Интерпретация кривых ВЭЗ

Карты типов кривых составляются для того, чтобы выделить площади, в пределах которых наблюдаются кривые одного типа, то есть однотипный геоэлектрический разрез. Тип кривой определяется числом выделяемых на ней слоев. Карта составляется следующим образом: на планшет в соответствующем масштабе выносятся все точки центров зондирования и возле каждой точки выписывается цифровой индекс, указывающий тип кривой. Затем проводятся линии, разграничивающие области существования кривых разного типа. В итоге получается аналог важнейшего геологического документа - геологической карты. На рис.31 иллюстрируется идея построения карты типов кривых на примере рассмотрения профиля таких кривых, где хорошо видно как отображается на такой карте антиклинальная складка, в ядре которой под наносами с сопротивлением ρ₀ картируются более древние породы (3-слойные кривые) и по периферии – более молодые (5-слойные кривые).

Рис.31. К построению карты кривых ВЭЗ.

Аналогичные карты типов кривых строятся и по другим видам зондирований: МТЗ, ЗС и пр.

Другой очень значимый картографический документ, выстраиваемый по результатам площадных зондирований – карта кажущихся сопротивлений (изоом ρ_к ) для фиксированных величин разносов АВ.

Представим себе ситуацию, изображенную на рис. 32, когда на исследованной площади регистрируются кривые одного типа – 3^х слойные – с опорным горизонтом высокого сопротивления, но с различной глубинностью. Вполне понятно, что минимальными глубинами отмечается наиболее приподнятая сводовая часть картируемой антиклинальной структуры и для выбранного разноса именно здесь будут фиксироваться максимальные значения ρ_к. Это хорошо видно по приведенному на рис.32 профилю зондирований, выбранному в центре площади.

Рис.32. К построению карты изоом ρ_к.

Задача состоит в том, чтобы выбрать такой разнос, для которого по любой из кривых для этого разноса( независимо от ) отметилось влияние опорного горизонта высокого сопротивления, то есть величина ρ_к определялась по прямолинейной (асимтотической) ветви кривой. Рассмотрение профиля кривых показывают , что такому требованию будет отвечать разнос (пусть даже минимальный), но выбранной по наиболее глубинной кривой. По модели рис.17 это ордината =1000м, определенная по кривой 3, которая отвечает наиболее погруженному крылу складки, представленной в модели. Здесь значения ρ_к для =1000 составляет около 100 Ом·м. Для пологого левого крыла на этом величина ρ_к составляет уже около 500 Ом·м, а в своде складки приближается к 1000 Ом·м. Таким образом, на карте изоом для =1000м сводовая часть структуры будет характеризоваться очень высокими значениями изоом, а погруженная - низкими значениями при максимальном сближении изолиний. Изолинии проводятся по известным правилам геометрической интерполяции после того, как на планшете, куда выносятся в выбранном масштабе все точки центров зондирований, в каждой точке отмечено значение ρ_к для выбранного . Поскольку эти значения ρ_к отвечают влиянию (гипсометрическому положению) опорного горизонта, полученную карту изоом можно уподобить структурной карте по кровле этого горизонта.

Помимо рассмотренных картографических документов интерпретации кривых зондирований строят и множество других: карты изолиний продольной суммарной или интервальной проводимости S надопорной толщи и карты изолиний поперечного сопротивления Т отдельных высокоомных горизонтов, которые помогают в оценке изменения толщин и фациального состава этих горизонтов, карты равных значений ρ_к^min или ρ_к^max с помощью которых можно выявлять участки с наибольшей мощностью промежуточного слоя высокого или низкого сопротивления и др.

Количественная интерпретация кривых ВЭЗ состоит в определении мощностей и сопротивлений горизонтов, слагающих разрез.

Проводится количественная экспресс-интепретация путем сравнения наблюденных кривых с теоретическими, палеточными (полученными решением прямой задачи), для чего наблюденные выстраивают в том же масштабе. При сравнении (наложении, совмещении) сохраняют параллельность координатных осей практической и теоретических кривых.В результате в каждой точке ВЭЗ получают ряд мощностей h₁, h₂, h₃ и сопротивлений ρ₁, ρ₂, ρ₃ , по которым может быть построен геоэлектрический разрез.

