Содержание к диссертации
Введение
1 Геологическое строение воронежской антеклизы 12
1.1 Докембрийские образования 12
1.2 Палеозойские отложения 15
1.3 Мезокайнозойские отложения 25
Выводы 31
2 Физические свойства пород и руд 32
2.1 Электромагнитные свойства 33
2.1.1 Электрическая проводимость 34
2.1.2 Электрическая поляризация 44
2.1.3 Магнитная поляризация (намагниченность) 61
2.2 Плотность 65
2.3 Упругие свойства 66
2.4 Теплофизические свойства 71
2.5 Ядерно-физические свойства 73
Выводы 78
3 Геофизические исследования в скважинах: классификация методов; основы теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации получаемых материалов 74
3.1 Классификация методов геофизических исследований в скважина 76
3.2 Основы теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации получаемых материалов 81
3.2.1 Электромагнитные методы 81
3.2.2 Геоэлектрохимические методы 154
3.2.3 Ядерно-геофизические методы каротажа 170
3.2.4 Акустические, сейсмические и сейсмоэлектрические методы 180
3.2.5 Скважинная термометрия 192
3.2.6 Скважинное телевидение 197
3.2.7 Методы исследования технического состояния скважин. Операции в скважинах 199
Выводы 211
4 Формирование трехмерных моделей рудных объектов 222
4.1 Моделирование субгоризонтальнослоистьгх геологических объектов 228
4.2 Моделирование объектов сложного геологического строения 236
Выводы 285
Заключение 286
Литература
- Палеозойские отложения
- Магнитная поляризация (намагниченность)
- Основы теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации получаемых материалов
- Моделирование объектов сложного геологического строения
Введение к работе
Актуальность проблемы
Сокращение площадей относительно легкодоступных для обнаружения и опоискования в их пределах месторождений рудных полезных ископаемых обусловило необходимость ориентации геологоразведочных работ на выявление достаточно глубокозалегающих рудных объектов, в том числе и в пределах закрытых территорий, где потенциально рудоносные породы кристаллического фундамента погребены под образованиями осадочного чехла. При значительной мощности осадочных пород и характерной для них вертикальной и латеральной вещественной и физической неоднородности резко снижается эффективность изучения нижележащих продуктивных образований наземными геофизическими методами. В подобных условиях ведущая роль в выявлении и информационном обеспечении геометризации рудных объектов принадлежит геофизическим исследованиям в скважинах.
Для рудных месторождений характерна сложная структурно-геологическая обстановка – пространственная неоднородность оруденения, обилие разрывных нарушений и интенсивная складчатость при крутых и невыдержанных углах падения рудных тел и вмещающих пород. Эти обстоятельства, а также, уже упоминавшаяся, невысокая геологическая эффективность наземных геофизических исследований, существенно ограничивают применимость традиционных подходов к информационному обеспечению трехмерного моделирования геологических объектов, в рамках которых формирование объёмной модели, по существу, базируется на результатах межскважинной корреляции продуктивных подсечений, осуществляемой в автоматическом режиме. В сложных геологических ситуациях, не только резко возрастает роль интерактивной составляющей процесса моделирования, но и, для обеспечения надежности структурно-геологических построений, возникает необходимость привлечения дополнительной информации, характеризующей в частности элементы залегания рудных подсечений и их взаимосвязи, а также геологическое строение околоскважинного пространства. Относительная локальность и разобщенность отдельных рудных тел, составляющих в целом месторождения и рудопроявления, требует привлечения методов скважинной геофизики для опоисковании меж- и околоскважинного пространства на предмет наличия или отсутствия оруденения, а также определения его геометрических характеристик.
К настоящему времени многие научные и прикладные проблемы технологий получения и интегрированной обработки геофизической информации, направленные на построение моделей рудных объектов, еще не нашли должного решения. Практическая важность обеспечения качественной информационной основы построения объемных моделей рудных тел, при существенной методической необеспеченности этого сегмента моделирования, придают самостоятельную и значимую роль созданию технологий получения и интегрированной обработки геолого-геофизической информации, ориентированной на цели трехмерного моделирования рудных объектов. Актуальность решения такого рода задач обусловлена тем, что внедрение компьютерных моделей геологических объектов в геологоразведочный процесс радикально изменяет информационную основу для принятия стратегических решений, определяющих не только разведку, но и разработку месторождений полезных ископаемых.
В качестве основного объекта исследований, автором была выбрана Воронежская антеклиза, которая является типичной закрытой территорией, поскольку, слагающий ее основание, Воронежский кристаллический массив (ВКМ) перекрыт разнообразными осадочными отложениями, мощностью до первых сотен метров.
Воронежская антеклиза представляет собой расположенную в южной части Восточно-Европейской платформы обширную положительную структуру площадью около 540 тыс. км2, полностью занимающую территории Воронежской, Белгородской, Курской, Орловской, Липецкой и Тамбовской областей и своими краевыми частями захватывающую Брянскую, Волгоградскую, Тульскую, Калужскую и Луганскую области. В её пределах находится ряд эффективно действующих горнодобывающих предприятий, среди которых ведущее место занимают предприятия по добыче и переработке железорудного сырья. Открыты достаточно крупные месторождения бокситов, фосфоритов, апатит-магнетитовых, титан-циркониевых и медно-никелевых руд. Имеются серьезные предпосылки прогнозировать наличие и других видов полезных ископаемых, в числе которых – золото, элементы платиновой группы и алмазы.
В разработке аппаратурно-методических и теоретических основ рудного направления геофизических исследований в скважинах (ГИС) решающее значение имели работы отечественных геофизиков. В развитие рудного каротажа большой вклад внесли: Ю.П. Булашевич, А.А. Вешев, О.К. Владимиров, Г.С. Возжеников, Г.М. Воскобойников, Д.С. Даев, В.П. Кальварская, Ю.И. Кудрявцев, Е.П. Леман, В.А. Мейер, В.С. Нахабцев, А.П. Очкур, М.И. Плюснин, О.Ф. Путиков, И.Г. Сковородников, И.М. Хайкович и многие другие. Приоритетные разработки в сфере методов скважинной геофизики были выполнены А.Н. Авдониным, Ю.Г. Астраханцевым, В.И. Векслером, А.К. Козыриным, Л.В. Лебедкиным, Н.М. Нейштадтом, А.Д. Петровским, В.Н. Пономаревым, А.А. Поповым, А.А. Редозубовым, Б.В. Рогачевым, П.Ф. Родионовым, Ю.С. Рыссом, Г.П. Саковцевым, В.М. Сапожниковым, А.К. Сараевым, М.В. Семеновым, Б.Б. Шатровым и многими другими. Вопросам моделирования рудных объектов посвятили свои работы М.М. Авдевич, В.И. Аронов, В.А. Безукладов, Н.И. Боровко, П.В. Васильев, Г.С. Вахромеев, В.Н. Глазнев, А.Ю. Давыденко, С.С. Долгушин, В.А. Дунаев, Р.Г. Жилинский, М.А. Нефедьев, А.А. Никитин, С.В. Ремизов, М.В. Семенов и другие.
