CC BY
110
УДК 550.837
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 3
Е. Ф. Любцева, В. И. Беляков, М. М. Харламов, П. А. Парфентьев
, И. С. Котин
МЕТОД ЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ, ОСНОВАННЫЙ НА ИЗУЧЕНИИ ИМПЕДАНСА ПОЛЕЙ РАДИОСТАНЦИЙ, ПОЛЕЙ, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ГРОЗОВЫМИ РАЗРЯДАМИ, И МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Создание современной компактной, легкой, переносной аппаратуры, позволяющей в цифровом виде регистрировать огромные объемы информации в процессе выполнения полевых наблюдений, значительно расширяет возможности использования естественных переменных электромагнитных полей при электроразведочных исследованиях. Компьютерная обработка и интерпретация полученной информации с помощью программных продуктов, разработанных с учетом специфики естественных электромагнитных полей, позволяет резко увеличить геологическую эффективность методов, основанных на изучении этих полей.
Известно, что 95% полезных ископаемых добываются из осадочных пород. Большая часть извлекается с глубин до 0,5-0,6 км, а углеводороды — до 3-4 км. В последние десятилетия глубины поисков некоторых видов минерального сырья увеличились до 1 км, в отдельных случаях до 1,5-2 км, а углеводородов — до 5-6 км [1-3].
Породы осадочного чехла преимущественно имеют горизонтальное или близкое к горизонтальному залегание с углами падения 0-10°, реже до 15-20°. В зависимости от условий осадконакопления геологический разрез осадочного чехла при его мощности 0,5-0,6 км и более является многослойным и неоднородным по литологическому составу пород не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлениях. Особенно это характерно для мелководных, прибрежных, континентальных отложений, а также районов развития палеодолин, с которыми связаны месторождения целого ряда полезных ископаемых [1-3].
Процессы эпигенеза [2], рудообразования [1, 3-5] вносят свой вклад в увеличение степени неоднородности литологического и геохимического состава пород осадочного чехла. Для ряда типов месторождений твердых полезных ископаемых в осадочном чехле имеет место многоярусное оруденение, как для нефтяных и газовых месторождений — расположение залежей нефти и газа в различных горизонтах разреза [1-4]. В результате в районе месторождений, как правило, наблюдаются сложнопостроенные многослойные геоэлектрические разрезы, неоднородные по удельному электрическому сопротивлению в вертикальном и горизонтальном направлениях.
По сравнению с геологическим разрезом геоэлектрический может быть более неоднородным. Наличие уровня грунтовых вод обусловливает различное удельное электрическое сопротивление пород выше и ниже этого уровня. Значительную неоднородность геоэлектрического разреза в вертикальном, в зависимости от температуры и ли-тологического состава пород, и горизонтальном, в зависимости от литологического состава пород, направлениях создает развитие многолетней мерзлоты [6].
Применение метода вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) на постоянном или переменном токе низкой частоты для изучения многослойных геоэлектриче-
© Е. Ф. Любцева, В. И. Беляков, М. М. Харламов, П. А. Парфентьев | , И. С. Котин, 2012
ских разрезов мощностью 0,5-1 км очень трудоемко, дорого и геологически малоэффективно. При низком удельном электрическом сопротивлении пород (единицы — первые десятки омметров) или наличии в разрезе многолетнемерзлых пород длина питающей линии достигает 2-4 км и более. Установка для проведения полевых работ методом ВЭЗ становится громоздкой и тяжелой, а производительность полевых наблюдений низкой.
Благоприятными для изучения методом ВЭЗ являются трех-, четырехслойные геоэлектрические разрезы с незначительной анизотропией удельного электрического сопротивления пород [7-9]. В случае многослойных геоэлектрических разрезов для тонких слоев в широких пределах действует принцип эквивалентности кривых ВЭЗ, что не позволяет однозначно определять мощности и удельные электрические сопротивления этих слоев без дополнительной информации [8, 9]. Несоответствие типа геоэлектрического разреза и количества слоев в нем принятым при интерпретации кривых ВЭЗ может обусловить погрешности определения параметров геоэлектрического разреза в десятки-сотни процентов [8, 9].
Значительное влияние на результаты интерпретации кривых ВЭЗ оказывают макро- и микроанизотропия удельного электрического сопротивления пород, представляющих собой переслаивание песков, алевритов с глинистыми прослойками, глинистых слоев с прослоями песков, алевритов и т. п., что особенно характерно для пес-чано-глинистых толщ мелководных и прибрежных отложений осадочного чехла. При интерпретации кривых ВЭЗ без учета анизотропии удельного электрического сопротивления пород мощности анизотропных слоев завышаются в несколько раз, равное коэффициенту общей анизотропии, который может составлять 1,5-4 [8, 9].
Большие перспективы для исследования и расчленения многослойных геологических разрезов осадочного чехла мощностью 0,5-1 км и более имеет метод частотного зондирования, основанный на изучении вертикального поверхностного импеданса полей удаленных радиостанций [10], полей, возбуждаемых грозовыми разрядами [11], и магнитотеллурических полей [12-14]. Такой вид частотного зондирования по сравнению с другими видами зондирования имеет ряд существенных преимуществ.
Электромагнитные поля, возбуждаемые грозовыми разрядами, и магнитотеллу-рические поля обусловлены соответствующими природными физическими явлениями [11-14]. Использование для электроразведочных работ электромагнитных полей, удаленных от участка работ радиостанций, также не требует никаких дополнительных усилий и затрат. Эти поля создаются для радиосвязи независимо от изучающего их электроразведчика, которому ничего неизвестно о характеристиках источника поля и режимах работы радиостанции, кроме пеленга на радиостанцию и, быть может, примерного ее расположения. В этом смысле поля удаленных радиостанций, так же как поля, возбуждаемые грозовыми разрядами, и магнитотеллурические поля, можно отнести к естественным электромагнитным полям. Некоторые авторы называют их полями неконтролируемых источников.
Изучение естественных переменных электромагнитных полей требует использования многоканальной аппаратуры с последующим применением самых общих методов обработки временных рядов регистрируемых сигналов. При этом основной вклад в погрешность определения импеданса вносят ошибки в опознании полезного сигнала, соответствующего описанию посредством импеданса Тихонова-Каньяра [12-14].
При проведении наблюдений естественных электромагнитных полей используются только приемные установки: приемные линии длиной десятки метров, магнитные
М1(
м,
я.
яу|
»л,
я.
сГ
л,
пеленг на радиостанцию
М
лг
в Я,
□Г
пеленг на радиостанцию
М Бх N
Рис. 1. Схема установки для полевых наблюдений импеданса полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей (а) и полей удаленных радиостанций с заземленной асимметричной (б) и неза-земленной симметричной (в) приемной линией
антенны, приемная измерительная аппаратура (рис. 1). Небольшая длина приемных линий облегчает расположение их на местности и транспортировку. Отсутствие питающих установок, мощных генераторов тока увеличивает производительность труда, сокращает количество обслуживающего персонала, уменьшает трудовые и финансовые затраты.
Второе существенное преимущество рассматриваемого метода заключается в том, что при исследовании горизонтальнослоистых сред с помощью электромагнитных полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и полей удаленных радиостанций, возможно выделение в них той части поля, которая допускает простое описание посредством импеданса Тихонова-Каньяра. Последний легко рассчитывается для любой п-слойной горизонтальнослоистой среды и достаточно хорошо изучен [12-14].
