Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние пробшк и разработка основ приближенных способов изучения влияния поляризуемости срда на индукционные переходные процессы (ИПП)
1.1. О необходимости учета влияния поляризуемости' среды на индукционные переходные процессы
1.2. Аналитический обзор существующих теоретических оденок ИПП для поляризующихся сред
1.3. Физико-математическоеобоснование приближенного решения
1.4. Математические основы приближенных способов изучения влияния поляризуемости на ИПП
1.5. Выводы
2. Оттенка поля зпи над тростнми осюиммегшными с генераторным контуром поля ризу средами
2.1. Оценка поля ЗПИ от поляризующегося кольца
2.2. Оценка поля ЗПИ над двухслойной средой. Зертикальная и радиальная характеристики глубинности ВПИ
2.3. Оценка поля становления над проводящим и поляризующимся полупространством
2.4. Оценка поля ЗПИ над горизонтально-слоиотой средо й
2.5. Выводы
3. Возможности теоретического изучения ши при исследованиях становлением поля с использовашем ванин и над локальными объектами
3.1. Оценка ЗПИ для наземно-окваиинных вариантов
3.2. Оценка поля ЗПИ при каротаже методом переходных проЦессов
3.3. Теоретические оценки ВПИ при исследованиях становлением поля.над локальными объектами .
3.4. Выводы
4. Методика учета ши при интерпретации материалов полевых и скважинных исследоваши методом становления поля
4.1. Типы аномальных переходных процессов
4.2. Раздельное определение индукционной и поляризационной составляющих становления проведением многоразмерных зондирований
4.3. Шземно-скважинные и сквашнные исследования становлением,по ля.при.наличии ВПИ
4.4. Выводы
Заключение
Литература
- Аналитический обзор существующих теоретических оденок ИПП для поляризующихся сред
- Математические основы приближенных способов изучения влияния поляризуемости на ИПП
- Оценка поля становления над проводящим и поляризующимся полупространством
- Теоретические оценки ВПИ при исследованиях становлением поля.над локальными объектами
Введение к работе
Успешное решение задач, поставленных ХХУІ съездом КПСС по развитию прогрессивных видов геофизических исследований недр, усилению поисков и разведки месторождений подземных вод, руд черных и цветных металлов, бокситов, угля, нефти и газа и др., невозможно без развития электромагнитных методов разведки. Совершенствование изучения электромагнитных свойств пород переменными полями привело к появлению новых геологически эффективных и производительных методов геофизической разведки, таких как зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), метод переходных процессов (МПП). Широкое применение методов ЗСБ и МПП обусловлено их повышенной глубинностью и разрешающей способностью при индукционном возбуждении и регистрации полей становления. Эти особенности способствовали появлению очень перспективных высокопроизводительных аэровариантов МПП. С точки зрения физических'принципов возбуждения и регистрации полей становления метод ЗСБ тождественен МПП. Они различаются только областями применения, различие выражается в степени использования информации, содержащейся в кривой регистрируемого переходного процесса. Метод ЗСБ как структурный метод требует более детальной регистрации переходного процесса на большем временном диапазоне и в этом смысле включает в себя МПП. Поэтому можно говорить об этих методах как об одном, придерживаясь в качестве единого исторически сложившегося названия - МПП. В рамках, ставшей классической, теории становления поля, разработанной А.Н.Тихоновым и С.М.Шейн-
манном, не учитывается влияние токов смещения на становление поля. Такое пренебрежение оказалось вполне правомерным при практическом изучении методом ЗС большинства горных пород. Однако практика работ ЗСБ, МПП совмещенными (однопеглевыми) установками выявила надежно зарегистрированные переходные процессы, имеющие переходы через нулевые значения и в последующем отрицательные спады. Появление таких процессов Р.Б.Журавлева, Г.В.Ас-траханцев, И.Э.Гаврилова, Р.В. Улитин (УНЦ АН СССР) и ряд зарубежных авторов (Моррисон, Ли и др.) впервые объяснили теоретически особенностью переходных процессов для однородного поляризующегося полупространства. Тем самым впервые было показано наличие влияния поляризуемости.