С докладами первого дня семинара (18 марта 2015 года) можно ознакомиться по ссылке

DSC_0114

Вид на Неву из окон НМСУ Горный

Второй день 12-ого ежегодного Международного геофизического научно-практического семинара «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» начался по графику и, в соответствии с Программой конференции, прозвучали доклады в том порядке, в котором они представлены ниже.


КОМПЛЕКС ГЛУБИННЫХ И РАЗВЕДОЧНЫХ СИНХРОННЫХ МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ НА ПРОФИЛЕ «ВЫБОРГ-СУОЯРВИ» ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАЗРЕЗА ЛАДОЖСКОЙ КОРОВОЙ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Голубцова Н.С.1, Епишкин Д.В.1,2, Ковтун А.А.3, Мизинов Л.Г.1,2 , Пушкарев П.Ю.1, Смирнов М.Ю.3,4, Соколова Е.Ю.5, Таран Я.В. 1, Яковлев А.Г.1,2
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия, 2 ООО «Северо-Запад», Москва, Россия, 3 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия 4 Университет Оулу, Оулу, Финляндия, 5 Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта, Москва, Россия

DSC_0087

Выступление с докладом КОМПЛЕКС ГЛУБИННЫХ И РАЗВЕДОЧНЫХ СИНХРОННЫХ МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ НА ПРОФИЛЕ «ВЫБОРГ-СУОЯРВИ» ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАЗРЕЗА ЛАДОЖСКОЙ КОРОВОЙ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Представляется методика и актуальные результаты эксперимента МТ/МВ зондирований по линии «Выборг-Суоярви», воссоздающего глубинный разрез Ладожской аномалии электропроводности на основе использования современных возможностей магнитотеллурического метода. Построение сводных широкодиапазонных частотных зависимостей локальных и двухточечных передаточных функций по материалам синхронных наблюдений на платформах «Phoenix» и «LEMI» ведется с помощью признанных передовых технологий обработки данных зондирований, а также их новейших аналогов. Анализируются приемы и возможности шумоподавления при оценивании МТ и МВ откликов на фоне индустриальных помех, изобилующих в Приладожье. В полученных псевдоразрезах передаточных функций выявляются субвертикальные зоны крупных разломов, а также яркий образ корового проводника на большей части профиля. Демонстрируются первые результаты 2DМТ инверсии по материалам разведочных зондирований «Phoenix» и обсуждаются подходы к построению итогового глубинного геоэлектрического разреза с его верификацией данными комплекса геофизических методов.

Методы и результаты
Магнитотеллурические (МТ) исследования основаны на использовании естественного переменного электромагнитного поля Земли и дают информацию о распределении электропроводности в её недрах. В современной постановке они включают в себя как классическую оценку тензора импеданса [Z] по горизонтальным компонентам электрического и магнитного полей наблюдаемых в точке зондирования, так и оценки матрицы Визе-Паркинсона [W] с использованием измерений локального вертикального магнитного поля и магнитного тензора [M] по синхронных записям горизонтальных магнитных полей в рядовой и удалённой базовой точках.
Для интерпретации такого расширенного набора данных в последние годы применяются программы решения 2D и 3D обратных задач. Современные возможности робастных регуляризированных методов МТ/МВ инверсии позволяют строить надёжные и детальные геоэлектрические модели, несущие важную информацию о составе и строении, флюидном, термальном и реологическом режимах недр.
Аномалии повышенной электропроводности в консолидированной земной коре уже на протяжении нескольких десятилетий являются одним из основных объектов глубинных геоэлектрических исследований. Вклад в электропроводность вносят два механизма: электронная проводимость, обусловленная наличием в горных породах графита или сульфидов, и ионная проводимость, связанная с присутствием в порах минерализованной воды или с частичным плавлением вещества. Коровые аномалии широко развиты в тектонически активных регионах, но нередко встречаются и на древних платформах. Многие из них маркируют глубинные ослабленные зоны, в том числе развитые по границам древних блоков земной коры, и характеризуются повышенным тепломассопереносом, обуславливающим формирование месторождений полезных ископаемых и геотермальных ресурсов.
Ладожская коровая аномалия электропроводности была выявлена магнитовариационными съемками 1970-х – 1980-х годов [Рокитянский и др., 1981] в юго-восточной части Балтийского щита, в районе Ладожского озера. Первые модели ее разреза были построены по МТ данным, накопленным уже в следующем десятилетии [Ковтун и др. 1998] на 200-км профиле «Выборг-Суоярви», проходящем через Северо-Западное Приладожье из Ленинградской области в Республику Карелия. Он оказался наиболее удобным для исследования, т.к. сечет аномалию в области ее существенной двумерности и пролегает вдали от электрифицированных железных дорог. Однако, по материалам 90-х годов надежное разрешение этой важной для построения эволюционных и металлогенических моделей Балтийского щитагеоэлектрической структурыдостигнуто не было.
Возрождение интереса к дальнейшему изучению Ладожской аномалиистало естественным в наши дни, когда магнитотеллурический метод достиг большого прогресса, как в технологиях зондирований, так и в методах анализа их данных. В 2013 и 2014 годах объединенными усилиями ООО «Северо-Запад», МГУ, СПбГУ и ИФЗ РАН на профиле «Выборг-Суоярви» удалось выполнитьсерию МТ зондирований [Golubtsovaetal., 2014] в их современной постановке. Опорные трёхсуточные наблюдения были проведеныв 8 пунктах с шагом около 25 кмпри помощи аппаратуры «LEMI-417M» (Львовский центр Института космических исследований НАНУ и НКАУ, Украина), при этом вариации магнитного поля измерялись с помощью феррозондовых магнитометров. Рядовые суточные наблюдения выполненыв 43 точках профиля(с шагом 3-5 км) аппаратурой MTU-5 (компания “PhoenixGeophysics”, Канада); магнитные вариации регистрировались с использованием индукционных датчиков (катушек с ферромагнитными сердечниками). В 12из этих пунктов проведены также и опытные однодневные зондирования «LEMI-417M». Наблюдения велись в попарно-синхронном режиме и сопровождались одновременными записями в удаленных базовых пунктах BASE_2013,BASE_2014 (рис 1).
Стандартный граф обработки данных зондирований включал использование программного обеспечения SSMT2000 компании “PhoenixGeophysics” и MT-Corrector компании «Северо-Запад», а также программы PRC-MTMV[Варенцов и др., 2003;Varentsov, Sokolova, 2005]. Для подавления некоррелируемых помех от локальных промышленных источников привлекались синхронные магнитные записи в удаленных базовых пунктах (в том числе ближайших финских геомагнитных обсерваторий). В опорных МТ-ГМТ пунктах строились сводные частотные зависимости передаточных функцийв диапазоне (0.003, 8000-10000)с. Для ряда зашумленных пунктов проводилось сопоставление МТ/МВ откликов с оценками, полученными по программе [Smirnov, 2003], а также с использованием новой разработки ООО «Северо-Запад» — алгоритма «Remote Н+Е», использующего как магнитные, так и электрические поля удаленных базовых пунктов [Epishkin, 2014].

1

Рис. 1. Положение пунктов синхронных МТ/МВ зондирований на профиле Выборг-Суоярви, выполненных в 2013-2014г.г.: красные кружки – однодневные зондирования «Phoenix» (в п.05-17выполнялись 1-3-х-дневные зондирований «Phoenix»+«LEMI»); черные звезды L2-L9– трехдневные зондирования«LEMI». Базовые пункты: BASE_2013г.(п. Красное) и BASE_2014г. Финские геомагнитные обсерватории Mekkrijarvi, Nurmijarvi (за пределами планшета, на расстоянии ~150 и 300км от профиля) использовались как дополнительные удаленные синхронные базы

Анализ полученных данных включал: построение частотных разрезов инвариантных параметров, полярных диаграмм импеданса и экстремальных эллипсов фазового и горизонтального магнитного тензоров, индукционных стрелок и т.д. (рис. 2). Он позволил оценить уровень приповерхностных искажений и применимость 1D и 2D приближений на разных частотах и участках профиля, а также сформировать ансамбли данных для последующего решения 1D, 2D и 3D обратных задач. По ансамблю квази-двумерных МТ данных в разведочном диапазоне проведена первая профильная инверсия.

2

Рис. 2. Оценки МТ/МВ передаточных функций для профиля «Выборг-Суоярви», построенные по результатам обработки данных зондирований «Phoenix» и «LEMI». Псевдоразрезы Arg_Z_yx (EP) и Skew_CBB (по [Caldwelletal., 2004])

3

Рис. 2. Оценки МТ/МВ передаточных функций для профиля «Выборг-Суоярви», построенные по результатам обработки данных зондирований «Phoenix» и «LEMI». Частотно-профильное распределение реальных и мнимых индукционных векторов (в конвенцииWiese)

Заключение
Предварительные результаты инверсии МТ данных «Phoenix» на профиле «Выборг-Суоярви» показывают сложную структуру Ладожской коровой аномалии электропроводности. Её дальнейшая детализация будет вестись в процессе совместных многокомпонентных МТ/МВ инверсий в широком диапазоне периодов в рамках 2D и 3D подходов, а также с помощью 3D электромагнитного моделирования. Истолкование итоговых результатов в комплексе с имеющимися по региону исследования сейсмическими и гравимагнитными данными, а также геоэлектрическими моделями других участков Ar-Ptшовных зон [Алексанова и др., 2013; Vaittinen etal., 2012]расширят существующие представления о глубинном строении и эволюции Балтийского щита и Восточно-Европейского Кратонав целом.
Авторы искренне благодарны Алексановой Е.Д. (ООО «Северо-Запад»), Куликову В.А. и Шустову Н.Л. (МГУ и ООО «Северо-Запад»), Лозовскому И.Н. (ИФЗ РАН) за активное участие в организации работ с аппаратурой MTU-5 и обработке полученных данных. Успешная реализация проекта была бы невозможна без поддержки со стороны сотрудников СПбГУ Вагина С.А., Варданянц И.Л. и Успенского Н.И. Также мы признательны сотрудникам КарНЦ РАН Шарову Н.В., Рязанцеву П.А. и Нилову М.Ю. за неоценимую помощь при организации и проведении работ с аппаратурой LEMI-417М, директору СПбФ ИЗМИРАНКопытенко Ю.А. и Сергушину П.А. за помощь в организации базового пункта в п. Красное. Особая благодарность — пионеру изучения Ладожской аномалии, Рокитянскому И.И., за интерес к работе и ценные обсуждения ее методики и результатов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, инициативный грант 13-05-00786 и экспедиционный грант 14-05-10042.
Литература
1. Алексанова Е.Д., Варенцов Ив.М., Куликов В.А., Логвинов И.М., Лозовский И.Н., Пушкарев П.Ю., Соколова Е.Ю., Тарасов В.Н., Шустов Н.Л., Яковлев А.Г. Глубинные аномалии электропроводности в северной части Воронежской антеклизы // Геофизика. 2013. №2. С. 32-38.
2. Варенцов Ив.М., Соколова Е.Ю., Мартанус Е.Р., Наливайко К.В. Методика построения передаточных операторов ЭМ поля для массива синхронных зондирований BEAR. Физика Земли, 2003, № 2, с 30-61.
3. Ковтун A.A., Вагин С.А., Варданянц И.Л., Легенькова Н.П., Моисеев О.П., Смирнов М.Ю., Успенский Н.И. Строение коры и мантии по профилю Суоярви-Выборг по магнитотеллурическим данным. Вестник СПбГУ, серия 4, 1998, выпуск 4, № 25, с. 25-34.
4. Рокитянский И.И., Кулик С.Н., Рокитянская Д.А. Ладожская аномалия электропроводности. Геофизический журнал, Украинская академия наук, 1981, № 3, с. 97-99.
5. CaldwellG.T., BibbyH.M., BrownC. Themagnetotelluricphasetensor //Geophys. J. Int. 2004. 158. 457-469.
6. Epishkin D. “Advances in remote references data processing: using remote electric channels”. Abstracts of the 22nd EM Induction Workshop, Germany, Weimar, 2014.
7. Golubtsova N.S., Kovtun A.A., Kulikov V.A., Lozovsky I.N, Pushkarev P.Yu., Smirnov M.Yu., Sokolova E.Yu., Shustov N.L., Taran Ya.V., Vardanyants I.L., Yakovlev A.G. Lake Ladoga conductivity anomaly: pioneer and modern stage MT/MV studies across the Ar-Pt suture of the Baltic shield. Abstracts of the 22ndEM Induction Workshop, Germany, Weimar, 2014.
8. Smirnov, M.Yu. Magnetotelluric data processing with a robust statistical procedure having a high breakdown point // Geophys. J. Int. 2003. 152. P. 1-7.
9. Vaittinen, K., Korja, T., Kaikkonen, P., Lahti, I., Smirnov, M. Yu, 2012. High-resolution magnetotelluric studies of the Archaean–Proterozoic border zone in the Fennoscandian Shield, Finland. Geophys. J. Int. 188, 908–924.
10. Varentsov Iv.M., Sokolova E.Yu., EMTESZ WG. The magnetic control approach for the reliable estimation of transfer functions in the EMTESZ-Pomerania project // Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci. 2005. C-95(386). P. 68-79.


РЕЗУЛЬТАТЫ АМТЗ, ГРАВИРАЗВЕДКИ И МАГНИТОРАЗВЕДКИ ПО РЕГИОНАЛЬНЫМ ПРОФИЛЯМ НА ОТРОЖНЕНСКОЙ ПЛОЩАДИ (П-ОВ ЧУКОТКА)

Антащук К.М.1, Сараев А.К.1, Лихачев А.А.2 1 Санкт-Петербургский государственный университет 2 ЗАО «НПП ВИРГ-Рудгеофизика», Санкт-Петербург

Приведены результаты работ методами аудиомагнитотеллурических (АМТ) зондирований, гравиразведки и магниторазведки по региональным профилям на Отрожненской площади (п-ов Чукотка). Рассмотрены основные особенности геологического строения района. Показана эффективность применявшегося комплекса методов при изучении тектонических пластин, входящих в состав Усть-Бельского офиолитового комплекса, и выделении блоков пород различного состава.

Введение
На п-овеЧукотка в рамках программы ГДП-200 были выполнены исследования методами аудиомагнитотеллурических (АМТ) зондирований, гравиразведки и магниторазведки по двум региональным профилям на Отрожненской площади(рис. 1) с целью уточнения глубинного строения территории и картирования ее основных структурных элементов. На протяжении долгого времени в данном районе проводилась разработка рассыпных месторождений золота, запасы которых к настоящему моменту практически истощены. Многими исследователями отмечается перспективность Усть-Бельского офиолитового комплекса для обнаружения коренных месторождений золота и платины. Однако, район является плохо изученным, и задача получения данных о строении района и офиолитового массива является весьма актуальной.
Краткая геологическая характеристика
Отрожненская площадь расположена на границе Западно-Корякской и Корякской складчатых систем. В результате аккреции к Азиатскому континенту различных в геодинамическом отношении комплексов на ее территории образована покровно-складчатаяструктура [1]. Эта структура приурочена к Таловско-Майнскому поднятию, которое имеет покровно-чешуйчатое строение. Внутри поднятия присутствует система аллохтонных тектонических пластин, залегающих с надвигами в восточном направлении. В пределах поднятия на поверхность выходит Усть-Бельская пластина, сложенная породами офиолитовой ассоциации. Автохтоном для нее являются терригенные и вулканогенные породы алганской фациальной зоны средне юрского возраста. Схема геологического строения участка работ показана на рис. 2.

4

Рис. 1 Положение районаработ

Методика работ
Работы методами АМТЗ, магниторазведки и гравиразведки были выполнены по двум региональным профилям общей протяженностью45 км (рис. 2). Магниторазведочные работы проводились с использованием магнитометров Geometrix GEM GSM-19T. Шаг измерений составлял 25 м. Среднеквадратическая погрешность съемки по результатам контрольных измерений составила ±3,1 нТл. Гравиразведочные работы выполнялись с шагом 100 м с использованием гравиметров Sintrex CG-5 AutoGrav. Полная погрешность гравиметрической съемки составила ± 0.08 мГал.
При проведении работ методом АМТЗ использовалась аппаратура АКФ-4М [2]. Измерения в диапазоне частот 0.1-800 Гц (захватывая часть магнитотеллурического диапазона) проводились с шагом 600 м, а в диапазоне 10-800 Гц — с шагом 200 м. Для повышения качества получаемых данных использовалась технология работ с базовой точкой, что позволило получить данные высокого качества диапазоне 0.1-5 Гц. Обработка полевых данных выполнена в программе SM+, реализующей фильтрацию сигналов, расчет авто- и кросс-спектров электрических и магнитных компонент с использованием робастных процедур. Кривые зондирования далее использовались для 2Dинверсии в программе ZondMT2D.

