А. Метод частотного и дистанционного зондирования гармоническим электромагнитным полем (прил. 60—64)

3.3.7.1. Метод зондирования гармоническим электромагнитным полем (ЗГЭМП) основан на изучении зависимости электрической или магнитной напряженности искусственно возбуждаемого электромагнитного поля от его частоты или расстояния до источника с целью определения характеристик геоэлектрического разреза. Зондирование проводится в диапазоне частот от десятых долей герца до единиц мегагерц.

3.3.7.2. Метод ЗГЭМП применяется для изучения слоистого геоэлектрического разреза. Благоприятными условиями для него являются: а) отсутствие резких нарушений горизонтальной однородности разреза, особенно в его верхней части; б) слабо расчлененный рельеф дневной поверхности; в) наличие на исследуемом участке опорных скважин или опорных профилей, построенных по данным бурения, сейсморазведки или других геофизических методов; г) отсутствие интенсивных индустриальных помех.

В благоприятных условиях геоэлектрического разреза метод может быть применен для выявления и прослеживания локальных неоднородностей, в частности для поисков и разведки рудных и нефтегазовых месторождений.

Преимуществами ЗГЭМП являются: а) возможность исследования разреза под экранами высокого удельного сопротивления, б) возможность зондирования на точке без изменения разноса при изменении частоты поля, в) возможность бесконтактного способа возбуждения поля и измерения его напряженности. Его применение целесообразно, если проведение зондирования постоянным током (см. 3.3.4) невозможно или встречает значительные трудности из-за плохих условий заземления (в зимне-весенний период при наличии мерзлого слоя, либо с поверхности льда на озере или шельфе, на участках развития крупноглыбовых осыпей, на дюнных песках и др.), при изучении геоэлектрических разрезов типа К или Н. Применим практически на всех стадиях геологоразведочного процесса и во всех масштабах. Часто используется в комплексе с дипольным электромагнитным профилированием (см. 3.3.8), что позволяет разредить сеть зондирования.

3.3.7.3. Модификации метода ЗГЭМП различаются способом возбуждения электромагнитного поля и измеряемой составляющей, а также способом изменения условий измерения.

Электромагнитное поле создается переменным током, пропускаемым через заземленную линию АВ (электрический диполь) либо незаземленную петлю или рамку (магнитный диполь). Измеряемыми характеристиками могут быть: а) напряженность электрического поля, б) напряженность магнитного поля, в) импеданс, г) отношение пространственных составляющих вектора напряженности магнитного поля, д) отношение полуосей эллипса поляризации переменного магнитного поля, е) угол наклона большой оси эллипса поляризации переменного магнитного поля к горизонту (см. 3.3.7.16).

Чувствительным элементом (преобразователем) в точке измерения могут быть приемная линия (для измерения электрической напряженности), приемная рамка или катушка (для измерений магнитной напряженности). В зависимости от способа изменения условий измерения зондирования могут быть частотными (изменяется частота), дистанционными (изменяется разнос установки) и комбинированными (изменяются частота и разнос).

Выбор модификации ЗГЭМП зависит от геоэлектрического разреза, поставленных геологических задач, условий заземления и наличия соответствующей аппаратуры. При плохих условиях заземления целесообразно измерение напряженности магнитного поля в поле магнитного диполя; возможно также использование бесконтактного способа измерения напряженности электрического поля. В сравнительно сложных условиях заземления может быть применена установка с измерением напряженности магнитного поля в поле электрического диполя или с измерением напряженности электрического поля в поле магнитного диполя. Измерения импедансов, а также отношения пространственных составляющих, или полуосей эллипса поляризации переменного магнитного поля, или угла наклона большой оси эллипса используются для повышения разрешающей способности зондирования и для решения поставленных геологических задач при возможно меньшем разносе или при более высокой частоте. Кроме того, относительные измерения обладают преимуществом с точки зрения повышения точности результатов, поскольку при этом снижается погрешность, связанная с нестабильностью показаний, а при измерении отношения полуосей эллипса поляризации исключается погрешность, связанная с неточностью ориентации приемной рамки. При измерении напряженности электрического поля в поле электрического диполя возможно использование радиальных и экваториальных установок (аналогично дипольному зондированию на постоянном токе — см. 3.3.4).

3.3.7.4. Выбор разноса и частоты электромагнитного поля производится на основе анализа результатов опорного зондирования или путем вычисления характеристик, соответствующих предполагаемому строению геоэлектрического разреза.

