Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/krym/krim008.htm
Дата изменения: Wed Apr 10 17:35:18 2002
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:07:46 2012
Кодировка: koi8-r
VES. Previous PageNext PageTable of contents     This page is in KOI-8 encoding
 

  3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗОНДИРОВАНИЯ

     В ходе краткого курса лекций и лабораторного практикума по электроразведке в Москве студенты познакомились с методом вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) в его традиционном (классическом варианте). Напомним основные положения ВЭЗ.

Метод ВЭЗ предназначен для изучения горизонтально-слоистых сред (или полого-залегающих сред с углами наклона не более 15-20њ). Для ВЭЗ обычно используется симметричная четырехэлектродная установка Шлюмберже. На каждом разносе измеряются значения тока в AB и напряжения в линии MN по которым вычисляется rк. Основная идея ВЭЗ - чем больше разнос установки, тем больше глубина исследования. Идея основана на законе распределения плотности тока с глубиной. Плотность тока, точнее ее горизонтальная составляющая Jx в середине разноса AB меняется с глубиной z относительно плотности тока на поверхности Jx0 по следующему закону:

      На поверхности земли (z=0) плотность тока будет максимальной, а с глубиной она убывает (рис.3.1). Для увеличения плотности тока на какой-то глубине, а значит для увеличения глубины исследования, необходимо увеличить разнос R. В среднем глубину исследования метода ВЭЗ можно оценить как 1/3 R. Если интересующая нас граница находится на глубине H, то максимальный разнос для ее надежного обнаружения должен быть не менее 3H. При этом начальный разнос обычно не связывают с глубиной этой границы, а берут равным 1-1.5 м. Малые разносы нужны для определения свойств слоев выше интересующей нас границы, что необходимо для интерпретации всей кривой ВЭЗ.
Традиционная методика ВЭЗ состоит в следующем: В центре зондирования располагают линию MN, приборы, катушки для разноса питающих электродов. В процессе зондирования питающие электроды разносят по прямой линии симметрично относительно центра установки, так чтобы разносы возрастали в геометрической прогрессии с коэффициентом 1.2-1.5. Геометрическая прогрессия при построении кривой зондирования на билогарифмическом бланке дает равномерный шаг точек на кривой. Разнос приемных электродов MN не должен превышать 1/3 минимального разноса AB. Когда с ростом разносов AB измеряемый сигнал убывает и приближается к пределу чувствительности прибора, то линию MN следует увеличить. Сегменты кривой ВЭЗ для разных длин MN измеряют с некоторым перекрытием. Несовпадение этих сегментов называют "воротами". Точки ВЭЗ располагают по отдельным профилям или равномерно по площади. Чтобы избежать случайных ошибок при выполнении ВЭЗ обычно по результатам измерений сразу рассчитывают rк и наносят очередную точку на график, контролируя гладкость кривой ВЭЗ. Кривые ВЭЗ интерпретируют с помощью наборов теоретических кривых, собранных на отдельных листах - палетках, или на ЭВМ. При интерпретации важно правильно оценить по виду кривой ВЭЗ число слоев и соотношение сопротивлений в разрезе. Для этого кривую ВЭЗ сравнивают с трехслойными модельными кривыми (рис.3.2), названными буквами K, H, Q, A.
    Как правило интерпретация ВЭЗ нуждается в дополнительной информации о разрезе: числе слоев, сопротивлениях и мощностях отдельных слоев. Искусство интерпретатора состоит прежде всего в умении собрать и использовать дополнительную геологическую информацию. Количество слоев, выделяемых на кривой ВЭЗ, может не совпадать с геологически известным числом слоев в разрезе, так как отдельные группы слоев могут не различаться по электрическим свойствам. Физические границы (уровень грунтовых вод, выветривание) могут увеличивать видимое на ВЭЗ число слоев. С учетом геологической ситуации на первом этапе интерпретации осуществляется идентификация геоэлектрических горизонтов и их привязка к определенным слоям. После этого уже выполняется количественная интерпретация.
    Практика интерпретации ВЭЗ показала, что более качественных результатов можно добиться применяя групповую интерпретацию ВЭЗ. Ее принципы можно сформулировать в следующем виде:
 1) Количественной интерпретации должен предшествовать этап качественного анализа данных ВЭЗ и их сопоставления с имеющейся дополнительной информацией о разрезе.
 2) Последовательность интерпретации - от простых кривых к более сложным, от точек с известным разрезом к менее известным, от однозначно интерпретируемых к эквивалентным.
 3) Когда это возможно, интерпретация проводится с закрепленными параметрами слоев (обычно сопротивлением), что уменьшает пределы действия эквивалентности.
     По результатам интерпретации ВЭЗ строят геоэлектрический разрез.
После 1991 г. во многих странах на смену традиционным электрическим зондированиям пришла новая методика, впервые использованная в России А.А.Либерманом и В.К.Хмелевским и получившая в МГУ название "сплошных электрических зондирований" - СЭЗ. Методика отличается от ВЭЗ высокой плотностью наблюдений и более надежными геологическими построениями. Разносы ВЭЗ возрастают в геометрической прогрессии в соответствии с принципом зондирования. Разносы СЭЗ возрастают в арифметической прогрессии с постоянным (линейным) шагом, к тому же равным шагу зондирований по профилю. (Примечание. Для регистрации начальной ветви кривой зондирования в СЭЗ иногда применяют более частый шаг роста малых разносов, логарифмический или линейный.) Точки ВЭЗ размещают по профилю с линейным шагом, но не связанным с сеткой разносов ВЭЗ. У СЭЗ шаг по профилю жестко связан с сеткой разносов. Для ВЭЗ обычно используется установка Шлюмберже, для СЭЗ двухсторонняя трехэлектродная установка AMN+MNB. Основной формой представления ВЭЗ является кривая зондирования, а СЭЗ - разрезы rк. Два основных разреза rк для установок AMN и MNB дополняются системой трансформаций (V, D, G, Z, X) позволяющих на разрезах увидеть проявление геологических помех и глубинных структур. Система наблюдений, применяемая в СЭЗ позволяет превратить искажения от приповерхностных неоднородностей из случайных (для ВЭЗ) в регулярные. С регулярной помехой легче бороться, поэтому в СЭЗ разработаны эффективные системы подавления геологических помех, использующие свойство регулярности их проявления (программы Median и MPC). При профильных работах с установкой AMN+MNB за направление профиля принимается направление от меньших к большим номерам пикетов. Установкой AMN считается установка с питающим электродом, движущимся в сторону начала профиля, а MNB - в сторону конца профиля.
 

