Условия изучения угольных пластов электрической томографией на основе математического моделирования

повсеместного перекрытия базальтовыми покровами, однако отработка уклонными полями (по типу шахты им, Артема) вполне реальна.

Из других, пока не осваевоемых месторождений бурого угля с подготовленными балансовыми запасами, как перспективными для промышленного освоения, необходимо отметить северо-западные фланги Бонивуровского месторождения (за пределами заповедника), Ракове кое около г.Уссурийска, отдельные угленосные мульды в Арсеньевской зоне (Ореховская, Крыловская, Малиновская). Более детального изучения, как объекты энергетических и, возможно, металлоносных углей, заслуживают: Глуховская впадина на юге Приморья, Маревская в центральной части и Аччанская на севере. Перспективно проведение поисковых работ с целью выявления угленосных мульд вдоль кромок Шкотовского и Борисовского плато базальтов на юге Приморья, где уже открыты Нежинское и Смолъпинское месторождения. На первом велась добыча угля небольшим разрезом.

Оценивая в целом состояние уг ольной базы Приморья можно констатировать, что в основном эксплуатационные работы будут сосредоточены на буроугольных месторождениях, обеспеченных подготовленными запасами угля на 25-30 лет с их отработкой в количестве 10-12 млн. т б год преимущественно открытым способом. Предполагается использование углей не только, как энергетического топлива, но и как химико-технологического сырья (Липовецкое и другие месторождения Верхне-Раздольненского бассейна), а также вовлечение в сферу промышленного производства металлоносных углей {Павловское и Шкотовское германий-уголъные месторождения, Партизанское проявление редких и редкоземельных элементов в углях и угольных породах и др.).

В настоящее время по Приморскому краю числится более 4-х мрд. т балансовых запасов бурых и каменных углей с преобладанием бурых (84%).

Шкабарня Г.Н., Шкабарня Н.Г.

УСЛОВИЯ ИЗУЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИЕЙ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Одним из эффективных методов разведки угольных месторождений в Приморье на глубинах до 100 м является электрическая томография [1]. Основная идея электрической томографии заключается в получении детальной информации о различных неоднородностях в некотором полупространстве многоэлектродными системами наблюдений, опоясывающими это полупространство по определённым направлениям. Источники и приёмники системы могут находиться одновременно на поверхности и в скважинах, а получаемая информация обеспечивает эффективное изучение геологического разреза по заданным срезам.

Для установления рациональных методических приёмов проведения полевых работ и создания способов обработки томографических матриц требовался детальный анализ результатов математического моделирования полей в неоднородных средах. Выбранные модели включали полупространства с горизонтальными, вертикальными и наклонными границами, клиновидными структурами, локальными объектами в виде сфероадов вращения, шаров и полушаров у поверхности раздела и на глубине.

Такие модели в первом приближении отражают фрагменты геоэлектрических разрезов и имеют аналитические решения по определению потенциала в поле точечного источника, расположенного внутри среды (скважины) и на поверхности. Расчёт кажущихся сопротивлений и поляризуемостей производится оперативно и с высокой точностью. Поэтому для целей моделирования и установления закономерностей аномальных полей удобнее пользоваться аналитическими, а не численными методами.

Для изучения характера и условий залегания угольных пластов использовались закономерности поля в горизонтально-слоистой среде с расположением источников и приёмников на поверхности и внутри среды. Именно эта простая модель широко применялась ранее при интерпретации данных электрического зондирования в методах сопротивлений и вызванной поляризации. >у Л ч:у - : ‘ : з

В случае применения электрической томографии и интерпретации данных в начале необходимо формировать модель начального приближения с выделением доминирующих пластов слоистой среды, а затем переходить к инверсии томографических матриц с использованием сеточных моделей. При решении задачи выбрана цилиндрическая система координат, ось г которой проходит через источник тока I перпендикулярно плоскостям раздела слоев с параметрами р*, Ь17 где р, -удельное электрическое сопротивление, а Ь; - мощность 1-того слоя. Без ограничения общности решения считаем, что источник тока расположен ка одной из границ раздела. Случай, когда источник расположен внутри слоя, сводится к введению фиктивной границы, разделяющей два слоя с одинаковой проводимостью.

Для определения потенциала в произвольной точке полупространства использовалось уравнение Лапласа, дополнительные к граничные условия. Используя метод разделения переменных Фурье и заданные условия, можно найти потенциал в любой точке при расположении источника на поверхности и внутри среды. Определение кажущегося сопротивления производилось известными приёмами. На основании решения составлен алгоритм и программа расчёта цифровых матриц для многоэлектродной системы с опросом любой единичной установки.

Результаты моделирования представляем в виде цифровых матриц и разрезов изолиний кажущихся сопротивлений (рк) для 60-ти канальной системы наблюдений с опросом четырёхточечной установки Веннера АММВ (АМ=МКТ=МВ). При расположении электродов системы на поверхности горизонтально-слоистой среды томографические матрицы представлены совокупностью цифровых значений совпадающих функций рк, где каждая строка имеет одинаковые величины. Поэтому разрезы имеют горизонтальные изолинии, сгущения которых соответствуют границам слоистой среды, а по вертикали прослеживаем общий характер изменения электрических свойств. Анализ моделирования полей томографическими системами над такими средами ничего существенного к закономерностям поля не добавляет [2], за исключением большей плотности расчётных параметров.