В большинстве случаев разнос установки должен превышать глубину залегания опорного горизонта не менее чем в 2—5 раз. Ориентировочно при зондированиях на глубину 1—2 км измерения проводятся на частотах от десятых долей герца до десятков килогерц (низкочастотное зондирование) с максимальным разносом до 3—5 км; при зондированиях на глубину не менее 100—200 м — на частотах от первых сотен герц до первых сотен килогерц (среднечастотное зондирование) с максимальным разносом не менее 300—500 м; при зондировании на глубину от единиц метров до не менее первых десятков метров — на частотах от единиц килогерц до единиц мегагерц (высокочастотное зондирование) с максимальным разносом до 100—200 м.

При проведении частотных зондирований частота может изменяться непрерывно или дискретно; в последнем случае кратность частот может быть в пределах отдо 2.

При выполнении дистанционных зондирований значение разносов последовательно изменяется в 1,25—1,6 раза. В интервалах резкого изменения эффективного удельного сопротивления производится детализация, при которой кратность разносов составляет 1,06—1,12. Рекомендуемые значения разносов даны в прил. 60.

3.3.7.5. При измерении напряженности электрического поля в поле электрического диполя используется осевая или экваториальная установка (см. 3.3.4). При измерении напряженности магнитного поля в поле магнитного диполя генераторная и приемная петли располагаются на земле, а в случае использования рамок оси рамок ориентируются вертикально. Определение отношения осей эллипса поляризации переменного магнитного поля, которое используется при среднечастотном зондировании, осуществляется путем измерения экстремальных значений при повороте приемной катушки в вертикальной плоскости, проходящей по линии зондирования. Для определения отношения вертикальной составляющей переменного магнитного поля к радиальной, которое используется при высокочастотном зондировании, берутся отсчеты при соответствующих ориентациях оси приемной рамки и определяется их отношение; при этом, если вертикальная составляющая более чем в 8 раз превышает горизонтальную, следует измерять отношение осей эллипса поляризации. Измерение импеданса проводится в электромагнитном поле, возбуждаемом генераторной петлей, которая располагается на поверхности земли; приемный электрический диполь MN и приемная рамка располагаются в одной точке, причем диполь MN ориентируется перпендикулярно разносу установки, а ось приемной рамки ориенти­руется по направлению к центру генераторной петли; если радиальная составляющая напряженности магнитного поля более чем в 8 раз меньше вертикальной, следует измерять малую ось эллипса поляризации.

При измерении напряженности магнитного поля в поле электрического диполя или напряженности электрического поля в поле магнитного диполя питающая линия АВ или приемная линия MN располагаются перпендикулярно разносу установки. В последнем случае, а также в случае измерения импеданса при детализации производятся дополнительные измерения встречной установкой.

3.3.7.6. Для проведения работ методом ЗГЭМП используется аппаратура типа-при низкочастотном зондировании — ЧЭЗ-2 или АЧЗ-78 с генератором ЭРС-67- при среднечастотном зондировании — НЧЗ-64, АЧЗ-78, ДЭМП-СЧ; при высокочастотном зондировании — ДЭМП-ЗМ, -СЧ, а также другая аналогичная аппаратура.

3.3.7.7. При работах методом ЗГЭМП масштаб съемки выбирают в зависимости от решаемых задач и условий работ (в основном от 1: 100 000 до 1: 2000). Направление профилей целесообразно задавать вкрест предполагаемого основного простирания опорного горизонта. Разнос установки желательно располагать по простиранию опорного горизонта, однако при необходимости допускается расположение установки по профилю наблюдений.

3.3.7.8. Для уменьшения влияния индустриальных помех следует, удалять точку измерения от промышленных объектов, линий электропередачи и электрифицированных железных дорог, а также линий связи. В случае сильных ветровых помех рекомендуется приемную линию закреплять на местности, подвязывая ее отдельные части к деревьям, кустам, а также к специально вбитым для этой цели штырям либо присыпая землей или снегом.

Перед выполнением зондирований необходимо измерение уровня помех при отсутствии тока в питающей линии или генераторной рамке. Уровень помех на каждой из частот не должен превышать значений, установленных инструкцией используемого типа аппаратуры.

