CC BY
22
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 1 (10)
физико-матетамические науки
УДК 550.837 В.Б. Залищак
ЗАЛИЩАК ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧ - старший преподаватель кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет). E-mail: zalishchak@mail.ru
ПРИМЕР ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ БОКОВОГО ВЛИЯНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОБРЫВА
Представлены результаты полевого эксперимента по изучению искажений, вносимых в данные вертикального электрического зондирования боковым влиянием крутого берегового обрыва. Проведен сравнительный анализ результатов интерпретации кривых зондирования, полученных над горизонтально-слоистой средой, на удалении и вблизи вертикального обрыва. Ключевые слова: электрическое зондирование, боковое влияние, береговой обрыв.
The example of interpretation of the electrical sounding with consideration of lateral influence of the vertical bluff. Vladimir B. Zalishchak (Far-Eastern Federal University, Vladivostok).
The result of the field investigation of the distortion of vertical electrical sounding data, introduced by the lateral influence of the vertical bluff, is presented in the article. The comparative analysis of the results of interpretation of the curves of the electrical sounding received above the horizontal-layered media in the distance and not far away the vertical bluff is executed. Key words: electrical sounding, lateral influence, bluff, interpretation.
Проблема бокового влияния на кривые вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) - геоэлектрические неоднородности, находящиеся вне профиля наблюдений, могут вносить значительные искажения в значения кажущегося сопротивления - давно привлекала внимание электроразведчиков. В работах классика отечественной геофизики А.М. Пылаева рассматривались особенности кривых ВЭЗ, обусловленные наличием вертикального контакта, отделяющего горизонтально-слоистую среду от изолятора, и предлагались некоторые приемы приближенной интерпретации таких кривых. Способ решения прямой задачи электрического зондирования для горизонтально-слоистой среды, ограниченной вертикальным контактом с изолятором, для случая расположения установки ВЭЗ параллельно контакту, был предложен Г. А. Череменским [8]. Нами было получено решение при произвольной ориентировке четырехэлектродной и трехэлектродной установок относительно вертикального контакта, а также разработаны алгоритм и программа решения прямой задачи ВЭЗ [3], которая позволяет весьма быстро рассчитывать серии кривых для различных параметров геоэлектрической модели. В последнее время появились алгоритмы и программы (в частности, построенные на основе метода интегральных уравнений), позволяющие рассчитывать кажущееся сопротивление для слоистых сред, ограниченных поверхностями произвольной
© Залищак В.Б., 2012
формы [2, 5], т.е. для гораздо более общего случая, чем вертикальный контакт горизонтально-слоистой среды с изолятором. Однако поскольку эти алгоритмы предусматривают решение систем линейных уравнений большой размерности, расчет кажущегося сопротивления с их применением занимает довольно много машинного времени, что не позволяет использовать их для создания программ решения обратной задачи с приемлемым быстродействием. Между тем решение прямой задачи для частного случая ограничения горизонтально-слоистой среды вертикальным контактом, основанное на расчете кривых ВЭЗ над горизонтально-слоистой средой [3, 8], является хорошей основой для создания быстродействующих программ решения обратной задачи электрического зондирования [3].
В природе рассматриваемая геоэлектрическая модель наиболее ярко бывает представлена в случаях, когда горизонтально-слоистый разрез «срезается» крутым, часто вертикальным, обрывом. Это может происходить как естественным путем - в результате абразии берегов рек, озер, морей, так и искусственным - при разработке уступов карьеров, строительных котлованов, проходке канав, траншей с вертикальными бортами, и т.п. Поскольку воздух имеет практически бесконечное удельное электрическое сопротивление, можно считать, что вертикальный обрыв массива пород, пласты которых залегают горизонтально, может весьма удовлетворительно апроксимироваться моделью горизонтально-слоистой среды, ограниченной вертикальным контактом с изолятором.
Интересно, что пример электрического зондирования (с установкой Веннера) вблизи бровки вертикального обрыва на морском берегу приводится в известной книге иностранных авторов [6].
Экспериментальные исследования с целью изучения бокового влияния крутых береговых обрывов на кривые ВЭЗ проводились в процессе геофизической практики студентов ДВГТУ на острове Попова, который расположен в заливе Петра Великого, юго-западнее о-ва Русский и отделен от последнего сравнительно узким проливом Старка. В геологическом строении о-ва Попова принимают участие разнообразные магматические породы, среди которых преобладают гранитоиды [1]. Характерно наличие довольно мощных (до первых десятков метров, по данным ВЭЗ [4]) кор выветривания по гранитам. Склоны сопок в значительной степени покрыты коллювиальными отложениями [4].
В последнее десятилетие на о-ве Попова регулярно проводятся полевые практики студентов-геофизиков ДВГТУ на базе Морской экспериментальной станции Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, в рамках организации учебно-научного геолого-геофизического полигона [1, 7]. За это время выполнен довольно большой объем геофизических работ, в основном магнито- и электроразведочных [4]. Магнитной съемкой покрыта практически вся территория острова [1, 4]; получено более 80-ти кривых ВЭЗ. Несколько точек электрических зондирований располагались в непосредственной близости от бровок крутых (в верхней части - вертикальных) береговых обрывов. Надо сказать, что проведение в процессе геофизической съемки электрических зондирований над обрывом полезно с точки зрения методики - студенты могут непосредственно на обнажении обрыва визуально изучать геологический разрез и сопоставлять его с получаемой кривой ВЭЗ. Особенно нагляден пример, когда разрез вблизи обрыва представлен горизонтально залегающими осадочными рыхлыми отложениями. Последние, как известно, характеризуются тесной связью между литологией и удельным электрическим сопротивлением, что позволяет надежно коррелировать особенности кривой зондирования с разрезом. Кроме того, если разрез близок к горизонтально-слоистому, можно достаточно уверенно предположить, что при удалении от бровки обрыва мощности и удельные сопротивления горизонтов практически не меняются, и различия
кривых ВЭЗ, полученных вблизи бровки и на некотором удалении от нее, будут определяться в основном боковым влиянием изолятора (воздуха), находящегося за обрывом. В частности, именно такой случай рассмотрен в известной книге [6].