Выражение для кажущегося удельного электрического сопротивления в омметрах, определяемого по модулю импеданса Тихонова-Каньяра, имеет вид [12-14]:
Рк= 0,2-Т-12„ \\
(1)
где Т (с) — период колебаний электромагнитного поля, Х„ (мВ/(км • нТл)) — вертикальный поверхностный импеданс и-слойной горизонтальнослоистой среды для периода колебаний Т.
По значениям кажущегося удельного электрического сопротивления и фазы импеданса, полученным по результатам полевых измерений импеданса полей удаленных радиостанций, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей, строят сводные амплитудные и фазовые кривые частотного зондирования в широком диапазоне частот от 1 Гц до 20-200 кГц (рис. 2).
Рис. 2. Сводные амплитудные и фазовые кривые по главным направлениям тензора импеданса, полученные по результатам наблюдений импеданса поля удаленной радиостанции на частоте 18300 Гц, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей у скважины 60-Р на юге Омской области
Третьим существенным преимуществом, особенно при изучении горизонтально залегающих многослойных тонкослоистых разрезов, является определение при интерпретации амплитудных и фазовых кривых рассматриваемого вида частотного зондирования значений продольных удельных электрических сопротивлений и мощностей анизотропных слоев [12-14]. Для определения мощностей анизотропных слоев по результатам интерпретации кривых ВЭЗ необходимо знать величины коэффициентов их общей анизотропии [8].
Наблюдения полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллуриче-ских полей выполняются с помощью приемной установки, аналогичной установке, используемой в методе магнитотеллурического зондирования (МТЗ) (см. рис. 1, а), и модернизированной аппаратуры АКФ-4 [15] в расширенном диапазоне частот. Модернизация аппаратуры АКФ-4 была проведена в лаборатории прикладной геофизики
кафедры геофизики геологического факультета СПбГУ одним из разработчиков этой аппаратуры — П. А. Парфентьевым. Она заключалась в расширении частотного диапазона в область низких частот и реализации с помощью накопителя возможности регистрации временных рядов сигналов по четырем каналам Ех, Еу, Нх, Ну с интервалом времени 1/6400 с в диапазоне частот 0,1-3000 Гц.
Измерение кажущегося удельного электрического сопротивления, определяемого по модулю поверхностного импеданса, и фазы импеданса полей свехдлинноволновых и длинноволновых радиостанций в диапазоне частот 10-300 кГц проводится с помощью измерителя поверхностного импеданса ИПИ-1000 или ИПИ-300, разработанных М. И. Пертелем, П. А. Парфентьевым на кафедре геофизики геологического факультета СПбГУ [16].
При проведении рассматриваемого вида частотного зондирования в широком диапазоне частот с модернизированной аппаратурой АКФ-4 и измерителем поверхностного импеданса ИПИ-1000 или ИПИ-300 по результатам полевых наблюдений удается получить значения кажущегося удельного электрического сопротивления с погрешностью 3-5% и фазы импеданса — 1-2°. Это обеспечивается методикой проведения полевых наблюдений, регистрацией временных рядов сигналов Ех, Еу, Нх, Ну и методикой их обработки.
Регистрация электромагнитных полей радиостанций диапазона частот 10-300 кГц, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, в диапазоне частот 5^(600-800) Гц и магнитотеллурических полей с частотами 0,1-10 Гц обеспечивает исследование геоэлектрических разрезов с низким удельным электрическим сопротивлением пород (единицы — десятки омметров) в интервале глубин от 0,001 до 1-2 км [17-19], с относительно высоким удельным электрическим сопротивлением пород (сотни — тысячи омметров) — от 0,001 до 3-5 км [20, 21] и в условиях развития многолетнемерзлых пород мощностью 200-400 м с высоким удельным электрическим сопротивлением (тысячи — десятки тысяч омметров) — от 0,001 до 10-20 км.
Техника полевых наблюдений
Полевые наблюдения методом частотного зондирования, основанного на изучении импеданса полей удаленных радиостанций, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей, проводятся бригадой, состоящей из 2-3 человек. Для получения информации о верхней части геоэлектрического разреза в районе каждой точки зондирования с шагом 20-50 м выполняются наблюдения полей удаленных радиостанций методом радиоэлектромагнитного профилирования (РЭМП) [16] на частоте СДВ-диапазона 10-30 кГц. При удельном электрическом сопротивлении первого слоя геоэлектрического разреза 10 Ом-м и более целесообразно проведение измерений методом РЭМП на двух частотах: в СДВ-диапазоне 10-30 кГц и в ДВ-диапазоне 200-300 кГц.
Наблюдения методом РЭМП выполняются с установками по схемам, представленным на рис. 1, б, в, с помощью измерителя поверхностного импеданса ИПИ-1000 или ИПИ-300. Измерители ИПИ-1000 и ИПИ-300 позволяют регистрировать модуль и фазу поверхностного импеданса электромагнитного поля удаленных радиостанций (или логарифм кажущегося удельного электрического сопротивления, определенного по модулю импеданса, и фазу импеданса) в диапазонах частот 10-1000 кГц и 10-300 кГц соответственно [16].
Наблюдения методом РЭМП, как правило, проводят с заземленной асимметричной приемной линией длиной 20 м (см. рис. 1, б). При плохих условиях заземлений их выполняют с незаземленной симметричной приемной линией, имеющей в два раза большую длину — 40 м (рис. 1, в). Приемную линию ММ ориентируют по пеленгу на радиостанцию, который определяют как направление, перпендикулярное направлению, отвечающему максимальному сигналу магнитного поля. Поскольку четвертичные отложения часто неоднородны по литологическому составу и, соответственно, по удельному электрическому сопротивлению, около каждой точки зондирования выполняют по 3-4 наблюдения методом РЭМП с шагом, равным длине приемной линии. Если полученные значения кажущегося удельного электрического сопротивления на соседних точках различаются в 2-3 раза, количество наблюдений увеличивают до 6-7, а в отдельных случаях — до 10-13.
При выполнении зондирований по профилю, близкому по направлению к пеленгу на радиостанцию, в связи с высокой производительностью и низкой себестоимостью работ методом РЭМП целесообразно проведение наблюдений этим методом по всему профилю. По результатам этих наблюдений для выполнения зондирований выбирают точки, в районе которых значения кажущегося удельного электрического сопротивления, полученные методом РЭМП, изменяются незначительно.
Для наблюдения полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллури-ческих полей магнитные антенны НВ 195, входящие в комплект аппаратуры АКФ-4, и заземленные приемные электрические линии М1М1, М2М располагают ортогонально (см. рис. 1, а). Азимуты ориентировки осей магнитных антенн определяют по горному компасу с точностью до 1°, а приемных электрических линий — до 3°. Для уменьшения уровня помех от внешних физических воздействий магнитные антенны закапывают в землю на глубину 5-10 см.
Приемные электрические линии для измерения составляющих электрического поля длиной, в зависимости от интенсивности поля, от 30 до 90 м изготавливают из относительно толстого тяжелого медного провода в хлорвиниловой или полиэтиленовой изоляции, который плотно укладывают на землю для исключения его колебаний от ветра. Заземления приемных линий осуществляют латунными электродами.
На каждой точке зондирования регистрируют временные ряды сигналов, соответствующих взаимно перпендикулярным горизонтальным составляющим электрического Ех, Еу и магнитного Нх, Ну полей, что позволяет представлять результаты наблюдений в виде тензора импеданса.