Применение компьютеров позволяет автоматизировать процесс подбора параметров геоэлектрического разреза, отвечающих наблюденным полевым кривым. Однако, для того чтобы в полной мере использовать возможности компьютера необходимо располагать достаточным объемом эталонных геологических и скважинных данных. С приемами компьютерной интерпретации можно ознакомиться в специальной и учебной литературе. Помимо рассмотренных методов искусственного постоянного тока в практике электроразведки широко используют метод ДЭЗ (дипольное электрическое зондирование), заряженного тела и ряд других.

Электроразведка методами искусственного переменного поля .

Эти методы используют в ситуациях, когда более простые в техническом отношении методы постоянного тока не позволяют решать поставленные геологические задачи.

Так методы сопротивлений ( ВЭЗ ) имеют ограничение по глубине исследования и при наличии в разрезе высокоомных экранов (например, в условиях многолетней мерзлоты или наличия в разрезе толщ каменной соли) не могут быть использованы для исследования подэкранных горизонтов. Наиболее востребованным из методов искусственных переменных полей являются методы частотного зондирования (ЧЗ) и зондирования становлением поля в дальней (ЗСД), и, особенно, в ближней (ЗСБ) зонах. Возбуждение этих полей осуществляется с помощью различного рода генераторов, подключаемых к гальваническим заземлителям или индуктивным незаземленным контурам в виде петли (S₀). С помощью других заземленных приемных линий или незаземленных контуров (S) измеряют электрические Е или магнитные Н составляющие напряженности поля.

В методе ЧЗ для возбуждения используют источники гармонических (синусоидальных) колебаний с частотой, меняющейся от единиц Гц до мГц (мегагерц). Глубина проникновения этих колебаний в Землю зависит от их частоты (периода) и сопротивления среды: как известно, низкочастотные составляющие проходят глубже, так как геологическая среда ведет себя как фильтр нижних частот. Выше, при рассмотрении естесственных переменных полей (МТЗ) уже приводилось соотношение, связывающее удельное сопротивление ρ с частотой или периодом колебания.

ρ_т = , где Z= - волновое сопротивление среды.

Говорилось также, что если среда неоднородная (например, слоистая), то величина ρ_т будет характеризовать сопротивление не какого-либо одного пласта, а проводящую часть среды, на которую проникает электромагнитная волна и имеет смысл кажущегося удельного электрического сопротивления.

Выражение для ρ_т может быть записано в виде ρ_т ≈0,2Т , то есть коэффициент 0,2 определяется из , где μ - магнитная проницаемость среды, близкая к μ ₀=4π10^-7Гц/м.

Эти соотношения верны независимо от того, какое поле циркулирует в среде – естественное или искусственное. То есть, очевидно, что меняя частоту можно зондировать разрез на разную глубину. Реально удельное сопротивление определяется для каждой измеряемой гармоники определенной частоты по формуле

ρ₌K_ЧЗ , где ΔU – амплитуда разности потенциалов между электродами M и N или ЭДС индукции, наводимая в контуре S (петле), I – амплитуда токовой гармоники, питающей диполь АВ или петлю S, К_ЧЗ – коэффициент, определяемый геометрией установки, то есть разносом электродов АВ и MN, размером петель S₀ и S_к и расстоянием между ними.

На билогарифмическом бланке выстраивается кривая ЧЗ в системе координат ρ_к и , на которой фиксируются максимумы, минимумы и градиентные переходы, отождествляемые с теми или иными комплексами пород подобно тому, как это делалось в методике ВЭЗ.