5

Рис. 2 Схема геологического строения участка работ (по данным ОАО «Георегион», 2012 г.). Точками показаны участки региональных профилей, где совместно выполнены работы методами АМТЗ, гравиразведки и магниторазведки

Полученные по данным АМТЗ геоэлектрические разрезы использовались для построения полигонов, для которых затем подбирались плотностные свойства. Расчет прямой задачи для полигонов и сравнение с измеренными значениями потенциальных полей проводились в блоке полигонального моделирования программы ZondMT2D. Среднеквадратическая погрешность подбора для гравитационного поля составила 4.7 %. Данные магниторазведки в данной работе использовались на качественном уровне для оценки намагниченности пород, глубины залегания и направления падения аномалеобразующих объектов.
Результаты интерпретации
Полученная по результатам совместной интерпретации данных АМТЗ, магниторазведки и гравиразведки геолого-геофизическая модель по профилю 1 приведена на рис. 3. Для сопоставления данных АМТЗ с данными гравиразведки были выделены блоки с различными значениями удельного сопротивления(границы блоков показаны на рис. 3 тонкими линиями). Для полученных блоков подбирались значения плотности и решалась прямая задача, результаты которой сопоставлялись с измеренным гравитационным полем. Затем, основываясь на известной геологической информации (рис. 2) и полученных петрофизических параметрах, делались выводы о вещественном составе выделенных блоков. Положение на поверхности границ тектонических пакетов, входящих в состав Усть-Бельской и Алганской пластин, снято с карты (рис. 2) и продолжено на глубину в соответствии с имеющимися представлениями о строении надвиговых структур и результатами выполненных работ.
В северо-западной части профиля (интервалы 31000–37000 м и 41000-47000 м) повышенными значениями удельного сопротивления (тысячи Ом∙м) выделяются пластины основных и ультраосновных (габбро, дуниты, гарцбургиты) пород офиолитового комплекса, погружающиеся в северо-западном направлении. Этим пластинам соответствуют области аномалий гравитационного поля, достигающие 20-30 мГал (максимальные значения наблюдаются в интервалах 36000-38000 м и 44000-45000 м). По результатам моделирования плотность этих пород может достигать 3,2 г/см3. Выходы на поверхность пластин отмечаются аномалиями магнитного поля интенсивностью до 3000 нТл, что свидетельствует о высокой намагниченности пород.
На геоэлектрическом разрезе высоокомные зоны разделены зонами повышенной проводимости, связанными с осадочными и вулканогенно-осадочными породами офиолитового комплекса, также погружающимися в северо-западном направлении. Плотность этих пород изменяется в пределах 2,7-2,9 г/см3. В пределах проводящих зон наблюдаются участки низких значений удельного сопротивления (до 10 Ом∙м), связанные с зонами тектонического дробления пород в области надвигов. Рассмотренные высокоомные и проводящие блоки в интервале профиля 31000 – 46000 м входят в состав Усть-Бельской офиолитовой пластины.
В юго-восточной части профиля (45000–56000 м) обширными зонами пониженного удельного сопротивления отмечается Алганская пластина вулканогенно-осадочных и осадочных пород юрского возраста, являющаяся автохтоном для Усть-Бельской пластины. Пониженные значения удельного сопротивления и более изменчивый характер магнитного поля свидетельствуют о высокой степени раздробленности пород. Для пород характерны значения плотности около 2,7 – 2,8 г/см3. Выделенный блок гранитов и гранодиоритов (интервал 51000–53000 м) отвечает области повышенных значений удельного сопротивления и понижению гравитационного поля, что связано с низкой плотностью этих пород (2,65 г/см3).

5

Рис. 3. Геолого-геофизический разрез по профилю 1. а – аномальное магнитное поле (ΔTa), б – поле силы тяжести в редукции Буге(Δgб), (плотность промежуточного слоя 2,7 г/см3, уровень условный), в– геоэлектрический разрез по результатам АМТЗ совмещенной с геологической моделью

Заключение
В результате работ комплексом методов АМТЗ, магниторазведки и гравиразведки по региональным профилям на Отрожненской площади (п-ов Чукотка) получены новыеданные о строении района до глубины 3 км. Показано погружение Усть-Бельской офиолитовой пластины в северо-западном направлении. В пределах исследованных профилей выделены блоки пород различного состава.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке ресурсного центра «Геомодель» Санкт-Петербургского государственного университета.
Литература
1. Александров А.А. Покровные и чешуйчатые структуры в Корякском нагорье. М.: Наука, 1978. 121 с.
2. Сараев А.К., Антащук К.М., Пертель М.И., Еремин И.С., Головенко В.Б., Ларионов К.А. Аппаратурно-программный комплекс аудиомагнитотеллурических зондирований АКФ-4М. Материалы Пятой всероссийской школы-семинара имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондирования Земли – ЭМЗ-2011. В двух книгах. — СПб.: СПбГУ, 2011. Книга 2. С. 475-478.


ГЕОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПОИСКОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА АКВАТОРИИ ПРИЯМАЛЬСКОГО ШЕЛЬФА
Холмянский М.А.1, Путиков О.Ф.2 , Сенчина Н.П.2,3 , Павлов С.П.4 , Анохин В.М.5
1 ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург
2 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
3ФГУ НПП «Геологоразведка», Санкт-Петербург,
4ОАО «Морская арктическая геологоразведочная экспедиция», Мурманск
5 Институт Озероведения РАН, Санкт-Петербург
В работе продемонстрирован положительный опыт применения электрохимического профилирования на акватории Приямальского шельфа для целей поиска и изучения морфологии и генезиса углеводородных месторождений. Работы выполнены в комплексе с сейсмоакустическими измерениями, направленными на определение газогидратов и скоплений газов в придонных отложениях. Наблюдается чёткая корреляция аномальных зон, полученных по сейсмоакустическим и электрохимическим данным.

Введение
Включение в состав морских региональных геолого-геофизических работ на приямальской части южнокарского шельфа электрохимического профилирования обосновывается успешным опытом применения этого метода при поисках нефтегазовых месторождений.
Высокая эффективность электрохимического профилирования при поисках и изучении морфологии и генезиса углеводородных месторождений арктического шельфа доказана в период работ, выполненных под руководством и при участии авторов в 2004-2014 гг. на ряде углеводородных месторождений Баренцево-Карского региона (Штокмановском, Медынском, Полярном, Русановском, Ленинградском). Это делает целесообразным включение метода в общий комплекс поисковых работ данного направления.
Глубокозалегающим в разрезе шельфа месторождениям часто сопутствуют скопления газогидратов в придонных слоях морских отложений. Газогидраты и скопления газа в этих слоях четко выделяются на сейсмоакустических записях.
Метод и результаты
В 2012 г комплексные производственные работы, включившие указанные модификации электро- и сейсморазведки были выполнены под эгидой ВНИИОкеангеология на акватории шельфа, с севера примыкающей к полуострову Ямал.
Акустические и электрохимические измерения выполнялись одновременно.
При сопоставлении электрохимических и сейсмоакустических данных в районах распространения газонасыщенных осадков к выявленным закономерностям следует отнести устойчивую зависимость уровня потенциалов ионоселективных электродов от степени удаленности их от донной поверхности и чёткую корреляцию сейсмоакустических и электрохимических аномальных зон. Гидроакустические аномалии выражаются на эхограммах локальными затемнениями, вызванными рассеянием пузырьками газа. Электрохимические и сейсмоакустические измерения проводились по проектным профилям в режиме непрерывной записи информации.
Профилирование проводилось путем буксировки морского поискового комплекса по заданной сети профилей с кормы судна. Длина буксируемого кабеля регулировалась для заглубления датчиков на середину водного слоя.

Помимо электрохимического профилирования для улучшения качества интерпретации было проведено также электрохимическое зондирование на 6 точках, с замерами активности ионов на фиксированных глубинах.
Данные, полученные в результате проведения электропрофилирования, позволяют выявить в пределах изученного полигона аномальные участки, связанные с углеводородными залежами. Электрохимическое профилирование проводилось одновременно с сейсмоакустическим по одним и тем же профилям.
Восходящие флюидные потоки формируют в донных отложениях комплексные геохимические аномалии – зоны локальных изменений информативных геохимических показателей. Так над залежами углеводородов они сформированы высокими надфоновыми концентрациями УВ газов, в т.ч., метана с повышенным содержанием тяжелого изотопа углерода, полями повышенной численности углеводородокисляющих микроорганизмов, в ряде случаев, повышенным содержанием масляной фракции в составе битумоидов, высоким содержанием сульфидов железа и меди и т.д. Периферийная часть аномалии характеризуется повышенными концентрациями двуокиси углерода и водорода. Различные сочетания гелия, метана и др. газов – характерные признаки проявления в газовых полях донных осадков флюидопроводящих зон разрывных нарушений.
С помощью применяемого аппаратурного комплекса имеется возможность обнаружить газовые аномалии, связанные с флюидами, по аномально высоким содержаниям в воде ионов металлов, сопутствующих углеводородам.
Для проведения работ использовался морской аппаратурный комплекс ИОЛ-УВ. Этот комплекс разработан ВНИИОкеангеология и ЦИТ (СПб Центр Инновационных Технологий). Он предназначен для одновременного проведения сейсмоакустического, гидролокационного, электроразведочного (электрохимического) профилирования. В процессе профилирования могут решаться поисково-разведочные, инженерно-геологические и экологические задачи.
Комплекс включает набортную и забортную части. Забортная часть морского поискового комплекса ИОЛ-УВ буксируется за судном на расстоянии 200-400 м с заглублением до средней части водного разреза. Предусмотрено использование набора ионоселективных электродов для измерения активности ионов следующих элементов: Cu, Pb, Cd, S, Ag. По опыту работ концентрации ионов этих элементов образуют в водном слое аномалии, связанные с близостью масс углеводородов.
Данные с ионоселективных электродов поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и выводятся на экран компьютера с одновременным сохранением в памяти компьютера.
В дальнейшем данные электрохимического профилирования подвергаются статистической обработке для определения контуров потенциальных углеводородных залежей.
Для решения поставленных поисковых задач определялась активность ионов тяжелых металлов: меди, свинца, кадмия, серы, иногда — серебра. Дополнительно в систему измерений может вводиться метановый датчик. Измерялась также напряженность естественного электрического поля в воде.
Поисковые работы проводятся методом буксировки подводного модуля комплекса за кормой судна. Скорость буксировки — 4-6 узлов. Длина измерительной линии равна 400 м. Точность определения параметров составляет 0,02 мВ.
Данные электрохимических исследований записываются в виде цифровых таблиц, которые в дальнейшем обрабатываются с помощью программных пакетов EXCEL и SURFER.
На основании цифровых данных на первом этапе в пакете EXCEL строятся графики активности ионов. Затем графики активности ионов отдельных металлов сопоставляются в единой системе координат, что позволяет более уверенно выделять аномальные зоны. Далее применяется пакет SURFER, позволяющий построить карты аномальных зон в формате 2D и 3D.
Совмещенные графики активности ионов в дальнейшем были сопоставлены с результатами сейсмоакустических исследований по тем же линиям профилей. Это сопоставление было сделано для лучшего понимания природы и пространственных связей между предполагаемыми газопроявлениями и обнаруженными электрохимическими аномалиями.
Комплексные аномалии, выделяемые на совмещенных графиках, выносились на Схему электрохимических аномалий (рис. 1), на которой хорошо видны интегральные аномалии, протягивающиеся вдоль западного берега полуострова Ямал. Форма аномалий вытянутая, что наводит на мысль об их связи с разрывными нарушениями. Зоны наибольшей интенсивности аномалий также имеют вытянутую форму и хорошо сопоставляются с зонами выхода газов в водную среду, выделяемыми по данным сейсмоакустических исследований (рис. 1).

7

Рис. 1. Схема распространения интегральных электрохимических аномалий в западном приямалье

Выводы
Приведенные выше результаты работ позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:
1. Выполненные комплексные работы, одним из основных элементов которых было электрохимическое профилирование, позволили оконтурить в заданном районе перспективные площади для дальнейших поисков нефтегазоносных структур.
В результате интерпретации данных электрохимического профилирования выявлено пять крупных аномальных зон содержания указанных металлов. Зоны имеют субмеридиональное простирание. Наиболее протяжённая из них (длиной около 60 км при максимальной ширине 21 км) расположена в прилегающей к берегу с востока полосе.
В центральной и южной части этой аномальной зоны отмечены, по данным сейсмоакустики,
Сборник тезисов XII-го международного геофизического научно-практического семинара
78
выходы газа.
Говорить о типе этой углеводородной залежи только по электрохимическим данным трудно, в первую очередь ввиду ограниченности опыта таких работ. Кроме того, к сожалению, до сих пор не установлена чёткая связь состава попутных тяжелых металлов с типами месторождений.
Только комплексное рассмотрение результатов всех видов работ, выполненных на изучаемой площади (данные пробоотбора, аналитические определения, другие геофизические наблюдения), сможет увенчаться успехом в этом направлении.
Исходя из геологической обстановки, в первую очередь на основании сведений о близлежащих разведанных месторождениях (в том числе охваченных весьма небольшим объёмом электрохимических работ), можно предположить смешанный — нефте-газо-гидратный состав предполагаемых залежей.
Литература
1. Путиков О.Ф., Холмянский М.А., Касьянкова Н.А. Поиски нефтегазовых месторождений на шельфе геоэлектрохимическими методами изучения водной толщи. Докл. А. Н. РФ, 2008 г., т 423, №4, стр. 530-532.


КОМПЛЕКСНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО КРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ОТКОСОВ КАНАЛОВ И ПЛОТИН МЕТОДАМИ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ И ТЕПЛОВИЗИОННОЙ СЪЕМКИ

Глазунов В.В.1, Недялков В.С.2, Шадричев А.Е.2, Штенгель В.Г.2
1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург,
2 ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», Санкт-Петербург

Рассмотрена комплексная методика выявления полостей под плитами крепления грунтовых откосов, сочетающая последовательное применение тепловизионного и георадиолокационного методов. Тепловизионный метод обеспечивает получение термограмм откосов, термические аномалии на которых отражают местоположение вероятных пустот. Площадная георадиолокационная съемка проводится в пределах термических аномалий для определения местоположения и размеров пустот. Приведены результаты экспериментальных исследований откосов каналов и плотин ГТС.

Проблема разрушения железобетонного крепления откосов каналов и плотин является серьезным фактором, снижающим эксплуатационную надежность гидротехнических сооружений. Железобетонные плиты крепления подвержены различным негативным воздействиям, приводящим к формированию и развитию зон деструкции. Одним из самых значимых дефектов крепления является образование и развитие полостей под железобетонными плитами. Причинами образования такого дефекта могут быть вымывание грунта основания из-под плит, просадка из-за уплотнения намокшего основания, волновые воздействия и пр. Развитие полостей может привести к обвалу участков крепления откосов и последующего размывания обнаженного грунтового откоса.
В настоящее время выявление пустот осуществляется при визуальном обследовании по внешним признакам, которые могут проявляться при наличии значительных полостей, а на пологих откосах с креплением из тонких плит, толщиной до 150 мм, в ряде случаев дополнительно используется «простукивание» [1]. Эти способы не достоверны, контроль осуществляется бурением шпуровых скважин. Инструментальные методы, например, виброакустический и ультразвуковой носят дискретный выборочный характер и применяются в опытном порядке. На крутых склонах каналов все эти методы малопригодны по соображениям техники безопасности доступа к перекрытиям плит. Существует необходимость выбора и адаптации к натурным условиям методов неразрушающего контроля, позволяющих выявлять подплитные полости на всей площади откосов, оценивать размеры и контролировать и проводить мониторинг их развития в том числе, на крутых откосах каналов.
В ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» совместно с ООО НПП «ИнжГеофизика» разработана методика комплексного инструментального обследования, включающая последовательное применение тепловизионного и георадиолокационного методов, позволяющих выявить полости под плитами в надводной части бетонного крепления откосов каналов и оценить их геометрические параметры.
На первом этапе производится площадное тепловизионное обследование, целью которого является определение потенциально дефектных участков протяженных каналов. Информация для анализа заключается в выявлении на термограммах, полученных при сканировании откоса, аномальных участков, связанных с локальным изменением нагрева или остывания участков плит над полостями откносительно бездефектных зон.

Для определения благоприятного времени на проведение тепловизионного обследования были проведены теоретические расчеты, результатом которых являются графики, представленные на рисунке 2. Граничным условием является разница температур между бетонной плитой и грунтовым основанием в 10 оС [2].

8

Рис. 2. Графики температурной зависимости с учетом времени года врайоне 43° с.ш.

Первый этап исследования тепловизионным методом заключается в проведении сравнительной термографии участков откосов с одинаковыми характеристиками и находящихся в одинаковых условиях эксплуатации [3]. На рисунке 4 показаны термограмма и обнаруженный дефект на канале Дзауджикауской ГЭС.

9

Рис. 3. Проведение тепловизионного контроля на канале Дзауджикауской ГЭС

10

Рис. 4. Термограмма плит ПК11+20 в апреле 2014 года. Наблюдаются температурные аномалии над предполагаемыми полостями

Тепловизионный метод позволяет при сплошном площадном сканировании откосов выявить области температурных аномалий, соответствующих наличию потенциальных подплитных пустот (возможность выявления пустот и точность определения границ зависит в основном от толщины плит (до 200-250 мм), от заложения откоса (более 1:3,5), теплопроводящих особенностей бетона и грунтов основания, от состояния поверхности плит и пр.);
На втором этапе проводятся георадиолокационные исследования для подтверждения наличия пустот на потенциально дефектном участке и для определения геометрических их размеров. Для решения задачи поиска подплитных полостей используется специализированные способы обработки данных георадарной съемки, основанные на вычислении энергограмм. Области локальных возмущений, соответствующие повышенной интенсивности волнового поляна границе плита-основание, на энергограмме указывают на наличие полости. Величина временной задержки отраженного электромагнитного импульса характеризует глубину полости. Результаты исследований оформляются в виде георадиолокационных разрезов и карт [4], построенных на основании энергограмм и имеющих форму и размеры подплитных полостей и воздушных зазоров как представлено на рисунке 5.