Измерения проводят в два этапа. На первом этапе выполняют наблюдения в стандартном режиме работы аппаратуры АКФ-4 [15] в полосе частот 6-180 Гц в течение 2-3 мин. В этом режиме аппаратура выполняет статистическую обработку сигналов в реальном времени, что позволяет непосредственно по окончании наблюдений получить графики четырех автокорреляционных функций и шести взаимных корреляционных функций и их спектров. Это дает возможность, с одной стороны, подобрать оптимальные значения коэффициентов усиления каналов, а с другой — проконтролировать качество измерительной установки. В указанном диапазоне частот естественные электромагнитные поля имеют ярко выраженные особенности, контроль которых позволяет избежать влияния таких источников помех, как обрыв или плохой контакт в приемных линиях, недостаточная жесткость закрепления магнитных антенн и т. п.
При получении удовлетворительных результатов измерений на первом этапе к модернизованной аппаратуре АКФ-4 подключают накопитель и регистрируют с интервалом времени 1/6400 с временные ряды сигналов с четырех каналов Ех, Еу, Нх, Ну полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей в широком диапазоне частот 0,1-3000 Гц.
Время регистрации временных рядов сигналов на одной точке зондирования составляет 15-60 мин в зависимости от максимальной глубины исследования и условий проведения наблюдений. В целом на выполнение наблюдений полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей на одной точке зондирования затрачивается от 20 до 100 мин в светлое время суток.
Обработка результатов полевых наблюдений
Обработка результатов полевых наблюдений методом РЭМП заключается в вычислении значений кажущегося удельного электрического сопротивления по модулю импеданса и фазы импеданса по формулам [16]:
^ р* = 0,1 • (Аизм + Ак); (2)
ф = физм + фк, (3)
где Аизм и физм — измеренные значения десятичных логарифмов кажущегося удельного электрического сопротивления и фазы импеданса, Ак и фк — поправки для вычисления логарифма кажущегося удельного электрического сопротивления и фазы импеданса, зависящие от частоты используемой радиостанции, длины приемной линии ММ, чувствительности магнитной антенны и определяемые при калибровке используемого комплекта аппаратуры измерителя поверхностного импеданса, проводимой перед началом полевых работ.
В результате обработки полевых наблюдений методом РЭМП получают значения кажущегося удельного электрического сопротивления и фазы импеданса в районе точек частотного зондирования. Средние значения этих параметров для каждой точки зондирования включают в сводные амплитудные и фазовые кривые зондирования (см. рис. 2).
Для определения тензора импеданса полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей проводят обработку временных рядов сигналов, зарегистрированных модернизированной аппаратурой АКФ-4. В основу обработки положен стохастический анализ временных рядов [22]. Средствами обработки являются цифровая фильтрация, корреляционный анализ и спектральный анализ.
Регистрируемые сигналы кроме сигналов, пропорциональных измеряемым составляющим электромагнитного поля, содержат в себе сигналы, вызванные помехами: шумами датчиков, шумами в каналах измерительной аппаратуры, сейсмическими помехами, электромагнитными помехами естественного и искусственного происхождения. М. М. Харламовым был разработан способ обработки результатов измерений, исключающий из записи некоррелируемые сигналы, которые заведомо не обладают линейными связями, необходимыми для определения тензора импеданса, и минимизирующий риск принятия неверного решения при опознании полезных сигналов.
На практике исключенная при обработке часть записи может изменяться в широких пределах от 5 до 90% от общего объема зарегистрированных временных рядов сигналов в зависимости от условий проведения работ. Для уменьшения погрешности определения тензора импеданса в условиях значительных промышленных помех желательно увеличение длительности регистрации временных рядов сигналов на одной точке зондирования с 5-7 до 15-60 мин.
При удельном электрическом сопротивлении четвертичных отложений порядка 3-10 Ом-м максимальная глубина исследования при измерении модуля импеданса поля радиостанции на частоте 18,3 кГц составляет от 3 до 10 м. Минимальная глубина исследования при изучении модуля импеданса полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, на частотах 300-600 Гц — 20-40 м. Глубины исследования при измерении фазы импеданса больше глубин, получаемых на той же частоте по амплитудным измерениям. Поскольку в рассматриваемом методе частотного зондирования проводятся амплитудно-фазовые измерения импеданса, то по результатам этого метода геоэлектрический разрез с хорошо проводящим первым слоем можно изучать практически непрерывно от поверхности земли.
Интерпретация результатов полевых наблюдений
Количественная интерпретация полевых наблюдений любого вида зондирования — это определение глубин залегания, мощностей и удельных электрических сопротивлений слоев геоэлектрического разреза. На первом этапе интерпретации результатов наблюдений рассматриваемым методом частотного зондирования используется метод эффективной линеаризации (МЭЛ) [23-26].
Метод эффективной линеаризации по значениям кажущегося удельного электрического сопротивления, полученным по модулю импеданса, и фазы импеданса для заданных частот позволяет в модели горизонтально-однородной среды определять значения удельной электропроводности (удельного электрического сопротивления), соответствующие различным глубинам (рис. 3, 4). В дальнейшем удельное электрическое сопротивление, полученное методом эффективной линеаризации, будем обозначать рмэл. Для этих глубин по значениям удельной электропроводности программа МЭЛ рассчитывает величину суммарной продольной проводимости геоэлектрического разреза (рис. 5).
Метод эффективной линеаризации имеет ряд преимуществ перед другими методами, ищущими решение распределения удельного электрического сопротивления пород по глубине в виде непрерывной функции. Основным из них, в значительной мере сокращающим неоднозначность решения, является совместное использование при интерпретации значений кажущегося удельного электрического сопротивления, полученного по модулю импеданса, и фазы импеданса.
Метод эффективной линеаризации в процессе интерпретации позволяет [23, 24]:
- учитывать погрешность исходных данных;
- оценивать качество полученного решения по величине невязки между экспериментальными и расчетными данными и по величине дисперсии удельного электрического сопротивления пород для заданных глубин, характеризующей устойчивость решения задачи;
- оценить интервал сглаживания, характеризующий разрешающую способность экспериментальных данных.
у Глина плотная с прослойками песка; песок тинистый с прослоями глины; глина с прослоями алевролита; алевролит тинистый (7,0 < р ^ 16 Ом-м)
Эффузивно-метаморфический комплекс палеозойского фундамента (р ^ 30 Ом-м)
Рис. 3. Геологический разрез по результатам бурения (а), геоэлектрический разрез по результатам частотного зондирования (б), зависимость удельного электрического сопротивления рмэл от глубины и геоэлектрический разрез (в) для верхней части разреза скважины 60-Р на юге Омской области
Ом-м
Рис. 4. Геологический разрез по результатам бурения (а), геоэлектрический разрез по результатам частотного зондирования (б), зависимость удельного электрического сопротивления рмэл от глубины и геоэлектрический разрез (в) для разреза скважины 60-Р на юге Омской области
б
а -0,6 -0,3 0 0,3 0,6 0,9
Рис. 5. Зависимости суммарной эффективной продольной проводимости геоэлектрического разреза (а) и ее второй производной (б) от глубины, полученные методом эффективной линеаризации по результатам частотного зондирования у скважины 60-Р на юге Омской области
Для геоэлектрических разрезов с хорошо проводящим осадочным чехлом, залегающим на плохо проводящем основании, в методах зондирования наиболее достоверным и устойчивым параметром является суммарная продольная проводимость осадочного чехла [7, 12, 13, 23]:
п-1 п-1 I,
5=Х 5 =Х -, (4)
г =1 г =1 Рг
где 5 (См) — суммарная продольная проводимость (п-1)-слойного геоэлектрического разреза осадочного чехла; (См) — продольные проводимости слоев; ^ (м) — мощности слоев; рг (Ом • м) — удельные электрические сопротивления слоев осадочного чехла.