среды на .становление поля. Таким образом была принципиально поставлена задача учета влияния поляризуемости горных пород на процесс становления поля. Аналогичные выводы были получены позже З.П.Губагенко и В.В.Тикшаевым (ЕВШИГТ), которым удалось показать, что над любой недисперги-рующей средой переходные процессы в совмещенных установках должны иметь строго монотонный спад. Изменение знака процесса может быть вызвано только влиянием поляризуемости среды. Таким образом прояснилась особая роль совмещенных установок при выявлении отрицательных переходных процессов, гак как простым способом, по нарушению монотонности спада, удается выявить влияние поляризуемости. Регистрация сотрудниками ВНИИГИС под руководством одного из авторов метода ЗОБ З.А.Сидорова (ВНИИГИС) еще более сдожных типов переходных процессов с двойной сменой знака процесса вблизи месторождений алмазов в Якутии поставила задачу объяснения особенностей переходных процессов влиянием ЗП. Вз.А.Сидоровым был предложен приближенный способ оценки влияния ВП при индукционном возбуждении (ВПИ) в осесиммегричном с генераторным контуром разрезе. Численные способы исправления ис-
кажений полевых кривых, впервые примененные З.А.Сидоровым для интерпретации замеченных им совместно с А. Д.Скури хин ым отрицательных процессов в 1963 г., способствовали пониманию отрицательного спада как аддитивного слагаемого к индукционному процессу. Успешное решение этой задачи позволило автору совместно с В.А.Сидоровым распространить эти приближения для оценки всего процесса. Особо важное значение имеют работы А.З.Куликова, Е.А.Шемякина (ВНИИГеофизика) в формировании феноменологического подхода к описанию поляризующейся среды на основе модели двухфазной.твердо-жидкой среды, названной С.М.Шейнманном - автором модели и теории ВЦ - ДФ-средой. Работы А.А.Рыжова (ВСЕ-ГИНГЕО) в этом направлении способствовали углублению понимания связей временных и частотных характеристик поляризующихся сред, а также их зависимость от электрохимии процессов, эти исследователи не только обратили особое внимание на необходимость описания поляризующихся объектов с помощью переходной характеристики ВП, но и доказали путем взаимных пересчетов по формулам связи между переходной и частотными характеристиками, тождественность изучения этой характеристики изучению частотной зависимости удельной электропроводности ДФ-среды. Одновременно были получены и широко применяемые ныне для оценок аналитические выражения для обобщенных переходных характеристик ВЦ. Дальнейшее развитие получили эти представления в работах З.В.Кормильцева (УНЦ АН СССР) при описании процессов вызванной поляризации в.уравнениях электродинамики. Однако в целом при изучении индукционных.: процессов в поляризующихся средах сложился традиционный подход на основе рассмотрения удельной электропроводности как комплексной величины, зависящей от частоты поляризующего поля. При этом выявились различные подходы к определению понятия удельного сопротивления поляризующейся среды, чго оказалось связанным с он-
тологическими представлениями о процессах ЗП.
Применение различными авторами традиционного подхода к изучению влияния поляризуемости на индукционные переходные процессы позволило объяснить один тип отрицательных переходных процессов на основе рассмотрения следующих простейших моделей поляризующихся сред: однородное полупространство (Р.Б.Журавлева, Г.З.Аст-раханцев, И.Э.Гаврилова, Р.З.Улитин, С.М.Шейнманн, Г.А.Исаев, Н.Г.Полетаева, 3.В.Кормильцев, А.З.Куликов, Е.А.Шемякин, А.А.Рыжов, ф.м.Каменецкий, З.М.Тимофеев, Ли и др.), проводящая плоскость (С.М.Шейнманн, Г.А.Исаев, Н.Г.Полетаева.и.др., гаар.(Ли.и др.) и проводящая и поляризующаяся петля (Грапг, Зест и др.).
Практически не рассмотрены модели слоистых и радиально неод-нородных-разрезов. з основном это объясняется сложностью решения задачи традиционным способом, так как рассмотрение каждой модели вырастает в решение самостоятельной задачи, как правило, численно с привлечением Э34. Такое палеточное представление результатов чрезвычайно затрудняет извлечение новых закономерностей, позволяющих определить необходимые подходК к методике работ и интерпретации материалов в таких сложных условиях.