Закономерности поля при расположении только по вертикальному профилю также хорошо изучены. Такие исследования проводились в методах электрического каротажа скважин и бокового электрического зондирования [2]. Здесь подробно рассмотрены особенности поведения графиков рк, приёма выделения пластов, разных по мощности и удельному сопротивлению вблизи скважины.

Расчёт параметров поля и анализ его структуры при расположении электродов системы одновременно по вертикальному и горизонтальному профилям проведен впервые. Для анализа были использованы двух-, трёх-, и четырёхслойные модели с широким диапазоном изменения параметров. Система наблюдений предусматривает расположение 20-ти электродов по вертикальному и 40-ьса электродов по горизонтальному профилям. При расчётах геометрические параметры выбраны в отношении к АМ (дистанция между соседними электродами системы), а физические - к удельному сопротивлению первого слоя.

На разрезах кажущихся сопротивлений наблюдаем сложную конфигурацию изолиний в области аномальных значений, которые связаны с положением приёмных и питающих электродов вблизи границ раздела сред. Выходы границ или слоев на вертикальный профиль отмечаются сгущением изолиний и здесь отмечаются наибольшие интенсивности аномалий.

При удалении от вертикального профиля с увеличением разноса установки аномальная область расширяется в соответствии с положением общих точек возбуждения и приёма. Величины аномалий, как правило, уменьшаются. Изолинии постепенно выполаживаются и в зависимости от глубин залегания пласта (границы) могут располагаться параллельно оси горизонтального профиля. Интенсивности аномалий определяются глубиной залегания пласта (границы), размерами установки, мощностью пласта и соотношением сопротивлений разных сред.

При расположении электродов вблизи выхода границ на вертикальный профиль аномальные значения искажены экранными эффектами. Наибольшие величины аномалий наблюдаем при переходе приёмных электродов через контакт из среды низких значений в среду повышенных сопротивлений. Аномалии обратного знака лучше проявляются на разрезах для моделей с промежуточным слоем высокого сопротивления.

На основании анализа установлены основные признаки выделения и прослеживания пластов в слоистом разрезе, которые используются при обработке полевых материалов и создании новых способов интерпретации томографических матриц, при планировании рациональных систем наблюдений электрической томографии в комплексе с единичными скважинами. К ним относятся:

• четыре протяженных линейных участка аномальных значений, которые имеют клиновидную форму и расходятся в стороны с увеличением разноса; они соответствуют общим точкам (площадкам) расположения приёмных (ОТП) и питающих (ОТВ) электродов, которые позволяют обнаружить и проследить в разрезе кровлю (ОТП-Ы, ОТВ-А) и подошву (ОТП-М, ОТВ-В) слоя;

• линейность аномалий свидетельствует о горизонтальном (пологом) расположении пласта вблизи скважины; в случае отклонения от линейного направления можно установить падение или воздымание пласта;

• размеры аномальной области по вертикальному профилю определяются мощностью слоя, а по горизонтальному - глубиной залегания его: чем меньше глубина, тем больше область;

• при неглубоком залегании слоя (Н < 8АМ), если внешние изолинии, оконтуриваюшие аномалию со стороны горизонтального профиля, выполаживаются и располагаются параллельно профилю, то это свидетельствует о горизонтальном (пологом) залегании слоя, в противном случае можно установить падение или воздымание его на удалении от скважины;

• для модели с проводящим пластом наблюдаем, как правило, только нормальные аномалии (удельное сопротивление пласта и аномалии по знаку совпадают), а для непроводящего -- как нормальные, так и аномалии обратного градиента меньшей интенсивности и на больших разносах:

• интенсивность аномалий зависит от глубины залегания пласта, его мощности и дифференциации удельных сопротивлений;

• повышение разрешающей способности при выделении и прослеживании пласта определяется возможностью накопления аномального эффекта по общим точкам (площадкам) расположения приёмных и питающих электродов; регулируемое суммирование аномальных значений является наиболее эффективным приёмом интерпретации томографических матриц на этапе построения модели начального приближения.

В заключение необходимо отметить, что закономерности поля для горизонтально-однородной модели при расположении системы электродов по вертикальному и горизонтальному профилю имеют существенное значение для обнаружения и прослеживания в пространстве различно ориентированных пластов, отличающихся по удельному сопротивлению от вмещающей среды. Такая методика исследования слоистых разрезов не может быть заменена наблюдениями отдельно в скважине и на поверхности. Она позволяет изучать характер и условия залегания угольных пластов на этапе разведки месторождений с целью с целью уменьшения числа скважин, а также эффективна при решении задач гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии. Следующим этапом исследований является разработка измерительной аппаратуры и скважинной кабельной системы для новой модификации метода сопротивлений.

ЛИТЕРАТУРА

1.Г.Н. Шкабарня, Н.Г. Шкабарня. Особенности томографической электроразведки постоянным током // Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. - Владивосток: изд-во ДВГТУ, 1999, выпуск 121, серия 4, с. 179-186;

2.Электроразведка: Справочник геофизика. В 2-х кн. - М.: Недра, 1989. — 438 с., 378 с.

Ч/’ К.С. Шашкин

О СУЩНОСТИ БЫТИЯ

Сущность - внутреннее содержание предметов, выражающееся в единстве всех многообразных свойств и отношений.

Бытие — философская категория, обозначающая объективное существование окружающего мира, независимо от нашего сознания. ^

Бытие (техническое) — первая книга Пятикнижия, в которой излагаются представления древних евреев о создании Вселенной, Земли, органического мира и Человека.