3.1. ИСКАЖЕНИЯ КРИВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ,

ВЫЗВАННЫЕ ПРИПОВЕРХНОСТНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ.


Электрические зондирования можно выполнять с разными установками: Шлюмберже, Веннера, AMN+MNB, AM, дипольной осевой AB_MN и др. Даже с трехэлектродными установками AMN+MNB можно зондировать по разному: с неподвижной линией MN и движущимися питающими электродами и наоборот, с неподвижным питающим электродом и движущейся линией MN (методика точечных зондирований - ТЗ). При выполнении зондирования установка может расположиться вблизи приповерхностной неоднородности (ППН). Так как установка зондирования состоит из неподвижного элемента установки и движущегося, то возможны случаи, когда неподвижный элемент установки попал в пределы ППН, или движущийся элемент пересек ППН. Кроме того, искажение зависит от вида элемента установки. Следует различать дипольный элемент установки (MN) и одиночный элемент (электрод A или B). Так как количество возможных вариантов с учетом разных установок, и того, что движется (дипольный или одиночный элемент), где находится неоднородность - под неподвижным элементом или пересекается движущимся, это количество вариантов очень велико, то ограничимся установкой AMN+MNB с неподвижной MN.
     Рис.3.3 показывает, как проявляется полусферическая ППН на кривых электрического зондирования для трехэлектродной установки AMN с точкой записи, относимой к неподвижному элементу установки. Кривая 0 соответствует фоновому двухслойному разрезу без ППН. Кривые 1, 2, 3, 4 отвечают различным вариантам встречи (б) элементов установки AMN с ППН. В случае 1 неподвижный диполь MN находится над ППН в 3 м правее центра, а одиночный электрод A перемещается вправо. В случае 2 одиночный электрод A находится над ППН в 3 м правее центра, а перемещается диполь MN. В случае 3 неподвижный одиночный электрод находится вне ППН, а подвижный диполь MN проходит над неоднородностью. В случае 4 неподвижный диполь MN находится вне ППН, а одиночный электрод проходит над ней.
     В рассматриваемых случаях мы наблюдаем искажения двух типов: 1) квазиконформные (случаи 1 и 2 на рис.3.3), 2) неконформные (случаи 3 и 4 на рис.3.3). Квазиконформные искажения наблюдаются, когда неподвижный элемент установки попадает в пределы ППН. Здесь кривая rк смещается по оси сопротивлений, почти не меняя своей формы. Неконформные искажения наблюдаются в случаях 3 и 4, когда подвижный элемент установки проходит над ППН. Здесь меняется форма участка кривой rк, отвечающего прохождению элемента установки над ППН. Отметим, что дипольный элемент установки в этом случае дает более сильные по амплитуде эффекты, чем одиночный (поле наиболее резко меняется на границах ППН). Отметим также, что случаи 2 и 3 соответствуют методике точечных зондирований (ТЗ) - питающий электрод A неподвижен, измерительный диполь MN перемещается вдоль профиля, точка записи относится к электроду A.
     Для часто используемой нами установки AMN с точкой записи в середине неподвижной линии MN, искажения, связанные с питающим и измерительным элементами, различны по амплитуде и по форме. Поэтому для их описания мы используем более локальные термины - Р и С эффект.
P- (или S-) эффект - это искажения неоднородностями вблизи приемных электродов. P-эффект - от "potential" - измерительных электродов, а S- эффект - был так впервые назван М.Н.Бердичевским и использовался в МТЗ для описания аналогичного эффекта; название произошло от термина "sigma" - проводимость. Р-эффект проявляется как вертикальный сдвиг всей кривой или ее сегментов по оси сопротивлений без изменения формы. Если кривая не сегментирована, то P-эффект обнаруживается при сопоставлении этой кривой с соседними, а для сегментированной кривой - по заметному расхождению сегментов по вертикали при сохранении общей формы кривой (рис.3.4). Устранение P-эффекта называется нормализацией кривой.