Поэтому разработка более простых аналитических способов теоретического изучения влияния вызванной поляризации (ЗП) на индукционные переходные процессы (ИПП) и соответствующее совершенствование методики полевых исследований методами ЗСБ и МПП составляют важную научно-техническую задачу.
Целью диссертационной работы является:
а) Получить аналитический способ изучения закономерностей влияния вызванной поляризации на индукционные переходные процессы и расширить круг рассматриваемых моделей электропроводности среды на основе приближенного теоретического рассмотрения этих процессов во временной области.
б) Разработать методику полевых исследований неустановившегося поля и приемы интерпретации материалов, получаемых при изучении разрезов, слагаемых проводящий и поляризующимися горными породами.
Основные задачи исследований:
- установить связь между плотностью возбужденных в среде
вихревых токов, полем индукционного становления, полем Ш и харак
теристикой ее временного спада в проводящей поляризующейся среде,
. - на основе приближенного способа оценки.влияния ВП при.индукционном возбуждении (ЗПИ), предложенного В.А.Сидоровым, .получить расчетные формулы для переходных процессов в осесимметрич-ной с источником проводящей поляризующейся среде,
рассчитать и проанализировать вертикальные и радиальные характеристики ЗПИ осесимметричных. установок и оценить возможность использования эффекта ЗПИ в геофизической разведке,
рассчитать переходные процессы для различных моделей сред и приемно-генераторных установок, провести сопоставление результатов с выводами, вытекающими из известных решений, и данными экспериментов,
разработать методику разделения (усиления - ослабления) индукционного к поляризационного эффектов применительно к конкретным полевым исследованиям ЗОБ, МПП и соответствующие способы интерпретации.
Решение этих задач привело к следующим новым научным результатам:
I. Впервые показано, что главная часть ЗПИ в. первом приближении представляет собой аддитивный вклад в суммарный переходный процесс над проводящей поляризующейся средой.- это приближение получено для поздних стадий индукционного переходного процесса, затухающего значительно быстрее, чем возбуждаемый им поляризаци-
онный процесс.
Решение задачи для ЗПИ во временной области позволило использовать различные временные характеристики ЗП (теоретические и экспериментальные), при этом из приближенной теории следует, что в однородной среде спад ВПИ во времени определяется второй производной характеристики временного спада ЗП.
Путем расчета вертикальных и радиальных характерисги-к применяемых в ЗОБ и МПП усганоюк аоказано, что процессы ЗПИ охватывают объемы среды, размеры которых превышает размеры установки в плане и на глубину. Тем самым обоснована целесообразность использования ЗПИ в электроразведке.
Показано, что зависимость ВПИ от.изменения размеров установки Е отличается от таковой для процесса индукционного становления, как l/R , т.е. с уменьшением размера установки относительное влияние ВПИ возрастает. . . .
Показано, что зависимол*ь ЗПИ от изменения электропроводности отличается от таковой для процесса индукционного становления, как I/\lcT , т.е. влияние ВПИ наиболее сильно проявляется
в условиях высокоомного разреза.
Предложена и оббснована методика многоразмерных зондирований 0>1РЗ), позволяющая на основе установленных закономерностей (п.4) разделять регистрируемые переходные процессы на индукционную и поляризационную части в пределах указанных выше ограничений (п.1).
Обоснован способ интерпретации поляризационной части переходного процесса для горизонтально-слоистого разреза путем наложения теоретических и экспериментальных данных, трансформированных в эффективные значения т.н. "металл-фактора".
Расчетным путем получены оценки сигнала ЗПИ дл"я локальных проводящих поляризующихся объектов (шар, полуограниченный и
ограниченный вертикальный цилиндр, кольцо прямоугольного сечения). На защиту выносятся следующие положения:
Переходный процесс для проводящей и поляризующейся среды в первом приближении представляет собой алгебраическую сумму процессов индукционного становления в той же среде без учета поляризуемости и индукционно возбуждаемой вызванной поляризации ШИ. Это приближение справедливо для поздней стадии индукционного переходного процесса, затухающего значительно быстрее, чем возбуждаемый, им поляризационный процесс.