Автором разработаны новые научно-методические подходы, способные обеспечить трехмерную геометризацию сложнопостроенных геологических объектов с высокой степень достоверности.
Целью работы является разработка технологических, методологических, аппаратурно-методических, интерпретационных и программных решений, направленных на обеспечение возможности формирования трехмерных моделей рудных объектов на основе результатов интерпретации материалов геолого-геофизических исследований скважин и данных скважинной геофизики.
Задачи исследований
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
– обобщение и критический анализ результативности геофизических исследований в рудных скважинах, выполненных в пределах различных регионов бывшего СССР (Воронежская антеклиза, Северный Казахстан, Урал, Кольский п-ов и др.);
– разработка технологии исследования осадочного чехла методами ГИС, учитывающей геолого-геофизические особенности закрытых территорий и направленной на выявление в пределах верхней части разреза рудных и рудоконтролирующих объектов;
– разработка аппаратурно-методических и интерпретационных решений, применение которых обеспечивает бльшую достоверность структурно-геологическим построениям в пределах железорудных магнетитовых месторождений;
– разработка методических основ комплексных геолого-геофизических работ при поисках и разведке месторождений медно-никелевых руд, а также подходов к обработке и интерпретации получаемых материалов, способных обеспечить бльшую эффективность геологоразведочных работ на объектах такого рода;
– разработка технологий, повышающих качество информационной основы формирования трехмерных моделей рудных объектов и позволяющих наиболее полно и адекватно реализовать материалы геолого-геофизических исследований скважин;
– программная реализация разработанных технологий, обеспечивающая создание трехмерных моделей рудных объектов.
Методы исследований
В процессе работы анализировались и обобщались материалы геофизических исследований в скважинах выполненных в различных геологических обстановках. На основе анализа различных технологий проведения ГИС, их аппаратурных и методических реализаций, были выработаны оптимальные подходы к геометризации различных рудных объектов. С целью подтверждения обоснованности разработанных автором аппаратурно-технологических решений по повышению эффективности геолого-геофизических исследований проводились математическое и физическое моделирование, полевые скважинные исследования, обработка, интерпретация и переинтерпретация полевых материалов, а также апробация разработанных технологий на различных рудных объектах.
Фактический материал и личный вклад автора
При написании работы были использованы материалы, полученные автором начиная с 1977 г. в результате исследований, выполненных им лично или при его непосредственном участии во время работы в НИСе МГРИ, в Институте геологии Воронежского госуниверситета и на кафедре геофизики ВГУ.
Автором лично или при его непосредственном участии выполнены геофизические исследования в значительном количестве поисково-съемочных, разведочных, заверочных и гидрогеологических скважин; проанализированы и переинтерпретированы материалы геофизических исследований в сотнях скважин, пробуренных в различных регионах бывшего СССР; разработаны технологии, позволяющие повысить качество информационной основы формирования трехмерных моделей рудных объектов и обеспечивающие объемное моделирование геологических объектов сложного строения; выполнена программная реализация разработанных технологий.
Защищаемые положения
1. Технология увязки рудных подсечений в трехмерном пространстве и формирования компьютерных трехмерных структурно-геологических моделей геологических объектов, реализованная в системе трехмерного компьютерного объектно-ориентированного моделирования КОММОДОР, позволяющая достигнуть наиболее полной и адекватной содержанию реализации геолого-геофизической информации и, при привлечении результатов опоискования околоскважинного пространства методами скважинной геофизики, обеспечивающая повышение достоверности геометризации рудных объектов сложного геологического строения.
2. Технология изучения осадочного чехла закрытых территорий, предполагающая дополнение стандартного комплекса методов геофизических исследований в скважинах каротажом магнитной восприимчивости и скважинной магниторазведкой, обеспечивающая эффективную корреляцию вскрытых скважинами разрезов, а также выявление геологических объектов, являющихся источниками наземных аномалий геофизических полей или носящих рудоконтролирующий характер.
3. Технология геофизических исследований скважин, позволяющая повысить достоверность структурно-геологических построений в пределах железорудных магнетитовых месторождений, которая предполагает проведение скважинной пластовой индукционной наклонометрии в едином измерительном цикле с каротажом магнитной восприимчивости и соответствующие анализ и статистическую обработку получаемых данных.
Научная новизна
1. Показано, что повышение достоверности геометризации рудных объектов сложного геологического строения достигается применением технологии трехмерной пространственной корреляции данных геолого-геофизических исследований и трехмерного моделирования в соответствии с разработанной автором технологией.
2. Впервые в пределах осадочного чехла Воронежской антеклизы выявлены геологические объекты, имеющие весьма высокую намагниченность и способные создавать интенсивные наземные аномалии магнитного поля. Это обстоятельство необходимо учитывать при построении методики их изучения методами ГИС, а также при интерпретации материалов как наземной, так и скважинной магниторазведки.
3. Показано, что определение условий осадконакопления и выявление эпигенетических преобразований осадочных пород, которые могут быть связаны с процессами рудогенеза, возможно путем детальной межскважинной корреляции разрезов, выполняемой по данным геофизических исследований в скважинах в соответствии с разработанной методикой.
4. Выявлено, что мелкая складчатость, характерная для магнетитовых месторождений, в том числе – месторождений железистых кварцитов, не позволяет по единичным определениям элементов залегания оценить их структурно-геологические особенности, в связи с чем, для получения достоверных данных необходимо выполнять поинтервальное осреднение представительного количества отдельных определений элементов залегания в пределах эмпирически задаваемых интервалов глубин. Достаточный для этого объем информации может быть получен с помощью скважинной пластовой индукционной наклонометрии.
5. Впервые, применительно к геолого-геофизическим условиям Воронежской антеклизы, предложен технологический комплекс скважинных и скважинно-наземных геофизических методов поисков и разведки месторождений никеля, а также методы и программные средства обработки и интерпретации результатов, позволяющие значительно повысить эффективность этих исследований.
6. Впервые по материалам исследований методом мелкомасштабного заряда были выявлены линейные зоны повышенной проводимости, имеющие восток-северо-восточное простирание, к которым оказываются приуроченными ряд известных месторождений и рудопроявлений никеля ВКМ.
