt ЗВТ позволила точно определить границы объекта и уменьшить площадь аномалии, полученной по данным МПП, примерно в 3 раза.
4. Моделирование сигналов МПП в рамках трехмерных моделей (трехмерные модели мы могли получить только из сигналов ЗВТ) дало хорошее согласие между наблюденными и модельными сигналами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Злобинский А.В., Квашнин К.А., Могилатов В.С. Электроразведка методом ЗВТ. Рудные работы в Финляндии // Геофизика. - 2010. - №6. - С. 53-57.
2. Злобинский А.В., Могилатов В.С. Электроразведка методом ЗВТ в рудной геофизике // Геофизика. - 2014. - № 1. - С. 26-35.
3. Злобинский А.В., Могилатов В.С., Шишмарев Р.А. Использование метода зондирования вертикальными токами при изучении кимберлитовых трубок и рудных объектов // ГЕ0-Сибирь-2014. Тезисы докладов конференции "ГЕ0-Сибирь-2014". - Новосибирск, 2014. -Т. 2.- С. 85-90.
4. Могилатов В.С. Круговой электрический диполь новый источник для электроразведки // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. - 1992. - №6. - С. 97-105.
5. Могилатов В.С. Вторичные источники и линеаризация в задачах геоэлектрики // Геология и геофизика. - 1999. - № 7. - С. 1102-1108.
6. Могилатов В.С., Балашов Б.П. Зондирования вертикальными токами: монография -Новосибирск: Изд. СО РАН, 2005. - 207 с.
7. Могилатов В.С. Захаркин А.К. Злобинский А.В. Математическое обеспечение электроразведки ЗСБ. Система «Подбор»: монография. - Новосибирск: Изд. СО РАН, 2007. -157 с.
8. Могилатов В.С., Злобинский А.В. Свойства кругового электрического диполя как источника поля для электроразведки // Геология и Геофизика. - 2014. - Vol. 55. - N 11. -C. 1692-1700.
9. Соловейчик Ю. Г., Персова М. Г., Рояк М. Э., Тригубович Г. М., Конечноэлементное моделирование электромагнитного поля для кругового электрического диполя в трехмерных средах // Сибирский журнал индустриальной математики. - 2004. - № 1. - С. 114-129.
10. Nabighian M.N. Quasi-static transient response of a conducting half-space - An approximate representation // Geophysics. - 1979. - Vol. 44(10). - P. 1700-1705.
© А. В. Злобинский, В. С. Могилатов, 2016