ЗПИ- является интегральным эффектом, обусловленным влиянием больших объемов среды. Рассчитанные для различных установок вертикальные и радиальные характеристики показывают, что размеры среды, затронутой процессами ВПК, превышают размеры установки в плане и на глубину, это'является основанием целесообразности использования ЗПИ в электроразведке.
Зависимость ЗПИ от изменения размеров установки и электропроводности среды отличается от таковой для процесса индукционного становления как l/s и I/VcT , соответственно. Это означает, что влияние ЗПИ наиболее сильно проявляется в условиях высокоом-ного разреза и увеличивается с уменьшением размера установки,
П. Проведением много размерных зондирований (МРЗ) однопетле-выми (совмещенными) установками ЗОБ и МПП возможно разделение регистрируемых процессов на индукционные и поляризационные части, что обеспечивает возможность совместного изучения электропроводности и поляризуемости среды.
Работа выполнена в 1977-1934 гг. во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических исследований геологоразведочных скважин и(на завершающем этапе) на кафедре общих геофизических методов Московского геологоразведочного института имени Серго Орджоникидзе, к которой автор был
прикреплен в качестве соискателя, а затем - заочного аспиранта.
3 своих исследованиях автор опирался на достижения теории и практики в области изучения и применения неустановившихся электромагнитных полей в электроразведке. Сюда относятся фундаментальные и прикладные работы Тихонова А.Н., Шейнманна СМ.,. Баньяна Л.Л., Каменецкого Ф.М ., Якубовского.Ю.В., Тимофеева З.М., Мака го нова. П. П., Сидорова В.А., Губатенко В.П., Тикшаева В.В., Исаева Г.А.,.Рабиновича Б.И.* Морозовой Г.М., Табаровского Л.А., Великина А.Б., Булгакова Ю.Й., Шерешевского С.Н., Плюснина М.И., Вильге Б.И. и других советских ученых.
Большую роль в формировании феноменологического подхода к описанию процессов Ш в режимах постоянного и.гармонического-полей сыграли фундаментальные работы Комарова З.А., Шейнманна СМ., Бумагина О.В., Аладинского-Ю.В., Бобровникова Л.З., Карасева А.П., Кормильцева.З.В., Куликова А.Б., Попова З.А., Рыжова А.А., Сей-фуллина Р.С., царапано ва II.Н., Шемякина Е.А., Черняка Г.Я., Диа-са, Сигала и других.
Необходимость изучения влияния вызванной поляризации на индукционные переходные процессы стимулировали результаты измерений "отрицательных" .переходных процессов, полученные на Южном . . Урале Сидоровым З.А. и Скурихиным А.Д. (1964 г.), Родионовым А.Н. и Виноградовым A.M. (1973 г.) и другими геофизиками в различных районах страны. Особую роль сыграли наблюдения аналогичных и более сложных процессов, выполненные сотрудниками ВНЛИГІДС, под руководством В.А.Сидорова, и ИГФЭ в Якутии.
Принципиальный подход к объяснению отрицательных переходных процессов влиянием поляризационных свойств среды содержится в работе Іуравлевой Р.Б., Гаврило вой Н.Э. (1974 г.). Более детальному изучению этого явления посвящены последующе работы Астра-ханцева Г.В., Улитина Р.В., Журавлевой Р.Б., Куликова А.З., Ше-
мякина Е.А., Сидорова В.А., Шейнманна СМ., Исаева Г.А., Полетаевой Н.Г., Каменедкого Ф.М., Тимофеева В.М., Рыжова А.А., а также зарубежных исследователей Морриоона, Ли, Вайдельга и других.
Автору хочется выделить теоретические работы Губагенко В.П. о закономерностях становления электромагнитного поля для одно-петлевой (совмещенной) установки ЗСБ и МПП, которые определили особую роль этой установки в выявлении "отрицательных" и более сложных переходных процессов.
Неоценимую помощь оказал автору доктор геолого-минералогических наук Сидоров В.А.в формировании задач исследований и выборе способов их решения. Обсуждения результатов полевых измерений и вывидов теории создали творческую атмосферу, позволившую автору получить новые результаты. Автор сердечно благодарен Сидорову В.А. за эту предоставленную ему возможность, а также за терпеливое отношение, постоянное внимание и помощь в работе, на всем протяжении выполнения которой В.А. Сидоров являлся ее научным консультантом.
Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю, доктору технических наук Каменецкому Ф.М. за поддержку автора в его научной позиции и целенаправленное, эффективное руководство в завершающей стадии выполнения исследований.
Автор выражает также искреннюю признательность кандидату геолого-минералогических наук Рыжову А.А. за постоянное доброжелательное внимание к его работе и своим коллегам по ЗНИИГИС за помощь в выполнении исследований и оформлении работы.
Аналитический обзор существующих теоретических оденок ИПП для поляризующихся сред
Теоретическая работа /14/, связавшая возникновение отрицательных процессов с влиянием поляризуемости на ИПП, позволила качественно и, в некоторых случаях количественно объяснить возможность появления процессов, имеющих отрицательные спады в поздней стадии для модели однородно проводящего и пояяризующегося полупространства. Изучению этой модели были посвящены позже опубликованные работы советских /12,15-20/ и зарубежных авторов /21,22/. При этом получаемые из решений выводы иногда прямо протиположны (например, выводы по работам /17,19/). Однако большинство .авторов считают возможным появление отрицательных процессов для полупространства. Многочисленность работ для этой модели связана с применением различных аппроксимаций комплексной проводимости для описания процессов ВП и сложностью получаемых решений. 3 основном расчеты проводятся с привлечением ЭВМ, численно, поэтому новые качественные закономерности могут скрадываться из-за недостаточной точности расчетов и просто их отсутствием для условий, когда они проявляются
В этой связи нельзя считать, что существующие решения выявили все особенности индукционных переходных процессов даже для однородного полупространства. . 1,2,2. Важной для практики моделью является также однород но поляризующийся и Проводящий шар. Впервые переходные процес сы для такого шара рассмотрены в работе /23/ и сделан вывод о возможности изменения знака процесса в однопетлевом варианте метода переходных процессов (МПП.О). Рассмотрена также модель породы - проводящая и поляризующаяся плоскость /17/. Показана возможность появления отрицательного спада в поздней стадии переходного процесса. Автору работы /22/ удалось получить переходную характеристику с отрицательным спадом для модели проводящей и поляризующейся пегли,при этом проводимость описы валась с помощью простой модели релаксации известной под наз ванием Коуггкоул в виде .. . , где б (i»w) - комплексная удельная электропроводность;-.; tf - постоянная времени, определяющая продолжительность явления вызванной поляризации; С - параметр, часто находящийся в диапазоне 0,1-0,6; бо - удельная электропроводность среды на самых низких частотах ( ш ), т.е. когда среда - чисто проводящая; d = I - 1 . , где \ - поляризуемость. Эта модель описывает широкий круг явлений ВП и получила широкое распространение. 1.2.3. Рас смотр еннае выше модели поляризующихся сред и формы комплексной удельной электропроводности описывают лишь небольшой объем реально встречающихся разрезов. Например, в минимальной степени рассмотрена модель плоскосло, истого разреза, плоскослоисгого разреза с радиальной неоднородностью и т.д. 3 этих случаях получение аналитического решения представляется чрезвычайно сложным при следовании уже сложившейся методике оценок по конкретному виду б (Leu). Получающиеся решения не позволяют "увидеть" в формулах смысл всех влияющих параметров и тем самым существенно совершенствовать методику полевых работ. Кроме того, хотя для решения задачи б (ьш) эквивалентна б ( t ) /її/ в практике работ чаще встречается и легче получить полевыми измерениями вторую функцию по регистрируемым переходным характеристикам. Поэтому использование б ( t ) в расчетах более предпочтительнее. Развитие сложившегося подхода, несмотря на сравнительно длительный путь (Ю-15 лет), позволило более-менее объяснить всего лишь один новый тип процессов -. переход процесса через нулевое значение и отрицательный спад после достижения отрицательного экстремума. Для объяснения регистрируемых на практике процессов с двойной сменой знака и положительным спадом, с изменением монотонности знака производной и др. требуются более простые хотя и приближенные, но универсальные решения, позволяющие хотя бы качественно правильно оце- ни вать возможные новые типы процессов и их зависимость от различных условий измерения.