11

Рис. 5. Энергограммы плит ПК11+20. Подтверждение наличия полости георадиолокационным методом исследования. Определенная глубина полости 150 мм

12

Рис. 5. Энергограммы плит ПК11+20. Подтверждение наличия полости георадиолокационным методом исследования. Определенная глубина полости 150 мм

Проведены расчетные, лабораторные и натурные исследования на пилотных объектах ОАО «РусГидро» с креплениями откосов из сборных и монолитных плит, позволяющие определить реальные возможности тепловизионного и георадиолокационного методов с учетом характеристик плит и откосов, армирование плит и других особенностей конструкций, сезонности и прочих факторов. Точность оценки геометрических параметров зависит от характеристик плит и грунта основания, густоты армирования и пр.)
Выводы
1. Комплексная методика выявления полостей сочетающая последовательное применение тепловизионного и георадиолокационного методов, оптимальна для локализации пустот под плитами железобетонного крепления грунтовых откосов.
2. В отличие от существующих методов выявления и контроля полостей, используемых при выборочном контроле, предложенная комплексная методика позволяет осуществить сплошной контроль надводной части крепления откосов. При этом наиболее эффективно предложенные методы неразрушающего контроля используют при обследовании крутых откосов каналов.
3. Георадиолокационный метод позволяет выявить границы пустот и отслоения грунта от плит крепления и оценить глубину полости, при ее высоте более 150 мм.
4. Применение разработанной комплексной методики на откосах ГТС позволит своевременно выявить, а в дальнейшем устранить полости под плитами крепления грунтовых откосов и, таким образом, предотвратить разрушение каналов и плотин.

Литература
1. СТО 17330282.27.140.003-2008 «Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования»
2. РД 13-04-2006 «Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах».
3. Программа для обработки и интерпретации георадарных данных RadExplorer 1.4. Руководство пользователя. Москва 2005. — 89 с.
4. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. – 155с.
5. Glazunov V.V., Efimova N.N., Shtengel V.G. GPR Evaluation of the Soil Foundation of Reinforced Concrete Units of Hydraulic Engineering Structures. — NOT World Review — 2006, №1 (31). sh 18-21)
6. Тепловизионное обследование плит крепления откосов грунтовых гидротехнических сооружений. Штенгель В.Г., Недялков В.С. Инженерно-строительный журнал, №7 2011


РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОБЪЕКТОВ ДРЕВНЕЙ МЕТАЛЛУРГИИ ПРИБАЙКАЛЬЯ

Ткачева К.Ю., Мироманов А.В., Шаргородский А.В., Агеев А.О., Шкиря М.С.
Иркутский Государственный Технический Университет

Статья посвящена комплексному исследованию геофизических методов при поисках объектов древней металлургии. В комплекс методов были включены магнитометрия, радиометрия, электроразведка методом электромагнитного зондирования и вызванной поляризации (ЭМЗВП), электротомография и георадиолокация. На участке на глубине до двух метров расположены ямные сыродутные железовосстановительные горны. В центре участка находится ряд слабовыраженных изометричных и вытянутых вдоль склона углублений. В рамках аномальной зоны выделяется 9 локальных аномалий (с интенсивностью более 200 нТл), интерпретируемые как металлургические горны.

Вопрос о масштабах и технологии получения железа древними жителями Прибайкалья является одним из интереснейших вопросов древней истории. Образцы металлургических шлаков на поверхности грунта были обнаружены во многих местах Прибайкалья: на Ольхоне, в Приольхонье, в Тункинской долине, на реках Белая и Куда, и других местах. [2, 3, 5, 7]
Первые комплексные исследования этих археологических памятников в Приольхонье были начаты в 1997 г. под руководством профессора ИрГТУ, доктора исторических наук А.В. Харинского. Проведенные исследования вблизи п. Черноруд (рис.1) позволили впервые получить представление о технологии получения железа в начале нашей эры в Прибайкалье. И вот уже почти два десятилетия комплексные экспедиции ученых, студентов и школьников продолжают эти исследования. [1, 4].

13

Рис.1. Обзорная схема участков работ

В результате выполненных в эти годы работ были выстроены основные представления о структуре верхней части разреза (см. рис.2), которые помогли спрогнозировать положение наиболее интересных объектов древней металлургии в Приольхонье (западное побережье оз.Байкал).

14

Рис.2. Обобщенный геолого-геофизический разрез по линии 1 [4]. 1 — песчано-глинистые отложения деятельного слоя; 2 — аллювиальные гравийно- галечные отложения; 3 — глины неогенового возраста; 4 — коренные породы; 5 — зоны тектонических нарушений; 6 — положение уровня грунтовых вод; 7 — значения скоростей продольных и поперечных волн (м/с)

Материалы предшествующих сейсморазведочных и гравиразведочных работ позволили выявить слои, к которым тяготеют археологические памятники. Такими слоями на участке «Архелогический», расположенный на левом берегу р.Кучелги (см. рис. 2), является песок и галечник, обогащенные кусочками шлака.
Описываемые здесь опытно-методические работы проводились на участке «Курма» и «Археологический» (залив Малое море оз.Байкал, Приольхонье).В комплекс методов были включены магнитометрия, радиометрия, электроразведка методом электромагнитного зондирования и вызванной поляризации(ЭМЗВП), электротомография (при помощи электроразведочной станции Скала-64) и георадиолокация. Целью данных работ являлось оценка эффективности применениясовременных методов геофизики на археологических памятниках «Курминское озеро-2» и «Археологический» в условиях Прибайкалья и увязки их результатов при комплексной обработке данных.
Была выполнена оценка минимальной глубины исследований и разрешающей способности по глубине технологии ЭМЗВП [2]. В качестве эталонного объекта был выбран археологический памятник «Курминское озеро-2», выделенный по данным детальной магнитной съемки. Благоприятной предпосылкой использования геофизического метода магниторазведка при изучении металлургических центров в Приольхонье является высокая магнитная восприимчивость продуктов металлургического производства, по сравнению с горными породами, в которых сооружались горны [5]. На данном участке площадью 10×10м., на глубине до двух метров расположены ямные сыродутные железовосстановительные горны [4, 6]. Археологический памятник «Курминское озеро — 2» находится в 1,8 км к северу от д. Курма, вблизи дороги «Курма — Зама». В центре участка находится ряд слабовыраженных изометричных и вытянутых вдоль склона углублений. По всей территории участка (более 1500 м2) обнаруживаются кусочки шлаков. Результаты, полученные при проведении магнитометрических съемок в течение предыдущих лет, свидетельствуют о сложной структуре магнитного поля участка. В рамках аномальной зоны выделяется 9 локальных аномалий с
интенсивностью более 200 нТл, интерпретируемые как металлургические горны (рис.3 б). [3,6]. Технология ЭМЗВП предполагает регистрацию полной формы переходного процесса от горизонтального электрического диполя с помощью заземленной линии [2].Грунт на площади различный, со значительной примесью кусков шлаков и метаморфических горных пород, а также
обожженных суглинков. Сопротивление заземления приемных электродов было высоким, около 30 кОм. Измерения проводились установкой срединного градиента с юго-западной стороны от силовой линии AB. Силовая линия AB была протянута с юга-востока на северо-запад. Для того чтобы выделить горны, в модели используется два верхних слоя толщиной до 2 м. После инверсии была сделана фильтрация данных ЭМЗВП в программной среде GelioSMI[1], с целью удаления высокочастотных помех. По полученным результатам в программе Software Surfer была отстроена карта изоом и карта напряженности магнитного поля (рис.3а, б).

15

Рис.3. Сопоставление данных ЭМЗВП (а) и магнитометрии(б) по участку Курминское озеро-2

На участке «Археологический» проводилась магниторазведка с шагом между пикетами и профилями 0.5м. В качестве измерителя напряженности магнитного поля использовался магнитометр ММП-203, высота датчика над поверхностью земли 0.5 м.  Протяжённость всех поисковых линий составила 16.5 м. Объём выполненных магниторазведочных работ составил 288.8 м2. На том же участке, с той же сетью была выполнена радиометрическая съемка, с помощью прибора СРП-68-01. Здесь же при помощи электроразведочной станции Скала-64 быливыполнены наблюдения на 6 параллельных профилях с использованием установки Шлюмберже. Шаг между электродами 0.25 м, шаг между профилями 0.5 м. Инверсия проводилась программным пакетом Res2dINV.
Интерпретация обработанного материала производилась в программной среде «GelioSMI» [1]. На карте поля ΔТ, построенной по исходным данным (рис. 4б), уверенно выделяется два аномалиеобразующих тела. После проведения фильтрации (метод главных компонент, анализ анизотропии поля) удалось снять эффект связанный с особенностями положения профилей и детально выделить контуры.

16

Рис.4. Карта напряженности магнитного поля ΔТ участка «Археологический» до фильтрации в программном комплексе GelioSMI (а) и после фильтрации (б)

17

Рис. 5. Результаты георадарной съемки на участке «Археологический»

На рисунке 5 приведен один из георадарных разрезов, на котором хорошо виден на глубине около 1.5 метра аномальный объект, хорошо коррелируемый с одним из горнов на участке «Археологический». Таким образом, опыт использования данных комплексных геофизических работ при исследованиях древних металлургических железопроизводящих центров в Приольхонье показал, что
геофизика позволяет:
1) выявить геолого-физические образования, контролирующие положение археологических памятников;
2) оконтурить металлургический центр и более точно выбрать площадь для проведения раскопок;
3) выполнить оценку глубинызалеганиягорнов;
4) реконструировать устройство металлургического центра: выделить расположение горнов, пригорновых ям и канав.
5) на примере решения археологических задач демонстрируется высокая эффективность предлагаемой методики комплексной  интерпретации, которая пригодна для более широкого круга задач малоглубинной геофизики.
Литература
1. Грайвер А.В., Давыденко А.Ю., Попков П.А., Слепцов С.В. Технология интерпретации данных площадных геофизических работ в программном комплексе «GelioSMI» // Материалы 40-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского. М.: ИФЗРАН, 2013. с. 115–120.
2. Давыденко Ю.А. Перспективы применения метода электромагнитных зондирований и вызванной поляризации (ЭМЗВП) при решении задач рудной геофизики / Минерагения Северо-Восточной Азии. Третья Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 20-летию кафедры геологии Бурятского госуниверситета. Улан-Удэ, 13-17 ноября 2012 г. С. 47 – 51.
3. Кожевников Н.О., Кожевников О.К., Никифоров С.П., Снопков С.В., Харинский А.В. Древний центр металлургии железа в пади Барун-Хал. //Байкальская Сибирь в древности. Сборник научных трудов. Вып.2. часть 2. — Иркутск: изд-во ИГПУ, 2000. С.112-125.
4. Мироманов А.В., Дмитриев А.Г., Вахромеев Г.С. Физико-геологические модели верхней части геологического разреза Байкальской рифтовой зоны // Вопросы прикладной геологии, геофизики и геоэкологии. Сб. докл. науч.-техн. конф. фак-та геологии, геоинформатики и геоэкологии. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998. — С. 57-66.
5. Снопков С.В., Харинский А.В. Металлургические горны Приольхонья // Древние культуры Монголии и Байкальской Сибири: Материалы III Международной научной конференции (Улан-Батор, 5-9 сентября 2012 г.). — Улан-Батор: Изд-во Монг.гос.ун-та, 2012. Вып.3. — С. 241-246.
6. Ткачук Д., Васильев М. Использование магнитометрии для изучения следов металлургической деятельности. //Сборник исследовательских работ Всероссийского конкурса им.В.И.Вернадского. — М.: 2000.
7. Харинский А.В., Снопков С.В. Производство железа населением Приольхонья в Елгинское время. //Известия Лаборатории древних технологий. Вып.2. – Иркутск: 2004. С. 167-187.


ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ФАЗОВОГО МЕТОДА ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В МНОГОЧАСТОТНОМ ВАРИАНТЕ НА СЛАБОКОНТРАСТНЫХ МАГНИТНЫХ АНОМАЛИЯХ

Соловьева А.В., Куликов В.А. МГУ имени М.В.Ломоносова, геологический факультет

В 2010-2014 гг. был проведен комплекс геофизических работ, направленных на изучение слабоконтрастной магнитной аномалии неглубокого залегания. По профилю вкрест аномалии выполнены вертикальные электрические зондирования с измерением вызванной поляризации. Расчет кажущейся поляризуемости осуществлялся по дифференциальному фазовому параметру. Основной задачей на этапе интерпретации стала разбраковка аномалий ВП на разных частотах и определение дополнительных параметров поляризуемости, таких как скорость и время спада. Полученный набор значений кажущихся сопротивления и поляризуемости был загружен в программу для двумерной инверсии. В качестве базовой геометрии использованы границы, полученные по результатам сейсморазведки. По результатам комплексной интерпретации уточнено строение погребенной палеодолины, создающей слабоконтрастную магнитную аномалию, и построена геолого-геофизическая модель.

В 2010-2014 гг. был проведен комплекс геофизических работ, направленных на изучение слабоконтрастной магнитной аномалии неглубокого залегания (д. Александровка, Калужская область). В ходе магниторазведочных работ были выявлены контуры аномалии и ее направление. Затем были выполнены измерения фазовым методом вызванной поляризации в широком диапазоне частот по профилю, расположенному вкрест простирания аномалии.
Основной задачей на этапе интерпретации стала разбраковка аномалий ВП на разных частотах и определение дополнительных параметров поляризуемости, таких как скорость и время спада.
По профилю вкрест слабоконтрастной магнитной аномалии выполнены вертикальные электрические зондирования с измерением вызванной поляризации. Длина профиля составила 170м. Расчет кажущейся поляризуемости осуществлялся по дифференциальному фазовому параметру (ДФП). Измерения проводились на следующих частотах: 0.076, 0.15, 0.3, 0.6, 1.22, 2.44, 4.88, 9.76, 19 Гц.
По результатам измерений были построены псевдоразрезы и кривые кажущейся поляризуемости на всех частотах. На графиках фиксируются два типа аномалий ВП: низкочастотная, связанная с горизонтом частичного водонасыщения над уровнем грунтовых вод, и высокочастотная, предположительно связанная с горизонтами магнетитсодержащих глин. Также на профиле присутствуют участки наложения эффектов от двух типов аномалий, которые проявляются как максимум ВП на средних частотах.

Полученный набор значений кажущихся сопротивления и поляризуемостибыл загружен в программу для двумерной инверсииZOND2DRES (автор Каминский А.Е.). В качестве базовой геометрии использованы границы, полученные по результатам метода ОГТ на том же профиле. Таким образом, для каждой частоты в отдельности получены двумерные модели с фиксированными (априорными) границами (рисунок 1).
С помощью вышеупомянутой программы была выполнена интерпретация многочастотных измерений с одновременным подбором всех параметров модели Cole-Cole. В результате такой инверсии получены три модели: модель η (кажущейся поляризуемости), модель τ (временного параметра), модель С (степенного параметра) (рисунок 1).
В модели поляризуемости выделяются две области, характеризующиеся высокими значениями. Одна, приповерхностная, отвечает горизонту частичного водонасыщения над УГВ в линзе песка. Вторая контрастная аномалия локализуется точно под максимум магнитного поля на глубинах от 9 до 18м. Центр аномальной области совпадает с максимумами значений ηк по результатам скважинных измерений.
В целом, наблюдается увеличение времени релаксации ВП (параметр τ) с увеличением глубины. Это можно связать с тем, что верхняя часть разреза представлена глинами и суглинками, а по мере увеличения глубины в разрезе появляются пески, известняки. Для песчано-глинистых отложений, в отсутствии электронопроводящих включений, характерное время спада поля ВП, как правило, имеет прямую корреляцию с размером зерен[1]. Чем более тонкодисперсная порода, тем меньше значение параметра τ. Модель, полученная по параметру С (скорость спада) имеет много схожих черт с моделью по временному параметру τ.
Заключение
По результатам комплексной интерпретации уточнено строение погребенной палеодолины, создающей слабоконтрастную магнитную аномалию, получены характеристики спада ВП для различных отложений, представленных в разрезе. Также построена геолого-геофизическая модель.

18

Рис. 1.Результаты геофизических работ по профилю 1. А. – сейсмический глубинный разрез, Б — модель УЭС, В,Г – поляризационные модели для низкой и высокой частот по результатам двумерной инверсии

Литература
1. Titov К. Induced polarization of unsaturated sands determined through time domain measurements / Titov К., A. Kemna, A. Tarasov, and H. Vereecken // Vadose Zone Journal 3. – 2004. – p.1160-1168


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Фаге А.Н. 1, Яркова Н.М.2, Ельцов И.Н.1

1 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН, Новосибирск,
2 ООО «Сибгеоресурс» геологическая служба, Кемерово

Электротомография является одной из наиболее современных методик разведки на постоянном токе, сочетающей в себе мобильность, высокую информативность и гибкость использования [1], что позволяет решать широкий спектр задач: гидрогеология, экология, инженерные изыскания и, разумеется, поиск полезных ископаемых. Упомянутая выше высокая разрешающая способность в сочетании с относительно небольшим временем, необходимым для развертывания установки и выполнения измерения позволяет оперативно исследовать большие площади. Таким образом, метод электротомографии очень хорошо подходит для работы на месторождениях рудного и нерудного сырья [2,3], характеризуемых неглубоким залеганием и, соответственно, разрабатываемых открытым способом. В ходе экспериментальных работ на угольных месторождениях Новосибирской и Кемеровской области было обнаружено, что большое значение имеют гидрогеологические условия на объекте. В частности, хорошие результаты обеспечиваются при наличии выраженных водоносных горизонтов, соседствующих с относительно сухими угольными пластами и вмещающими их породами. Такие условия дают контрастные геоэлектрические разрезы (разница значений УЭС до двух порядков) и, как следствие, способствуют более точному определению параметров интересующего объекта. В данной статье представлены результаты работ на перспективных и действующих угольных разрезах в Кемеровской и Новосибирской области.
Ключевые слова: электротомография, уголь, угольный пласт, водоносный горизонт, полезные ископаемые, электрическое профилирование, вертикальное электрическое зондирование.