Достоверность полученных результатов подтверждается материалами моделирования и их сопоставлением с аналогичными данными, полученными независимым путем с помощью иных методов исследований, а также результатами полевых геолого-геофизических исследований на различных геологических объектах.
Практическая значимость
1. Разработанная новая технология компьютерного трехмерного объектно-ориентированного моделирования КОММОДОР, предназначенная для компьютерного анализа пространственного распределения данных геолого-геофизических исследований скважин и создания объёмных моделей геологических сред, позволяет повысить достоверность геометризации рудных объектов сложного геологического строения. Технология использовалась при структурно-геологических построениях на объектах Воронежской антеклизы и Кольского полуострова.
2. Выявлены особенности геологического строения осадочной части разреза Воронежской антеклизы, в частности, – локализация в ней геологических объектов, имеющих довольно высокую намагниченность и способных создавать весьма интенсивные наземные аномалии магнитного поля. Учет этих особенностей, позволяет оптимизировать технологию поисков различных полезных ископаемых, в том числе – коренных месторождений алмазов. Разработанная технология, внедренная в Институте геологии ВГУ, используется в рамках выполнения Государственной программы по геологическому доизучению площадей (ГДП-200).
3. Применение более совершенных схем и алгоритмов реализации данных инклинометрии, разработанных под руководством автора, позволяет повысить надежность структурно-геологических построений на месторождениях, поисково-разведочные работы на которых осуществлялись с помощью скважин наклонно-направленного бурения. Разработаны методика построения траекторий скважин, позволяющая повысить точность реализации данных инклинометрии, и программный модуль Zenith 1.2, в котором использована данная методика. Кроме того, данный программный модуль может привлекаться для проектирования скважин наклонно-направленного бурения и управления их проводкой.
4. В пределах Воронежской антеклизы выявлены и уточнены важные особенности геологического строения ряда месторождений и рудопроявлений никеля, позволяющие скорректировать их промышленную перспективность и конкретизировать направления дальнейших поисково-разведочных работ.
5. Разработаны предложения по совершенствованию технологий проведения геофизических исследований в рудных скважинах, обработке и интерпретации их материалов, направленные на решение задач, типичных для закрытых территорий. Практическая реализация предложений позволяет повысить геологическую эффективность ГИС.
6. Выявление протяженных линейных зон повышенной проводимости, к которым тяготеет ряд известных месторождений и рудопроявлений никеля, может позволить локализовать поисково-разведочные работы на никель в пределах ВКМ.
7. Разработана комплексная аппаратура скважинной пластовой индукционной наклонометрии и каротажа магнитной восприимчивости, применение которой дает возможность получать информацию позволяющую повысить достоверность опробования руд и структурно-геологических построений на магнетитовых месторождениях
Апробация результатов исследований
Результаты исследований докладывались на научных и практических конференциях и совещаниях различного уровня. В их числе: Всесоюзное совещание "Разработка и комплексирование геофизических методов при детальной и эксплуатационной разведке рудных месторождений" (Октябрьский, 1982), Всесоюзная конференция "Методика, техника и результаты геофизической разведки рудных месторождений" (Ленинакан, 1986), международная геофизическая конференция "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" (Санкт-Петербург, 1996), международная конференция "Геофизика-99" (Санкт-Петербург, 1999), международная геофизическая конференция "300 лет горно-геологической службе России" (Санкт-Петербург, 2000), совещание "Литология и полезные ископаемые центральной России" (Воронеж, 2000), VII Всероссийский семинар "Компьютерное обеспечение Государственной программы Госгеолкарта-200" (Ессентуки, 2000), V международная конференция "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2001), международная конференция "Проблемы геодинамики и минерагении Восточно-Европейской платформы" (Воронеж, 2002), международная конференция "Теоретические и прикладные аспекты геоинформатики" (Киев, 2002), международная конференция "Месторождения природного и техногенного сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология" (Воронеж, 2008), международный семинар им. Д.Г. Успенского "Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей" (Воронеж, 2012).
Публикации
По тематике диссертации автором опубликовано более 80-ти печатных работ, в числе которых 2 монографии, 3 авторских свидетельства на изобретения и более 40 научных статей, из которых 16 напечатаны во входящих в список ВАК изданиях.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения. Объем диссертации составляет 322 страниц текста, включающего 156 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 262 наименований.
Во Введении обосновывается актуальность диссертационной работы, формулируется её основная цель и обозначаются задачи, которые следовало решить для достижения поставленной цели.
Диссертация включает в себя следующие разделы:
1. Геологическое строение Воронежской антеклизы. В разделе приводится территориальная привязка основного объекта исследований – Воронежской антеклизы, а также её структурно-тектоническая и литолого-стратиграфическая характеристики, которые типичны для закрытых территорий. Показано, что весьма сложное геологическое строение антеклизы – переменные мощности и вещественный состав слагающих осадочный чехол образований, блоковое строение кристаллического фундамента и его насыщенность разновозрастными интрузиями, существенно затрудняет изучение её рудоносности наземными геофизическими методами без привлечения данных скважинных исследований.
В соответствии со сформировавшимися на настоящее время представлениями, в пределах слагающего основание Воронежской антеклизы Воронежского кристаллического массива (ВКМ), выделяются мегаблок Курской магнитной аномалии (КМА), Хопёрский мегаблок и Лосевская шовная зона. Мегаблоки, в свою очередь, делятся на Рославльский, Брянский, Ливенско-Ефремовский, Курско-Белгородский, Варваринский, Калач-Эртильский и Камышинский макроблоки (рис. 1).
2. Физические свойства пород и руд. Раздел содержит аналитическое описание физических свойств пород и руд. Приводятся общие зависимости физических свойств минеральных агрегатов, типичных для рудных районов, от их вещественного состава, текстурно-структурных особенностей, физического состояния и воздействия внешних факторов. Показано, что структурно-вещественные неоднородности, с которыми могут быть связаны рудоконтролирующие объекты или непосредственно оруденение, наиболее явным образом будут проявляться в электромагнитных и ядерно-геофизических полях искусственного или естественного происхождения.
3. Геофизические исследования в скважинах: классификация методов; основы теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации получаемых материалов. В разделе приведена разработанная автором классификация методов геофизических исследований в скважинах. Содержится краткое описание основ теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации материалов, получаемых при проведении исследований методами каротажа и скважинной геофизики. При этом, основное внимание обращено на методы и методики, применение которых в условиях закрытых территорий, уже доказало свою эффективность или их введение в реализуемый комплекс ГИС сулит позитивный результат.