Для установления возможностей метода частотного зондирования при выделении в геоэлектрическом разрезе пластов различного удельного электрического сопротивления, определении глубин их залегания, мощностей и оценке их удельных электрических сопротивлений было проведено математическое моделирование импеданса Тихонова-Каньяра различных горизонтальнослоистых геоэлектрических разрезов. Математическое моделирование было выполнено для двухслойных геоэлектрических разрезов обоих типов, трехслойных геоэлектрических разрезов типа Н и К с хорошо и плохо проводящим вторым слоем различного удельного электрического сопротивления и различной мощности, расположенным на разных глубинах в породах различного удельного электрического сопротивления. В меньшем объеме математическое модели-
рование было выполнено для трехслойных геоэлектрических разрезов типа А, Q, четы-рехслойных и многослойных геоэлектрических разрезов.
При моделировании рассчитывались амплитуды и фазы импеданса Тихонова-Ка-ньяра в заданном диапазоне частот для заданного количества точек. По амплитудам импеданса вычислялись значения кажущегося удельного электрического сопротивления. Затем методом МЭЛ решалась обратная задача. Анализ полученных методом МЭЛ зависимостей удельного электрического сопротивления рмэл от глубины позволил сделать следующие основные выводы:
1. Мощность и удельное электрическое сопротивление первого, хорошо проводящего пласта, залегающего на плохо проводящем основании двухслойного геоэлектрического разреза, можно определить по зависимости рмэл от глубины с погрешностью не более 5%. Удельное электрическое сопротивление плохо проводящего основания можно оценить по максимальным значениям рмэл с погрешностью не более 20-30%.
2. Мощность первого, плохо проводящего пласта, залегающего на хорошо проводящем основании двухслойного геоэлектрического разреза, и удельное электрическое сопротивление этого основания можно определить по зависимости рмэл от глубины с погрешностью не более 5%, а оценить удельное электрическое сопротивление первого пласта с погрешностью не более 10%.
3. Хорошо проводящий пласт различной мощности в геоэлектрическом разрезе типа Н четко фиксируется минимумом на зависимости удельного электрического сопротивления рмэл от глубины при различных глубинах залегания пласта и различных соотношениях величин удельного электрического сопротивления пласта и вмещающих пород, даже при отличии их по удельному электрическому сопротивлению всего в 2-3 раза.
4. При глубинах залегания кровли хорошо проводящего пласта, превышающих не более чем в пять раз его мощность, значения рмэл в пределах минимума отличаются от удельного электрического сопротивления пласта не более чем на 5-10%.
5. Кровля и подошва такого хорошо проводящего пласта на зависимости удельного электрического сопротивления рмэл от глубины с погрешностью не более 5-10% фиксируются соответственно значениями рмэл, превышающими в 2,2-2,5 и 2,0-2,3 раза удельное электрическое сопротивление пласта, при отличии его по удельному электрическому сопротивлению от вмещающих пород в 10 раз.
6. При глубине залегания кровли хорошо проводящего пласта, в 10 раз превышающей его мощность, минимальное значение рмэл в пределах минимума больше удельного электрического сопротивления пласта в 2,1 раза. Кровля и подошва пласта в этом случае фиксируются значениями рмэл, превышающими минимальное значение рмэл всего на 5-10%.
7. Плохо проводящий пласт в геоэлектрическом разрезе типа К четко фиксируется максимумом на зависимости удельного электрического сопротивления рмэл от глубины при глубинах залегания пласта равных и меньших его мощности.
8. Кровля и подошва плохо проводящего пласта, залегающего на глубинах равных и меньших его мощности, на зависимости рмэл от глубины с погрешностью не более 5-10% фиксируются соответственно значениями рмэл, превышающими в 2,2-2,3 и 2,22,7 раза, в зависимости от мощности пласта, удельное электрическое сопротивление вмещающих пород, отличающихся по удельному электрическому сопротивлению от пласта в 10 раз.
9. При глубинах залегания плохо поводящего пласта, равных и меньших его мощности, по максимальным значениям рмэл с учетом соотношения мощности пласта и глубины его залегания можно оценить удельное электрическое сопротивление пласта.
10. Вне плохо проводящего пласта, вне фиксирующего его максимума, значения рмэл с погрешностью 5-10% равны величине удельного электрического сопротивления вмещающих пород.
11. При глубинах залегания плохо проводящего пласта, в 5-10 раз превышающих его мощность, плохо проводящий пласт не может быть обнаружен методом частотного зондирования в поле плоской электромагнитной волны.
По результатам проведенных исследований можно дать следующие рекомендации по выделению в горизонтальнослоистых геоэлектрических разрезах хорошо и плохо проводящих пластов и определению их параметров при интерпретации результатов частотного зондирования:
1. На первом этапе интерпретации методом эффективной линеаризации получить зависимости рмэл от глубины.
2. По зависимостям рмэл от глубины выделить минимумы рмэл, которыми фиксируются хорошо проводящие пласты.
3. По минимальным значениям рмэл с учетом соотношений мощностей хорошо проводящих пластов и глубин их залегания оценить удельные электрические сопротивления хорошо проводящих пластов.
4. По величинам удельных электрических сопротивлений хорошо проводящих пластов и максимальным значениям рмэл, полученным непосредственно выше или ниже соответствующих этим пластам минимумов, оценить отношение удельных электрических сопротивлений хорошо проводящих пластов и плохо проводящих пород, залегающих выше и ниже этих пластов по разрезу.
5. С учетом отношений удельных электрических сопротивлений хорошо проводящего пласта и пород, залегающих выше и ниже него по разрезу, оценить по результатам математического моделирования значения рмэл, соответствующие кровле и подошве хорошо проводящего пласта. По этим значениям рмэл определить глубины залегания кровли и подошвы пласта, его мощность.
6. Оценить по результатам математического моделирования с учетом отношения мощности хорошо проводящего пласта и глубины его залегания удельные электрические сопротивления плохо проводящих пород, залегающих выше и ниже пласта по разрезу.
7. В соответствии с отношениями мощности хорошо проводящего пласта и его глубины залегания, а также удельных электрических сопротивлений пласта и пород, залегающих выше и ниже него по разрезу, скорректировать глубины залегания кровли и подошвы хорошо проводящего пласта и его удельное электрическое сопротивление.
8. По зависимостям рмэл от глубины выделить интервалы глубин относительно небольшой мощности между хорошо проводящими пластами, соответствующие плохо проводящим пластам.
9. Оценить по результатам математического моделирования удельные электрические сопротивления выделенных плохо проводящих пластов относительно небольшой мощности с учетом соотношений мощностей этих пластов и глубин их залегания и отношений максимальных значений рмэл в их пределах и удельных электрических сопротивлений хорошо проводящих пластов, залегающих выше и ниже по разрезу.
10. Проанализировать характер изменения значений рмэл в интервалах глубин значительной мощности между минимумами, соответствующими хорошо проводящим слоям, с целью выявления в этих интервалах пластов с последовательно увеличивающимися или уменьшающимися удельными электрическими сопротивлениями, т. е. фрагментов геоэлектрического разреза типа А или Q. По резкому изменению, увеличению или уменьшению, значений удельных электрических сопротивлений рмэл, по точкам перегиба в пределах этих интервалов определить границы таких пластов, а затем оценить их удельное электрическое сопротивление.