Описание метода и полученные результаты
Метод электротомографии на постоянном токе, с каждым годом получает все большее распространение при поиске и разведке месторождений рудного и нерудного сырья на относительно небольших (до 100 м) глубинах. Электротомография является развитием технологии вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), которая была усовершенствована за счет использования многоэлектродной электроразведочной косы и автоматической электроразведочной станции. В основе электроразведочной станции лежит программируемый микроконтроллер, позволяющий в автоматическом режиме реализовывать различные установки (Шлюмберже, Веннера, диполь-диполь и пр.) на электроразведочной косе. При этом глубина исследования зависит от геометрического параметра установки, в нашем случае, для применяемых нами схем Шлюмберже и поль-диполь, отношение глубины к длине электроразведочной линии приблизительно равно 1/5 для установки Шлюмберже и 1/3 для установки поль-диполь. Таким образом, для имеющегося в нашем распоряжении оборудования (автоматическая электроразведочная станция Скала-48), максимальная глубина исследования при работе 5-метровыми косами (общая длина установки равна 235 метрам) составляет 47 метров для схемы Шлюмберже и 80 метров для схемы поль-диполь с выносным электродом, соответственно. Повышение глубины исследования связано либо с увеличением расстояния между электродами на электроразведочной косе и, как следствие, с пропорциональным падением вертикальной разрешающей способности, либо с использованием большего количества электродов на косе, что сопряжено с существенным удорожанием оборудования. Мы обнаружили, что применяемая нами аппаратура позволяет получить достаточную для большинства разрабатываемых открытым способом месторождений глубину исследования, при этом не теряет чувствительность к достаточно мощным (от 3 метров) и, соответственно, экономически оправданным для разработки, угольным пластам. Особенно хорошо метод показывает себя на участках, где угольные пласты и вмещающая их порода соседствуют с мощными водоносными горизонтами, как правило, низкоомными, что позволяет получать контрастные по электросопротивлению разрезы. Такие разрезы, в свою очередь позволяют более точно определить границы геологических сред.
До настоящего момента в Новосибирской и Кемеровской областях для разведки угольных месторождений и оценки их параметров в основном используются традиционные методы — бурение и скважинный каротаж. Эти методы, хотя и являются наиболее точными, весьма дороги и требуют существенных временных затрат. Использование электротомографии позволяет сократить расходы на бурение сетки разведочных скважин, поскольку дает возможность построить предварительную геологическую карту месторождения и использовать бурение лишь для привязки к реальным геологическим условиям и уточнения отдельных, наиболее интересных, участков.
В статье приводятся результаты, полученные в ходе работ по поиску угольного пласта на неразведанном участке действующего разреза «Барзасский» в Кемеровской области. Работы производились в 2013 году с использованием аппаратурного комплекса СКАЛА-48 [4]. В 2014 году были получены данные вскрытия исследованного участка и, как следствие, появилась возможность соотнести реальную геологическую обстановку с результатами геофизических работ.

19

Рис. 1. Исследуемая площадка. Непрерывными красными линиями отмечены построенные профили. Серые линии – выходы угольных пластов под рыхлые наносы (прогноз по данным бурения)

Особенностью исследуемых объектов является наличие водонасыщенных областей, приуроченных к зонам нарушений. Такие условия способствуют получению высококонтрастных геоэлектрических разрезов, на которых водонасыщенные (низкоомные) породы (песчаники, супеси) «оттеняются» более высокоомными, в частности, угольными пластами и вмещающими их алевролитами. Сравнение результатов, полученных с использованием метода электротомографии (рис.2) с данными бурения (рис.1) позволило сделать вывод о достаточно высокой информативности и достоверности геофизических работ на подобных объектах.

20

Рис. 2. Геоэлектрические разрезы по профилю ЭРП—1-4 на глубины 40 и 80 м с нанесенными угольными пластами (по данным исследования методом электротомографии)

Полученные нами данные (рис.2) позволили сделать первоначальный вывод о наличии угольного пласта (Волковский) даже без знания результатов бурения в конкретном месте. Особенно хорошо интересующая нас аномалия просматривается на геоэлектрическом разрезе, полученном с использованием схемы поль-диполь: красно-фиолетовая область высоких значений УЭС (300-400 Ом∙м). Мы предположили, что желто-оранжевая область со значениями УЭС от 60 до 100 Ом∙м соответствует вмещающей породе. Зеленая область – зона нарушений. Судя по значениям УЭС она увлажнена (это предположение было впоследствии подтверждено геологом, работающим с угольным разрезом «Барзасский»). Красно-фиолетовая зона, согласно нашим предположениям, — аномалия, приуроченная к угольному пласту.Проведенные лабораторные измерения образцов породы, взятых в непосредственной близости от изучаемого участка, показали, что значения УЭС для алевролитов находятся (в зависимости от влажности) в интервале 100-160 Ом∙м, для угля — в интервале 370-450 Ом∙м. Исходя из конфигурации красно-фиолетовой области на разрезе по схеме поль-диполь мы предположили, что угол падения пласта находится в интервале 30-45º, при этом верхняя часть пласта имеет существенно меньшие углы, фактически, параллельна поверхности. Наши предположения были частично основаны на результатах бурения и вскрытия соседних участков месторождения.
В 2014 году исследованный нами участок был разработан и получена геологическая основа, на которую мы смогли наложить геоэлектрические разрезы (0).

21

Рис. 3. Геологическая основа, построенная по результатам разработки исследованного участка

Заключение
Выполненные на объекте работы продемонстрировали перспективность электротомографии для решения задач, связанных с поиском выходов угольных пластов под рыхлые наносы, особенно, в условиях наличия водоносных горизонтов. Этому способствует высокая контрастность получаемых разрезов, объясняемая существенной разницей в значениях УЭС между водонасыщенными структурами и относительно сухими объектами, в данном случае, приуроченными к алевролитам. При этом стоит отметить, что исследование методом электротомографии способно дать результат только в совокупности с правильной геологической трактовкой полученных данных. В частности, оценить перспективность того или иного проявления вмещающей угольные пласты породы может лишь геолог, имеющий представление об общем геологическом строении исследуемой территории.
Литература
1. Loke M. H., Electrical Imaging Surveys for Environmental and Engineering Studies, a Practical Guide to 2D and 3D Surveys by Loke (http://www.geoelectrical.com, 1999).
2. N.S. Krishnamurthy, V.Ananda Rao, Dewashish Kumar, K.K.k. Singh, Shakeel Ahmed., Electrical Resistivity Imaging Technique to Delineate Coal Seam Barrier Thickness and DemarcateWater Filled Voids // Journal Geological Society Of India Vol.73, May 2009, pp.639-650.
3. William J. Johnson., Applications Of The Electrical Resistivity Method For Detection Of Underground Mine Workings // Geophysical Technologies for Detecting Underground Coal Mine Voids, Lexington, KY, July 28-30, 2003
4. Булгаков А.Ю., Манштейн А.К. Геофизический прибор для автоматизации многоэлектродной электроразведки // Приборы и техника эксперимента. 2006. № 4. С. 123–125.


ОЦЕНКА МАКРОАНИЗОТРОПИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО СЛОИСТОГО РАЗРЕЗА ПО ДАННЫМ МЕТОДА  РАДИОМАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ИСТОЧНИКОМ

Шлыков А.А., Сараев А.К. Санкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о Земле,

В работе рассмотрен алгоритм и методика анизотропной инверсии данных метода радио-магнитотеллурических зондирований с контролируемым источником, полученных в промежуточной зоне источника — заземленного кабеля конечной длины. Применимостьразработанногоподходапроверенанасинтетическихиполевыхданных.

Представленырезультатысовместнойинверси исинтетических данных метода РМТ-К в промежуточной зоне заземленного кабеля. Данные на высоких частотах, как привило, соответствуют условию дальней зоны и не содержат гальванической моды ЭМ поля. Поэтому вертикальные удельные сопротивления верхних слоев не могут быть определены методом РМТ-К и использованием представленного алгоритма инверсии. Применение итеративной оценки разрешения вертикальных удельных сопротивлений
позволяет корректно отделить макроанизотропные слои от изотропных слоев. Совместная инверсия импеданса и типпера, измеренных в промежуточной зоне заземленного кабеля методом РМТ-К вместе с применением разработанного алгоритма анизотропной инверсии позволяет надежно определить мощности макроанизотропных слоев и их коэффициенты макроанизотропии без привлечения данных других методов электроразведки.


МОНИТОРИНГ РАННИХ СТАДИЙ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

В.В. Глазунов, С.Б. Бурлуцкий
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург.

В работе рассмотрены динамические электротомографические модели, отражающие формирование и развитие оползневых процессов. Результаты компьютерного моделирования и экспериментальных электротомографических исследований, выполненных на различных стадиях развития оползневого процесса, обосновывают возможность оценки степени развития гидродинамических процессов, протекающих в трещинах отрыва и поверхности скольжения оползня. Результаты моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями оползневого склона Ленинградской области.

Согласно действующей нормативной документации при проектировании газопроводов в горной местности к особо опасным относятся участки, расположенные в местах проявления оползневых процессов. Для целей проектирования газопроводов в условиях оползнеопасных склонов применяются комплексные инженерно-геологические и геофизические исследования. К основным задачам комплексных инженерно-геологических и геофизических изысканий на таких участках склонов относятся, изучение строения и физико-механических свойств грунтов с целью прогноза развития оползневых процессов.
Для оценки устойчивости оползневых склонов применяются методы геодезического и гидродинамического мониторинга, выполняемые в различные сезоны. Данные режимных наблюдений позволяют проследить и оценить деформационные изменения пород, слагающих оползневые склоны в различные периоды времени, и дать прогноз сезона с наибольшей опасностью схода оползня. Экспериментальные исследования показали, что для решения этих задач целесообразно также привлекать метод электротомографии.

22

Рис.1. Геоэлектрическая динамическая модель оползня с указанием трещин отрыва и поверхности скольжения

Оползневой процесс, как известно, зарождается и развивается в геологической среде, элементы которой создают условия, в разной степени благоприятствующие воздействию гравитационных процессов на устойчивость грунтового массива в пределах склона [3]. Одним из первых элементов оползня является трещина отрыва, с которой начинает свое развитие основной его элемент – поверхность скольжения. Трещины в оползневом склоне оказывают отрицательное влияние на его устойчивость.Они способствуют доступу агентов выветривания в оползневый массив, что влечет за собой уменьшение значений его физико-механических характеристик, препятствующих смещению.Для оценки устойчивости грунтов оползневого склона необходимо определение показателей сопротивления сдвигу, к которым относятся в первую очередь удельное сцепление C и угол внутреннего трения. Показатели сопротивления глинистых грунтов сдвигу и С зависят от влажности W [5]. Увеличение объемной влажности глинистого грунта приводит к резкому уменьшению показателей его сопротивления сдвигу вследствие последовательного перехода его состояния от пластичного к текучепластичному и далее к текучему.Таким образом, области повышенной влажности глинистых грунтов, слагающих оползневый склон, являются зонами ослабления.Зона скольжения и трещины отрыва характеризуется повышенными значениями влажности W глинистых грунтов [4]. Это объясняется механическим разрушением пород и гидратацией глинистых минералов, что повышает количество поровой влаги.

23

Рис.2. Электротомографические разрезы динамической модели оползня в моменты времени отt1 до t6

Электрические свойства глинистых пород и глинистых минералов в значительной степени зависят от их влажности.Это обуславливается тем, что сопротивление влаги на много порядков меньше большинства породообразующих минералов [2].Влажность грунтов может изменяться достаточно быстро, что оказывает значительное воздействие на динамику изменений электрофизических свойств глинистых пород.Таким образом, изменение физико-механических свойств глинистых пород, определяющих устойчивость оползневых склонов, вследствие изменения их влажности, напрямую проявляется в изменении их электрофизических свойств. Это обстоятельство открывает возможности для применения современных методов электроразведки постоянным током, к которым, прежде всего, относится метод электротомографии.
Для оценки принципиальных возможностей электротомографических технологий для прослеживания изменений влажности глинистых грунтов в ослабленных зонах оползневого массива, выполнено компьютерное моделирование.В пределах склона рассмотрено формирование оползня асеквентного типа, сформированного суглинками (Рис.1).Динамическая геоэлектрическая модель оползневого склона характеризует пространственно-временные изменения значений УЭС, являющиеся следствием гидродинамических процессов, протекающих в оползневом массиве. Модель включает шесть геоэлектрических разрезов, соответствующих моментам времени от t1 до t6.Гидродинамические процессы, развивающиеся во времени, моделируются в виде уменьшения значений УЭС в пределах зон трещин отрыва и поверхности скольжения.
Электротомографическое моделирование проведено с помощью компьютерной программы ZondRes2D. Решение прямой задачи выполнено для дипольно-осевой электроразведочной установки с шагом расстановки электродов 4м.

24

Рис.3. Разностные электротомографические разрезы динамической модели оползня в моменты времени отt1 до t6

На синтезированных электротомографических разрезах проявились геоэлектрические эффекты, обусловленные, прежде всего, рельефом склона и в меньшей степени элементами оползня(Рис.2). Наибольшие изменения приурочены к локальным низкоомным субвертикальным зонам соответствующим трещинам отрыва. По мере увеличения влажности пород в зоне трещин отрыва и проникновения влаги по ним вглубь оползневого тела, эти области проявляются на электротомографических разрезах более отчетливо. В связи с малой мощностью зоны поверхности скольжения, выделить ее на электротомографических разрезах практически не представляется возможным.Таким образом, в процессе развития оползня, благодаря увеличению влажности глинистых пород в зонах трещин отрыва и поверхности скольжения, происходит понижение УЭС пропорционально динамике развития оползневого процесса.
Поскольку на электротомографических разрезах изменения прослеживаются не достаточно отчетливо, построены разностные разрезы, которые характеризуют изменения УЭС по отношению к начальному состоянию оползня (Рис.3). На представленных разрезах отчетливо проявляются изменения значений УЭС в зонах трещин отрыва и поверхности скольжения. На ранней стадии развития процесса проникновения влаги по трещинам отрыва, наблюдается незначительное уменьшение величины δρ2 в верхней части разреза. На следующих стадиях развития оползня, по мере проникновения влаги, отмечается формирование локальных субвертикальных областей пониженных значений величины δρi. В последний период времени,зона пониженных значений δρ6 охватывает контуры оползневого тела, ограниченные поверхностью скольжения. Влага полностью распределилась в зонах трещин отрыва и поверхности скольжения оползня. Значения влажности суглинков в этих зонах достигли порядка 30%, что, примерно, соответствуют значениям на границе раската этих глинистых пород.Таким образом, на основании разностных разрезов можно проследить динамику процесса оползнеобразования, кроме того они отражают даже незначительное изменение влажности глинистых пород в зонах формирования трещин отрыва и поверхности скольжения оползня. На основании разностных разрезов можно проследить динамику процесса оползнеобразования, а также установить степень формирования основных элементов оползня на ранней стадии их развития. Этот вывод экспериментально подтвержден результатами электротомографического мониторинга оползневого склона левого берега р. Тосны, в районе г. Никольское, Ленинградской области.

25

Рис. 4. Электротомографические разрезы оползневого склона левого берега р. Тосны, полученные в июле 2013г. (а) и марте 2014г.

На оползневых склонах распространены нижнекембрийские синие глины лонтоваского горизонта. В районе г.Никольское лонтоваские глины залегают под маломощным слоем четвертичных отложений, которые представлены элювиальными и делювиально-коллювиальными отложениями. Горизонт четвертичных отложений сложен суглинками коричневого цвета с примесью обломочного материала [1]. По данным визуального обследования обнажений, уже сошедшего оползня, мощность четвертичных отложений оползневого участка левого берега р. Тосны близка к 5м. Поверхность скольжения оползня приурочена к ослабленному контакту четвертичных суглинков и лонтоваских синих глин. Электроразведочные работы проводились в два этапа:
1. В июле 2013г., во время минимального выпадения атмосферных осадков;
слагающих оползневой склон.
Результаты мониторинга оползневого склона представлены в виде электротомографических разрезов полученных в июле 2013 г. (Рис. 4а) и в марте 2014 г. (Рис. 4б), а также разностного электротомографического разреза отношений δρ2 =ρ2 / ρ1 удельных электрических сопротивленийρ2, полученных в марте 2014г., к значениям ρ1, полученным в июле 2013г. (Рис.5).
Удельные электрические сопротивления пород на электротомографических разрезах распределены достаточно равномерно (Рис. 4). Диапазон вариаций УЭС лежит в пределах от 10 до 30 Ом.м. В связи со слабой дифференциацией глинистых пород по УЭС, выделить основные элементы оползня практически не представляется возможным.

26

Рис. 5. Разностный электротомографический разрез отношения δρ2 =ρ2 / ρ1 по данным наблюдений, проведенных в марте 2014г. и в июле 2013г.

