СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
METHOD FOR GEOELECTRIC PROSPECTING

Изобретение относится к электрической разведке по методу электросопротивления и позволяет повысить эффективность изучения верхней части геологического разреза, выявления геоэлектрических неоднородностей как в близповерхностных, так и коренных породах.
Область преимущественного применения предлагаемого способа: инженерно-геологические изыскания; изучение состояния грунтовых инженерных объектов, в том числе гидротехнических сооружений; картирование геологической среды при выявлении структурно-тектонических неоднородностей; выявление рудоносных объектов, перекрытых рыхлыми отложениями и др.
Известен способ вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), в котором используются четыре заземления, расположенных на одной линии (профиле наблюдений). Два из них - приемные - отстоят на одинаковом расстоянии от центра установки (пункта наблюдений) и подключены к измерительному прибору, а два других - питающие - отнесены на одинаковое расстояние от центра установки и подключены к источнику электрического тока. После выполнения измерений при одном положении питающих заземлений они перемещаются на следующее заданное расстояние от центра установки и т.д. По результатам электрического зондирования определяют значения кажущегося электросопротивления пород для каждого положения питающих заземлений и по изменению электросопротивления в зависимости от расстояния между питающими заземлениями судят о наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей [1].
Известный способ имеет недостатки: он предназначен для изучения горизонтально-слоистых сред, поэтому при неоднородном строении верхней части разреза, наличии глубинных негоризонтальных поверхностей раздела возрастает неоднозначность результатов количественной интерпретации; экспериментальные материалы значительно искажаются при неровностях рельефа; присутствие непроводящего слоя в среде затрудняет изучение нижних горизонтов [2].
Известен способ дифференциального электрического профилирования, в котором первое питающее заземление относят в практическую бесконечность, а второе питающее заземление размещают на профиле наблюдений и оно является центром установки, а на одной прямой с ним по разные стороны на равных расстояниях устанавливаются два приемных заземления. Трехэлектродную дифференциальную установку перемещают по профилю с заданным шагом и в каждой точке наблюдений питающие заземления подключают к источнику электрического тока, приемные к измерительному прибору и измеряют падение напряжения между ними. Над однородным пространством падение напряжения будет равно нолю, а при наличии в разрезе геоэлектрических неоднородностей принимает отличные от ноля аномальные значения [3].
Известный способ имеет следующий недостаток: при профилировании над геоэлектрической неоднородностью аномальные значения падения напряжения пропорциональны электросопротивлению пород, вмещающих неоднородности и без информации об электросопротивлении вмещающих пород фиксируемая аномалия является неопределенной.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ геоэлектроразведки, в котором совмещены вертикальные электрические и дифференциальные зондирования [4]. В данном способе используют первое питающее заземление, отнесенное в практическую бесконечность, а также три заземления, расположенные вдоль профиля наблюдений при одинаковом расстоянии между крайними и центральным из них, из которых центральное используют в качестве второго питающего заземления, а два других являются приемными заземлениями и применяются для измерения падения электрического напряжения между ними, заключающемся в том, что в нем кроме четырех основных заземлений используют два дополнительных заземления, расположенных вдоль профиля наблюдений на одинаковом расстоянии от центрального питающего заземления и при каждой их установке в процессе работ подключают дополнительные заземления либо к источнику электрического тока и измеряют падение электрического напряжения между основными неподвижными приемными заземлениями, либо к измерительному прибору, а к источнику электрического тока подключают основные неподвижные питающие заземления, измеряют падение электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями, выполняют указанные операции при всех заданных положениях дополнительных заземлений, находят зависимости падения электрического напряжения между дополнительными приемными заземлениями, кажущегося электросопротивления между основными приемными заземлениями при всех положениях дополнительных питающих заземлений и по их распределению судят о наличии и положении в разрезе геоэлектрических неоднородностей.
Способ-прототип имеет недостаток: при выполнении дифференциальных зондирований, а именно измерения падения напряжения между дополнительными заземлениями, должна происходить смена знака измеренного значения над неоднородностью. Аппаратура на постоянном токе позволяет измерять знак, но при увеличении разносов приемных заземлений в дифференциальной установке сильно возрастает влияние помех. Аппаратура на низкой частоте значительно уменьшает влияние помех, но при включении генератора фаза переменного тока, возбуждающего электрическое поле в среде, может произвольно меняться, что приводит к ошибочному определению знака измеренного сигнала.
Целью предлагаемого способа является повышение эффективности выявления геоэлектрических неоднородностей в геологической среде и снижение неоднозначности интерпретации экспериментальных данных при неоднородном строении верхней части разреза.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки, в котором используют первое питающее заземление, отнесенное в практическую бесконечность, а также три заземления, расположенные вдоль профиля наблюдений при одинаковом расстоянии между крайними и центральным, заключающемся в том, что центральное заземление подключают к одной клемме измерителя электрического напряжения, при этом ко второй клемме измерителя подключают одно из крайних заземлений, а другое используют в качестве второго питающего заземления и измеряют падение напряжение, затем крайнее заземление, которое подключалось к измерителю, подключают к источнику тока, а крайнее питающее - подключают к измерителю и снова измеряют падение напряжение, после выполнения двух измерений при одном положении крайних заземлений их перемещают на заданное одинаковое расстояние от центрального заземления и процесс измерений повторяют, выполняют указанные операции при всех заданных положениях крайних заземлений, затем в каждой точке наблюдений для заданного разноса по двум измеренным падениям напряжений вычисляют разность между ними, а также среднее кажущееся электрическое сопротивление и относят вычисленные значения к центру установки (центральному заземлению), вычисления выполняют для всех разносов, строят разрезы кажущегося электросопротивления и разности потенциалов и по результатам зондирований судят о наличии и расположении в разрезе геоэлектрических неоднородностей.