Математические основы приближенных способов изучения влияния поляризуемости на ИПП
Полагаем, что ЗШ в поляризующейся .среде вызывается индукционным становлением поля. К линейным процессам ВП применима формула наложения к изучению ВП от поляризующих импульсов сложной формы. Рассматриваем напряженность электрического поля Е. ( t ) при сгановлении в качестве поляризующего импульса, плотность тока L (t) в .элементарном объеме среды, запишем с помощью интеграла Дюамеля где t - время от момента выключения индукционного возбуждения, принимаемого за начальное нулевое значение; Е ( t ) - напряженность электрического поля становления. Если известны плотности токов по всему объемуvполяризую щейся среды, то поля этих токов могут быть рассчитаны через вектор-потенциал А по формуле /30/ где ц - абсолютная магнитная проницаемость среды; Z - радиус-вектор точки измерения в выбранной системе координат; % - радиус-вектор элемента объема 6N ; ... У ( ZA , X ) - вектор плотности тока в элементе объема4 момент времени t/ При этом электрические и магнитные поля при индукционном возбуждении рассчитываются по формулам Непосредственное применение формул (1.15) и (1.16) ограничено, так как плотности токов неизвестны. Поэтому попытаемся упростить выражение (I.15) для плотности тока в соответствии с известными закономерностями поля Е ( tO индукционного становления и переходной реакции 5 ( t) среды. 1.4.2. Поле Е ( t) /ЗІ/ спадает значительно быстрее, чем б ( t ) /24/. Поэтому для этих случаев в формуле (1.15) Е С q;) можно аппроксимировать 0 -функцией в виде где /\ (0) - вектор-потенциал первичного поля.
Подставляя (1.19) в формулу (1.15), получим Сомножитель б ( ) отрицательный, отсюда следует, что то ки в поздней стадии становления противоположны первичному полю и должны регистрироваться отрицательные переходные процессы. Формулу (1.20) с использованием (1.3) можно переписать в виде (t) = А С 0 ) F (t 6o (I.2I) Токи,рассчитываемые по этой формуле, будем называть токами ВЩ. Это приближение впервые предложено 3.А.Сидоровым и автором. Пренебрегая изменением электропроводности в пределах импульса индукционного становления Е ( ь ), оценим интеграл в правой части формулы (1.15) в виде Подставляя (1.22) в (1.15) получаем более точную оценку для всего интервала времен становления формулу можно интерпретировать следующим образом: 1. В начальные моменты времени становление поля происходит как в неполяризующеися среде с удельной электропроводностью 6(t/), гак как второе слагаемое в формуле (1.23) в начале становления практически не влияет. 2. В поздней стадии становления, когда I A (0)l»A(t )1 формула (1.23) преобразуется к виду По этой зависимости появление отрицательных токов возможно только при выполнении условия Таким образом, зависимостью по формуле (1.24) описывается более широкий круг процессов, поэтому в дальнейшем будем использовать формулу (1.24) в (1.16) и интегрируя по всему объему поляризующегося полупространства, получаем
Оценка поля становления над проводящим и поляризующимся полупространством
В предыдущем разделе была получена формула для оценки поля ВПИ над проводящим и поляризующимся полупространством. Для оценки ВПИ по формуле (2.10) необходимы, кроме значений геометрической функции и закономерности временного спада. В соответствии с оценкой поля становления над проводящей и поляризующейся средой запишем э.д.с. в приемном контуре над поляризующимся и проводящим полупространством в виде где б Itj - э.д.с. индукционного становления поля при отсутствии поляризуемости среды; S (t) - э.д.с. ВПИ, рассчитываемая по формуле (2.10) Сравнивая решение задачи по формуле (2.27) с существующими точными, оценим границы применимости приближенного решения. 2.3.2. Для оценки особенностей э.д.с. индукционного становления и ВПИ выпишем необходимые расчетные формулы.