На разностном электротомографическом разрезе, отмечается протяженная область наиболее подверженная изменению удельного электрического сопротивления глинистых пород (рис.5). Эта область, начинается у оползневого уступа, расположенного на ПК127, и прослеживается на всем протяжении электротомографического разреза. Нижняя граница этой области находится на глубине около 5м. Согласно инженерно-геологическим исследованиям, эта граница соответствует расположению поверхности скольжения оползня.В приповерхностной части разреза наблюдаются две локальные субвертикальные области уменьшения УЭС глинистых пород, расположенные в районе ПК60 и ПК127, эти области контролируют локальное уменьшение влажности и могут соответствовать трещинам отрыва, которые разделяют оползневой массив на два блока.
Выводы
Результаты выполненного математического моделирования и полевых электроразведочных работ, в комплексе с инженерно-геологическими исследованиями оползневого склона левого берега р. Тосны, позволяют рекомендовать проведение электротомографического мониторинга для изучения динамики развития оползневых процессов и структуры оползней, формирующихся за счет изменения влажности глинистых пород, слагающих основные элементы оползневых массивов. Совместный анализ результатов томографических исследований, выполненных на различных стадиях развития оползневого процесса дает возможность судить об изменении электрофизических свойств глинистых пород, обусловленных изменением их влажности. Кроме того, данные электротомографического мониторинга позволяют определить основные элементы оползня, даже в условиях слабо выраженной геоэлектрической дифференциации грунтов.
Литература
1. Геология СССР. Т.1. Ленинградская, Новгородская и Псковская области. – М.: Недра, 1971. – 502 2. Зинченко В.С. Петрофизические основы гидрогеологической и инженерно-геологической интерпретации геофизических данных: Учебное пособие для студентов вузов. – М.- Тверь: Изд. АИС, 2005. – 392 с.
3. Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. СПб.: Наука, 2000. 416 с.
4. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики / Под ред. В.А. Богословского. М.: Недра, 1990. 502 с.
5. Омуралиев С.Б. Влияние влажности на прочностные свойства суглинистых грунтов при плоском сдвиге. http://vestnik.kazntu.kz/files/newspapers/57/1856/1856.pdf. Датаобращения: 04.03.2014.


ОПЫТНОЕ ОПРОБОВАНИЕ БЕСКАБЕЛЬНЫХ РЕГИСТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ «SCOUT» В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОФИЗИКЕ

Д.Н. Бондаренко, Б.В.Бучарский, В.В.Горячев1, С.М. Крылатков, Н.А. Крылаткова, А.Н. Крылевская2
1 ООО «Ингеоком», Саратов
2Уральский государственный горный университет, Екатеринбург

Опробованы бескабельные телеметрические сейсмо-и электрорегистрирующие системы БСД «SCOUT» в комплексе геофизических исследований при выполнении инженерных изысканий. Показана высокая геологическая и технологическая эффективность применения систем при изучении контрастных геофизических характеристик верхней части разрезов в районах Центра России и Якутии.

27

Карта распределения уровня водоносного горизонта по данным М-ЗСБ

Применение блоков сбора данных бескабельных телеметрических сейсморегистрирующих систем, как показало их опытное опробование при регистрации упругих волн в сейсморазведке МПВ и электромагнитных полей в электроразведке М-ЗСБ и при решении задач инженерной геофизики, обеспечивает несомненные преимущества по сравнению с традиционно используемыми кабельными регистрационными системами. К таким преимуществам, как показал опыт, относятся:
— высокая производительность на этапе геофизических изысканий;
— возможность уменьшения численности персонала геофизического отряда за счет сокращения объема размоточно-смоточных операций при подготовке многоканальных измерительных систем;
— возможность размещения многоканальных измерительных систем в сложных условиях местности при минимальном воздействии на ландшафт;
— организация режима непрерывной регистрации геофизических сигналов при мониторинге.
С внедрением в практику производства инженерно-геофизических изысканий бескабельных телеметрических сейсморегистрирующих систем существенно сокращается срок их выполнения и расширяется возможность реализации профильных сейсморазведочных и электроразведочных исследований в сложных условиях местности и техногенной загруженности обследуемых территорий.


EM-DATAPROCESSOR: ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ В СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ СРЕДАХ

Чернышев А.В., Тригубович Г.М.
Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья, Новосибирск

В работе рассмотрены основные возможности программного комплекса EM-DataProcessor при проведении количественной интерпретации данных наземной импульсной индуктивной электроразведки, данных МТЗ, а также данных аэроэлектроразведки становлением поля. Оперативная инверсия данных может выполняться в полевых условиях в том числе в 3Dварианте.

Введение
Возможности EM-DataProcessor для обработки и интерпретации данных, получаемых в импульсной индуктивной электроразведке и МТЗ, включают необходимый препроцессинг данных (интерактивную обработку данных, фильтрацию по времени/пространству и др.), алгоритмы количественной интерпретации данных (пакетную 1Dинверсию, линейную и нелинейную 3Dинверсии), а также 2Dи 3Dвизуализацию результатов интерпретации. Основное внимание при разработке программного комплекса было уделено скорости получаемых результатов 1D и, главное, 3Dинверсий, интуитивности пользовательского интерфейса при обработке и интерпретации данных, а также информативности получаемых интерпретационных образов изучаемой среды, достигаемой с использованием реализованных средств визуализации.
1D инверсия
Одной из базовых процедур в EM-DataProcessor [5] является одномерная количественная интерпретация данных, которая обеспечивает решение множества экспериментальных геолого-геофизических задач. Пользователь имеет возможность восстановить геоэлектрические параметры среды (в том числе параметры ВП, для описания которой используется формула Cole-Cole [7]) в рамках квазислоистой модели как в одном пикете, так и сразу по всему профилю с учетом взаимного расположения точек зондирования. Такой подход позволяет существенно ускорить процесс инверсии и получать более устойчивое и «гладкое» распределение параметров среды вдоль профиля.1Dинверсия реализована для всех типов обрабатываемых данных: М-ЗСБ, МТЗ, аэро-МПП.
Особенностью инверсии данных, осложненных присутствием индукционной ВП, является существенное увеличение числа определяемых параметров: от двух до пяти для каждого слоя (мощность h, сопротивление  и параметры Cole-Cole: поляризуемость, постоянная времени поляризации и степенной фактор). В связи с этим решение обратной задачи может стать проблематичным и даже невозможным [3]. Для решения этой проблемы в EM-DataProcessor реализовано два подхода к интерпретации таких данных. Первый основан на технологии разделения индукционного и поляризационного полей [2,8] и заключается в последовательной интерпретации разделенных сигналов: по индукционному сигналу восстанавливаются параметры среды без ВП, после чего на их основе подбираются параметры ВП по выделенномусигналу ВП. Второй подход состоит в совместной инверсии данных, полученных от разных приемно-генераторных установок (или от разных приемников, находящихся на различном расстоянии от центра генераторной петли). Это позволяет существенно улучшить сходимость решения.

3D инверсия данных М-ЗСБ
В EM-DataProcessor реализована оперативная нелинейная (учитывающая нелинейность отклика пробных объектов от значений их аномальной проводимости) 3Dинверсия, основанная на разбиении исследуемого объема сеткой объектов, в каждом из которых ищется значение удельной проводимости. Реализованная 3Dинверсия выполняется на персональном компьютере в достаточно короткие сроки (от нескольких минут) и основана на минимизации функционала.

28

Рис.1. Разрез удельного сопротивления по профилю

Приведем результаты 3Dинверсии на примере профильных данных, полученных с генератором 50х50м2, над моделью, приведенной на рис.2. Два объекта залегают в двухслойной среде. Первый слой имеет сопротивление 50 Ом∙м, второй – 100 Ом∙м. Объекты заданы с сопротивлениями 10 и 20 Ом∙м.
На рис.3 представлены результаты двух типов трехмерной интерпретации в сравнении с результатом одномерной количественной интерпретацией по тем же данным.

29

Рис. 2. Модель с двумя объектами

Как видно из рисунков, наиболее адекватный результат получен при использовании нелинейной 3Dинверсии. Однако линейная 3Dинверсия также дала результат, не искаженный присутствием ложных боковых объектов, что вполне может быть использовано в оперативной оценке 3D распределения проводимости среды.

30

Рис.3. Результаты трехмерной интерпретации (вверху — нелинейная инверсия, по центру — линейная) в сравнении с одномерной количественной интерпретацией (внизу)

Отметим, что при проведении 3Dинверсии исследуемый объем разбивался на 120объектов, а время расчета одной итерации составило 1 минуту (процессор IntelCorei7 3,6 ГГц). Потребовалось 5 итераций для понижения среднеквадратичного отклонения в 7 раз.
Еще одной возможностью EM-DataProcessor является 3Dинверсия данных аэроэлектроразведки. Особенностью интерпретации таких данных является их огромный объем и большие площади исследований. Для инверсии таких данных используется метод скользящего окна (moving footprint) [6], в котором учитываются данные зондирований для расчета отклика от выбранного пробного объекта. Кроме того, ускорение достигается и за счет возможности представления источника в виде магнитного диполя, поднятого на высоту полета.
Совместная 3D интерпретация данных МТЗ и М-ЗСБ
Для корректного изучения глубинной части разреза исследования проводят по технологии совместного использования М-ЗСБ и МТЗ, которая позволяет учесть неоднородность верхней части разреза (ВЧР) и оценить параметры глубинных объектов.
Технология комплексной интерпретации электроразведочных данных М-ЗСБ и МТЗ в программном комплексе EM-DataProcessorсостоит впоэтапной параметризации разреза.
На первом этапе восстанавливается 3Dмодель ВЧР по данным М-ЗСБ. Далее проводится нормализация (устранение shift-эффекта) данных МТЗ с использованием 3Dмодели, полученной по данным М-ЗСБ. Для этого рассчитывается прямая задача МТЗ для 3Dмодели ВЧР и проводится совмещение рассчитанных и практических кривых кажущихся сопротивлений МТЗ в выбранном диапазоне частот. Отметим, что нормализация, основанная на 3Dмодели ВЧР, позволяет более адекватно интерпретировать глубинную часть исследуемой среды по сравнению с часто применяемыми на практике способаминормализации, использующими только данные МТЗ [1].
На втором этапе проводится 3Dинтерпретация нормированных данных МТЗ с фиксированной 3Dмоделью ВЧР, полученной по данным М-ЗСБ. Подбор выполняется только для глубинной части разреза. На рис. 4 приведенрезультат 3Dинтерпретации в сравнении с исходной моделью.Отличия в ВЧР обусловлены недостаточной плотностью измерений М-ЗСБ, а также влиянием объектов, расположенных сбоку от профиля [4]. Заметим, что осевая линия глубинного целевого горизонта (показанная на рис.4а пунктирной линией) и соответствующая суммарная продольная проводимость пласта на практике определяются с высокой точностью, но в силу эквивалентности определить мощность таких пластов затруднительно без привлечения дополнительной информации.

Заключение
Реализованные в EM-DataProcessor способы интерпретации данных электроразведкипозволяют проводить оперативную инверсию данных в полевых условиях в том числе в 3Dварианте.Эффективность разработанных процедур подтверждена как на модельных данных, так и при решении множества практических задач.
Литература
1. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики // М., Научный мир, 2009, 668 с.
2. Каменецкий Ф. М., Тимофеев В. М. О возможности разделения индукционных и поляризационных эффектов //Изв. АН СССР. Физика Земли. -1984.-№ 12.-С. 89-94.
3. Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Совместная инверсия данных МПП с учѐтом индукционно-вызванной поляризации // Геология и геофизика. -2009. — Т. 50. — № 2. — С. 181-190.
4. ПерсоваМ.Г., СоловейчикЮ.Г., ТригубовичГ.М., ТокареваМ.Г.. Методы и алгоритмы восстановления трехмерной структуры проводимости и поляризуемости среды по данным электромагнитных зондирований на основе конечноэлементного 3D-моделирования // Физика Земли, 2013, № 3, С. 30–45.
5. Тригубович Г.М., Чернышев А.В., Куклин А.В., Ковальский Я.Ф., Сверкунов А.С. EM-DataProcessor: оперативная 3D-инверсия данных импульсной индуктивной электроразведки // Гео-Сибирь — 2014. Т. 2. № 3. С. 95-101.
6. Cox L., Wilson G., Zhdanov M. 3D inversion of airborne electromagnetic data. Geophysics – 2012. Vol. 77. №4. P. WB59-WB69.
7. Dias, C. A., 2000. Developments in a model to describe low-frequency electrical polarization of rocks: Geophysics, 2, 437-45.
8. Kamenetsky F.M., Trigubovich G.M., Chernyshev A.V. Three lectures on geological medium induced polarization. L-M University of Munich, 2014, Vela Verlag, 56p, ISBN: 978-3-941352-65


ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ ПРИ ПОИСКАХ И РАЗВЕДКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗАПАДНОЙ ПУСТЫНЕ ЕГИПТА

Шаабан Х.М.1, М. Атия 2, Г. Эль-Кади 2, М. Абдель-Захер2
1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия
2 Национальный научно-исследовательский институт астрономии и геофизики, Хелуан, Египет

Регион Эль-Минья является естественным продолжением в западном направлении Западной пустыни Египта. В рамках «Проекта национального развития» этого региона оценка ресурсов подземных вод является краеугольным камнем. В этом регионе располагается большая агроферма (около 10000гектаров), потребности которой в воде в течение нескольких десятилетий обеспечиваются 150-ю продуктивными водозаборными скважинами. Опыт их эксплуатации свидетельствует о том, что вода в некоторых скважинах минерализовалась; в ряде скважин водный ресурс истощился. В этих условиях особую актуальность приобретает проблема выделения резервных водоносных горизонтов.
Геофизические исследования этого региона были проведены с использованием методов переходных процессов (МПП) и аудиомагнитотеллурического зондирования с контролируемым источником(CSMT). Эти методы были выбраны с учетом двух важных особенностей изучаемой геологической среды: развитие толщ сухих песков с повышенными значениями удельного электрического сопротивления в верхней части разреза; расположение водоносных горизонтов с повышенными значениями удельного электрического сопротивления на глубинах более 500 метров.
В ходе исследований было выполнено 28 точек наблюдений методом CSMT с использованием станций «Stratagem EH-4» на низких(0,1 Гц-1 КГц) частотах и на высоких(10 Гц-100КГц) частотах. Методом МПП было отработано 33 точки наблюдений с использованием станций «SirotemMK-3». Точки наблюдений располагались вдоль трех субмеридиональных профилей. Полученные данные были обработаны с использованием программы «WinGLink». Построенные разрезы отражают особенности геометрии водоносного бассейна, что позволило оценить ресурс подземных вод. Эти материалы использованы для планирования мест заложения водозаборных скважин и оценки режима их эксплуатации.


О РЕЗУЛЬТАТАХ КОМПЛЕКСНЫХ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ НА ПРЯМЫЕ ПОИСКИ НЕФТИ И ГАЗА В ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Колесников В.П., Ласкина Т.А. Пермский государственный национальный исследовательский университет

Рассмотрены возможности и перспективы применения комплекса электроразведочных исследований, включающего традиционные методы и индукционное зондирование с использованием промышленных магнитных полей, для выделения и изучения залежей нефти и газа на примере месторождений Пермского края.

Поиски и изучение месторождений нефти и газа в настоящее время являются одной из наиболее актуальных задач. Часто данные исследования связаны со значительными трудностями, обусловленными большими глубинами залегания нефтяных залежей, сложными геологическими условиями, неоднозначностью физико-геологического истолкования результатов геофизических наблюдений и, соответственно, выделения структурного поднятия, являющегося основным поисковым объектом, связанным с возможными скоплениями углеводородов. Практическая реализация этого приводит к большим трудозатратам и высокой стоимости работ. К тому же при наличии неравномерного (возможно мозаичного) распределения нефти в пределах структурного поднятия эта особенность не обеспечивает возможности выбора наиболее продуктивной части месторождения.
Поэтому в мировой практике ведется научный поиск технологически простых, оперативных и дешевых методов, ориентированных на прямые поиски нефти, основанных на изучении различных проявлений ее в физических полях.
Исследования многих авторов, в частности [6, 7], показывают, что обычно всякие нефтяные ловушки сопровождаются наличием целого ряда физико-химических проявлений: а) миграцией и аккумуляцией газа; б) окислительно-восстановительными процессами, вызывающими образование вторичных минералов, в основном сульфидов (пирит, пирротин, арсенопирит, халькопирит и др.); в) возможными проявлениями геосолитоновых процессов; г) повышенной динамикой изменения физических свойств во времени, в силу тенденции приуроченности месторождений к тектоническим структурам и др. Набор таких проявлений не исчерпан и поиск их продолжается.
Подобные физико-геологические процессы проявляются над местами скопления углеводородов с тем большей активностью проявлений, чем больше их содержание и степень разуплотненности вышезалегающих пород, причем на глубинах значительно меньших, чем глубина залегания самой залежи и вполне доступных для обследования различными методами геофизики.
Одними из наиболее перспективных в этом направлении являются методы электрометрии, обладающие возможностью использования различного рода электрических и электромагнитных полей, несущих информацию о широком наборе существующих электромагнитных свойств пород [1, 4, 5, 8, 9], а также возможностью оперативного выполнения поисковых наблюдений.
В данной работе на примере обследования ряда нефтяных месторождений Пермского края, проводимого в рамках решения экологических и опытно-методических нефтепоисковых задач, исследованы особенности и интенсивность проявления углеводородов в поле электрических характеристик среды. Основное внимание на данном этапе исследований уделялось изучению верхней части разреза до глубин, не превышающих 500–600 м, для выявления возможных аномальных физико-химических проявлений, перспективных на прямые поиски нефти.

