Математическое моделирование сложно-построенных сред в электроразведке методом сопротивлений Смирнова, Татьяна Юрьевна

Введение к работе

Актуальность темы. Электроразведка методом сопротивлений, и в частности, метод ВЭЗ, находит широкое применение при решении широкого круга геологических и геоэкологических задач. При этом, обработка кривых ВЭЗ традиционно проводится в рамках горизонтально-слоистых моделей. Однако, практический опыт показывает, что в большинстве случаев изучаемая среда не может быть представлена как горизонтально-однородная, так как в разрезе присутствуют двумерные или трехмерные неоднородности, например, таликовые зоны, зоны тектонических нарушений, карстовые полости и др. . В этом случае количественная интерпретация данных ВЭЗ при помощи средств, основанных на теории, разработанной для горизонтально-слоистой среды, может привести к значительному несоответствию полученного результата реальному геологическому разрезу (вплоть до появления ложных структур и слоев). Таким образом, возникает необходимость в расширении теории электрических зондирований, направленном на исследование эффектов, вызванных неоднородностью геоэлектрического разреза в горизонтальном направлении.

Цели и задачи работы. Основная цель работы заключалась в создании и развитии способов получения и обработки данных метода сопротивлений с учетом различных эффектов искажений в условиях сложно-построенных сред. Для достижения этого были поставлены следующие задачи:

1. Разработка аппарата численного математического моделирования
электрического поля в произвольной трехмерной среде.

2. Изучение эффектов искажений кривых ВЭЗ, связанных с Неоднородностью
изучаемых сред в горизонтальном направлении.

1. Изучение действия принципа эквивалентности в сложно-построенных средах.

2. Разработка методики измерения электрического поля с использованием погруженных питающих электродов для изучения недоступных при наземной съемке объектов.

5. Разработка методики интерпретации данных ВЭЗ с учетом влияния эффектов искажений в сложно-построенных средах.

Новые научные результаты.

1. Разработан алгоритм расчета электрического поля в произвольной
трехмерной среде на основе метода граничных интегральных уравнений, позволяю
щий рассчитывать электрическое поле для тел, выходящих на поверхность земли,
а также вычислять поле р,; при расположении питающих электродов в неодно
родности. Кроме того, предусматривается случай, когда верхнее полупространство
может быть проводящим (морская, речная, шахтная и скважинная электро
разведка ).

2. На основе данного алгоритма создана программа (IE3R1) решения прямой
трехмерной задачи методом сопротивлений и В П для персональных компьютеров типа
IBM PC. Кажущиеся сопротивления вычисляются для следующих модификаций
метода сопротивлений: электропрофилирование, ВЭЗ, скважинные и шахтные
измерения, межскважинное просвечивание.

3. Выполнен систематический анализ С-эффекта, связанного с положением
питающих электродов относительно неоднородностей геоэлектрического разреза.

4. Получены новые результаты при оценке границ действия принципа
эквивалентности в горизонтально-неоднородных средах.

5. На основе результатов численного моделирования предложена методика измерения электрического поля с использованием погруженных питающих электродов.

6. В результате применения нового подхода к интерпретации данных ВЭЗ с учетом различных искажений решены конкретные геологические задачи:

выявлены глубинные геоэлектрические структуры и построена схема тектонического строения для участка Холодная балка (г.Донецк);

на участке проектирования новой плотины водохранилища Билибин-ской АЭС были выявлены русловые таликовые зоны и детально изучена их геометрия.

Практическая ценность работы.

1. Разработаннаяпрограмма решения прямой задачи электроразведки методом

сопротивлений и ВП для произвольной трехмерной среды позволяет рассчитывать кажущееся сопротивление для большинства известных установок в наземном, шахтном, скважинном и морском вариантах. Опыт практического использования данной программы показал ее высокую эффективность как на этапе проектирования электроразведочных работ, так и на этапе интерпретации полевых материалов.

2. Использование знаний об эффектах искажений и пределах действия принципа эквивалентности в горизонтально-неоднородных средах позволяет более точно задавать модель начального приближения при интерпретации данных ВЭЗ, что значительно сокращает число итераций, необходимых для решения обратной задачи методом подбора. На этапе проектирования работ учет возможных искажений позволяет выбирать наиболее эффективные методики для решения практических задач.

3. Разработанная методика исследования сложно-построенных сред с использованием погруженных питающих электродов позволяет изучать как проводящие, так и высокоомные объекты, которые практически не выделяются в поле р_к при наземных измерениях. Данная методика оказывается весьма эффективной для изучения геоэлектрических неоднородностей, когда проведение наземной съемки непосредственно над объектом исследования затруднено.

4. По данным электроразведки методом сопротивлений уточнено местополо
жение известных по геологическим данным зон разрывных тектонических
нарушений, а также выявлены ранее неизвестные надвиговые структуры на участке
Холодная Балка (г. Донецк); построена детальная геокриологическая схема
участка, прилегающего к Билибинской АЭС, что позволило выбрать место для
строительства новой плотины водохранилища.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (Москва 1990, 1991, 1992 гг.), на Всесоюзной конференции по геофизическим методам исследования в гидрогеологии и инженерной геологии (Ташкент, 1991 г.), на Международной конференции "Геофизика и современный мир" (Москва, 1993 г.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 опубликованных работах, втом числе в учебном пособии " Электрическое зондирование геологической среды", Часть 2.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 105 страниц, имеет 63 рисунка и список литературы из 62 наименований.

Диссертация выполнена автором на кафедре геофизических методов исследования земной коры геологического факультета МГУ.

Автор глубоко признателен своему научному руководителю кандидату геолого-минералогических наук, старшему научному сотруднику И. Н. Модину за постоянную помощь и поддержку.

Разработка аппарата численного моделирования электрического поля в трехмерных средах проводилась автором совместно с И.Н. Модиным, А.Г. Яковлевым и Е. В. Перваго. Для интерпретации данных ВЭЗ в сложно-построенных средах автор использовал различные программы, разработанные сотрудниками кафедры геофизических методов исследования земной коры. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры геофизики Перваго Е.В., Бобачеву А.А., Горбунову А. А., Золотой Л. А. за дружескую помощь в ходе выполнения работы. Очень полезными для автора были советы профессора М.Н. Бердичевского, профессора В.К. Хмелевского, доцента В. А. Шевнина.