Для сегментированной кривой сначала осуществляется частичная нормализация (все сегменты сдвигаются до соприкосновения друг с другом). Сопоставляя кривые по профилю, можно осуществить более полную нормализацию, приводя все кривые к одному базовому уровню - к той части всех кривых, которая наиболее выдержана по профилю (рис.3.5). На рис.3.5 показаны результаты ВЭЗ на археологическом объекте у дер. Красное на Куликовом поле. Шаг между зондированиями равен 1 м, а разносы - до 20 м. Разный уровень кривых ВЭЗ на рис.3.5,а не может быть вызван глубинными объектами, хотя на разрезе rк изолинии напоминают волнистую структуру. После нормализации кривых разрез выглядит как горизонтально-слоистый (рис.3.5, г).
     C - эффект - это искажения кривых ВЭЗ приповерхностными неоднородностями, вызванные движущимися над ППН питающими электродами (С эффект - от слова "current"). Хотя отражения на графиках профилирования и зондирования моментов перехода перемещаемого питающего электрода через приповерхностную неоднородность (контакт, пласт: полусферу и т.п.) были известны давно из работ И.М.Блоха, В.Р.Бурсиана, А.И.Заборовского и др., но как серьезная причина искажений кривых зондирования С - эффект был осознан в 1991 г., сначала на результатах математического моделирования и лишь после этого на экспериментальных данных. Причина в том, что при стандартной методике зондирования и на разрезе кажущихся сопротивлений его очень трудно распознать. Проявление С-эффекта на кривой AMN над полусферической ППН показано на рис.3.3 (кривая 4), а проявление на псевдоразрезе rк - на рис.3.6,а. Сильная вертикальная аномалия на рис.3.6,а - это Р - эффект, а С-эффект можно заметить по искривлению изолиний в виде наклонной зоны на разрезе rк под углом 45њ (вправо вниз). Намного более четко С-эффект виден на V-трансформации (производной rк по разносу) (рис.3.6,б). Когда питающий электрод попадает в неоднородность, кривая ВЭЗ заметно искажается на 1-2 разносах за счет резкого перераспределения плотности тока в разрезе. С-эффект обладает рядом особенностей, делающих его еще более опасным, чем P-эффект: а) изменяется форма кривой и следовательно, тип разреза и видимое число слоев; б) на серии кривых ВЭЗ по профилю он проявляется на разрезе rк как наклонный слой, причем с использованием линейного масштаба по оси разносов он выглядит прямолинейным, а с использованием логарифмического масштаба - изогнутым; в) при стандартной методике зондирований с четырехэлектродной установкой Шлюмберже и логарифмическим шагом увеличения разносов С-эффект может возникать то от электрода A, то от B, и на соседних кривых по профилю проявляться нерегулярно, лишь при точном попадании питающего электрода в неоднородность. При этом пропадает главный диагностический признак - форма искажения; г) на разрезах rк С-эффект виден не очень заметно за счет фоновых изменений поля.
     На рис.3.7 показано происхождение C-эффекта, возникающего от одной ППН при измерениях с разными точками расположения неподвижного диполя MN и одним подвижным электродом A, проходящим над ППН (темный прямоугольник). Система координат: расстояние по профилю (вправо), разнос АО (вниз). Точка записи относится к MN. При выборе линейного масштаба по оси разносов AO в данной системе координат, соответствующей разрезу rк, C-эффект проявит себя как линейная зона искажений, наклоненная под углом 45њ. Так как разносы AO начинаются с некоторого Rmin, и разрез rк рисуется с этого уровня, показанного на рис.3.7 горизонтальной линией, то аномалия от C-эффекта подходит к этому уровню не в точке фактического размещения ППН, а на расстоянии Rmin от нее, что учитывается на рис.3.8.