По результатам интерпретации материалов, полученных при экологических исследованиях, были выделены характерные аномалии повышенного сопротивления, особенно отчетливо проявляющиеся в условиях закарстованных территорий. В качестве примера это показано на рисунке 1, где подобные аномалии прослеживаются практически во всем интервале глубин исследуемого разреза (от 2 до 180–200 м). По контрастности проявления они в 4–5 раз превышают фоновые значения поля электрического сопротивления и в плане совпадают с наличием нефте- и газопроявлений, наблюдаемых в районе земной поверхности.

31

Рис. 1. Объемные отображения поля кажущихся сопротивлений на отдельных участках Чураковского (а) и Кокуйского (б) нефтяных месторождений (Пермский край)

Для проведения нефтепоисковых исследований в условиях урбанизированных территорий (либо при наличии специально сконструированных источников для фиксируемого набора частот) сформирован комплекс взаимодополняющих методов, включающий: 1) метод индукционного зондирования (ТЭМП) [2, 3], основанного на использовании промышленных (либо специально создаваемых) электромагнитных полей, обеспечивающий оперативность проведения региональной съемки и получения предварительной информации о наличии перспективных на нефть участков; и 2) совокупность традиционных методов – электрического зондирования, становления поля, вызванной поляризации, в сочетании с детальной съемкой методом ТЭМП для получения информации о разных электрических характеристиках пород в перекрывающихся интервалах эффективных глубин, контролируемых каждым из использованных методов в пределах выделенных в результате региональной съемки перспективных на нефть участках.
Разработанная технология комплексных электроразведочных исследований опробована на Бельском нефтяном месторождении, расположенном в пределах Соликамской депрессии в районе Предуральского прогиба. Исследуемая территория характеризуется довольно сложными условиями для проведения работ – высокой залесенностью местности, составляющей порядка 90 %, наличием большого количества оврагов с перепадом высот до 70–80 м, повышенным уровнем техногенных электромагнитных полей, вследствие непосредственной близости участка к одному из промышленных регионов. Геофизическая съемка на данной территории проводилась ранее в основном методами сейсморазведки и гравиразведки. На месторождении пробурено восемь скважин, при этом промышленный приток углеводородов, в основном, получен лишь на двух из них, расположенных в непосредственной близости одна от другой (на удалении около 150 м). Электроразведочные изыскания на данном месторождении ранее не выполнялись.
При проведении экспериментальных опытно-методических электроразведочных работ использована методика наблюдений, включающая:
1) региональную съемку методом (ТЭМП), позволяющим в оперативном режиме получать информацию об электрических свойствах среды в данных геоэлектрических условиях до глубин порядка 450–500 м;
2) детализационную съемку комплексом взаимодополняющих методов по двум профилям, один из которых был выбран расположенным вблизи продуктивных скважин, а второй – в относительно фоновой части исследуемого участка, отдаленной от первого профиля примерно на 2,5 км.
По результатам региональной съемки было выявлено наличие высокоомных зон с характерными особенностями – проявлением субвертикальной направленности и повышением интенсивности проявления с глубиной. Вместе с тем отмечена согласованность зоны повышенного сопротивления с местом расположения продуктивных скважин (скв. 1, 5) и отсутствие выраженной аномальности в местах расположения остальных шести скважин, обладающих весьма низким нефтесодержанием. Вместе с тем, наметился ряд участков свыраженной аномальностью поведения электрического сопротивления в районе отсутствия разведочного бурения.

32

Рис.2. Графики кажущегося электрического сопротивления и коэффициента вызванной поляризации (а, д), разрезы коэффициента вызванной поляризации (б, е) и кажущегося сопротивления (в, г, ж, з), полученные соответственно методами ЭП-ВП, ВЭЗ-ВП, ТЭМП и МПП вблизи залежи углеводородов (а, б, в, г) и в относительно фоновой части обследуемого участка (д, е, ж, з)

Заверочные детализационные работы в пределах выбранных двух профилей были выполнены с использованием разработанного комплекса электроразведочных методов. Информационные возможности каждого из них определяются геоэлектрическими условиями и параметрами измерительных установок. Методы постоянного тока (ВЭЗ-ВП и ЭП-ВП), проводимые при максимальном разносе питающей линии АВ=740 м, были использованы для получения информации о строении и физико-химических особенностях приповерхностной части разреза в интервале глубин от первых метров до 200 м. Метод ТЭМП в данных техногенных и геоэлектрических условиях позволил получать информацию в интервале глубин примерно 150–450 м. Наиболее информативный материал, полученный методом переходных процессов (МПП), соответствовал интервалу глубин от 230 до 600 м. В целом, применение комплекса обеспечило возможность получения информации о физических свойствах среды в интервале глубин от первых метров до 600 м с перекрытием диапазонов глубин, контролируемых каждых из отмеченных выше методов.
Результаты интерпретации полевых материалов каждого электроразведочного метода, а также их комплексный анализ с учетом данных численного моделирования, обработки параметрического материала и априорных сведений, позволили получить информацию о строении геологической среды, характерных особенностях исследуемой части разреза, оценить предполагаемое влияние нефтяной залежи на вышележащие отложения и выделить ряд характерных признаков аномалий, которые с высокой степенью вероятности связаны с влиянием нефтяной залежи. К таким признакам, в первую очередь, относятся локальный характер выделенных зон, выраженная субвертикальная их ориентация, сопровождаемая повышением значений электрического сопротивления (рис. 3 в, г) и вызванной поляризации (рис. 2 а, б) с глубиной. Отмеченные особенности проявляются в основном в пределах профиля, расположенного вблизи продуктивной части разреза и практически не находят отображения в пределах удаленного от него фонового профиля (рис. 3 д, е, ж, з).
Совокупность выявленных аномальных явлений, заверяемых расположением продуктивных скважин на обследованном участке, допускает возможность использования их в качестве критериев при прямых поисках залежей углеводородов. Применение рассмотренного комплекса методов не требует больших затрат и позволяет проводить обследования значительных территорий в короткие сроки.
Выполненные исследования отражают первый опыт ведения работ рассмотренным комплексом методов электроразведки в Пермском регионе. В процессе их выполнения исследованы возможности каждого из использованных методов, выявлены их достоинства и недостатки, что позволило наметить пути дальнейшего развития данного направления.
Литература
1. Дмитриев А.Н. Перспективность применения электроразведочного метода ЗСБ для поисков залежей нефти и газа в осадочно-терригенных отложениях Западной Сибири. Геология и геофизика. 2003. Т. 44, N 3. — С. 252-259
2. Колесников В.П. К обоснованию применения промышленных электромагнитных полей для решения геологоразведочных задач // Вестник Пермского университета. – 2013. – № 4(21). – С. 56-61.
3. Колесников В.П., Ласкина Т.А. Электроразведка в условиях урбанизированных территорий // Геофизика. 2014. №5. C. 33-40.
4. Корольков Ю.С., Ерхов В.А., Исаев Г.А. Электроразведка ЗС при решении задач рудной инефтяной геофизики. ВИЭМС, М., 1984, 159 с.
5. Левашов С.П., Якимчук Н.А., Корчагин И.Н., Таскинбаев К.М. Поиски и разведка скоплений углеводородов геоэлектрическими методами на нефтяных месторождениях Западного Казахстана // Георесурсы. – 2003. – № 1. – С. 31-37.
6. Мегеря В.М. Поиски и разведка залежей углеводородов, контролируемых геосолитонной дегазацией Земли. М.: Локус Станди, 2009. 256 с.
7. Шигаев В.Ю. Геоэлектрохимические исследования геологической среды / В.Ю. Шигаев под общ. ред. В.П. Губатенко. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012. – 184 с.
8. Stein Fanavoll, Pal. T. Gabrielsen, Svein Ellingsrud CSEM as a tool for better exploration decisions: Case studies from the Barents Sea, Norwegian Shelf // Interpretation. – 2014. – Vol. 2, No. 3. – pp. SH55-SH66 9. Zhanxiang He, Zuzhi Hu, Weifeng Luo, and Caifu Wang Mapping reservoirs based on resistivity and induced polarization derived from continuous 3D magnetotelluric profiling: Case study from Qaidam basin, China // Geophysics. – 2010. – Vol. 75(1). – pp. B25-B33.


ОСНОВЫ МЕТОДА ВП-ЧХ. РЕАЛИЗАЦИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В.С. Илюхин, Ю.А. Лисицкая, Н.С. Царькова
ООО «Эко-Экспресс-Сервис», ФГУ НПП «Геологоразведка», Санкт-Петербург

В докладе рассматриваются приближения в решениях уравнений электродинамики для задач электроразведки. Устраняется несоответствие между приближениями решений уравнений в переменных полях и в инфранизкочастотной области (ВП) посредством применения преобразования Фурье к уравнениям Максвелла. Данное преобразование является теоретической основой метода ВП-ЧХ (вызванная поляризация – частотные характеристики). Приводится краткое описание существующей аппаратурной реализации метода. На примере постановки метода с целью поиска полиметаллических месторождений на Рудном Алтае показываются его преимущества и высокая геологическая эффективность.

33

Результаты работ методом ВП-ЧХ (установка ТЗ) при поисках полиметаллов. Рудный Алтай.

Заключение
1. Теоретической основой метода ВП-ЧХ являются уравнения электродинамики, трансформированные в частотную область посредством преобразования Фурье.
2. Высокая помехоустойчивость метода обусловлена тем, что в отличие от традиционного измерения переходных характеристик, в системе питающая – приемная линии измеряются сигналы последовательно задаваемых мощных, независимых гармоник.
3. Существующая аппаратная реализация позволят измерять сигналы в условиях помех на расстояниях до 2 км от точечного источника поля.
4. Высокая геологическая эффективность постановки метода связана с возможностью интерпретации результатов непосредственно в частотной области, в которой можно в первом приближении применять простые приемы интерпретации, разработанные для методов электроразведки постоянным током.


Далее, в соответствии с программой семинара, участников ждал обед и экскурсия по Горному музею.

DSC_0105

Вход в Горный музей

DSC_0106

Залы Горного музея

DSC_0109

Залы Горного музея


После этого доклады продолжились.

ГЕОЛОГО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ ЗОНЫ СУЛЬФИДИЗАЦИИ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ ЗАЛЕЖИ

Путиков О.Ф.1 , Иванов С.А.2
1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
2 ООО «Сибирская геофизическая научно-производственная компания», Иркутск

DSC_0096

Выступает Путиков Олег Федорович с докладом ГЕОЛОГО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ ЗОНЫ СУЛЬФИДИЗАЦИИ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ ЗАЛЕЖИ

Дифференциально-нормированный метод электроразведки (ДНМЭ) позволяет путем изучения поляризации зоны вторичной сульфидизации (глубина ~0,4-0,6 км) сделать заключение о наличии и параметрах нефтегазовой залежи (глубина до 2-5 км). Получено приближенное решение нелинейной системы дифференциальных уравнений в частных производных для концентрации сероводорода и пирита (поляризуемости) как функции глубины залежи. Результаты подтверждены экспериментальными исследованиями в Северном море.


КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Сапожников Б.Г. Санкт-Петербургское отделение Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева

В рамках специальной теории относительности и её постулатов анализируется формула силы Лоренца взаимодействия неподвижных и движущихся (прямолинейно и равномерно) силового и опытных электрических зарядов. Показана необходимость представления полного электрического поля силы Лоренца как векторной суммы «запаздывающего» и «корректирующего» полей, отвечающих формуле Р.Фейнмана. Рассмотрены интегральные поля зарядов, действующие в рельсотроне и постоянном магните.

характеристики «Et», «Eμ», «B» (вместо одной «Ео» для поля неподвижного заряда);
– в общем случае полное электрическое поле «E» движущегося заряда «Q» представлено суммой его частных полей – запаздывающего поля «Et» и его свойства – корректирующего поля «Eμ», обусловленного вектором «rotrotEt»;
– магнитное поле «B» также представлено свойством поля «Et»– вектором «rotEt»;
– примеры устройств с интегральными источниками э/м поля постоянного тока подтверждают «работоспособность» электрического поля «E» и его свойств «Et», «Eμ»в противовес «неработоспособности» магнитного поля «B».


МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЙ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МАЛОГЛУБИННОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Журбин И.В., Догадин С.Е. Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск
Разработана новая структура многоэлектродного аппаратно-программного комплекса для малоглубинной электроразведки грунта. Введение дополнительных блоков и управляющих сигналов обеспечивает адаптивность системы при выявлении точечных и площадных скачкообразных искажений данных и возможность корректировки искажений в процессе полевых исследований.

Развитие аппаратуры и методики малоглубинной электроразведки актуально для решения широкого круга инженерно-технических, гидрогеологических и геоэкологических задач, а также задач полевой археологии. При этом предъявляются высокие требования к достоверности обнаружения и детальности восстановления формы и размеров объектов поиска. Именно в этом случае требуется значительное количество измерений, что определяет необходимость использование многоэлектродной автоматизированной аппаратуры, специализированных методик измерений и методов обработки данных. Распространённой методикой проведения измерений является площадное электропрофилирование. Для повышения информативности измерения проводятся на наборе эффективных глубин [9, pр. 25-26], что обеспечивает получение нескольких массивов данных, совокупность которых позволяет реконструировать пространственный образ объектов поиска и минимизировать влияние геологических структур и мешающих факторов.
При проведении измерений на поверхности грунта одновременно располагают несколько десятков электродов, программно управляемый коммутатор осуществляет последовательный выбор питающих и измерительных электродов, участвующих в каждом единичном измерении. Такой подход даёт возможность проведения большого количества измерений без перемещения сети электродов, что позволяет существенно повысить производительность исследований, увеличить детальность описания объектов, а также дает дополнительные возможности при распознавании и подавлении помех. В общем случае многоэлектродный электроразведочный комплекс включает в себя блок измерений (измеритель и генератор), коммутатор и регистратор. Регистратор предназначен для управления измерениями, регистрации результата текущего измерения, а также формирования, хранения и передачи массивов измерительных данных. Современные комплексы характеризуются энергонезависимой памятью данных, средствами визуализации измерительной информации и передачи её на компьютер. Многоэлектродная аппаратура выпускается во многих странах: OYO Corp. (Япония), ABEM (Швеция), Scintrex (Канада), & Campus (Великобритания), BGS (Великобритания), Iris Instruments (Франция), GF Instruments (Чехия), ООО «НПП ЭРА», ООО «Сибгеофизприбор» (Россия) и др. Разработан ряд коммутирующих устройств для многоэлектродных измерений с применением одноканальной аппаратуры (например, COMx-64, МГУ).
При конструировании измерительной аппаратуры особое внимание уделяется точности проводимых измерений и алгоритмам самодиагностики комплекса. Повышение точности каждого измерения достигается за счёт использования АЦП высокой разрядности и статистических методов обработки результатов [7]. Многие комплексы обладают встроенными возможностями для контроля качества установки электродов (режим electrode test [7, p.40; 1]), выполняют автоматическую проверку целостности установленной сети электродов. Помимо этого используются режимы многократных измерений и статистическая обработка данных: контроль погрешности измерений, фильтрация и сглаживание. Эти средства позволяют оператору своевременно реагировать на обрывы в измерительной и питающей линиях, плохой контакт между электродом и грунтом, а также прочие факторы, ухудшающие качество измерений.
С другой стороны, известные измерительные комплексы не контролируют согласованность данных в процессе измерений, то есть плавность изменения значений кажущегося удельного сопротивления грунта в пределах некоторой окрестности каждой точки измерений. Такая оценка возможна исходя из принятых правил выбора сети наблюдений: объект поиска должен фиксироваться на двух и более смежных профилях в двух-трёх точках измерений на каждом. Следовательно, соседние значения кажущегося удельного сопротивления должны быть близки друг к другу. Ряд измерительных комплексов имеют только визуальный инструментарий контроля согласованности данных и оснащены средствами графического отображения данных во время измерений, что позволяет оператору контролировать согласованность в ручном режиме [8; 10].
При исследовании больших территорий измерения проводятся последовательно на элементарных участках – локальных участках, на которых единовременно установлены все электроды электроразведочного комплекса. После проведения измерений в пределах установленной сетки, электроды переносятся на смежный участок и измерения повторяются. Таким образом, формируются массивы данныхρк(i,j) элементарных участков измерений, которые последовательно объединятся в сводную карту распределения кажущегося сопротивления грунта для всей исследуемой территории.
При измерениях возможно возникновение точечных и скачкообразных искажений данных (рис. 2а). Точечные искажения возникают в связи с локальными особенностями и неоднородностями грунта (ямы грызунов, камни, корни деревьев), а также ошибками установки и коммутации электродов. Они проявляются в виде локальных выбросов значений кажущегося удельного сопротивления грунта, не обладающих пространственной упорядоченностью. При этом, переходное сопротивление электрод-грунт может быть достаточно мало и не вызывать срабатывания системы контроля качества установки электродов.Традиционно, такие искажения исключаются из рассмотрения на этапе интерпретации, после завершения всех измерений. Это приводит к потере части измерительной информации, ухудшению результатов интерпретации и исследования в целом.
Другой вид искажений – скачкообразные искажения данных – проявляются в виде резких, ступенчатообразных изменений среднего уровня и разброса значений кажущегося удельного сопротивления на границе между смежными элементарными участками измерений. Они могут быть вызваны как ошибками при регулировке комплекса, так и влиянием факторов окружающей среды на результаты измерений [9, p. 42]. Ошибка регулировки заключается в некорректной совместной настройке измерителя и генератора аппаратуры. Обычно, скачкообразные искажения такого типа, также как и точечные искажения, устраняются при подготовке данных к интерпретации. При этом используются специализированные алгоритмы корректировки измерительной информации.
Необходимо отметь, что в рассмотренных случаях точечных искажений и при ошибке регулировки возможна автоматизированная оценка согласованности данных и выявление искажений непосредственно на этапе измерений. Устранить точечные и скачкообразные искажения возможно за счёт проведения повторных измерений до перемещения электродов установки на смежный участок. Это позволит исключить необходимость апостериорной математической корректировки и обеспечит повышение достоверности измерительных данных.
В отличие от описанных типов, скачкообразные искажения, связанные с влиянием факторов окружающей среды, не удаётся скорректировать за счёт повторных измерений. Задачи мониторинга удельного сопротивления на заданном участке, а также задачи исследования больших территорий решаются в течение нескольких полевых сезонов, в том числе в разные времена года. На каждом этапе исследований средняя температура и фоновая влажность грунтамогут существенно отличаться. Следовательно, резко изменяется величина кажущегося сопротивления на фоне вмещающего грунта на смежных участках. Более того, грунты с различной пористостью и глинистостью характеризуются различными фильтрационными свойствами [2, с. 34-39], следовательно, концентрация влаги в объектах поиска и вмещающих грунтахизменяется не равномерно. Это приводит к изменению взаимной контрастности объектов поиска и вмещающих грунтов: объекты высокого удельного сопротивления наиболее контрастно проявляются в условиях высокой влажности вмещающего грунта, в то время как проводящие объекты – в условиях низкой влажности [9,p. 27].
Дополнение измерительного комплекса средствами автоматизированного контроля согласованности данных позволит выявить и устранить ряд искажений непосредственно на этапе полевых исследований и обеспечить корректность данных за счёт проведения повторных измерений при текущей установке электродов.
Существующий комплекс для малоглубинной электроразведки [6] был дополнен специализированным алгоритмическим и программным обеспечением автоматизированного контроля согласованности данных площадного электропрофилирования. В типовую структуру комплекса добавлены два новых блока и обратные связи, обеспечивающие контроль согласованности данных, выявление и устранение искажений (рис. 1). При обнаружении несогласованности получаемых данных, измерительный комплекс оценивает причину искажений и обеспечивает их устранение за счёт повторных измерений.
Блок экспресс-диагностики осуществляет контроль согласованности данных во время проведения измерений. После измерений на текущем элементарном участке полученные данные добавляются в сводную карту распределения кажущегося удельного сопротивления грунта и анализируются в контексте ранее полученной информации.