В методах зондирований становлением поля( выдающуюся роль в развитии теории и практики этих методов сыграли саратовские геофизики и, в частности, В.В. Тикшаев ) искусственные электромагнитные поля (их называют импульсными или неустановившимися) создают с помощью генераторов, дающих на выходе напряжение в виде прямоугольных импульсов разной длины или импульсов ступенчатой формы, и подключаемых к заземленным линиям или незаземленным контурам. Простейшим примером таких импульсов являются импульсы включения или выключения тока. Исследуется процесс, происходящий после мгновенного выключения тока в питающей цепи. При этом оказывается, что разность ΔU на электродах MN (или ЭДС в петле) не мгновенно спадает до 0, а исчезает постепенно, изменяясь по сложной кривой. Это связано с тем, что в момент выключения тока в проводящих областях геоэлектрического разреза индуцируются вторичные вихревые токи, которые в начальные моменты времени распределены в приповерхностных слоях, а затем начинают проникать в глубь среды, постепенно затухая с глубиной. Этот Глубина проникновения такого нестационарного электромагнитного поля определяется временем t, прошедшим с момента выключения тока. Этот процесс называется процессом становления (или установления) поля в Земле.

На земной поверхности в исследуемой точке располагают заземленный электрический диполь АВ или незаземленную рамку ( вертикальный магнитный диполь ), в которые пропускают прямоугольные импульсы тока, вырабатываемые генгруппой. Электрический ток в диполе и создаваемое им поле в воздухе устанавливаются практически мгновенно. Однако, связанное с включением и выключением прямоугольных импульсов тока в диполе, электромагнитное поле в Земле устанавливается длительное время и тем большее, чем меньше удельное электрическое сопротивление слоев геоэлектрического разреза. Этот переходный процесс в земных слоях ( или процесс становления поля ) обычно регистрируется с помощью горизонтальной многовитковой приемной рамки. Процесс становления записывается в аналоговой или цифровой форме на магнитную ленту градуировочным импульсом. Первый отсчет берется через 0,15 секунд после включения, а затем моменты времени образуют геометрическую про грессию с коэффициентом : 0,15; 0,15 ;0,30;0,30 и т.д. Измерение идет в широком временном диапазоне в пунктах, расположенных на разных расстояниях от источника (r ). Если r не превосходит Н ( глубину исследования ), то это методика ЗСБ, а если r больше Н, то это ЗСД. Для каждого акта пропускания тока вычисляют ρ_к и затем на стандартном билогарифмическом бланке строится кривая ЗС, представляющая собой зависимость ρ_к от , где t – время становления. Параметр играет в ЗС такую же роль, что АВ/2 в ВЭЗ и - в МТЗ или ЧЗ. ρ_к вычисляется по уже известной формуле , где к_зс – коэффициент установки, а АВ и МN - диполи ( приемные петли ). В начальной части кривой, как уже говорилось, процесс становления поля «охватывает» только верхние слои геоэлектрического разреза (ρ_к ρ₁ ). В конечной стадии кривая выходит на некий постоянный уровень ( поле «установилось» ) и значения ρ_к здесь будут определяться только некоторыми обобщенными параметрами этой глубинной части разреза ( например, фундамента ). В итоге, на кривой ЗС выделяются максимумы, минимумы и прочие особенности, как это было показано применительно к ВЭЗ или другим методам зондирований.

Такое значительное число различных видов зондирований (как впрочем и профилирований) обусловлено широким кругом задач, которые приходится решать методами электроразведки. Ни один из них не дублирует друг друга. Напротив, каждый имеет определенную область применения и решает вполне определенные задачи.

Одни методы характеризуются простотой реализации, высокой технологичностью, но имеют ограничения по глубинности изучения среды и по условиям проведения работ (в частности, поверхностным условиям). Другие обладают практически неограниченной глубинностью, но имеют существенные ограничения по детальности исследований верхних горизонтов разреза и т.д.

Если студент разобрался в изложенном материале, ему нетрудно будет самостоятельно выполнить следующее задание и ответить на предложенные контрольные вопросы.

1. Проведите сравнительное сопоставление разведочных возможностей рассмотренных методов зондирований. Для анализа используйте модельные рисунки кривых.

2. Объясните, почему именно методика ЗС стала основным методом электроразведки в нефтегазовой геофизике.

3. Какие методы электроразведки предпочтительнее применять в условиях: многолетней мерзлоты, в зонах развития сухих пустынь, при изучении карста.

Лекция 7.