Рис.3.8 представляет искажающие эффекты, вызванные ППН в системе координат разреза rк для разных установок. Случаи 4 и 5 соответствуют трехэлектродной установке AMN и MNB, с точкой записи в центре MN. Попадание MN в ППН вызывает P-эффект (показан вертикальными линиями), а попадание токовых электродов A или B - вызывает C-эффект (показан наклонными линиями). Для установки Шлюмберже (случаи 2 и 3) от каждой ППН распространяются три луча искажений (вертикально вниз - P-эффект и два луча от C-эффектов, расходящихся от ППН с ростом разноса AO. Для нескольких ППН (случай 3) искажающие эффекты накладываются друг на друга и в результате возрастает общий уровень геологических помех и уменьшаются возможности корреляции кривых ВЭЗ по профилю, вплоть до полной потери возможности прослеживания границ в разрезе. Случай 1 на рис.3.8 соответствует установкам AM и ABMN (ДОЗ) с точкой записи в центре установки и расходящимися в процессе зондирования симметрично относительно центра обоими элементами установки. В этом случае токовые и приемные элементы установок эквивалентны, поэтому ППН вызывает появление двух одинаковых линии искажений, расходящихся на разрезе rк под углом 45њ. Искажения для установки Веннера имеют наиболее сложную форму. Так как одновременно растут как разносы AB, так и MN, и при этом с разной скоростью, а точка записи остается неподвижной, то углы наклона зон искажений от электродов AB и MN на разрезе rк различаются. При наличии нескольких ППН все эти зоны накладываются друг на друга, и поле rк оказывается очень сложным.
Мы изучали разрезы г. Придорожной между базами МГУ и МГРИ, сначала методом ЭП, а затем - СЭЗ (рис.3.9). Профиль 1 длиной 300 м, представленный на рис.3.10 и 3.11, изучен двухсторонними трехэлектродными зондированиями (AMN и MNB) с шагом ВЭЗ по профилю 10 м. Разносы АО от 2 до 100 м. Разрезы кажущихся сопротивлений (рис.3.10) очень выразительно представляют эту структуру. Хорошо заметна разница между разрезами rк для AMN и MNB (рис.3.10), которая показывает, что результаты сильно искажены горизонтальными неоднородностями и без коррекции их нельзя удовлетворительно проинтерпретировать. Введение поправок за искажающее влияние приповерхностных неоднородностей проводится с помощью алгоритмов и программ пакета IPI-2D. После введения поправок данные можно проинтерпретировать точнее и надежнее.
На рис.3.11 показан геоэлектрический разрез по результатам интерпретации СЭЗ по профилю 1. Судя по рис.3.11 разрез г. Придорожной является грабенообразной структурой, в которой тело известняков с вертикальной мощностью 20 м ограничено двумя субвертикальными разломами. Вмещающий разрез сложен рыхлыми мергелями.
     С 1992 г., когда впервые применили методику СЭЗ на г. Придорожной, этот район исследован по нескольким профилям СЭЗ (1,2,3) и обычному ЭП (пр.4). Строение этого участка в плане (по данным Л.М.Расцветаева, подтвержденным электроразведкой, рис.3.9) представляется в виде клина, ограниченного двумя тектоническими нарушениями, сходящимися в восточном направлении. В пределах центрального блока породы опущены, в результате по разломам контактируют породы с разным возрастом и свойствами. В восточной части этого блока на поверхность выходят известняки (слагающие вершину Придорожной), а западнее шоссе известняков нет, но свойства пород внутри блока заметно отличаются от свойств вмещающих грабен толщ.

Previous PageNext PageTable of contents