CC BY
71
© А.А. Тайницкий, Ю.И. Степанов, 2011
УДК 550.837
А.А. Тайницкий, Ю.И. Степанов
ОПЫТ ИЗМЕРЕНИЯ МТ-ПОЛЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ИСТОЧНИКОМ
Рассмотрен первый опыт работы и возможности применения станции Stratagem EH4 производства фирмы Geometrics, которая позволяет проводить измерения вариаций МТ-поля с использованием, как естественных вариаций электромагнитного поля, так и управляемых, искусственно возбуждаемых специальным источником (трансмиттером).
Ключевые слова: магнитотеллурическое поле, геоэлектрический разрез, амплитудная кривая, фазовая кривая.
агнито-теллурические зондирования (МТЗ) основаны на изучении естественного электромагнитного поля Земли (ЕЭМП). Электромагнитные поля атмосферного и ионосферного происхождения позволяют получить природный источник мощных вариаций так называемого магнито-теллурического поля (МТ-поле) в широком диапазоне частот.
Метод АМТЗ основан на изучении поверхностного импеданса естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне частот от единиц герц до первых тысяч герц. Основным источником электромагнитных полей звукового диапазона частот является, по мнению многих исследователей, грозовая активность в экваториальной части Земли, и эти поля имеют шумовой характер. Измерения естественных электромагнитных полей в рассматриваемом диапазоне частот позволяют изучать геоэлектрический разрез в диапазоне глубин от первых десятков метров до первых километров. При этом обеспечивается высокая производительность измерений при относительно невысокой стоимости проведения работ, что позволяет применять метод АМТЗ для площадных поисковых работ.
Важным достоинством метода АМТЗ является возможность аппроксимации первичного поля плоской вертикально падающей волной. Это наиболее простая модель поля, и для нее детально разработаны способы интерпретации результатов измерений для случаев горизонтально-слоистой и горизонтально-неоднородной сред В изучаемом частотном диапазоне естественное поле не обладает выраженной поляризацией, что позволяет реализовать тензорные измерения и получать информацию о строении горизонтально-неоднородных сред.
К сожалению, естественные сигналы нужной частоты и амплитуды не всегда доступны в нужный момент времени. Методика с комбинированным источником позволяет преодолеть это затруднение. Комбинированный источник означает, что мы используем комбинацию естественных магнитотеллурических сигналов и искусственных сигналов излучателя. Используются любые естественные фоновые сигналы во всем диапазоне частот, а в том случае, если естественные сигналы слабы, излучатель генерирует дополнительные высокочастотные сигналы в определенном диапазоне.
Рис. 1. Схема установки АМТЗ со станцией Stratagem EH4
Станция Stratagem EH4 производства фирмы Geometrics (США) позволяет проводить измерения вариаций МТ-поля с использованием, как естественных вариаций электромагнитного поля, так и управляемых, искусственно возбуждаемых специальным источником (трансмиттером).
Станция обеспечивает измерение вариаций электрического и магнитного полей с частотами от 10 Гц до 100 кГц, что в соответствии с принципом частотного зондирования, с учетом удельного сопротивления пород, обеспечивает глубину исследований от нескольких метров до 1 километра и более. В результате проведения замера записывается несколько временных серий вариаций электромагнитных полей, которые подвергаются прямому преобразованию Фурье, что позволяет рассчитать импедансы исследуемой среды. Последние преобразуются в кажущиеся сопротивления среды и представляются ввиде функций частоты. Все перечисленные операции выполняются в полуавтоматическом режиме процессором, являющимся основным органом управления станицей. Кроме того, станция позволяет проводить первичную обработку данных непосредственно в полевых условиях, что обеспечивает контроль качества получаемого материала и повышение оперативности работ.
The Stratagem состоит из двух основных компонентов: ресивера (измерителя), который производит сбор, хранение и первичную обработку материала, и трансмиттера(генератора колебаний средних и высоких частот), применяемый в условиях когда высокочастотная составляющая электромагнигных вариаций очень мала по амплитуде или совсем отсутствует.
Нами проведены опытные работы с данной станцией по одному из профилей на территории Верхнекамского месторождения солей. Отработанный профиль проходит через зону разубожива-ния сильвинита каменной солью. Длина профиля составляет 2,6 км. Наблюдения проведены через 100 м.
Обработка данных АМТЗ была выполнена с использованием программы поставляемой совместно с МТ станцией. Программа разработана с использованием трансформации Бостика.
Преобразование Бостика основано на выводе из формул свя-зывающих значения отсекаемые на оси периодов ассимпотическими линиями восходящих S и низходящих Н ветвей кривой МТЗ с обобщенными параметрами разреза. В результате математических преобразований получены формулы:
2 - т
где
ї
А
Б
Рис. 2. Результаты обработки данных АМТЗ: А) разрез рТ от частоты; Б) геоэлектрический разрез в соответствии с преобразованием Бостика
^£]_ / = $ 1(^ рТ / с/ 1с^ л/Г = т
Рт V Г
которые позволяют пересчитывать кажущееся сопротивление рТ и соответствующий корень из периода в действующее сопротивление, а формула
РтКащ о)
позволяет пересчитывать их в отвечающую этому действующему сопротивлению на действующую глубину.
Совместный анализ разрезов кажущихся и эффективных сопротивлений в соответствии с преобразованием Бостика позволил выделить зону повышен-
ных сопротивлений, начиная с глубины 250 м (рис. 2). По латерали размеры этой зоны с глубиной увеличиваются. Результаты анализа керна скважины, пробуренной в пределах высокоомной области, позволяют сделать заключение о связи выделенной зоны с участком замещения продуктивных пластов сильвинита каменной солью с повышенными плотностными характеристиками.
На рис. 3 представлены полярные диаграммы ряда компонент импеданса для периода Т = 0.063 а В поведении импедансных диаграмм 2ху присутствует явная субмеридиональная закономер-
23 ^4-4 “*”Zx’y’ ность ориентации вдоль
Zxx профиля. Возможно, это Г v обусловлено прохождением
\\ \J профиля через зону разрывных флексурно-структурных (Z\ дислокаций субмеридио-
I V \ \ нального простирания.
\ X На рис. 4 приведены ре-
зультаты рассчитанные по
Рис. 3. Импедансные полярные диаграммы Zxy и Zx>x> на Данным полевых измерений точках МТЗ 3,1S, 23 и синтетические кривые
(ожидаемые) построенные по данным разведочного бурения. На кривых отмечается сильный разброс значений в области коротких периодов, соответствующих частотам от 10 до 100кГц. Это обусловлено работой технологических установок, так как измерения производились в пределах городской агломерации.
В рамках выполненных работ на данном этапе количественная интерпретация не проводилась. В последствии планируется при построении частотных зависимостей тензора импеданса опробовать статистические подходы, учитывающие закономерности МТ-поля и характер помех. і istjH
Рис. 4. Кривые кажущегося сопротивления (сверху) и фазовая (снизу). Синтетические (theory) и практические кривые (xy)
Коротко об авторах ___________________________________________________________
Тайницкий А.А. - аспирант Горного института УрО РАН
Степанов Ю.И. - кандидат геолого-минералогических наук, ученый секретарь Горного института УрО РАН, arc@mi-perm.ru
/-Д