34

Рис. 1. Структура электроразведочного комплекса

Точечные искажения в пределах элементарного участка выявляются в автоматическом режиме с использованием известного математического подхода таксономии, который предполагает построение минимального остовного дерева, вершинам которого соответствуют точки матрицы к(i, j) [5]. При выявлении точечных искажений формируется запрос проверки качества установки соответствующих электродов, после чего запускаются выборочные повторные измерения в выявленных «искажённых» точках и производится соответствующая корректировка массива данных. Это позволяет исключить необходимость применения апостериорной математической обработки данных. Выявление скачкообразных искажений, связанных с ошибкой регулировки аппаратуры, осуществляется на основе оценки относительного изменения кажущегося удельного сопротивления грунта на различных эффективных глубинах [3]. При фиксации ошибки регулировки, производится дополнительная настройка комплекса и повторные измерения в пределах текущего элементарного участка. Таким образом, блок экспресс-диагностики обеспечивает выявление и последующее устранение точечных и скачкообразных искажений за счёт проведения повторных измерений до перемещения сетки электродов на следующий элементарный участок измерений.
Вторым новым блоком электроразведочного комплекса является блок эквализации сводных карт распределения кажущегося удельного сопротивления грунта. На вход подаются сводные карты сопротивления в пределах исследуемой территории, а также координаты элементарных участков с пометками о наличии соответствующих искажений. Блок представляет собой специализированное программное обеспечение, которое позволяет учитывать изменение среднего уровня и взаимной контрастности объектов поиска на фоне вмещающего грунта под влиянием условий среды (адаптивная эквализация). Разработанный авторами метод позволяет проводить корректировку скачкообразных нелинейных искажений измерительных данных [4]. Таким образом, на выходе блока эквализации данные свободны от точечных и скачкообразных искажений данных, что повышает качество дальнейшей обработки и интерпретации данных.
Эффективность предложенной структуры комплекса наглядно демонстрирую результаты площадного электропрофилирования на территории средневекового поселения Учкакар (Удмуртия). После проведения измерений в пределах элементарного участка выполняется экспресс-диагностика данных и, при необходимости, повторные измерения. В первую очередь блок экспресс-диагностики выявляет точечные искажения (рис. 2а, один из локальных выбросов отмечен овалом) и инициирует повторные измерения в «искажённых» точках (рис. 2б).

При оценке причины возникновения скачкообразных искажений выявлено, что скачкообразное искажение участка 2 относительно участка 3 связано с ошибкой регулировки измерительного комплекса(рис. 2а). Данное искажение так жеустранено за счёт проведения повторных измерений (рис. 2б). Искажение участка 1 относительно участков 2 и 3 связано с влиянием факторов окружающей среды на результаты измерений. Применение блока эквализации позволяет устранить сохранившееся искажение (рис. 2в).

35

Рис. 2. Сводные карты распределения кажущегося удельного сопротивления грунта: а – повторные измерения не проводились; б – результат повторных измерений после выявления точечных и скачкообразных искажений; в – результат эквализации данных

Таким образом, дополнение электроразведочного комплекса блоками экспресс–диагностики и эквализации позволяет устранять точечные и скачкообразные искажения данных непосредственно во время полевых работ за счёт экспресс–диагностики и повторных измерений. Корректировка скачкообразных искажений, связанных с воздействием факторов окружающей среды осуществляется после проведения всех измерений. Использование информации о последовательности проведения измерений, а также данных по нескольким эффективным глубинам, позволяет обоснованно применять методы обработки точечных и скачкообразных искажений.
Необходимо отметить, что алгоритмы работы блока экспресс-диагностики разработаны только для малоглубинного площадного электропрофилирования. При условии соответствующей модификации, такой подход может быть распространён на другие методики измерений, где данные представлены в виде двумерных массивов. Это позволит избежать апостериорной корректировки экспериментальных данных и повысить их достоверность.
Литература
1. Аппаратура электроразведочная многоэлектродная СКАЛА48: техническое описание и инструкция по эксплуатации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://nemfis.ru/ (дата обращения: 23.12.2014).
2. Геоэкологическое обследование предприятий нефтяной промышленности / под ред. В.А. Шевнина и И.Н. Модина. – М.: РУССО, 1999. – 511 с.
3. Догадин С.Е. Методика фильтрации данных площадного электропрофилирования: требования и программная реализация / Догадин С.Е., Журбин И.В. // Вестник ИжГТУ. – 2012. – № 1. – С. 89-92.
4. Журбин И.В. Метод корректировки искажений данных площадного электропрофилирования / Журбин И.В., Догадин С.Е. // Записки Горного института. – 2011. – Том 194. – С. 178-182.
5. Журбин И.В. Предварительная обработка результатов измерений в малоглубинной геофизике / Журбин И.В., Коровин А.С. // Геоинформатика. – 2007. – № 1. – С. 37-40.
6. Патент № 2091819 (RU). Устройство для геоэлектроразведки / Алексеев В.А., Журбин И.В., Зверев В.П. – Б.И. 1997. – № 27; МКИ G 01 V 3/02.
7. ABEM Terrameter SAS 4000 / SAS1000: Instruction manual. – ABEM Instrument AB, 2010. – 136 p.
8. GDP-3224 Multi-Function Geophysical Receiver [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (http://zonge.us) (дата обращения: 15.12.2014).
9. Geophysical survey in archaeological field evaluation. – English Heritage, 2008. – 60 p.
VHR Multi-channel resistivimeter X612-EM: applications, specifications, performances [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (http://www.mae-srl.it/) (дата обращения: 17.12.2014).


АППАРАТНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВП

А.А. Миллер Национально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург

В докладе рассмотрены применявшиеся ранее аппаратные способы измерения параметров вызванной поляризации (ВП), предложено реализовать непосредственное измерение реальной и мнимой компоненты гармонического сигнала, что позволит вычислять их отношение, или тангенс сдвига фазы. Проведены измерения в электролитическом баке с образцом вкрапленной сульфидной руды с помощью макета аппаратуры. Полученные результаты подтверждают перспективность выбранного подхода каппаратному измерению параметров ВП.

Выводы: способ непосредственного измерения мнимой и реальной компоненты при измерениях процесса вызванной поляризации, позволяющий вычислять тангенс угла сдвига фазы между принимаемым сигналом и сигналом генератора, позволяет как получить характерную зависимость этого параметра от частоты, так и избавиться от влияния нестабильности аппаратуры, в частности, нестабильности питающего тока. При такой методике замеров возможно использование
нестабилизированных генераторов. Однако добавляется необходимость обеспечить синхронизацию измерений с сигналом генератора, что подразумевает наличие линии связи между генератором и измерителем.


АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ ВП ДЛЯ ПОИСКОВ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В.А. Тарасов, Л.И. Бытенский, В.В. Пищик ООО НПК «Элгео», С-Петербург, Россия

Представлена автоматизированная система электротомографии импульсным методом вызванной поляризации (АСЭТ-ВП), которая позволяет зондировать геологический разрез на глубину до нескольких сотен метров. Основу АСЭТ-ВП составляет комплекс аппаратуры импульсной электроразведки АИЭ-2, дополненный активной косой питающих электродов c дистанционным пультом управления, цифровым коммутатором пассивной косы приёмных электродов и новым программным обеспечением. Показаны результаты применения системы АСЭТ-ВП при поисковых работах на золото на флангах Тырныаузского рудного узла (Кабардино-Балкарии).

Особенности электротомографии ВП при решении рудных задач
В последниегоды широкое распространение получило новое направление электроразведки — электротомография методами сопротивления и вызванной поляризации (ВП)[1, 2]. Основная идея электротомографии состоит в многократном перекрытии изучаемого интервала профиля измерениями при разных комбинациях приёмных и питающих электродов, расположенных на профиле с линейным шагом, и применении 2-х или 3-х мерных алгоритмов и программ интерпретации данных.
Применение специальных многоэлектродных и многоканальных измерительных систем позволяет автоматизировать процесс электротомографических измерений и существенно повысить их производительность [2]. Однако, большинство подобных систем имеют маломощные генераторы электрического тока (не более 200 Вт) и обычно используются при малоглубинных инженерно-геофизических исследованиях методом сопротивлений.
Для решения многих современных рудных задач необходимо выполнить относительно глубокие, по меркам метода ВП, зондирования, когда требуется построение геоэлектрических разрезов до глубин 200-300 м и более. Такая задача возникает, например, при проведении работ в районах с мощными перекрывающими отложениями, при поисках скрытых глубоко залегающих рудных тел, крупнообъёмных медно-порфировых месторождений и т.п. По этой причине для электротомографии ВП необходимо использовать достаточно мощные (обычно не менее 1 кВт) генераторы тока, позволяющие добиться увеличения сигнала ВП при измерениях на больших разносах установки.
Для глубокой электротомографии ВП можно использовать некоторые электроразведочные системы метода ВП, обладающие мощными генераторами импульсного тока, например, фирм IRISInstruments, ZongeInternational и GFInstruments. Наличие в данных системах многоканального измерителя ВП позволяет достаточно эффективно использовать их для электротомографии, при наличии измерительной косы. При этом, каждый питающий электрод в таких системах соединяется с генератором отдельным токовым проводом, что делает генераторные косы достаточно громоздкими, а производство измерений трудозатратным. Снижает производительность измерений и то, что коммутация питающих электродов в генераторной косе производится вручную. Кроме того, недостатком этих зарубежных систем является их высокая стоимость.
Таким образом, актуальной задачей является создание электроразведочной аппаратуры для решения рудных задач методом электротомогрфии ВП, которая должна обеспечивать глубинность исследований до нескольких сотен метров, при достаточно большой производительности работ за счет автоматизации измерений, и иметь раздельные массивы токовых и приемных электродов.
Автоматизированная система электротомографии ВП
Основываясь на опыте работ методом ВП по поиску разных видов рудного сырья в различных регионах России, в НПК «Элгео» была разработана автоматизированная система электрической томографии импульсным вариантом метода ВП (АСЭТ-ВП), которая обеспечивает большую глубинность (несколько сотен метров), оставаясь при этом достаточно портативной и пригодной для пешей транспортировки и работы в труднодоступных районах. Основу АСЭТ-ВП составляет аппаратурный комплекс АИЭ-2 [ 3 ], дополненный рядом специально разработанных устройств, позволяющих обеспечить дистанционное управление всеми блоками аппаратуры одним оператором и автоматизировать процесс измерений (рис. 1). Система рассчитана на выполнение электротомографии с установкой поль-дипольных (точечных) зондирований.

36

Рис. 1. Схема автоматизированной системы электротомографии АСЭТ-ВП: 1 — измерительная коса, 2 — генераторная коса, ПГК – пульт генераторной косы, КОМИК – коммутатор измерительной косы, ИЗМЕРИТЕЛЬ – измеритель аппаратуры АИЭ-2, ГЕНЕРАТОР – генератор ВП-1000М, БЭ — бензоэлектростанция, КПК – карманный персональный компьютер, ЛС – двухпроводная линия связи, P1…P11 – измерительные электроды, M1…M11 – модули-переключатели генераторной косы, А1…А11 – токовые заземления, B — удалённое токовое заземление

Коммутатор измерительной косы (КОМИК) обеспечивает подключение выбранной пары электродов пассивной измерительной косы ко входу измерителя и имеет 11 входных каналов. Пульт генераторной косы (ПГК) передает команды управления от измерителя на генератор ВП-1000М и подключает одно из заземлений генераторной косы к выходной клемме «А» генератора. Генераторная коса является активной и состоит из 11 одинаковых модулей-переключателей (М1 … М11), отрезков трёхжильного кабеля с герметичными разъемами, которые последовательно соединяют между собой модули-переключатели, и металлических заземлений.Максимальная длина отрезков трехжильного кабеля составляет 100 м, так что максимальная длина генераторной косы равна 1000 м.
Измеритель и КОМИК соединяются кабелем синхронизации, по которому передаются как команды управления всеми компонентами системы, так и обычные синхроимпульсы, которые далее, через двухпроводную линию связи длиной до 1000 м, поступают на ПГК и генератор ВП-1000М. Автоматизация работы системы обеспечивается программой на управляющем компьютере (КПК), которая с помощью специальных команд реализует все необходимые операции.
Перед началом измерений генераторная коса, состоящая из необходимого количества модулей с заземлениями, раскладывается вдоль профиля измерений. Измерительная коса в процессе работы перемещается по профилю зондирований и при каждомеё положении проводится цикл измерений на заданных оператором приёмных диполях при последовательном подключении к генератору всех заземлений генераторной косы.
При интерпретации данных профильной электротомографии с системой АСЭТ-ВП могут применяться различные программы двухмерной инверсии. В практике работ НПК «Элгео» для интерпретации используется программаZondRes2D (А.Каминский, http://zond-geo.ru/).
Пример применения системы АСЭТ-ВП
Электротомография с системой АСЭТ-ВП была опробована при поисках золоторудной минерализации на флангах Тырныаузского рудного узла в Кабардино-Балкарии. Работы выполнялись в условиях высокогорья, с развитыми делювиально-пролювиальными отложениями, мощность которых достигала нескольких десятков метров. По условиям залегания рудных зон геологи рассчитывали на выявление здесь скрытых золото-сульфидных рудных залежей на глубинах до 200-300 м. Объектом поисков были золоторудные метасоматиты (преимущественно скарны), приуроченные к тектоническим структурам сбросо-сдвигового типа [ 4 ].

37

Рис.2. Профиль электротомографии: а – графики к и к ВП-СГ, б — разрез удельного электрического сопротивления , в – разрез поляризуемости , г — геологический разрез (1 – делювиальные отложения, 2 – известняки и мраморы, 3 – туфы, 4 – кварцевые диорит-порфиры, 5 – филлиты, 6 – аплитовидные граниты, 7 — серпентиниты, 8 – конгломераты, песчаники, 9 – скарны и околоскарновые метасоматиты, 10 — разломы)

В качестве примера представлены результаты электротомографии по одному из профилей, заданных вкрест простирания рудоконтролирующих тектонических структур (рис. 2). Участок золотоносных скарнов Зыгыркольской зоны проявляется на разрезах локальными аномалиями повышенных значений поляризуемости  (5-7 %), которые локализованы на контактах с известняками, имеющими относительно высокие значения удельного электрического сопротивления  (несколько тысяч Омм). При этом зона скарна на разрезах электротомографии проявляется более контрастно, по сравнению с графиками срединного градиента (рис. 2-а).
В пределах соседней Хромитовой рудно-тектонической зоны фиксируются обширные и глубокозалегающие (до 200-250 м) аномалии повышенных значений  (до 15-18 %) и низких значений  (первые десятки Омм). Они соответствуют зонам метасоматической проработки, преимущественно кварц-хлорит-карбонатного типа, с прожилковой сульфидной минерализацией, которые приурочены к телам гипербазитовых интрузий и разломам. Результаты электротомографии дают основание полагать, что интенсивными метасоматическими процессами затронут значительный объём пород в пределах Хромитовой зоны.
Таким образом, по результатам электротомографии с системой АСЭТ-ВП в условиях Тырныаузского рудного узла удаётся выделить разнотипные рудные зоны (литолого-формационные комплексы) в диапазоне глубин от первых десятков до 250 м, оценить их размеры и характер залегания.