Рис. 1. Схема структурно-тектонического районирования Воронежского кристаллического массива, гипсометрия поверхности кристаллического фундамента и положение в пределах ВКМ основных рудных районов (по Н.М. Чернышову и др., 1989, с дополнениями М.В. Рыборака и А.Ю. Альбекова, 2010).
1 – границы ВКМ; 2 – границы мегаблоков; 3 – границы макроблоков; 4 – мегаблок КМА; 5 – Хоперский мегаблок; 6 – Лосевская шовная зона; 7 – изогипсы поверхности кристаллического фундамента; 8 – макроблоки (1 – Рославльский, 2 – Брянский, 3 – Ливенско-Ефремовский, 4 – Курско-Белгородский; 5 – Варваринский, 6 – Калач-Эртильский, 7 – Камышинский); 9 – рудные районы в пределах Хоперской металлогенической провинции: 1 – Мамонский (Нижнемамонское и Подколодновское медно-никелевые месторождения, Петровское, Артюховское, Юбилейное и Мартовское рудопроявления), 2 – Ширяевский (пирротиновые руды), 3 – Еланско-Уваровский (Еланское и Ёлкинское месторождения никеля, Центральное, Абрамовское, Листопадовское, Новопокровское и Троицкое рудопроявления), 4 – Аннинский (Садовское рудопроявление никеля, меди, кобальта и хрома); 10 – железорудные районы в пределах Курской (КМА) металлогенической провинции: 1 – Старооскольский (Коробковское, Лебединское, Стойленское и Приоскольское месторождения), 2 – Новооскольский (Чернянское и Погромецкое месторождения), 3 – Курско-Орловский (Михайловское и Новоялтинское месторождения) 4 – Белгородский (Яковлевское, Висловское и Гостищевское месторождения); 11 – площадь, в пределах которой была выполнена детальная корреляции осадочных отложений
4. Формирование трехмерных моделей рудных объектов
Повышение достоверности геометризации рудных объектов может быть достигнуто путем разработки более эффективных технологий получения и интегрированной обработки геолого-геофизической информации обеспечивающих формирование их трехмерных моделей. Подобные технологии предполагают, в том числе:
– применение адаптированных к конкретным геологическим ситуациям методик межскважинной корреляции рудных подсечений;
– более точную пространственную привязку результатов исследований за счет, в частности, использования усовершенствованных алгоритмов реализации данных инклинометрии и учета неравномерного перемещения скважинных приборов в процессе проведения геофизических исследований;
– оптимизацию технологий опоискования околоскважинного пространства методами скважинной геофизики;
– привлечение информации, характеризующей элементы залегания рудных подсечений в скважинах.
Предлагаются конкретные технологические решения, позволяющие повысить геологическую эффективность геофизических исследований в рудных скважинах, прежде всего в пределах закрытых территорий.
В Заключении приводятся наиболее важные результаты выполненной автором работы.
Диссертационная работа выполнена на кафедре геофизики Воронежского государственного университета. Автор глубоко признателен коллегам, которые оказали помощь в выполнении представленной к защите работы. Среди тех, кому хотелось бы выразить персональную благодарность: проф. Глазнев В.Н., проф. Антонов Ю.В., проф. Ненахов В.М., проф. Савко А.Д. и Глазнев В.В. Автор считает своим долгом почтить память профессора М.И. Плюснина, под руководством которого он начинал свою научную деятельность во время обучения в аспирантуре МГРИ.
Палеозойские отложения
Образования девона слагают присводовую часть юго-западного крыла, свод и целиком северо-восточное крыло Воронежской антеклизы. Мощность отложений изменяется от 0, по границам выклинивания, до 600 м, в краевых частях антеклизы. Они залегают на породах кристаллического фундамента и корах выветривания по ним, а в пределах развития верхнепротерозойских отложений - на последних. Перекрыты девонские образования, в основном, мезокайнозойскими отложениями и только в при-сводовой части юго-западного крыла, на юго- и северо-востоке - каменноугольными.
В литологическом отношении отложения девона чрезвычайно разнообразны -они представлены терригенными, органогенными и хемогенными породами и их промежуточными разностями, а также породами эффузивно-осадочного и эффузивного генезиса.
В основании девонской части разреза лежат, относимые к эмскому ярусу нижнего девона, породы ряжского горизонта мощностью до 60 м, развитые на крайнем севере антеклизы и представленные двумя толщами: нижней - гравийно-песчаной и верхней - песчано-глинисто-алевритовой.
Эйфельский ярус среднего девона включает четыре горизонта - дорогобужский, клинцовский, мосоловский и черноярский. Поскольку первые два трудно разделяются, то их объединяют в морсовский горизонт, мощностью до 65 м, отложения которого, развитые в северной половине региона, согласно залегают на породах ряжского горизонта и только на юго-востоке перекрывают кристаллический фундамент. Для отложений морсовского горизонта характерна значительная невыдержанность мощностей и литологического состава, как по латерали, так и в разрезе. В литологическом плане преобладают песчаники, пески и глины, встречаются гипсы и ангидриты.
Отложения мосоловского горизонта, мощностью до 30 м, распространены приблизительно на двух третях территории Воронежской антеклизы и, за исключением юго-восточной части, согласно залегают на породах морсовского горизонта. На юго-востоке они с резким несогласием перекрывают кору выветривания пород кристаллического фундамента. Для мосоловских образований характерны выдержанность и однородность состава на значительных площадях, а также существенное преобладание карбонатных пород, преимущественно известняков.
Отложения черноярского горизонта не имеют повсеместного распространения и представлены преимущественно аргиллитоподобными глинами с прослоями извест-ковистых глин, известняков и песчаных пород. На востоке антеклизы заметное развитие имеют карбонатные отложения и лишь в верхней части разреза появляются пес-чано-глинистые породы.
Живетский ярус среднего девона представлен воробъевским, ардатовским и муллинским горизонтами, сложенными преимущественно песчано-глинистыми породами. Границы распространения всех горизонтов практически везде совпадают и лишь отложения муллинского горизонта местами размыты.
Юго-западная граница распространения пород воробьевского горизонта, имеющих мощность до 20 м, проходит по линии городов Севск-Богучар. В основании горизонта находится пачка светло-серых кварцевых песчаников и алевролитов, которая с размывом залегает на черноярских глинах. На большей части территории воробьев-ские отложения представлены в различной степени алевритистыми глинами, содержащими прослои песков, алевритов и органогенно-обломочных известняков. На западе и северо-востоке антеклизы в составе пород разреза существенную роль начинают играть алевриты, алевролиты и пески.