Указанные выше выводы и рекомендации были опробованы при изучении геоэлектрического разреза осадочного чехла юга Омской области по результатам частотного зондирования.
Результаты интерпретации параметрического частотного зондирования
на юге Омской области
В качестве примера рассмотрим интерпретацию параметрического частотного зондирования у скважины 60-Р на юге Омской области, полученного по результатам наблюдений импеданса поля радиостанции на частоте 18300 Гц, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей.
Осадочный чехол в районе работ представлен песчано-глинистой толщей мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возраста мощностью от 300 до 1500 м, залегающей на породах эффузивно-метаморфического комплекса палеозойского фундамента [1]. Образования эффузивно-метаморфического комплекса интенсивно дислоцированы, метаморфизованы и прорваны интрузиями гранодиоритов и гранитов. Разрез осадочного чехла состоит из слоев, не выдержанных по литологическому составу в горизонтальном и вертикальном направлениях.
По результатам бурения в геологическом разрезе скважины 60-Р выделено 15 слоев осадочного чехла, залегающего на породах эффузивно-метаморфического комплекса палеозойского фундамента, вскрытого на глубине 427 м (табл. 1, см. рис. 4). Удельное электрическое сопротивление пород эффузивно-метаморфического комплекса палеозойского фундамента составляет десятки — первые сотни омметров.
Удельное электрическое сопротивление пород осадочного чехла по данным каротажа сопротивлений в основном составляет от 2 до 20 Ом • м. Наиболее высокое удельное электрическое сопротивление (десятки омметров) имеют континентальные отложения покурской свиты нижневерхнемелового возраста, залегающие в скважине 60-Р непосредственно на породах палеозойского фундамента. Наиболее низкими значениями (первые единицы омметров) характеризуются морские отложения люлинворской и тавдинской свит, представленные в основном глинами (табл. 1, см. рис. 4).
При интерпретации описанным выше способом результатов параметрического частотного зондирования у скважины 60-Р был получен 17-слойный геоэлектрический разрез типа HAKQHAKQHKHAAAA с величинами удельного электрического сопротивления слоев от 1,4 до 160 Ом • м (табл. 1, см. рис. 4).
Как видно из табл. 1 и рис. 3, 4, по глубинам залегания и мощностям с данными бурения хорошо сопоставляются шесть пачек слоев геоэлектрического разреза осадочного чехла:
1. Четвертичные отложения мощностью 7 м (по данным бурения 8 м).
Таблица 1. Сопоставление результатов интерпретации параметрического частотного зондирования у скважины 60-Р с данными бурения
Данные бурения Результаты интерпретации
Глубина залегания Глубина залегания Удельное Погрешность
Номер слоя слоя,м Мощ- Номер слоя слоя, м Мощ- электри- определения глубины залегания подошвы слоя,
Возраст Породы от до ность слоя, м от до ность слоя,м ческое сопротивление,
Ом-м м
ваОш Четвертичное звено Глина пылеватая 1 0 2 2 1 0 1,2 1,2 6,7 -0,8
1а(5н Глина 2 2 8 6 2 1,2 4,0 2,8 1,4
песчанистая 3 4 7,0 3,0 7,1 -1
Ы2кс Кочковская свита Глина жирная 3 8 11 3 4 7 14 7,0 17 3
Ы2ру Павлодарская Глина плотная 4 11 28 17 5 14 18 4,0 6,9
свита 6 18 32 14 1,9 4
Щу Таволжанская свита Глина плотная 5 28 42 14 7 32 42 10 5,0 0
^аЬ Абросимовская Алеврит
свита глинистый 6 42 47 5 8 42 65 23 И —
Р32Г Журавская свита Переслаивание глины
и алеврита 7 47 77 30 9 65 76 11 5,2 -1
Р3сП Черталинская свита Алеврит глинистый с прослоями песка 8 77 112 35 10 76 109 33 1,4 -3
Р^У Тавдинская Глина плотная 9 112 192 80 11 109 150 41 3,9
Р1-2И свита
Люлинворская Глина плотная 10 192 237 45 12 150 248 98 1,9 11
свита
К2дп Ганькинская свита Глина с прослоями песка 11 237 282 45 13 248 283 35 3,8 1
К2в1 Славгородская свита Глина с прослоями алевролита 12 282 347 65 14 283 372 89 10 -2
К21р Ипатовская свита Песок глинистый с прослоями глин 13 347 366 19
К2кг Кузнецовская свита Глина плотная с прослойками песков 14 366 374 8
К^рк Покурская свита Песок тонкомелкозернистый, внизу кора выветривания 15 374 427 53 15 372 430 58 25 3
Рг Кристалли- Эффузивно- 16 427 445 Забой 16 430 570 140 52
ческий метаморфи- СКВ. 17 570 1000 430 160
фундамент ческий комплекс
2. Верхняя часть разреза нижненеогеновых (таволжанская свита) и верхненеогеновые (павлодарская, кочковская свиты) отложения мощностью 35 м (по данным бурения 34 м).
3. Верхняя часть разреза верхнепалеогеновых (журавская свита) и нижняя часть разреза нижнепалеогеновых (амбросимовская свита) отложений мощностью 34 м (по данным бурения 35 м).
4. Нижняя часть разреза верхнепалеогеновых (черталинская свита) отложений мощностью 33 м (по данным бурения 35 м).
5. Нижнесреднепалеогеновые (люлинворская свита) и среднепалеогеновые (тав-динская свита) отложения мощностью 139 м (по данным бурения 125 м).
6. Отложения мелового возраста (покурская, кузнецовская, ипатовская, славго-родская, ганькинская свиты) мощностью 182 м (по данным бурения 190 м).
Наиболее детально расчленяется верхняя часть геоэлектрического разреза до глубины 42 м, в пределах которой мощности выделяемых пластов больше или близки к глубинам их залегания (см. рис. 3). В пределах верхних двух пачек количество слоев геоэлектрического разреза больше количества слоев геологического разреза (см. табл. 1).
Как видно из рис. 3, 4 и табл. 1, хорошо проводящие слои 2, 6, 10, 12 геоэлектрического разреза уверенно выделяются по минимумам, а плохо проводящие слои 1, 4, 8, 11 — по максимумам зависимости рмэл от глубины. Слои 3, 7, 13-15 имеют промежуточные значения удельного электрического сопротивления между величинами удельного электрического сопротивления выше- и нижележащих слоев во фрагментах геоэлектрического разреза типа А, а слои 5, 9 — типа Q.
Глубины залегания подошвы слоев 3, 7 и кровли слоев 5, 9 проведены по точкам перегиба между минимумами и максимумами зависимости рмэл от глубины в соответствии с результатами математического моделирования. Погрешность определения этих глубин, как правило, больше, чем глубин залегания их кровли и подошвы соответственно.
Отложения четвертичного возраста на геологическом разрезе представлены двумя слоями мощностью 2 и 6 м, а на геоэлектрическом — тремя мощностью 1,2; 2,8 и 3 м (см. табл. 1, рис. 3). Верхний слой с удельным электрическим сопротивлением 6,7 Ом • м, по-видимому, соответствует верхнему слою глин до уровня грунтовых вод. Второй хорошо проводящий слой с удельным электрическим сопротивлением 1,4 Ом • м представляет собой слой глин, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Третий слой с удельным электрическим сопротивлением 7,1 Ом • м, по-видимому, соответствует песчанистым глинам.