Литература
1. Бобачев А.А., Горбунов А.А., Модин И.Н., Шевнин В.А. Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006, N02, С. 14-17.
2. Griffits D.H., Barker R.D. Two-dimensional resistivity imaging and modeling in areas of complex geology // J. Appl. Geophysics. 1993, 29, 211-226
3. Бытенский Л.И., Пищик В.В., Тарасов А.В., Тарасов В.А. Аппаратурный комплекс импульсной электроразведки АИЭ-2 // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006, №1, с.41-43.
4. Парада С.Г., Столяров В.В. О связи золотого оруденения северного фланга Тырныаузского месторождения с интрузивными комплексами (Кабардино-Балкарская республика) // ДАН. 2012, том 445, № 4. С. 437-440 с.


ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТМ-ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ИЗУЧЕНИИ РУДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Злобинский А.В. 1, Могилатов В.С.2 1 «Научно-техническая компания ЗаВеТ-ГЕО», Новосибирск, zlobinskyav@newmail.ru 2 Новосибирский государственный университет, Новосибирск Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск

Круговой электрический диполь – КЭД возбуждает в среде поле ТМ-поляризации. Такой классический источник, как петля возбуждает поле ТЕ-поляризации. Горизонтальная линия также возбуждает преимущественно поле ТЕ-поляризации. При использовании КЭД магнитное поле над горизонтально-слоистым разрезом отсутствует. Это свойство наиболее важное для практического применения. Если фон от горизонтально-слоистой среды нулевой, то при регистрации магнитного поля мы получаем сигналы только от нарушений горизонтальной слоистости любого рода, т.е. от 3Dобъектов. Эти сигналы от трехмерных объектов хорошо локализуются.

Физические предпосылки
Мы считаем, что для электроразведки возможно и необходимо находить новые задачи и расширять область ее применения. Для существенного расширения возможностей электроразведки, мы предлагаем рассмотреть вопрос об оптимизации источника электромагнитного поля, и применения электромагнитного поля ТМ-поляризации. В электроразведочных методах традиционно используются петля или горизонтальная линия.Знаменитое «токовое кольцо» [6], возбуждаемое петлей, образуется только горизонтальными токами и характеризуется широким латеральным распространением. На дневной поверхности мы имеем отклик, определяемый всей вмещающей толщей. Это «чистое» ТE-поле.Преимущественно электромагнитное поле TE-поляризации возбуждает и горизонтальная линия.
Для возбуждения электромагнитного поля ТМ-поляризации предлагается использовать наземный источник – круговой электрический диполь (КЭД) [3].Круговой электрический диполь состоит из 8 заземленных электрических линий, сходящихся к центру. Идея такого источника подразумевает, что геометрия его правильная, а токи в лучах выровнены. Используя электромагнитное поле ТМ-поляризации, мы получаем возможность регистрировать сигналы только от локальных трехмерных объектов.Отсутствие магнитных сигналов от горизонтально-слоистой толщи позволяет нам изучать менее контрастные по сравнению с вмещающей средой объекты (в том числе непроводящие), увеличивать глубину изучаемых объектов, уменьшать расстояние между точками измерений, при этом одновременно выделять объекты по изменению удельного сопротивления и параметрам поляризации. Напоминаем, что метод, использующий в качестве источника КЭД, называется зондирования вертикальными токами (ЗВТ). Название отражает характерную особенность ТМ-поля – наличие вертикальной компоненты электрического поля.

38

Рис. 1. Общая схема работ зондированиями вертикальными токами

Описание методики полевых работ
В пределах участка работ устраивается источник электромагнитного поля – круговой электрический диполь с радиусом, соответствующим глубине и площади исследований (рис.1). Круговой электрический диполь состоит из 8 заземленных электрических линий, сходящихся к центру под углом 45 градусов. В работах при исследовании рудных месторождений радиус (или длина каждой из 8 радиальных линий) составлял от 200 до 750 м. Идея такого источника подразумевает, что геометрия его правильная, а токи в лучах выровнены. Использование мощного источника тока (до 160 А) в импульсном режиме позволяет регистрировать сигналы с высоким соотношением полезный сигнал/помеха. Измерительный комплекс включает один или несколько компактных индукционных датчиков и измерителей, а также одну или несколько приемных линий и измерителей. Оператор (один или несколько) с измерительным комплексом свободно перемещается по площади исследований. Синхронизация между генераторной установкой и измерителями выполняется с использованием сигналов спутников GPS. Удаление пикетов от центра установки может составлять до 5 радиусов источника. Таким образом, при одном закрепленном источнике радиусом 1000 м оперативно обследуется площадь до 100 км2.

Пример. Работы на Камчатке
Работы методом ЗВТ на руду уже имеют довольно обширную историю и происходили до последнего времени. Укажем лишь на географию – Норильский район, Якутия, Украина, Австралия, Финляндия. Здесь в качестве примера приведем старые работы на Камчатке, результаты которых подробно не публиковались раньше. Кроме того полезно проанализировать недостатки этих давних работ.

39

Рис.2. Площадное распределение нормированной ЭДС (компонента B t z  /  . а) – на времени 65 мкс. б) – время 145 мкс

Работы были проведеныв ноябре 2008 г. Изучаемым объектом являлось рудное тело (никель), залегающее на небольшой глубине (первые десятки метров) и обладающее повышенной проводимостью (первые десятки Ом*м). Вмещающая среда – повышенногосопротивления (от 100 Ом*м). Радиус КЭД был 500 м (длина каждой линии). Общий ток в КЭД составил 1,6 А. Мы использовали индукционные датчики ПДИ-100 (эффективная площадь 10000 м2). Площадь работ
составила около 0,5 км2 (прямоугольник со сторонами 600 и 900 м). Было проведено 207 измерений компоненты B t z. Можно заметить, что измерения были проведены на площади, меньшей площади самого КЭД, что нельзя считать рациональным. Можно было бы использовать КЭД значительно меньших размеров. Та трудность, что ток по условиям заземления составлял только 0.2 А в луч, могла быть компенсирована (при меньшем КЭД) более близким, вследствие меньшего радиуса, расположением источника. Интересующий нас сигнал от объекта начинает себя проявлять с 50 мкс. Информативный диапазон времен можно определить от 50 мкс до 500 мкс. На рис.2 отображены площадныенормированныесигналы ЗВТ на времени 65 и 145 мкс. В северной части участка отмечена
аномальная зона. Столь ранние (по меркам МПП) времена действительны из-за значительного сопротивления вмещающих пород и по причине малой глубины залегания объекта. На приведенных временных срезах (рис.2) хорошо видно, что площадной сигнал ЗВТ, свободный от фона вмещающей среды, обладает высокой визуализирующей способностью. Обработка данных заключается в просмотре материала, отбраковке пикетов и дублей, сглаживании, определении  информативного диапазона времен, площадного выравнивания (компенсация дистанционного затухания), формирования площадных данных для отдельных времен (временных срезов) и формирование трехмерного куба данных. Мы отмечаем объект повышенной проводимости, расположенный на небольшой глубине
(почти от поверхности). Что касается контура объекта, то вопрос этот чуть сложнее. Математическое моделирования для тел простых форм и отличающихся от вмещающих пород только по сопротивлению, показывает, что локальный объект создает двуполярный сигнал компоненты B t z , и линия смены знака привязана к середине локального объекта. Такая ситуация возникает в рудных работах. Так что, согласно рисунку, объект может быть распространен в область сигналов другого знака.
Обсуждение результатов и выводы
Работа методом ЗВТ в применении к рудным объектам имеет целый ряд особенностей и преимуществ с нашей точки зрения:
— Неоднородности среды по сопротивлению проявляются в поле КЭД гораздо сильнее, чем при использовании горизонтальной линии или петли.
— Принимаемые сигналы определяются неоднородностями, находящимися вблизи точки измерения, поскольку аномальное поле является и полным. В случае же применения горизонтальной линии или токовой петли сигналы определяются зачастую больше вмещающей средой. В этом суммарном сигнале локальную информацию трудно выделить. Нужны довольно-таки сложные процедуры обработки. А при обычном на первом этапе
одномерном подходе к интерпретации, локальная информация будет и вовсе отфильтрована.
— Измеряемые сигналы от разных компонент электромагнитного поля хорошо дополняют друг друга и позволяют отбраковывать аномалии, выявленные в измерениях отдельных компонент.
— При работе с круговым электрическим диполем имеет смысл сгущать сеть наблюдений до необходимой точности определения границ объекта. При работе с петлей или горизонтальной линией сгущение сети наблюдений безрезультатно, т.к. изменение сигнала связано в первую очередь с изменением отклика одномерной среды в зависимости от разноса. При проведении работ методом ЗВТ стандартной является методика с оперативным сгущением сети наблюдений в
тех местах, где фиксируется сигнал от объектов.
— Имеет место и экономическая целесообразность. При работе с КЭД используется закрепленный источник, устанавливаемый единожды для покрытия всей изучаемой площади. Для создания плотной сети наблюдений в МПП требуется передвигать всю приемно-питающую установку. Мы признаем, что указанные преимущества не носят абсолютный характер, а эффективно реализуются при определенных условиях. Главное из этих условий – выраженный одномерный
характер вмещающей среды. Если вмещающая среда – сама трехмерная, то задача интерпретации становится слишком сложной. Но тогда она становится сложной для любого электромагнитного метода. Просто в этом случае применение сложной установки и сложной специфической аппаратуры теряет смысл. Все же мы уверены, что предлагаем интересную альтернативу традиционным методам.

Литература
1. Злобинский А.В., Могилатов В.С. Электроразведка методом ЗВТ в рудной геофизик. // Геофизика — 2014 — № 1 -. с. 26-35.
2. Злобинский А.В., Квашнин К.А., Могилатов В.С. Электроразведка методом ЗВТ. Рудные работы в Финляндии. // Геофизика – 2010 — №6 — с. 53–57.
3. Могилатов В.С. Круговой электрический диполь новый источник для электроразведки // Изв. РАН. Сер. Физика Земли – 1992 — №6, с. 97–105.
4. Могилатов В.С., Балашов Б.П. Зондирования вертикальными токами: монография — Новосибирск: Изд. СО РАН, 2005. — 207 с.
5. В.С. Могилатов, А.В. Злобинский. Свойства кругового электрического диполя как источника поля для электроразведки // Геология и Геофизика 2014, т.55, N 11, с.1692-1700
6. Nabighian M.N., Quasi-static transient response of a conducting half-space – An approximate representation. // Geophysics — 1979 — 44. 1700-1705.


После окончания докладов участники семинара перешли к обсуждению результатов работы конференции и подведению итогов. С комментариями к докладам выступили А. А. Миллер, А. С. Егоров, В. А. Шпенст, С. С. Крылов, В. С. Могилатов, В. С. Тарасов, Е. Ю. Ермолин и О. Ингеров.

DSC_0116

Подведение итогов семинара

 

А. А. Миллер прокомментировал сообщения специалистов-электроразведчиков в сфере поисков залежей углеводородов — во время чтения докладов среди участников конференции разгорелась дискуссия по поводу знака аномалии по сопротивлению от нефтяной залежи. А. А. Миллер напомнил, что образование нефти всегда связано с образованием концентрированных рассолов, а эти рассолы как раз и создают аномалии повышенного сопротивления, легко обнаруживаемые электроразведочными методами.

А. С. Егоров отметил впечатляющее количество стендовых докладов, а также их качество. Он прокомментировал выступления молодых специалистов геофизиков и заметил, что молодые электроразведчики зачастую ограничивают свою сферу деятельности чистой геофизикой, в их докладах не просматривается четкая геологическая задача, а также нет выхода на конкретный геологический результат. А. С. Егоров отметил, что геофизики более старого поколения этим не грешат и привел в пример доклады В. С. Могилатова – в них он отметил четкое определение исходных позиций и конкретное решение геологических задач. «Геофизика должна умереть в геологии» — вспомнил слова своего учителя А. С. Егоров и пояснил, что геофизика начинается постановкой геологической задачи и заканчивается ее решением.

Кроме этого А. С. Егоров сделал замечание молодым специалистам, которые демонстрируя свои профиля на фоне карт, не продлевают эти опорные профиля за границу геофизических аномалий.

А. С. Егоров высоко оценил интересные результаты особенно ярких докладов конференции, новые аппаратурные, программные и методические наработки в области электроразведки в нефтяной сфере и по рудным направлениям в различных геолого-структурных условиях.

Проректор по образовательной деятельности НМСУ «Горный» В. А. Шпенст прокомментировал некоторые доклады. Он подчеркнул, что в рудной геофизике – электроразведка является «царицей методов», а в нефтяной сфере у электроразведчиков просматривается недостаточный объем знаний для постановки прямых задач геофизики.

«В нефтяной сфере сконцентрировано очень много материальных ресурсов, и приложить свои опыт и знания к этой области хотят все, однако, зачастую, не вложив усилий в понимание специфики отрасли». В. А. Шпенст отметил в связи с этим, что в некоторых докладах просматривалось примитивизированное представление о нефтяных залежах и нефтяных объектах в целом.

С. С. Крылов продолжил дискуссию: «По результатам конференции могу сказать — геофизика перебралась в Новосибирск». Он пояснил свою мысль позже, сказав, что доклады ведущих мировых ученых и доклады студентов на уровне своих дипломов – это разные вещи с разной глубиной понимания и к ним должны быть применены разные критерии оценки.

С. С. Крылов не согласился с А. С. Егоровым в плане необходимости связывать геофизические данные с геологией: дело геофизиков грамотно провести геофизическую работу, а в геологии должны разбираться геологи. Получение геоэлектрических разрезов и не более того – вот основная задача геофизика электроразведчика по мнению С. С. Крылова.

С. С. Крылов отметил доклад В. С. Могилатова о применении ТМ-моды и высказал мнение, что это самое большое достижение в электроразведке за последние 20 лет. «Это важный результат и по значимости сравним с работами Шлюмберже. Распространение и расширение возможностей этого метода – хорошая перспектива для молодежи и аппаратурщиков в ближайшем будущем».

В целом С. С. Крылов отметил доклады новосибирцев, он сделал вывод, что на данный момент решено очень много проблем, стоявших перед геофизикой ранее – это сложные трехмерные задачи, они решались в ходе таких семинарах в Горном Университете.

Кроме этого С. С. Крылов отметил доклад В. С. Тарасова, его перспективные и интересные разработки в области электроразведочной аппаратуры.

В. С. Тарасов поблагодарил С. С. Крылова и прокомментировал некоторые доклады конференции, он поддержал А. С. Егорова в необходимости решения геологических задач методами геофизики: «плохо интерпретированный разрез без геологии ничего не даст в практическом плане вследствие некорректности геофизических задач и их решений».

Е. Ю. Ермолин отметил доклад А. А. Жамалетдинова и поблагодарил его за грандиозный эксперимент с подключением высоковольтных линий электропередач к Земле для изучения геологического разреза. Он подчеркнул, что это проливает свет на природу источника в методах МТЗ и АМТЗ.

О. Ингеров также поделился впечатлениями о выступлениях. Он отметил широкую географию участников, а также существенный процент молодежи. О. Ингеров не согласился с С. С. Крыловым: «у молодежи были достаточно приличные доклады, а где же им еще учиться? Молодежь демонстрирует свои работы на таком представительном форуме и может услышать здесь комментарии и предложения от опытных специалистов и это идет только на пользу. Наш семинар — полезная площадка для обмена опытом, где никто кардинально не навязывает свое видение и уважает мнение других».

О. Ингеров отметил большой успех в аппаратурном продвижении электроразведочных методов, а также технологий и методик проведения геофизических работ. Из недостатков О. Ингеров отметил малое количество времени, которое было уделено стендовым докладам, хотя среди них были достойные внимания. В связи с этим он предложил учесть это на следующем семинаре.

А. С. Егоров пояснил, что в этом году перенос стендовых докладов в отдельный зал, а также небольшое отведенное время для них – это чисто технический вопрос, связанный с проведением ремонтных работ в здании Университета.

После прозвучавших комментариев с заключительным словом выступил декан геологоразведочного факультета, доктор геолого-минералогических наук, профессор Алексей Сергеевич Егоров. Он подвел итоги 12-ого ежегодного Международного  геофизического научно-практического семинара «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых».

В конференции приняло участие более 80 ведущих специалистов — сотрудников научных и производственных предприятий из 54 организаций России и Канады, а также аспиранты и студенты геологических специальностей. На семинаре прозвучало 38 устных докладов, было представлено 27 стендовых доклада, освещающих развитие электроразведочных методов по следующим научно-методическим направлениям:

— развитие аппаратуры и оборудования для проведения электроразведочных работ;

— развитие научно-методических основ и техники обработки и интерпретации результатов электромагнитных исследований методами МТЗ, АМТЗ, МПП, ВП, СЗ, ЗВТ и др.

— опытное применение электромагнитных методов при поиске и разведке углеводородного сырья;

— опытное применение электромагнитных методов при геолого-структурных исследованиях, в том числе при поиске и разведке месторождений рудного сырья;

— опытное применение геоэлектрохимических методов;

— опытное применение электромагнитных методов для решения инженерно-геофизических и геоэкологических задач.

Таким образом, семинар показал существенные достижения при совершенствовании инверсии полевых данных, разработке и модернизации аппаратурных модулей для получения геофизической информации более высокого качества, развитии теоретических основ и методических приемов. На семинаре было продемонстрировано опытное применение электроразведки на широкий спектр поисков полезных ископаемых ресурсов, представлены новые данные по физическому и математическому моделированию. Семинар показал, что наиболее активно развивается электроразведка с использованием ТМ поляризации электромагнитного поля при изучении аномальных объектов в горизонтально слоистых средах.

Участники отметили высокий уровень докладов и хорошую организацию семинара.

Большое спасибо!