По результатам работы /33/ поздняя стадия э.д.с. индукционного становления определяется формулой Э.д.с. поля ВПИ определяется в виде где значения IT ( ри ) выбираются в соответствии с палеточными значениями по кривой с индексом 0 (рис. 2.2). Например для сов- мещенной установки 1/"(l) = 3,2 10 . Первым и очень важным обстоятельством является противоположность знаков э.д.с, так как ,Ji 0 , то всегда ё пи (t) 0 в со- CU ответствии с формулой (2.29). -«спи 3/, В отличие от поздних стадии э.д.с. становления, где о 0 , зависимость от б для ВПЙ слабее. Поэтому следует ожидать,что относительная роль ВПИ возрастает с уменьшением проводимости среды. Другое важное различие - разная зависимость 6 (Ъ ) и б (t) от размеров контуров. При небольших размерах приемных контуров, включая в частности и совмещенные, с небольшой погрешностью (рис. 2.2) э.д.с. ВПИ имеет линейную зависимость от радиуса генераторной петли, тогда как ёспиквадратичную. Поэтому в этих случаях, увеличивая, размеры генераторной петли, можно ослабить э.д.с. ВПИ по сравнению с э.д.с. становления. Зависимость от времени неоднозначна. В зависимости от временного спада поля ВПИ по оцен-кам в первой главе асимптоты поля ВПИ имеют вид Ь ь , т.е. характер временного спада ВПИ не очень сильно . отличается от поздней стадии становления над поляризующимся полупространством. Поэтому влияние вызванной поляризации может просто снижать уровень сигнала, не изменяя качественную картину становления в положительной части процесса, в зависимости от интенсивности влияния ВПИ на поздних стадиях, возможно появление чисто отрицательного процесса. По результатам работ /14,15/ для дипольной установки качественно зависимость от различных параметров на поздней стадии становления, когда наблюдается только отрицательный процесс, совпадает с зависимостью по формуле (2.23) с учетом С 1.3) при небольших значениях о( и имеет вид где сК - с — - ( (LP) - диэлектрическая проницаемость в зависимости от частоты) параметр эквивалентный поляризуемости. При этом э.д.с. становления вычисляется по формуле (2.28).Обращает внимание совпадение временной зависимости асимптот при использовании в качестве переходной характеристики
ВП формулу (1.3 описывающую усредненную зависимость временного спада ВПИ. Непосредственное численное сопоставление по формулам (2.29) и (2.30) невозможно, так как по разному введены параметры поляризуемости. Но на основе этих формул можно найти приближенное соответствие между различными параметрами у и (А при малых значениях оС . Необходимо к недостатку этих работ, соглашаясь с критикой авторов работы /17/ по выбору переходной характеристики, добавить, что теория построена для 0,1 0.2. При больших значениях Д оценки могут привести к существенной погрешности. Выбирая в качестве переходной характеристики временного спада ВПИ по формуле (1.27) и сравнивая формулы, получаем По данным, которых придерживается Р.Б.Журавлева в работе /В/, d 2 n , оценки сопоставимые. Непосредственные сопоставления возможны и с результатами, приведенными в /17/. Следуя этой работе, преобразуем формулу (2.29), с учетом того, что эти расчеты верны при небольших значениях поляризуемоогей (т.е. приближенно верна замена л /1-0 на п ), в виде Переходная характеристика Ш, в соответствии с представлениями по работам /II, 12/ о связи между частотными и временными характеристиками ЗП в однородной среде, в работе /17/ тождественна переходной характеристике ВП, описываемой формулой (1.13). Путем несложных преобразований и расчетов формулу (2.32) с учетом (2.29) и (I.I3) приведем к виду . График F" ( ) в билогарифмич еском масштабе приведен на рис. 2.5 сплошной кривой. Пунктиром - усредненная кривая.