3.3.7.9. При выборе размеров источника поля (питающей линии АВ или генераторной рамки) следует руководствоваться необходимостью создания достаточно высокого значении напряженности в точке измерения при выбранных разносах установки и частотах электромагнитного поля. Необходимо соблюдение условий l_ab £ 0,5L для экваториальной установки, l_ab £ 0,21 для осевой установки, l_Г.П£ L/4, где L — длина разноса установки, l_Г.П — длина стороны генераторной ква­дратной петли.

Сопротивление диполей должно быть согласовано с выходом генератора.

3.3.7.10. При выборе размеров приемной линии или длины стороны приемной незаземленной квадратной петли следует учитывать ожидаемую напряженность электрического или магнитного поля, порог чувствительности измерительного устройства и условия согласования со стороны измерительного устройства. Значения ожидаемой напряженности электрического или магнитного поля оцениваются с помощью соответствующих выражений (прил. 61). Необходимо соблюдение условий l_MN £ 0,2L; l_П.П = L/4, где l_П.П —длина стороны приемной квадратной петли.

3.3.7.11. Не допускается отклонение проводов линий АВ в MN, а также сторон генераторной и приемной потерь от прямой линии на расстояние более 0,5 длины соответственно l_AB, 1_MN, l_Г.П, l_П.П.

При работе с использованием относительных измерении (импеданса, отношения пространственных составляющих или осей эллипса поляризации) на форму генераторной петли и ее сторон ограничений не накладывается. Направление линий АВ, MN может отклоняться от заданного не более чем на 3°, азимутальная ориентировка сторон квадратной петли не имеет значения. Наклон линий АВ, MN и плоскостей генераторной и приемной петель может быть не более чем на 2°. Погрешности определения L, l_ав , l_Г.П, l_П.П не должны превышать 1 %.

3.3.7.12. Зондирование выполняется в условиях установленной связи (радио, визуальной или звуковой) между персоналом, обслуживающим генераторное устройство, и персоналом, обслуживающим приемное устройство.

3.3.7.13. При проведении дистанционного зондирования изменение разноса установки выполняется путем перемещения точки измерения относительно неподвижно расположенного источника поля или перемещением источника поля относительно фиксированной точки измерения. При работе с катушками, используемыми в качестве источника поля (магнитного диполя) и чувствительного элемента, дистанционное зондирование желательно осуществлять путем одновременного перемещения обеих катушек с сохранением неизменного местоположения центра разноса установки.

3.3.7.14. Число контрольных зондирований должно составлять не менее 5 % от количества рядовых зондирований.

3.3.7.15. При работе с аппаратурой, имеющей дискретные значения частот, результаты измерений фиксируются в полевом журнале (прил. 62). При непрерывном изменении частоты основные данные фиксируются на осциллограмме.

3.3.7.16. По результатам отсчетов DU в зависимости от измеряемых параметров вычисляются модули электрической или магнитной напряженности

÷ Е÷ = DU/l_MN ; ÷ Н÷ = DU/G

или относительные значения отношения полуосей эллипса поляризации, отношения вертикальной и радиальной составляющей и импеданс соответственно:

êZú =

где Z — величина импеданса; DU_mn -напряжение, снимаемое с приемной установки MN; DU_max, DU_min — соответственно максимальное и минимальное напряжения на концах приемной катушки при вращении ее оси в вертикальной плоскости, проходящей через линию разноса установки; DU_r, DU_z — напряжения на концах приемной катушки, ось которой ориентирована соответственно радиально (по на­правлению к источнику поля) или вертикально (при DU_z/DU_r>8, DU_{z =} DU_max, DU_r = DU_min ); G — коэффициент преобразования (чувствительность) приемной рамки, В/(А/м).

3.3.7.17. Расчеты, выполненные в 3.3.7.16, позволяют вычислить значения кажущегося удельного сопротивления на переменном токе р_w (прил. 63), которые соответствуют удельному сопротивлению однородного полупространства, дающему аналогичный эффект в так называемой дальней зоне, т. е. при р >> 1 (р = 2,81 × 10^-3 ) (нормирование в дальней зоне). В некоторых случаях используют выражения, соответствующие р<<1 (нормирование в ближней зоне).