ВЭЗ № 4-17 и № 4-18 (кривые показаны на рисунке) с установкой Шлюмберже АМЫВ были проведены в районе мыса Низкого, который находится на северо-западном побережье о-ва Попова. В вертикальном обрыве высотой более 20 м обнажаются породы коры выветривания, перекрытые коллювиальными отложениями небольшой мощности. Центр (середина линии МЫ) ВЭЗ № 4-17 находился от бровки обрыва на расстоянии 2 м, центр ВЭЗ № 4-18 - на расстоянии 30 м. Разносы обоих зондирований выдерживались параллельно бровке обрыва. Обе кривые относятся к типу Н. Различие в кривых определяется, главным образом, боковым влиянием вертикального обрыва - плотность тока вблизи приемных электродов увеличивается за счет экранирующего влияния изолятора: поэтому закономерно увеличивается и кажущееся сопротивление [9] (см. рисунок).
А В/2, м
Кривые ВЭЗ вблизи обрыва на побережье о-ва Попова: ВЭЗ № 4-17: центр ВЭЗ на расстоянии 2 м от бровки обрыва; № 4-18: центр на расстоянии 30 м от бровки; разносы АВ обоих ВЭЗ параллельны обрыву
С целью количественной оценки искажений, вносимых в кривую ВЭЗ боковым влиянием, была проведена интерпретация ВЭЗ № 4-17 в двух вариантах: с учетом и без учета бокового влияния. Интерпретация данной кривой как горизонтально-слоистой позволит смоделировать ситуацию, когда боковое влияние обусловлено погребенным под наносами контактом со средой очень высокого сопротивления. Интерпретация кривой № 4-17 в рамках горизонтально-слоистой модели проводилась с использованием известной программы 1Р1, созданной в МГУ [2, 5]. Интерпретация в рамках модели горизонтально-слоистой среды, осложненной вертикальным контактом с изолятором, проводилась в интерактивном режиме с помощью программы Vesobr, разработанной автором настоящей статьи [3]. Результаты интерпретации приведены в таблице.
№ слоя Параметры слоя Результаты интерп ретации
с учетом влияния обрыва без учета влияния обрыва относительная ошибка, %
1 р1 , Ом • м 210 297 +41,4
h1 , м 1,40 1,09 -22,1
2 р2 , Ом • м 33 58,8 +78,2
h2 , м 6,70 5,52 -17,6
(hi+ h,), м 8,10 6,61 -18,4
3 р3 , Ом • м 63 119 +88,9
Результаты сравнительной интерпретации свидетельствуют о том, что боковое влияние приводит к завышению удельных электрических сопротивлений и занижению мощностей слоев геоэлектрического разреза, что соответствует теоретическим оценкам [3, 8]. Причем ошибки определения удельных сопротивлений заметно выше, чем ошибки определения мощностей слоев и глубин залегания границ, которые, тем не менее, значительны. Таким образом, интерпретацию данных ВЭЗ в случае наличия бокового влияния следует выполнять с учетом геоэлектрических неоднородностей, находящихся в стороне от профиля наблюдений; для локализации же последних - проводить дополнительные исследования методами электрического зондирования и профилирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бессонова Е.А., Гаврилов А.А. Геологическая интерпретация аномального магнитного поля о. Попова (залив Петра Великого, северо-западная часть Японского моря) // Вопр. теории и практики геолог. интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: материалы 33-й сессии Междунар. семинара им. Д.Г. Успенского. Екатеринбург: Ин-т геофизики УрО РАН, 2006. С. 38-43.
2. Бобачёв А.А. Решение прямых и обратных задач электроразведки методом сопротивлений для сложно-построенных сред: автореф. дис. ... канд. ф.-м. наук. М., 2008. 19 с.
3. Залищак В.Б. Электрическое зондирование вблизи обрыва // Тр. Дальневост. гос. техн. ун-та. Вып. 132. Владивосток: Изд-во ДВГТУ 2002. С. 42-46.
4. Залищак В.Б., Бессонова Е. А. Некоторые особенности естественного электрического и магнитного полей острова Попова (г. Владивосток) // Вологдинские чтения: материалы юбилейной науч. конф. 25 - 28 ноября 2008 г., Владивосток. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. С. 25-26.
5. Модин И.Н. Электроразведка в технической и археологической геофизике: автореф. дис. ... д-ра. техн. наук. М., 2010. 49 с.
6. Прикладная геофизика / Телфорд В.М., Гелдарт Л.П., Шерифф Р.Е., Кейс Д.А. / пер. с англ. М.: Недра, 1980. 502 с.
7. Природа магнитных аномалий островов Попова, Рикорда, Рейнеке (залив Петра Великого, Японское море) / Бессонова Е.А., Никифоров В.М., Залищак В.Б., Зверев С.А., Емельянова Т.А. // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря. М.: ГЕОС, 2008. С. 340-355.
8. Череменский Г. А. Способ вычисления палеток ВЭЗ в районе вертикального контакта // Зап. Ленингр. горн. ин-та. Вып. 89. Л., 1981.
9. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электроразведка: уч. для вузов. 5-е изд. М.: Недра, 1988. 395 с.