Интервал глубин 8-42 м по данным бурения сложен тремя слоями — нижневерх-непалеогеновыми глинами плотными таволжанской, павлодарской и глиной жирной кочковской свит. На геоэлектрическом разрезе в пределах интервала глубин 7-42 м по удельному электрическому сопротивлению выделено четыре слоя (см. табл. 1, рис. 3).
Отложения кочковской свиты обладают самым высоким удельным электрическим сопротивлением (17 Ом • м) в верхней части геоэлектрического разреза скважины 60-Р (слой 4) (см. табл. 1, рис. 3). Судя по ширине максимума рмэл, фиксирующего этот слой, их мощность составляет 7 м, т. е. на 4 м больше, чем по данным бурения (см. рис. 3).
Уверенно выделяется хорошо проводящий слой глин с удельным электрическим сопротивлением 1,9 Ом • м и мощностью 14 м (слой 6), который скорее всего, соответствует нижней части разреза павлодарской свиты. Более высоким удельным электрическим
сопротивлением 6,9 Ом • м характеризуется верхняя часть разреза павлодарской свиты мощностью 4 м (слой 5). По результатам зондирования суммарная мощность верхней и нижней частей павлодарской свиты составляет 18 м, а по данным бурения 17 м.
Пласт 7 с удельным электрическим сопротивлением 5 Ом • м и мощностью 10 м, скорее всего, фиксирует слой глины плотной таволжанской свиты (см. табл. 1, рис. 3). Этот пласт имеет промежуточное значение удельного электрического сопротивления по сравнению с выше- и нижележащими породами. Глубина залегания его подошвы 42 м, определенная по точке перегиба между минимумом и максимумом рмэл, точно совпадает с глубиной залегания подошвы глин таволжанской свиты. По данным бурения мощность глины плотной таволжанской свиты 14 м, т. е. на 4 м больше, чем по результатам зондирования.
По результатам зондирования в интервале глубин 8-42 м, отличающемся по мощности на 1 м от интервала 7-42 м по данным бурения, мы имеем перераспределение мощностей слоев в пределах интервала и расчленение слоя 4 на два слоя 5 и 6, различающихся по удельному электрическому сопротивлению в 3,6 раза.
Интервал глубин 42-77 м по данным бурения снизу вверх по разрезу сложен переслаиванием глины и алеврита верхнепалеогенового возраста журавской свиты и глиной алевритовой нижнепалеогенового возраста абросимовской свиты. Нижний пласт этого интервала имеет промежуточное значение удельного электрического сопротивления по сравнению с выше- и нижележащими породами. Глубина залегания его подошвы 76 м, определенная по точке перегиба между максимумом и минимумом рмэл, с точностью до 1 м совпадает с глубиной залегания 77 м подошвы отложений журавской свиты по данным бурения.
В пределах этого интервала мощности слоев по результатам зондирования значительно отличаются от соответствующих мощностей по данным бурения (см. табл. 1). Так, по данным бурения мощность глины алевритовой абросимовской свиты равна 5 м, а по результатам частотного зондирования — 23 м. Мощность отложений журавской свиты по данным бурения составляет 30 м, а по результатам зондирования — 11 м.
Перераспределение мощностей отложений абросимовской и журавской свит на геоэлектрическом разрезе по сравнению с данными бурения обусловлено различием этих близких по литологическому составу отложений по удельному электрическому сопротивлению более чем в два раза (см. табл. 1). Это позволило расчленить образования этих свит по результатам зондирования более четко, чем по керну скважины 60-Р.
Ниже по разрезу минимумом рмэл в интервале глубин 76-109 м (слой 10) четко фиксируется хорошо проводящий алеврит глинистый с прослоями песка с удельным электрическим сопротивлением 1,4 Ом • м черталинской свиты верхнепалеогенового возраста. Подошва образований черталинской свиты является границей между отложениями средне- и верхнепалеогенового возраста. Перед образованием отложений черталинской свиты был перерыв в осадконакоплении. Погрешность определения глубины залегания этой границы по результатам зондирования составила 3 м, т. е. порядка 3%. Судя по величине удельного электрического сопротивления, отложения черталинской свиты в объеме пласта в районе скважины 60-Р в основном представлены глинами.
Отложения тавдинской свиты по удельному электрическому сопротивлению на глубине 150 м достаточно уверенно подразделяются на нижнюю, более низкого удельного электрического сопротивления 1,9 Ом • м (слой 12), и верхнюю, более высокого
удельного электрического сопротивления 3,9 Ом • м (слой 11), подсвиты (см. табл. 1). Это соответствует описанию тавдинской свиты в отчете ВСЕГЕИ 2004 г., где отмечается, что в ряде скважин в южной половине Омской области (Ишимский и Барабинский районы) к средней части разреза свиты приурочен маломощный (10 м) маркирующий горизонт «б» из песков или плотных песчаных глин, по подошве которого свита разделяется авторами отчета Г. М. Шором и Ж. А. Доля на верхнюю и нижнюю подсвиты. Тавдинская свита венчает палеогеновую морскую трансгрессию. В условиях обмеления и сокращения морского бассейна в верхней подсвите появились тонкие прослои песков, что увеличило удельное электрическое сопротивление слагающих ее образований по сравнению с таковым у глин нижней подсвиты.
Очень близкие значения удельного электрического сопротивления глин люлин-ворской свиты и нижней подсвиты тавдинской свиты, затрудняют разделение этих толщ в геоэлектрическом разрезе. На рис. 4 они выделены вместе как один хорошо проводящий слой глин мощностью 98 м с удельным электрическим сопротивлением 1,9 Ом • м (слой 12). Однако, на кривой рмэл наблюдается перегиб, который позволяет провести границу между этими толщами на глубине порядка 195 м. В этом случае удельное электрическое сопротивление отложений нижней подсвиты тавдинской свиты составляет 1,7 Ом • м, а люлинворской — 2,2 Ом • м. По данным бурения глубина залегания подошвы плотных глин тавдинской свиты составляет 192 м.
Ниже хорошо проводящего слоя 12 геоэлектрического разреза, т. е. ниже глубины 248 м, значения рмэл непрерывно возрастают с глубиной. Это обусловлено последовательным уменьшением снизу вверх по разрезу удельного электрического сопротивления пород при смене пород эффузивно-метаморфического комплекса палеозойского фундамента континентальными песками покурской свиты, на которых залегают прибрежно-морские образования верхнемелового возраста. Последние представлены снизу вверх по разрезу глинами с прослойками песка кузнецовской свиты, песками глинистыми с прослоями глин ипатовской свиты, глинами с прослоями алеврита слав-городской свиты, глинами с прослоями песка ганькинской свиты (см. табл. 1, рис. 4).
Мощности перечисленных отложений малы по сравнению с глубинами их залегания, а величины удельного электрического сопротивления соседних слоев, вычисленные по значениям эффективной суммарной продольной проводимости, полученным методом МЭЛ по результатам частотного зондирования, при использовании глубин залегания и мощностей слоев по данным бурения, близки (табл. 2).
Скорость возрастания рмэл с глубиной увеличивается, что согласуется с указанной выше последовательностью смены отложений. Если ниже глубины 248 м с учетом разных углов наклона нижней ветви зависимости рмэл от глубины, т. е. разной скорости возрастания рмэл, провести касательные к этой зависимости aa, ЬЬ, гс, то глубины расположения точек их пересечения d, е (283 и 372 м) близки к глубинам залегания кровли глин с прослоями алевролита славгородской свиты (по данным бурения 282 м) и кровли песков покурской свиты (по данным бурения 374 м) (см. рис. 4).