3.3.7.18. По значениям р_w могут быть определены значения эффективного удель­ного сопротивления , которые имеют тот же смысл, что р_w , однако в отличие от него учитывают возможное несоблюдение условия р >> 1. В частности, в случае измерения напряженности электрического поля в поле электрического диполя определяется с помощью зависимости р_{w /} от p_w / (L²f) (в данном случае р_w нормировано в ближней зоне). При измерении отношения составляющих магнитной напряженности определяется из зависимостей | H_zú /úН_r | от /(L²f) (без предварительного нахождения р_w).

3.3.7.19. При частотном зондировании или при дистанционном зондировании на билогарифмическом бланке с модулем 10 или 6,25 см строится зависимость или р_w (смотря по тому, какая принята методика обработки и интерпретация) от 1/ (при частотном зондировании) или от L (при дистанционном зондировании).

Привязку результатов наблюдения осуществляют к центру установки при частотном зондировании и к центру неподвижного источника — при дистанционном. Результаты интерпретации при дистанционном зондировании относят к центру установки с разносом, соответствующим средней части кривой или р_w, использованной для получения конкретных параметров разреза.

По результатам зондирований целесообразно построение вертикальных разрезов или р_w.

3.3.7.20. По результатам контрольных измерений вычисляются расхождения между контрольными и контролируемыми значениями или рw. Погрешность вычисляется по формуле, %,

d = (44)

где d — относительная погрешность (расхождение); р₁ и р₂ — соответственно контролируемое и контрольное значения или р_w.. Значение d не должно превышать 15, в условиях помех — 20 %. Среднее значение d по всем контрольным измерениям должно быть не выше 5 — 10 % в зависимости от частоты и разноса. Контрольную и контролируемую зависимости необходимо совмещать на одном бланке.

3.3.7.21. При геологической интерпретации результатов полевых работ сопоставление зависимостей или р_w от 1/ или L по каждому из профилей позволяет сделать вывод о степени выдержанности и типе геоэлектрического разреза.

1. Если тип разреза и величины или р_w , связанные с определенными значениями 1/ и L, изменяются в пределах профиля сравнительно слабо или с характерной закономерностью, то данный разрез можно считать слоистым.

2. Если же по профилю наблюдаются сложные изменения величин или р_w ,то в этом случае необходимо построение вертикальных разрезов или р_w, в пределах которых могут быть выделены участки слоистого разреза.

3.3.7.22. Интерпретация слоистого разреза проводится с помощью характеристик и палеток, соответствующих моделям горизонтально-слоистых структур — 2-, 3-, 4-слойных и т. д. (пример в прил. 64). Способы интерпретации зависят от методики исследований, типа геоэлектрического разреза и палеточного материала.

В зависимости от имеющегося материала применяется соответствующая методика интерпретации, изложенная в литературе. Одним из эффективных видов интерпретации в сложных геоэлектрических условиях является корреляционный способ с использованием ЭВМ и программ множественной корреляции. Желательно привле­чение данных бурения и сейсморазведки.

3.3.7.23. В результате интерпретации результатов зондирования слоистых структур строится геоэлектрический разрез.

3.3.7.24. При сложном вертикальном разрезе или р_w в изолиниях выделяются аномальные нарушения в виде зон искажения, срыва плавного хода изолиний. Эти аномальные зоны увязываются с простейшими геоэлектрическими моделями горизонтально-неоднородных сред (контакт пород различных удельных сопротивлений, пласт, изометричный объект и т. д.) и устанавливается гипотетическая модель, объясняющая искажение значений или р_w. При построении физической модели среды и оценке ее удельного сопротивления учитывается геолого-геофизическая характеристика данного района с желательным привлечением результатов бурения, изучения электрических свойств горных пород, данных, других геофизических методов и т. д.

3.3.7.25. Комиссия, принимающая полевые материалы, проверяет соблюдение требований и правил настоящей инструкции и производит оценку качества работ (см. 3.3.4.33, 3.3.4.34). Комиссии должны быть представлены следующие материалы:

а) проект работ;

б) схема выполнения зондирований с плановым расположением источника поля и приемной линии (петли, катушки) в масштабе представляемых результативных карт;

в) полевые материалы операторов с материалами обработки результатов при дискретных значениях частоты, а при непрерывном изменении частоты — осциллограммы, журналы регистрации осциллограмм и журналы обработки осциллограмм;

г) зависимости или р_w от 1/ или от L, построенные на билогарифмических бланках;

д) вертикальные разрезы или р_w (при необходимости их построения);

е) геоэлектрические разрезы, построенные на основании предварительной интерпретации.