Разрез ардатовского горизонта, мощностью от первых метров до 80 м, максимальные значения которой характерны для северо-востока территории, сформировался в условиях максимальной для всего девонского периода трансгрессии. Проведение границы между согласно залегающими воробьевскими и ардатовскими образованиями на основе литологических признаков крайне затруднительно, оно осуществляется, руководствуясь биостратиграфическими критериями.
На юго-западе антеклизы вблизи границы распространения, где его мощность редко достигает 18 м, ардатовский горизонт имеет двучленное строение. Его нижняя часть представлена разнозернистыми кварцевыми песчаниками с карбонатно-глинистым цементом, а верхняя - песчано-глинистыми и глинисто-карбонатными породами. В направлении на северо-восток в составе отложений уменьшается содержание песчаной и увеличивается доля глинистой составляющей, появляются органоген-но-обломочные известняки с примесью терригенного материала. В целом, в северовосточной и северной частях территории глины занимают порядка 40 % площади развития отложений этого возраста.
Муллинский горизонт, венчающий разрез живетского яруса, представлен глинисто-ал евритово-песчаными породами мощностью от первых метров до 30 м. Максимальные значения мощности наблюдаются на северо-восточном склоне антеклизы, а минимальные, обычно не превышающие 10 м, - на юго-восточном. В разрезе муллинского горизонта преобладают глины, особенно широко развитые на КМА и юго-востоке территории, а к северу и северо-востоку появляются пачки алевритов и песчаников. Глины нередко содержат железистые оолиты, кристаллы пирита, также характерны отдельные или тесные скопления сферолитов сидерита.
Франский ярус верхнего девона в пределах Воронежской антеклизы делится на три подъяруса, из которых нижний представлен ястребовским (пашийским) -и чаплы гинским (тиманским), средний - саргаевским и семилукским, а верхний - петинским, воронежским, евлановским и ливенским горизонтами.
Среди отложений ястребовского горизонта, имеющих мощность от первых метров до 40 м и распространенных несколько севернее линии Севск-Россошь, преобладают пески, обычно сцементированные до песчаников, алевриты (алевролиты) и глины. Доля последних уменьшается в направлении с юго-запада на северо-восток. В отличие от других отложений девона, для пород ястребовского горизонта, распространенных на юго-востоке региона, характерно присутствие туфогенного материала. По данным И.Н. Быкова и В.В. Канцерова, вулканогенно-обломочные отложения в значительной мере развиты на территории порядка 5 тыс. км2, причем они слагают до 55 % разреза ястребовского горизонта, при его общей мощности до 40 м. По чередованию вулканогенных и осадочных пород, а среди последних преобладают аргиллиты, эти исследователи выделяют 6 стадий эксплозивной деятельности. Участки с максимальными мощностями вулканогенных пород имеют форму разобщенных полей изометричной формы, приуроченных к зонам разломов, где во франское время существовали вулканические аппараты. Особенностью вулканогенных пород является присутствие в них ильменита. Области распространения этого минерала тяготеют к участкам преимущественного развития пирокластического материала - туфов и туф-фитов.
В ястребовских отложениях юго-востока антеклизы часто встречаются железистые оолиты, а в ильменитоносных слоях присутствуют магнетит, титано-магнетит и хромшпинелиды. В наиболее обогащенных ильменитом частях разрезов, он образует прерывистые горизонтальные и волнисто-параллельные слойки, причем его содержание может доходить до 300 кг/м3.
Отложения чаплыгинского горизонта, развитые северо-восточнее линии городов Севск-Курск-Новый Оскол-Россошь-Богучар, согласно залегают на ястребовских породах и только вдоль границы выклинивания, в узкой полосе от Нового Оскола до Бо-гучара - на коре выветривания докембрийских образований. На большей части территории породы чаплыгинского горизонта согласно перекрываются сергаевскими отложениями и только вдоль границы распространения, к юго-востоку от г. Старый Оскол на них залегают породы мамонской толщи, а к северо-западу от этого же города и на некоторых участках к юго-востоку отложения чаплыгинского горизонта с размывом перекрываются породами различных стратиграфических отложений мезозоя и кайнозоя (от среднеюрских до четвертичных). Сложен чаплыгинский горизонт глинистыми, алевритовыми и песчаными пестроцветными и тонкопереслаивающимися породами общей мощностью от первых метров до 130 м.
Отложения саргаевского горизонта представлены преимущественно карбонатными породами, в основном - зеленовато-серыми известняками, и распространены на значительной части территории Воронежской антеклизы. На крайнем востоке территории в разрезе возрастает присутствие глинистого материала и известняки начинают переслаиваться с глинами. Вблизи границы выклинивания горизонта отмечается присутствие терригенных пород - глин, глинистых песчаников и алевролитов.
Отложения семилукского горизонта представлены глинисто-карбонатными породами мощностью 10-30 м, согласно или со следами размыва залегающими на сарга-евских отложениях.
В составе семилукского горизонта выделяются две толщи — нижнесемилукская (рудкинская), сложенная известняками, и верхнесемилукская, представленная извест-няково-мергельно-глинистыми породами. В непосредственной близости от южной границы выклинивания, восточнее г. Курск, находится зона, сложенная в различной степени карбонатизированными глинами.
Отложения петинского горизонта развиты севернее линии городов Курск-Воронеж, причем южная граница их распространения имеет эрозионный характер. Петинское время открывает новый позднефранский этап осадконакопления, сопровождавшийся структурной перестройкой региона. Породы петинского горизонта, имеющие мощность от первых метров до 31 м, практически повсеместно с размывом залегают на семилукских отложениях. Исключение составляет наиболее северная и северо-западная части антеклизы, где глинисто-карбонатные петинские образования перекрывают сходные в литологическом отношении семилукские. В нижней части своего стратотипического разреза у с. Петино, расположенного несколько южнее г. Воронеж, горизонт представлен разнозернистыми кварцевыми песчаниками, содержащими в основании гравий, а в его верхней части - средне- и мелкозернистыми песками, содержащими прослои каолиновых глин и кварцевых алевролитов, а также значительное количество углефицированных растительных остатков. К границе выклинивания петинских отложений приурочены породы, содержащие наиболее грубый песчаный материал, а в направлении на север и северо-восток в разрезах начинают превалировать глины, мергели и известняки. В районе г. Семилуки отмечается обогащение песков нижней части разреза петинского горизонта минералами тяжелой фракции.