В этом случае слой 13 геоэлектрического разреза мощностью 35 м с удельным электрическим сопротивлением 3,8 Ом • м (см. табл. 1) отвечает глинам с прослоями песка ганькинской свиты. Как видно из табл. 2, удельное электрическое сопротивление этого слоя менее чем на 10% отличается от величины 3,5 Ом • м, вычисленной по значениям эффективной суммарной продольной проводимости с использованием глубины залегания и мощности отложений ганькинской свиты по данным бурения.
Таблица 2. Величины удельного электрического сопротивления пород, вычисленные по значениям эффективной суммарной продольной проводимости, полученным методом МЭЛ, с использованием глубин залегания и мощностей слоев по данным бурения
Возраст Номер слоя Глубина залегания слоя, м Мощность слоя, м Суммарная продольная проводимость разреза до подошвы слоя, См Продольная проводимость слоя, См Удельное электрическое сопротивление слоя, Ом • м
от до
9 112 192 80 76,2 34,2 2,3
Р1-211 10 192 237 45 98,2 22,0 2,0
К$п 11 237 282 45 111,0 12,8 3,5
К281 12 282 347 65 118,6 7,6 8,6
Щр 13 347 366 19 119,8 1,2 16
№ 14 366 374 8 120,3 0,43 19
К1-2рк 15 374 427 53 122,4 2,1 25
Слой 14 геоэлектрического разреза мощностью 89 м с удельным электрическим сопротивлением 10 Ом • м соответствует близким по литологическому составу отложениям славгородской, ипатовской и кузнецовской свит. По данным бурения общая мощность образований этих свит составляет 92 м. Выделение этих отложений в виде одного слоя геоэлектрического разреза обусловлено рядом причин. И основной являются малые мощности отложений ипатовской (19 м) и кузнецовской (8 м) свит по сравнению с глубинами их залегания (347 и 366 м) и мощностью отложений славго-родской свиты (65 м). Отложения славгородской свиты расположены на существенно меньшей глубине (282 м) и являются более проводящими по сравнению с образованиями ипатовской и кузнецовской свит (см. табл. 2). Этот более мощный и более проводящий пласт глин с прослоями алевролита славгородской свиты и определяет величину удельного электрического сопротивления слоя 14. За счет более высокого удельного электрического сопротивления отложений ипатовской и кузнецовской свит общее удельное электрическое сопротивление слоя 14 получилось на 16% выше удельного электрического сопротивления образований славгородской свиты, вычисленного с использованием их глубины залегания и мощности по данным бурения (см. табл. 2).
Удельное электрическое сопротивление слоя 15 мощностью 58 м, сложенного песками покурской свиты, равняется 25 Ом • м, т. е. совпадает со значением, приведенным в табл. 2.
Ниже песков покурской свиты залегает плохо проводящее основание геоэлектрического разреза с удельным электрическим сопротивлением 103 Ом • м, сложенное породами эффузивно-метаморфического комплекса палеозойского фундамента. Глубина залегания кровли палеозойского фундамента у скважины 60-Р определена по выходу на асимптоту зависимости суммарной продольной проводимости разреза от глубины, соответствующему значительному увеличению удельного электрического сопротивления пород эффузивно-метаморфического комплекса, и особенно четко по выходу ее второй производной на асимптоту, равную нулю (см. рис. 5).
В пределах пород палеозойского фундамента скорость возрастания рмэл и соответственно удельного электрического сопротивления пород с глубиной увеличивается. Используя это, с помощью касательных к зависимости рмэл от глубины можно выделить верхний слой до глубины 570 м с удельным электрическим сопротивлением 52 Ом • м (слой 16), а ниже — основание геоэлектрического разреза с удельным электрическим
сопротивлением 160 Ом • м (см. табл. 1). Верхний, более проводящий слой палеозойского фундамента сложен выветренными более трещиноватыми породами, либо менее дислоцированными образованиями второго (промежуточного) комплекса палеозойского фундамента [1].
В результате проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:
1. Метод частотного электромагнитного зондирования, основанный на изучении вертикального поверхностного импеданса полей радиостанций СДВ и ДВ диапазонов, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей, имеет большие перспективы при изучении верхней части геологического разреза в интервале глубин 0,001 4- (0,5-1) км в районах развития горных пород низкого удельного электрического сопротивления (единицы — десятки омметров), 0,001 4 (3-5) км в районах развития пород с относительно высоким удельным электрическим сопротивлением (сотни — тысячи омметров), 0,001 4 (10-20) км в районах развития многолетнемерзлых пород с высоким удельным электрическим сопротивлением (тысячи — десятки тысяч омметров).
2. Указанные интервалы охватывают изучаемые глубины при проведении геологических, стратиграфических, гидрогеологических, инженерно-геологических, поисковых, разведочных, прогнозных, экологических и технических задач.
3. Отсутствие в рассматриваемом методе питающих установок, мощных генераторов тока увеличивает производительность труда, сокращает количество обслуживающего персонала, уменьшает трудовые и финансовые затраты.
4. При изучении импеданса электромагнитных полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и полей удаленных радиостанций в результатах полевых наблюдений возможно выделение той части поля, которая допускает простое описание через импеданс Тихонова-Каньяра.
5. Способ обработки временных рядов сигналов с четырех каналов Ех, Еу, Нх, Ну полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей, разработанный М. М. Харламовым и заключающийся в выделении из зарегистрированных сигналов той части, которая заведомо обладает линейными связями, позволяет однозначно определять тензор импеданса.
6. Регистрация временных рядов сигналов полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотеллурических полей модернизированной аппаратурой АКФ-4 с накопителем с интервалом времени 1/6400 с в течение 15-60 мин в расширенном диапазоне частот 0,1-3000 Гц обеспечивает получение значений кажущегося удельного электрического сопротивления со статистической относительной погрешностью 3-5% и статистической абсолютной погрешностью фазы импеданса — 1-2°.
7. Значения кажущегося удельного электрического сопротивления, определенные по модулю импеданса, и фазы импеданса, полученные по результатам измерений полей удаленных радиостанций и огромному объему зарегистрированных временных рядов сигналов (16-64 МБ) в расширенном диапазоне частот 0,1-3000 Гц, позволяют методом эффективной линеаризации получать очень детальное распределение удельной электропроводности (удельного электрического сопротивления) пород с глубиной.
8. Метод частотного зондирования, основанный на изучении импеданса полей удаленных радиостанций, полей, возбуждаемых грозовыми разрядами, и магнитотел-лурических полей, позволяет изучать хорошо проводящие геоэлектрические разрезы
осадочного чехла на юге Омской области до глубины порядка 600-1000 м, при благоприятных условиях наблюдений на низких частотах до 1400 м.
9. В результате интерпретации параметрического частотного зондирования у скважины 60-Р на юге Омской области получен 17-слойный геоэлектрический разрез типа HAKQHAKQHKHAAAА с величинами удельного электрического сопротивления слоев от 1,4 до 160 Ом • м.
10. По глубинам залегания и мощностям с данными бурения хорошо сопоставляются шесть пачек слоев геоэлектрического разреза осадочного чехла (см. табл. 1, рис. 3, 4).