MA
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msup><mrow /><mo>/</mo></msup></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
На фиг. 1 показана схема предлагаемой установки. Сигнал ΔU измеряют при использовании в качестве питающих заземлений (А) и (В). Сигнал
измеряют при использовании в качестве питающих заземлений
и (В).
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>M</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msup><mrow /><mo>/</mo></msup></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>A</mi><mo>/</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
MA
Предлагаемый способ осуществляется с электроразведочной аппаратурой, предназначенной для электромагнитных методов исследований (например, «ЭРА», «ЭРА-В-ЗНАК», «ЭРА-МАХ» и другие, работающие на переменном низкочастотном токе), следующим образом. На профиле наблюдений размещают три заземления
на одной линии, причем крайние заземления (А) и
располагают на одинаковом расстоянии от центрального заземления (М), которое подключают к измерительному прибору. Четвертое заземление (В) относят в практическую «бесконечность» и подключают к источнику электрического тока. При выполнении измерений крайнее заземление (А) подключают ко второй клемме измерительного прибора, а заземление
ко второй клемме источника тока и измеряют падение напряжения ΔU, затем заземления (А) подключают к источнику тока, а
к измерителю и измеряют падение напряжения
. После выполнения этих измерений заземления (А) и
перемещают на одинаковое заданное расстояние от заземления (М) и процесс измерений повторяют. Указанные операции повторяют при всех заданных положениях крайних заземлений (А) и
.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>U</mi><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msup><mrow /><mo>/</mo></msup></mrow>
<mrow><msub><mtext>ρ</mtext><mi>к</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msup><mrow /><mo>/</mo></msup><mo>,</mo><mtext> r)</mtext></mrow>
к
MA
/
По измеренным падениям напряжения в каждом пункте зондирований при каждом из заданных разносов (r) крайних заземлений вычисляют разность падений напряжений
, кажущиеся электрические сопротивления ρ(ΔU, r),
и среднее значение
. Значения ΔU и
относят к центральному заземлению (М) и строят разрезы этих величин от разносов r=МА=МА. В однородном и горизонтально-слоистом полупространстве ΔU должно быть равно нулю, а над геоэлектрической неоднородностью появится аномальная разность потенциалов ΔU. По разрезу падения электрического напряжения выделяют геоэлектрические неоднородности, а по разрезу кажущегося электросопротивления классифицируют неоднородности на связанные с объектами либо пониженного, либо повышенного электрического сопротивления.
Для предлагаемого способа электроразведки теоретические расчеты определяемых параметров электрозондирований, выполненные по профилю, проходящему над центром локальной неоднородности, в качестве которой был выбран шар с повышенной в 10 раз электропроводностью, по сравнению с вмещающей средой, показали, что на разрезе кажущихся сопротивлений
, построенных от разноса r и x - местоположения пункта зондирования на профиле относительно центра шара, уверенно выделяется не только верхняя кромка неоднородности, но и ее нижняя граница (фиг. 2). На рисунке жирной линией показан контур сечения шара вертикальной плоскостью, проходящей через его центр, расположенный на заданной глубине 1,5 м. Изолиниями представлены относительные (по отношению к вмещающей среде) средние значения кажущегося электросопротивления
, а изолиния 0,8 наиболее точно описывает контур сечения шара.
к
В качестве сравнения на фиг. 3 для той же модели приведен теоретический разрез кажущегося электросопротивления ρ, построенный по известному методу ВЭЗ с симметричной четырехэлектродной установкой, где r=АВ/2 (АВ - расстояние между питающими заземлениями). Из рисунка видно, что по характеру изолиний затруднительно определить морфологию геоэлектрической неоднородности и отнести аномалиеобразующий объект к изометричному классу форм, а его нижнюю границу оценить практически невозможно.
Таким образом, преимущество предлагаемого способа состоит в повышении эффективности выявления неоднородностей геологической среды за счет комплексирования двух методов электрических зондирований и более четком выделении границ геоэлектрического объекта с вмещающей средой на разрезе электросопротивлений.
Источники информации
1. Якубовский Ю.В. Электроразведка. - М.: Недра, 1973, с. 56-57.
2. Матвеев Б.К. Электроразведка. - М.: Недра, 1990, с. 303.
3. Тархов А.Г. Об электроразведочных методах чистой аномалии. Известия АН СССР. Сер. Геофизическая, 1957, №8, с. 981-982.
4. Способ геоэлектроразведки. Патент №2332690. Опубл. 28.08.2008. Бюл. №24, с. 3.