Отложения воронежского горизонта, распространенные севернее линии, проходящей южнее г. Воронежа на города Щигры-Фатеж-Комаричи, имеют мощность до 55 м, согласно залегают на породах петинского возраста и представлены известняками и мергелями с подчиненными прослоями глин, приуроченными к нижним частям разреза. По направлению к границе выклинивания карбонатные породы замещаются алевритово-песчаными образованиями.
Отложения евлановского и ливенского горизонтов имеют суммарную мощность до 60 м, литологически не всегда различаются между собой и поэтому рассматриваются совместно. Они представлены преимущественно известняками, согласно залегающими на породах воронежского горизонта. В основании разреза наблюдаются прослои глин, мергелей, железистые оолиты, разнозернистые кварцевые песчаники. На северо-западе распространены доломиты и доломитизированные известняки, причем последние наиболее развиты на севере и северо-востоке антеклизы.
К мамонской толще, впервые выделенной А.А. Дубянским, относится комплекс песчано-каолиновых отложений, развитых в присводовой части Воронежской антеклизы. Их возраст оценивается как позднефранский-фаменский. Породы толщи залегают на разновозрастных отложениях живетского яруса, нижнефранского подъяруса, корах выветривания кристаллического фундамента, а перекрываются более молодыми палеозойскими и мезозойскими образованиями. Глубина залегания пород мамонской толщи изменяется от первых метров до 500 м, а мощность колеблется в пределах от 5-7 до 250 м. Заполняющая эрозионную депрессию толща протягивается в виде полосы шириной от10-20 до 80-100 км с запада на восток от г. Нового Оскола до г. Бо-гучара. Восточнее последнего она, резко увеличиваясь по площади, уходит за пределы Воронежской области на территории Ростовской и Волгоградской областей.
Магнитная поляризация (намагниченность)
В свое время было предложено несколько вариантов классификаций методов геофизических исследований в скважинах [57, 76, 82, 198], но, к сожалению, ни одна из них не охватывает даже большинства существующих методов, а некоторые, кроме того, еще и внутренне противоречивы.
Касаясь вопросов разработки классификации, следует отметить, что достаточно важная и до сих пор неурегулированная проблема, лежит в сфере терминологии ГИС. Причем имеет место вполне определенное взаимное непонимание между специалистами, работающими в сфере промысловой и рудной геофизики. Характерным примером подобных отношений является толкование термина "скважинная геофизика", который, вопреки стандарту [62], некоторые геофизики-нефтяники предлагают распространить на все геофизические исследования в скважинах [202].
Мало того, очень часто, в том числе и в современной научной и методической литературе, технических инструкциях и пр., приходится сталкиваться с произвольным толкованием аббревиатуры "ГИС". Причем даже в одних и тех же работах [57, 76], в том числе и претендующих на установление терминологических стандартов, она расшифровывается и как " геофизические исследования в скважинах", и как "геофизические исследования скважин". Необходимо заметить, что это - две разные, хотя и во многом пересекающиеся, группы методов. В частности, геофизические исследования скважин, если ориентироваться на буквальный смысл данного словосочетания, должны включать в себя не только методы каротажа, направленные на изучение стенок скважин, но и геофизические исследования других ее составляющих - керна, шлама, бурового раствора, обсадной колонны и пр., однако в их состав не должны входить методы скважинный геофизики, поскольку эти методы предназначены для исследования околоскважинного пространства, которое лишь по формальному признаку названо именно таким образом и не представляет из себя неотъемлемый атрибут собственно скважины. С другой стороны, геофизические исследования в скважинах не должны включать в себя исследования керна и шлама, но к ним, помимо каротажа, следует относить методы скважинной геофизики. Фактически, как это в свое время отмечал В.А. Мейер в своем, ставшем классическим, учебнике [124], термины "геофизические исследования скважин" и "каротаж:" являются синонимами.
В последнее время термин "геофизические исследования в скважинах" стал подвергаться корректировке, целью которой является стремление приблизить его смысловое значение к фактическому содержанию. В частности, предлагается использовать термин "геофизические исследования и работы в скважинах (ГИРС)" [42, 167, 216]. Подобные усилия представляются излишними, поскольку практически с самого начала использования понятия "геофизические исследования в скважинах" было принято его расширенное толкование. На наш взгляд, в данном вопросе есть смысл придерживаться исторически сложившихся традиций и не стремиться улучшить хорошее, поскольку подобная деятельность может легко выйти за рамки здравого смысла, да и сам способ подобного улучшения выглядит, по меньшей мере, сомнительно. Работы в скважинах уже по определению включают практически любую деятельность в них, в том числе и геофизические исследования. Таким образом, в качестве очередного шага на пути дальнейшего "улучшения" терминологической среды, должна последовать рекомендация исключить из обращения термин "геофизические исследования и работы в скважинах", поскольку его смысловое наполнение полностью поглощается более простым словосочетанием - "работы в скважинах".
Классификация методов геофизических исследований в скважинах связана с достаточно существенными принципиальными затруднениями, обусловленными, прежде всего, тем обстоятельством, что методы ГИС, в отличие от наземных методов электроразведки, сейсморазведки и пр., группируемых по признаку используемого геофизического поля (электромагнитного, упругих колебаний и пр.), объединены специфическими условиями своего применения. Непосредственно из названия следует, что геофизические исследования выполняются в скважинах. Однако, как это уже отмечалось выше, к методам ГИС традиционно относят исследования, которые с геофизикой имеют весьма мало общего - отбор проб из стенок скважин, перфорация, торпедирование и пр. Кроме этого, следует обратить внимание и на то, что ряд терминов используются явно не адекватно. В частности, такие термины, как "каверно-метрия", "инклинометрия", "расходометрия" и некоторые другие обычно применяются в качестве названий методов каротажа, хотя фактически представляют собой названия видов исследований. Название метода, являющегося способом практического осуществления чего-либо (в нашем случае измерений диаметра скважины, ее зенитного и азимутального углов и пр.), строго говоря, должно формулироваться в следующем виде: "механическая кавернометрия" или "акустическая кавернометрия", "магнитная инклинометрия" или "гироскопическая инклинометрия" и т.п.
Дополнительные трудности при классификации создает чрезвычайно большое количество методов ГИС и их модификаций1, построенных на изучении пространственно-временных закономерностей распределения всех геофизических полей.
При разработке классификации автор стремился избежать излишне прямолинейного подхода и по возможности постарался придерживаться традиционных, исторически сложившихся взглядов как на круг методов относимых к ГИС, так и на специфические терминологические особенности данной отрасли геофизических исследований. Таким образом, понятие "геофизический метод" будет использоваться с определенной долей условности и подразумевать под собой не только способ практической реализации каких-либо исследований, основанный на изучении тех или иных параметров геофизических полей, но и некоторые технические операции в скважинах.
