Введение к работе
Актуальность темы. Дистанционные электромагнитные зондирования (ЭМЗ) гармоническими полями источников в виде незаземленвой петли широко используются в практике геофизических работ при реие-нии геолого-съемочных, инженерно-геологических, гидрогеологических и др. задач. В районах развития многолетнемерзлах пород они имеют неоспоримые преимущества перед методами постоянного тока при изучении геологических разрезов, содержащих слои льдистых пород. Метод также имеет применение в условиях, неудобных для использования заземленных источников, в частности, при геопого-геофизическом изучении с поверхности льда мелководной части шельфа северных морей, недоступной для плавсредств.
В настоящее время теоретические и экспериментальные основы метода разработаны в предположении, что источником электромагнитного поля является вертикальный магнитный диполь, а создаваемое им поле - низкочастотным и квазистационарным. Реальные источники из-за своих размеров не всегда могут быть уподоблены вертикальному магнитному диполю; применяемый диапазон рабочих частот в случаях высокого удельного сопротивления горных пород часто не соответствует низкочастотному, а интервал разносов установки - квазистационарному приближенны поля. В связи с этим, существует значительная научная и практическая потребность в разработке теоретических и экспериментальных основ дистанционных ЭМЗ с источниками конечных размеров в широком диапазоне частот.
Целью настоящей работы является дальнейшее развитие теории и методики дистанционных ЭМЗ с незаземленными источниками поля в широком диапазоне частот как средства изучения геоэлектрических разрезов небольшой мощности на основании дифференциации пород по удельному сопротивлению и диэлектрической проницаемости.
Основные задачи диссертационной работы состояли
в определении условий корректного применения существующей теории дистанционных ЭМЗ низкочастотными квазистационарными полями с источниками пренебрежимо малых размеров;
в разработке теоретических и экспериментальных основ ЭМЗ полем повышенных частот;
в определении принципиальных возможностей дистанционных ЭМЗ
низкочастотным полем при исследовании геоэлектрических разрезов прибрежного шельфа северных морей со льда, так же ЭМЗ полем повышенных частот - на примерах зондирований в Якутии и в Северной Карелии.
Итогом проведенных теоретических исследований электромагнитных полей вертикального магнитного диполя и горизонтальной круглой петли над горизонтально-слоистыми разрезами, а также выполненных экспериментальных работ являются следующие НОВЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:
определены условия низкочастотного квазистационарного, низкочастотного неквазистационарного, среднечастотного, высокочастотного полей над однородной, двух-, трехслойными средами;
разработаны теоретико-экспериментальные основы новых модификаций дистанционных ЭМЗ, базирующихся на использовании среднечастот-ных и высокочастотных полей, представлении результатов измерений в виде кривых эффективного сопротивления и эффективной диэлектрической проницаемости и позволяющих изучать как электропроводность, так и диэлектрическую проницаемость горных пород в естественном залегании;
рассчитаны палетки кривых эффективного сопротивления ЭМЗ с горизонтальной круглой петлей над двух- и трехслойными горизонтально-слоистыми разрезами, установлены их закономерности, определены условия эквивалентности эффективных параметров и составляющих полей петли и вертикального магнитного диполя над указанными средами;
выполнены расчеты и исследованы закономерности кривых эффективного сопротивления ЭМЗ с диполем над четырехслойными разрезами типа НА, КН и НК.
- установлены новые области применения дистанционных ЭМЗ.
Практическая значимость результатов заключается в развитии и
усовершенствовании аппарата обработки и интерпретации дистанционных электромагнитных зондирований, а также в разработке новых модификаций дистанционных электромагнитных зондирований, предназначенных для изучения строения геоэлектрических разрезов небольшой мощности на основании дифференциации пород по электропроводности и диэлектрической прошщаемости.
Разработанные процедуры представления результатов в виде соответствующих эффективных параметров корректно учитывают размеры источника низкочастотного квазистационарного поля, в сильной степени
ослабляют юс влияние на эффективные параметры поля, тем самым, обоснованно обеспечивают возможность более широкого применения уже существующего аппарата интерпретации ЭМЗ с вертикальным магнитным диполем в практике зондирований с петлей и снимают необходимость проведения трудоемких расчетов специальных палеток для интерпретации ЭМЗ с петлей.
В отличие от известных, предлагаемые способы позволяют изучать диэлектрическую проницаемость горных пород в естественном залегании с поверхности Земли и не нуждаются в скважинах. Электромагнитное профилирование среднечастотным полем дает возможность проведения поисков геологических объектов не отличающихся от вмещающих пород по электропроводности, но выделяющихся на основании диэлектрической проницаемости. Примером являются пегматитовые килы.
Рассчитанные палетки "четырехслойных" кривых эффективного сопротивления типа НА предназначены для использования в практике дистанционных ЭМЗ с поверхности льда в районах прибрежного шельфа северных морей.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований использованы при выполнении двух хоздоговорных, одной госбюджетной темы и договора о научно-техническом сотрудничестве. Указанные палетки использовались В ОМАМГИ ВНИИ "ОКЕАНГЕОЛОГИЯ".
Агагробация работы. Результаты работы обсуждались на Межвузовской конференции молодых ученых (Ленинград, ЛГУ. 1988 г.), на конференции молодых ученых в НПО "Рудгеофизика" (Ленинград, 1988 г.), на Всесоюзных научно-технических семинарах "Индукционная электро-разведка-Є4" и "Индукционная электроразведка-89" (п. Славское, 1984 и 1989 г.г.), на Втором Всесоюзном совещании по рудной геофизике (Ленинград, НПО "Рудгеофизика", 1991 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах и трех фондовых отчетах.
Исследования по теме диссертации выполнены автором на кафедре геофизики геологического факультета и в лаборатории "Электрических свойств горных пород и руд" НМИЗК СПбУ в течение 1982-1993 г.г. под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора А.В.Вешева. Автор, считает долгом выразить глубокую благодэрность своему руководителю, проф. А.В.Вешеву, за постановку темы и
оказанную в процессе исследований помощь. Автор искренне признателен доц. Е.Ф.Любцевой. проф. В.С.Миронову, зам', зав. кафедрой В.В.Воробьевой и др. сотрудникам кафедры геофизики, ст. научн. сотр. НИИЗК И.А.Жуковой, доц. кафедры полезных ископаемых А.С.Воинову, сотрудникам лаборатории "Электрических свойств горных пород и руд" П.М.Косткину. О.Н.Ладатко, Т.Я.Поляковой, В.М.Данилову, М.И.Пертелю, П.М.Парфентьеву, В.И.Белякову, Т.Д.Гладкому, кандидатам геол.-мин. наук О.М.Морозовой и В.Г.Ииочкину за поддержку, оказанную в период работы над диссертацией. Благодарю за благожелательность заведующего учебной лабораторией ЭВМ В.Д.Куликова, его сотрудников - И.К.Тимофееву и М.Г.Шабельского. Считаю приятным долгом и пользуюсь возможностью выразить особую признательность сотруднику ВНИИ "Океангеология" И.М.Беляковой, в весомой мере способствовавшей конкретному воплощению теоретических изысканий.