Теоретические оценки ВПИ при исследованиях становлением поля.над локальными объектами
Работы сотрудников ВНИИГИС совмещенными установками методом ЗСБ, начиная с 1977 года, выявили наличие новых типов переходных процессов в различных районах Якутии, эти работы начаты и продолжаются под руководством одного из авторов метода ЗСБ В.А.Сидорова. При его непосредственном участии совместно с А.К.Ткаченко были проведены первые измерения этих процессов ЗСБ в районе трубки "Дачная", вблизи карьера трубки "Мир". Большую работу по регистрации новых типов переходных процессов совмещенными установками проделали З.А.Сидоров, Б.В.Бучарский, В.А.Ключников, Ю.В.Николаев, А.К.Ткаченко. Мало-Богуобинский район, где были начаты и широко развернуты работы методом ЗСБ, географически приурочен к городу Мирному, основные поисковые работы развернуты на расстоянии первых десятков километров от города. Трубки взрыва (среди которых часть кимберлитовых, а большинство туфовых), пронзают почти горизонтально слоистый осадочный чехол мощностью 1,5-2 км. верхние части трубок срезаны эрозией и могут быть перекрыты более молодыми отложениями пермского, юрского возраста или четвертичными образованиями ( в том числе, предположительно для данного района, и трапповыми покровами). По данным корреляции результатов ГИС по площади отмечается ровный характер залегания пластов и сохранение харак- тера слоистости по всему району работ. Характер залегания изменен только вблизи зон глубинных разломов. Исследователями высказывается предположение о существующей связи кимберлитовых полей с этими зонами /42,43/. Самыми известными из них являются Восточный, Центральный, Параллельный и Западный. К Параллельному и Западному приурочены известные в районе кимберлитовые трубки, перекрытые песчано-глиниотыми отложениями мощностью до 20 м. По геофизическим данным мощность зон разломов на глубине 200-300 м устанавливается в 100-200 ы. Разломы выполнены дайками долери-тов мощностью десятки метров. 4.1.2. Геоэлектрически разрезы вмещающих пород осадочной толщи по результатам наземных работ и ЗСБ делятоя на б основных геоэлектрических горизонтов в осадочных отложениях /42,43/. Первые два слоя представлены талыми рыхлыми сезонно-протаивающими отложениями низкого удельного сопротивления (15-20 ОУМ) небольшой мощности (до 2 ы). Третий слой приурочен к юрским отложениям с сопротивлением 300-500 Ом-м, развитыми в водоразделах. В долинах рек этот слой соответствует высокохльдистым четвертичным отложениям, где сопротивление увеличивается до 2000 Ои»м, мощность 0-10 м. Четвертый слой связывают с толщей мерзлых незаселенных пород ордовика.
Сопротивление от 500 до 10000 Ом-м; мощность 100-150 ы. Пятый слой отождествляется по данным ВЭЗ с засоленными мерзлыми породами ордовика и кембрия, сопротивление 150-200 Ом-м, мощность 50-100 м. Шестой слой выделяется эпизодически на кривых ВЭЗ, сопротивление 50 Ом«м и приурочен к границе перехода от мерзлых пород, содержащих как лед, так и рассолы, к подмерзлотным породам. Комплексной интерпретацией методов электрометрии, выполненных в Мало-Ьотуобинском алмазоносном районе (ВЭЗ, ЗСБ, МПП и электрокаротаж KG, Бй), установлено наличие в мерзлотной толще разреза низкоомного слоя, отождествленного с частично-талым слоем в породах верхоленской свиты верхнего и среднего кембрия /8/. На рис.4.1 представлена типичная диаграмма рк по результатам бокового каротажа и КС верхней части разреза осадочной толщи по данным геофизиков ИГФЭ.и геологов БГРЗ; Изучена также, ИГФЭ и др.) /27,44,45/» При этом сделаны такие выводы: - поляризуемость вмещающих пород, преимущественно низкая 0,1-1,05 при измерениях на временах десятки мс и более; - поляризуемость траппов несколько выше, но обычно заключена в пределах 0,7-1,5%; - поляризуемость кимберлитовых и туфовых трубок колеблется от почти нормальной (0,8-1,5%) до значительной (3-8% и более); - наиболее ранние стадии Вії не соответствуют более поздним по пространственному распределению; - поляризуемость осадочных пород при отрицательных температурах может быть существенно больше, чем при положительных. Диэлектрическая проницаемость мерзлых пород (по работе А.Д.Фролова /46/) при изменении температуры до 0С со стороны отрицательных значений, увеличивается до 120 относительных единиц. Наибольшие значения 6 отмечаются на низких частотах, обычно меньше I кГц. А.Д.Фроловым приводится со ссылкой на зарубежных авторов и пример чрезвычайно больших 6 » превышающих 10 относительных единиц на частотах ниже 100 Гц (морской лед).Этот пример может иметь отношение к интерпретации результатов аномальных ЗСБ, так как формально чаототная зависимость диэлектрической проницаемости и вызванная поляризация могут рассматриваться как один параметр многофазной среды.