Будем считать, что именно непосредственное использование скважины при реализации конкретного геофизического метода является необходимым признаком для отнесения его к разряду геофизических исследований в скважинах. Но если с методами каротажа, у которых источник и (или) измеритель геофизического поля или какого-либо характеризующего скважину параметра располагается в скважине, в этом смысле все достаточно ясно, то с методами скважинной геофизики, особенно при их реализации в варианте скважина-поверхность, возможна вполне определенная неоднозначность. В частности, в наземной сейсморазведке очень часто при возбуждении упругих колебаний взрывы производят в скважинах. Для устранения подобной неопределенности, необходимо введение дополнительного признака, позволяющего разграничить методы наземной и скважинной геофизики. Таким признаком может служить соотношение длины используемого участка скважины - расстояния от ее устья до места размещения источника или приемника поля, и радиуса исследования метода. Если эти расстояния соизмеримы - метод следует отнести к методам скважинной геофизики.
Как известно, классификация - логическая операция, состоящая в разделении всего изучаемого множества предметов на отдельные группы по обнаруженным сход Далее, для краткости, все они будут именоваться просто - "методы". ствам или различиям. Для того чтобы классификация удовлетворяла требованиям полноты и чистоты, при ее составлении необходимо выполнение ряда правил формальной логики - так называемых правил деления объема понятия. Эти правила формулируются следующим образом:
Основы теории, методики проведения исследований, обработки и интерпретации получаемых материалов
Переходя для тока / от комплексного выражения к вещественному, находим: Из этого следует, что в контуре возникают вынужденные колебания с частотой со сдвинутые на угол ф относительно ЭДС Щ обусловленной переменным первичным магнитным полем В0. При этом величина фазового сдвига определяется отношением индуктивного сопротивления контура (RL = a L) к его активному сопротивлению (К). Общий фазовый сдвиг 9 вторичного магнитного поля вихревых токов Вт относительно первичного магнитного поля В0 или тока в генераторном диполе (петле) составит 9 = 1Ап + ф.
На рис. 3.37 приведена векторная диаграмма первичного В0, вторичного Ввт и суммарного В% магнитных полей, показанная на плоскости комплексного переменного В = RQB + ilmB, из которой видно, что мнимая компонента первичного поля равна нулю, действительная компонента вторичного (аномального) поля находится в противофазе с первичным полем, а мнимая компонента вторичного (аномального) поля сдвинута относительно первичного поля на 1Ак и отрицательна (его знак зависит от выбранной системы координат) Таким образом, величина фазового сдвига, кроме прочего, несет информацию о проводящих свойствах геологических объектов-источников вторичных магнитных полей ВВТ.
Для тел различной формы зависимости их аномальных полей от частоты имеют общий характер. Эти зависимости можно разделить на две части. Первая распространяется на относительно низкочастотную область, где индуктивное взаимодействие вихревых токов еще недостаточно для их выраженного перераспределения в объеме проводника, при этом мнимая и вещественная компоненты вторичного поля возрастают с увеличением частоты, причем первая является преобладающей, и ее рост пропорционален первой степени частоты, а второй - квадрату частоты.
Вторая часть частотной характеристики лежит в высокочастотной области. При достаточно высоких значениях проводимости и частоты поля, вихревые токи концентрируются преимущественно в периферийной части рудного тела (в этом проявляется так называемый скин-эффект). Когда толщина скин-слоя становится меньше характерного размера объекта (например - мощности субвертикального пласта), активное сопротивление вихревым токам возрастает приблизительно пропорционально корню квадратному из частоты. Мнимая составляющая аномального поля, достигнув асимптотического значения, начинает убывать приблизительно по такому же закону, а вещественная стремится к своему асимптотическому значению. На рис. 3.38 схематически показана частотная зависимость действительной и мнимой частей аномального магнитного поля проводящего немагнитного шара, находящегося в однородном гармоническом магнитном поле. Скин-эффект приводит к тому, что, по мере увеличения частоты, рост вторичного поля начинает замедляться и на очень высоких частотах прекращается. При этом практически все вторичное поле обусловливается токами, циркулирующими в весьма тонкой, сравнимой по толщине со скин-слоем, периферийной части проводника.
Для выяснения физической природы скин-эффекта, рассмотрим на качественном уровне процессы, протекающие в объемном изометричном проводнике, находящемся в однородном переменном магнитном поле Но (В0). Представим проводник в виде системы кольцевых областей (см. рис. 3.39), внутри которых циркулируют элементарные вихревые токи, направление которых будет таким, чтобы создаваемое ими магнитное поле Н препятствовало изменению HQ. Как было показано выше, на этом этапе сдвиг фазы между полями Н0 и Н составляет /4я. Поскольку электромагнитная индукция возникает во всех случаях, когда изменяется пронизывающий контур магнитный поток, то переменное поле Н тоже вызовет появление вихревых электрических токов, направление циркуляции которых будет таковым, чтобы обусловленное ими магнитное поле Щ препятствовало изменению поля Н , т.е. фазовый сдвиг между полями Н\ и Н , как и ранее - между Щ И Н , составит 1Ап. Таким образом, суммарный сдвиг фазы между полями Н\ и Щ достигнет к. На рис. 3.39 показаны три элементарных коаксиальных вихря тока, циркулирующих в кольцевых областях объемного проводника и поле Н\, вызванное током в средней кольцевой области. Нетрудно заметить, что это поле направлено против HQ ВО внутренней области проводника и соответственно ослабляет его, но усиливает его в периферийной части. Этот эффект и приводит к локализации электромагнитного поля в периферийных частях хорошего проводника. Естественно, что скин-эффект будет проявляться лишь в случае, когда толщина скин-слоя существенно меньше сечения рудного тела в плоскости перпендикулярной направлению первичного поля.
В общем виде степень взаимодействия вихревых токов, кроме частоты поля, зависит от проводящих свойств и геометрии объекта и выражается с помощью, так называемого частотного параметра р= \к\ Q = {c \x,\i0y)A Q, где \к\ - модуль волнового числа. Величина Q определяется геометрией системы "источник поля-объект-измеритель поля". Для объектов несложной формы величина Q определяется простыми соотношениями. В частности, для полубесконечного пластинообразного объекта в поле дипольного источника, аналогичного применяемому в ДЭМПС, при условии не пересечения его профилем наблюдения (скважиной), Q2 = mL, где т - мощность объекта, L - расстояние между источником и приемником поля (m«L). Для сферического объекта, при тех же условиях, Q = г2/2, где г - радиус сферы (г «L).