11. Наиболее детально по результатам частотного зондирования расчленяется верхняя часть геоэлектрического разреза до глубины 42 м, в пределах которой мощности слоев больше или соизмеримы с глубиной их залегания. Так, в пределах первой пачки, соответствующей четвертичным отложениям, по удельному электрическому сопротивлению выделено три слоя, а по результатам бурения — два, в пределах второй пачки в интервале глубин 7-42 м выделено четыре слоя, а по результатам бурения — три.
12. Наиболее четко по результатам частотного зондирования минимумами значений рмэл фиксируются хорошо проводящие слои: слой глин с удельным электрическим сопротивлением 1,4 Ом • м в разрезе четвертичных отложений (слой 2); глины нижней подсвиты павлодарской свиты с удельным электрическим сопротивлением 1,9 Ом • м (слой 6); алеврит глинистый с прослоями песка черталинской свиты с удельным электрическим сопротивлением 1,4 Ом • м (слой 10); глины нижней подсвиты тавдинской свиты и люлинворской свиты с удельным электрическим сопротивлением 1,9 Ом • м (слой 12).
13. По величинам удельного электрического сопротивления удалось расчленить отложения тавдинской свиты на хорошо проводящие глины с удельным электрическим сопротивлением 1,9 Ом • м нижней подсвиты и глины песчанистые с удельным электрическим сопротивлением 3,9 Ом • м верхней подсвиты.
14. Не удалось расчленить близкие по литологическому составу и имеющие относительно небольшие мощности по сравнению с глубинами их залегания отложения славгородской, ипатовской и кузнецовской свит (см. табл. 1). Они выделены как один слой мощностью 89 м с удельным электрическим сопротивлением 10 Ом • м. Общая мощность образований этих свит по бурению 92 м.
15. По результатам частотного зондирования четко выделяется кровля палеозойского фундамента, представленного породами эффузивно-метаморфического комплекса высокого удельного электрического сопротивления, являющегося плохо проводящим основанием геоэлектрического разреза.
16. В пределах пород палеозойского фундамента можно выделить верхний слой мощностью 140 м с более низким удельным электрическим сопротивлением 52 Ом • м, сложенный выветренными сильно трещиноватыми породами либо менее дислоцированными образованиями второго (промежуточного) комплекса палеозойского фундамента.
Литература
1. Западная Сибирь // Геология и полезные ископаемые России: в 6 т. / гл. ред. В. П. Орлов. Ред. 2-го тома: А. Э. Конторович, В. С. Сурков. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2000. Т. 2. 477 с.
2. Лебедев Б. А. Геохимия эпигенетических процессов в осадочных бассейнах. Л.: Недра, 1992. 239 с.
3. Басков Е. А., Беленицкая Г. А., Романовский С. Н. и др. Литогеодинамика и минерагения осадочных бассейнов / под ред. А. О. Щеглова. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1998. 472 с.
4. Шор Г. М., Афанасьев А. М., Алексеенко В. П. Сравнительный анализ ураноносности чехлов России // Региональная геология и металлогения. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1999. № 8. С. 23-24.
5. Батулин С. Г., Грушевой Г. В., Зеленова О. И. и др. Гидрогенные месторождения урана. Основы теории образования. М.: Атомиздат, 1980. 270 с.
6. Фролов Г. В. Электрические свойства мерзлых пород. М.: Недра, 1980. 305 с.
7. Хмелевской В. К. Электроразведка. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1984. 422 с.
8. Пылаев А. М. Руководство по интерпретации вертикальных электрических зондирований. М.: Недра, 1968. 147 с.
9. Каленов Е. Н. Интерпретация кривых вертикального электрического зондирования. М.: Гостоптехиздат, 1957. 472 с.
10. Барышникова И. А., Иванюсь М. М., Черных Н. В. и др. Методические рекомендации по применению электроразведки методом СДВР. Л.: НПО «Рудгеофизика», 1984. 108 с.
11. Тарасов Г. А., Сомов Г. М., Елисеев А. А. и др. Метод переменного естественного электрического поля: методическое руководство. Л.: Недра, 1973. 128 с.
12. Ковтун А. А. Использование естественного электромагнитного поля при изучении электропроводности Земли. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 196 с.
13. Ваньян Л.Л., Бутковская А. И. Магнитотеллурические зондирования слоистых сред. М.: Недра, 1980. 228 с.
14. Жданов М. С. Электроразведка. М.: Недра, 1986. 316 с.
15. Парфентьев П. А., Пертель М. И., Прокофьев В. Е. Устройство для проведения аудиомаг-нитотеллурических зондирований земной коры. № 95121907/25, G01V3/08 с приоритетом от 27.12.1995.
16. Вешев А. В. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Недра, 1980. 391 с.
17. Любцева Е. Ф., Беляков В. И., Харламов М. М. и др. Изучение хорошо проводящего осадочного чехла комплексом методов, основанных на использовании естественных переменных электромагнитных полей и полей радиостанций // Вопросы геофизики. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006. Вып. 39. С. 91-98.
18. Булдаков М. В., Алексеев Е. П., Любцева Е. Ф. и др. Уточнение местоположения Правобережного разлома и особенности геолого-тектонического строения района полигона Северный методом аудиомагнитотеллурического зондирования // Исследования гранитоидов Нижнекан-ского массива для захоронения РАО. Материалы КНТС / под ред. Е. Ф. Любцевой. СПб., 1999. С. 170-173.
19. Пертель М. И., Алексеев Е. П., Булдаков М. В. и др. Разработка методики проведения и предварительные результаты электроразведочных работ с целью определения области распространения солевых растворов с радиоактивными отходами на полигоне Северный // Исследования гранитоидов Нижнеканского массива для захоронения РАО. Материалы КНТС / под ред. Е. Ф. Любцевой. СПб., 1999. С. 174-175.
20. Андерсон Е. Б., Даценко В. М., Кирко В. И. и др. Результаты комплексных геологических исследований Нижнеканского массива для обоснования возможности его использования для захоронения отвержденных радиоактивных отходов // Исследования гранитоидов Нижнекан-
ского массива для захоронения РАО. Материалы КНТС / под ред. Е. Ф. Любцевой. СПб., 1999. С. 14-23.
21. Любцева Е. Ф., Алексеев Е. П., Булдаков М. В. и др. Результаты работ методом аудиомагни-тотеллурического зондирования на участках «Итатский» и «Каменный» // Исследования грани-тоидов Нижнеканского массива для захоронения РАО. Материалы КНТС / под ред. Е. Ф. Любцевой. СПб., 1999. С. 24-34.
22. Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка данных и теория. М.: Мир, 1980. 535 с.
23. Порохова Л. Н., Харламов М. М. Решение обратной задачи МТЗ для случая непрерывного распределения проводимости // Проблемы исследования электромагнитных полей на акваториях. М.: ИЗМИРАН, 1983. С. 150-156.
24. Porohova L. H., Kharlamov M. M. The solution of the one-dimensional inverse problem for induction sounding by an efficient linearization technique // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1990. Vol. 60. P. 68-79.
25. Харламов М. М. Эффективная процедура минимизации невязки в нелинейных обратных задачах геофизики // Методика и результаты геофизических исследований докембрийских пород Восточной части Балтийского щита. Петрозаводск: Карельск. ин-т геологии РАН, 1987. С. 139-144.
26. Харламов М. М. О расширении области применимости некоторых эвристических методов интерпретации данных МТЗ // Методика и результаты геофизических исследований до-кембрийских пород Восточной части Балтийского щита. Петрозаводск: Карельск. ин-т геологии РАН, 1987. С. 144-150.
Статья поступила в редакцию 27 марта 2012 г.