При равенстве частотных параметров объектов различной формы частотные характеристики их аномальных полей будут аналогичны. Зная рабочие частоты и задаваясь формой объекта, по частотным характеристикам аномальных полей можно оценить его проводимость, предполагая, что магнитная проницаемость равна 1.
Если контур, имеющий индуктивность L, пронизывается постоянным магнитным полем Н0, которое в определенный момент отключается, то в этом контуре возникнет ЭДС Щ и соответственно вихревой ток, магнитное поле которого будет противодействовать убыли поля Щ. В каждый момент времени ток в контуре /, в соответствии с законом Ома, определяется выражением:
Моделирование объектов сложного геологического строения
Акустический каротаж (АК) основан на измерении параметров, характеризующих распространение упругих волн звукового и ультразвукового диапазонов частот (первые единицы - десятки килогерц) в горных породах1.
Создаваемые излучателем в скважинной жидкости продольные упругие колебания Р0 достигают стенки скважины и возбуждают в горных породах преломленные продольные Р0Р\ и поперечные волны PoS\. Когда волна Р0, падая на стенку скважины под критическим углом, испытывает полное внутреннее преломление, то образуются волны Р0Рх и PQS], скользящие параллельно образующей скважины и возбуждающие в скважинной жидкости головные продольные PQP\PQ И обменные PQS\PQ волны, которые регистрируются приемниками упругих колебаний зонда АК. Условием образования головных волн PQP\PQ И PQSIPQ является превышение скоростей распространения волн Р\ и S\, над скоростью продольных волн в жидкости Р0. В этих случаях волна PQP\PQ обладает наименьшим временем распространения и первой достигает приемников зонда АК.
В некоторых случаях изменения, вызванные в прискважинной зоне бурением, приводят к возникновению в породах, окружающих скважину, положительного радиального градиента скорости. В таком случае головные преломленные волны PQP\PQ И PoS\Po превращаются в преломленно-рефрагированные Р0РиРо и P0S\rPo, глубже проникающие в окружающие скважину породы. Поэтому, параметры распространения волн PQPUP0 И PQS\TPO характеризуют больший объем среды, а время их распространения оказывается завышенным относительно волн PQP\PO И POS\PQ Первый опытный образец аппаратуры АК был создан фирмой "Humble Oil and Refining Company" в 1948 г. В 1954 г. фирмой "Seismograph Service Corp." на основе лицензии фирмы "Magnolia Petroleum Corp." была применена аппаратура непрерывного АК [43, 150].
В гидронаполненных скважинах распространяются прямые гидроволны Р0, амплитуда которых мала, если диаметр скважины меньше их длины, а также относительно низкочастотные волны Лэмба (X) и Стоунли (St), обычно имеющие существенно большие амплитуды. Самая низкочастотная волна L распространяется во всем объеме заполненной жидкостью скважины. Более высокочастотная волна St максимальную амплитуду имеет у стенки скважины и интенсивно затухает с удалением от нее.
Волна Лэмба быстро убывает с увеличением частоты. Из-за малых радиальных смещений волна Лэмба распространяется вдоль оси скважины с незначительным затуханием, но если вскрытые породы проницаемы, то под упругими воздействиями, между полостью скважины и пластом наблюдается флюидообмен, который вызывает расхождение фронта волны L и ее резкое затухание1. На данном эффекте основано выделение проницаемых пластов.
Кроме вышеперечисленных основных типов волн в сигналах АК регистрируются отраженные и обменные волны, возникающие на пересеченных скважиной границах раздела пород и трещинах, а также рассеянные вторичные волны, образующиеся на локальных неоднородностях внутри среды.
В результате экспериментальных исследований (О.Л. Кузнецов, 1967 г.) установлено, что отношение толщины слоя оказывающего заметное влияние на динамические параметры головных волн к толщине слоя оказывающего заметное влияние на кинематические параметры, равно приблизительно двум. Таким образом, АК, основанный на изучении динамических параметров головных волн, обладает большей глубинностью, чем АК, основанный на изучении кинематических параметров. При этом глубинность возрастает прямо пропорционально длине волны.
В обсаженных скважинах на регистрируемое волновое поле большое влияние оказывает не только само наличие колонны обсадных труб, но и качество цементирования. Скорости распространения упругих колебаний в горных породах надежно определяются, если они выше, чем скорость распространения в материале обсадной колонны (5200-5500 м/с для стальной колонны и 2400-2600 м/с для полиэтиленовой). В целом, при хорошем сцеплении в системе обсадная колонна-цементный камень-породы, обсадка слабо влияет на определяемые значения скорости и затухания при частотах ниже 15 кГц. При скользящем контакте между обсадной колонной и цементным камнем, выделение головных волн, распространяющихся по породе, становится затруднительным, а если подобный контакт наблюдается еще и между цементным камнем и породой, то и вовсе практически невозможным.
Различные модификации аппаратуры АК отличаются числом элементов (излучателей и приемников упругих колебаний) и их взаимным расположением.
Трехэлементные зонды АК, которые содержат один излучатель и два приемника, или два излучателя и один
Механизм распространения волна Лэмба близок к гидравлическому удару в трубе с ответвлениями, геологическими аналогами которых являются ствол скважины с выходящими в него трещинами [120]. (эти схемы, в соответствии с принципом взаимности, эквивалентны), в настоящее время нашли наибольшее распространение (рис. 3.71).
В большинстве случаев акустический каротаж ориентирован на определение параметров монотипных PQP\PQ и обменных PQS\PO головных волн. В однородных, малопористых, нетрещиноватых магматических породах амплитуды колебаний волны PQP\PO обычно в 5-Ю раз меньше амплитуд волны PQS\PQ. С увеличением неоднородности горных пород затухание распространяющихся в них упругих колебаний повышается. При этом амплитуда волн PoPiPo может несколько возрасти, но амплитуда волн PQS\PQ всегда падает. Наименьшее затухание в магматических породах наблюдается при их массивной текстуре. При полосчатой и брекчированной текстурах эффективное затухание возрастает в 2 и более раз. В сильнотрещиноватых породах затухание возрастает в 100 и более раз [198].
При ровных стенках скважины и центрированном положении зонда АК разница в путях, проходимых головными волнами, равна длине базы зонда AL, в связи с этим, разница времен прихода волн (t2\) и, при отсутствии расхождения их фронта, отношение амплитуд регистрируемых сигналов (А\/А2) зависят от упругих свойств пород в пределах базы измерений:
