Теоретические и методические основы электромагнитного мониторинга современных геодинамических процессов Александров, Павел Николаевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Участившиеся техногенкыэ зснлятряеекля и аварийность окьькш на нефтегззовід. месторождениях заставляют обратиться к геофизической задаче глекекпя за ссврететйма ге-о-дкнамичеекймк процессами, Последние происходя? а геолс-гаче-екой среде как под воздействием природных факторов,так а пой алг.янпсц деятельности человека на скружащуи среду,в частности, на земние недра. Эта прссдемя тесно связана с прсгнсзсц естественніл зеиля-тресенкЯ, но ;а»еет своя ососекпестя. 3 алане электромагнитного мониторинга сссренекньл. геодзстшческіх процесссз основной зггачей является слежение за геазгпластическаст деформациями гсртах перед, в то время как огненней задачей сеЗснслоггд, где также используй электромагнитные поля, является прогноз ка?ясгрофаческгі сооиткй (зеклятрясений).

ЗлехтрсыагнгтнкЯ ионпторянт - неввя зздзча геселектрггсл, связанная с изучением данакпкя геологической среды. Рззрагстка нестз-ракдешй, извлечение огрешасх масс полезны вскспаеша 2, в первую очередь нефтп г газе, сспровсадается нарушением естественного природного баланса напряжений в зекяс2 коре, прязодит к изискекик физических свойств горных пород.провоцируя 2 инициируя тем самим современные гееднномячеекке процесса.

Огромное количество "пагаетп" скесхин, пс-дгетезка з реа-^зй'-^я техногенных землятрясенай с-глдетедьстьует о том, что современна*

1. Соверсенетновакке метода осреднения градиентных и градаэнтно-^ызотропных моделей локальной влектроггроБодности. Анализ чувствительности к информативности тензора зффектиного сопротивления к изменен» структурно-текстурных характеристик, происходящих при дефзрлации горной порода.

2. Разработка методики анализа чувствительности и информативности к нгоднородностям геологического разреза всех компонент електро-ыапатяого поля вблизи источников.

3. Построение матеиатичеечой модели эмиссии электромагнитного соля и разработка принципов ргаения обратной задачи пассивного электромагнитного мониторинга.

Методы решения поставленных задач. Еыл проведен анализ и обобщение опубликованных теоретических, экспериментальных и лабораторных результатов исследования, связанных с отражением деформации горной породи в влектрофизігческях параметрах и ьлектромаг-нитных полях. РеЕйн;:е поставленных задач проводилось на основе теоретических исследования уравнений Максвелла, описызавдйх возкмодсйстзие электромагнитного поля и вещества, с привлечением Еїчкслительвах аксперимзнтов.

Научная новизна.

1. Определена концепция электромагнитного мониторинга современных геодиыамическкх процессов. Сформулированы цели и обоснована постановка задач электромагнитного мониторинга. Определены объекты исследования при активном и пассивном мониторинге.

2. Впервые получен тензор эффективной электропроводности для градиентных а градаентно-акизотрошшх моделей сред, что позволило провести математическое моделирования отражения структурно-текстурной перестройки горной порода в тензоре макроанизотропии электропроводности.

3. Установлэнс, что тензор ыакроанизотропии служит информационным параметром струкурпо-текстурвой перестройки горной порода. Тензор макроанпзстропж» сопротивления является конкретным объектом исследования при активном бдектромагщггном мониторинге.

4. Впервые для всех коипонзнт электромагнитного поля, измеряемых
вблизи иоточ'ыка, получены уравнения внергетичеекого типа. На
основе анализа втих уравнений предложена система наблюдения актив
ного електромагнигного мониторинга в совмещекном варианте,основан-

ная на врадаюовмся электромагнитной пслв.

5. Построена математическая модель зшссім электромагнитного поля, что позволило впервые сформулировать пряную z обратную задача пассивного электромагнитного мониторинга. На основе построенное матеиатичеокоЗ модели установлено, что средялй исдудь любой компоненты электромагнитной вмзссзи (ЗЖ) зависит только от пространственного распределения вдектрспрововсста 2 геометрического расхождения электромагнитного поля.

6. Релена обратная задача для двухслойной модели среды - определены кнтенеяЕностз источников и гх местоположение в пространстве. Показано, что алгоритм, основанный на теореме Плаклередд-Парсевалк дает удовлетворительную оценку параметров источшгков. В работе обоснована возможность обобщения результата регеккя обратной задач:! на произвольную п-слойну» иодель геологической среды.

Практическая ценность. По результатам проведенных исследования подготовлены ряд научных рекомендаций, которые внедрена в производство.

Апггробация работа. Основные загинаєш; а положения докладывались и обсуждалась на на утлых конференциях "Построение, іразпхо-геслогпчеексЗ. модели н системный подход при истолкозгйглн результатов гео&'.зэтесхих ассладовшка "(10-11.10.39г., 16-17.10.9Сг., 28-30.09.93г., Пермь), вз єreгодных научных кс'ф-ронцняі а сеиз-нврах геологического <рлкудьтетз z В0< геологии Саратовского укиверпстета П939-1993гг.).

3 целом работа дсдсгена на нзутшл семпнэрах хь^'Д? '

геология нефти И газа геологического С-экудьтета С1У;

прикладная математика и теория яазпгЕЦнскных приборов Саратовского государственного тгінпчеекого университета ;

ГЭОрИЗЗЧЗСКПХ Н9Т0Д03 рЗЗВЄДХИ ПОЛЄЗЕЦХ ИСКСПаеШЛ. СГУ.

Работа такка доложена на научных семинарах :

ОРТТГ и С'ЯГ Нияе-всджсхого КМТ (г.Саратов) :

НТС эдехтрсизггштяого отделе ВКИЭТеофогза (г.Ыоскэл) .

Публикации. Основные полсхекпя диссертации слуЗлпхсвэ-ші э 6-тп научных статьях а докладах.

Мии работы, .ииссертация состоит аз введения, тр«х глаз з эаклгчения, содврсгт 1.24 страниц j/агияагсасзого текста, 11 рисунков з 1 таблицу, (ласок литературу акяігТразт' 65 падУэноззнпп.

Под совреыекнша гэодаяаыическюш процессами будеи пожадать прсиесец различной природы ( в основном механэтеские) происходжцде в геологической среде в настоящее вреия. Геофизические методы сказываются еданотвеншак дистатпщоанынк методами, позволяйте эти ггроцесги ваЗлвдать и, йолее того, определять их параметри. Для элзктрл-чееках методов наибольтай интерес представляют современные геодакашчеекге процесса отражающиеся в ояектрофцззчеекпх параметрах а влеатромагнйтных полях. В связи о втам необходимо, преаде всего, определить сбьэкт исследования, цеди и задачи электромагнитного мониторинга.

Свьект игзледоаажя методов влетромагнитнсго мониторинга. -Собственно гейданашгскиа процесс проявляется в деЗорыацая горной городи привсдяцез к иаиевени» их физико-шханичееких свойств во зреые-ни. ОСратаиав а необратимые деформации характеризуют геоди-аиячаскав процесса кчк естественного, так и техногенного происхождения, К обратимим деформациям ыокно отнеся раскригие и закрытие трекхн, здаосадпе фасада к т.п. К неосраткжм де<іор«аішш -образованна-т$еака. изменение структури я текстури гораоя порода.

Эти азизазкая отржштся как в изменении иакроадектрическпх на-раадтроз гориз пород, так и в излучения электромагнитной анергии. -Вадедгтгаж атсго при электромагнитном мониторинге объектом иссле-довшяш яыадагея!

1, KsMfeUtisao «ектрагчееких даршетров геологической среда во вреиеня :

с. Эндаганяда ясточвдаи вдетаротгнатнсй ашмсаа.

Шк мактромьгкйтааго ионятсрплга. Цель» вхактрсиагнитного иошторянга в геологическом смисле является изучение современных геоллоишчзгжкх сроцасеоа как естественного, так и техногенного пронисадекая. СсЗственшаи целта электромагнитного мониторинга являются:

1. Вайсненяа характера изменения во времени влектромагнитных параметров геологяческсФ среди и их количественная оценка.

2. Ёпясненаэ характера изменения во времени ендогенних источников електромагадтиог вчасетв а ах. количесхтвенная оценка.

Задачи влзкдіулкгтатвйга цокйториага. Геологической задачей влехтроыагнитного іізкиторзнга является познание современных геодкнамическах процессов. Собственными задачами адекгрсыагпитно-

' -7-

го мониторинга являются:

3. '^следование пространственно-временного распределения электрических параметров геологической среды.

4. Определение параметров рапределенннх з теслогзчеексй сред? эндогенных источников электромагнитного поля и их ддааскя бо времени.

Исходя из целей алектромзгнитнсго монатсрннгэ реіен::е поставленных задач может основываться на двух подходах :

1. Использование Контролируемых ИСТОЧНИКОВ ЭЛёКТрСМЭГКЛТНОГО

полл (з тем числе теллурических яслей) для определения характера распределения электромагнитных параметров геологической среды (задача разведочной геофизики). Используя модель "черного ядлкэ" это мохяо ггроиллюстрировать следувдей схемой

SBI => | а ? | => SBHX

где Sex - источник электромагнитного поля,

Sbux - отклик геологической среды на воздействие Sbi, С - импульсная ила переходная характеристика среда, геоэлектрическае параметры разреза. В этом случае для определения С необходимо знать входной Евх и выходной Евцх сигналы. Данная cxoua реализуется в методлх разведочной гєсСдзіе-зі я,применительно к мониторингу,се следует отнести к ат.такшч алектрсиапдтшді методам.т.к. для получения ;c-ijcp-маили об Б.^т:ектро^зическ;п параметрах среды необходимо попользовать искусственные яле окзогенпые источника эдектрсшг-атксго поля.

С. Второй подход базируется на представленая,что гессгичес;<&к срода в прсцегсе сеоєго развития, сема генерирует источники элек-трсмзпмтнсго поля. Из схемы

вх ? -) | "и І '> Sbux

слідует.что для определения параметров ыиогекких зстсчзнглэ Евх необходимо знать выходной сигнал зчх и гесэлеткрлческнЯ разрез С. Система наблюдения доджи сыть направлена на пвесхвнув реггстра-дгс влектрсиагкатяого поля. Пс&тсиу методы осногвяные на такс!" схеме относятся к олектрсыэгнзтндо методам пассивного мониторинга.

і. гкг/ша элЕстроагвпка іюйпгсикг

В ге-сданаызпеекав процессы вовлекается сгрсі&зіе васси горяс.2 породы. Очевидно, что прд «тем прсзсхсдгт упсрялэтейя» ала раз-

упорядочекие (переход хаос-порядок) структуры порода в больших обьеыах геологической среда, что яиэбежяо скажется на елективних электрических параметрах геологических образований. Учитывая невозможность физического или лабораторного моделирования влияния ыосннх геодавамичееких процессов на электрофизические свойства горной порода, большое значение преобретает математическое моделирование эффективных петрофязических характеристик.

Совершенствование метода вичисленая эффективного сопротивления горных пород Начиная с Максвелла, р?ссчитаваего аффективную влектропровод-ность для сферических включеній, хшогие исследователи обращались к втой проблеме. Среди них Бурсиан В.Р., Овчинников И.К., Семенов А.С, Неч&З A.M., Губатенхо Б.П. и др. Определение. Эффективным едектромагннтшм параметром среда называется параметр, полученный в результате осреднения его функциональной завясигости от пространственных координат по физически конечко-иалсыу осьсыу.

Введем оператор осреднения

о где і - любая из пространственных координат х,у,2. Проведем осреднение закона Oua, записанного в дифференциальной форые

J* а-г, (1.1)

связкващего плотность тока проводимости J и напряженность элек- трического поля К через удельную влектропроводность о,заданной в виде произведения изолированных функций координат

С * XUbY

Б атом случае возможные границы раздела сред будут совпадать с коорвйаисаи плоскостями. Учитывая это обстоятельство а теорему о средней, после осреднение уравнения.(1.1), получим тензор макро-анизотрспот аффективной электропроводности а³* :

«эф

о

Ж 3

(1.4)

Для'градиентно-анизотропоноЯ иодеди* среда, заданной а ваде а. о о

о=

(1.5)'

^0а_2г О Оа_эз

где кзвдыЯ диагональная элемент симметричного тензора электретро-водности з зависит ст координат з вяде :

"и = х_|1(х).у₁₁(у)-г₁₁(2>. )=(1.3) . (1.6)

получим

j; ї

,э# =

<Хзз> .

(1.7)

^<25ї^>«

Следугсяя «оде-ть дсквдьпоЗ елек-грслрсзсдностз. для хсторсЯ справедливо использована? r?cpe>rj о средней а, которая предетвэ-дягт япкбо-тызЕЙ агітерес, ніуійє-тся издедь. заданная в к:д*

Т =

(1.8)

С Я

3! 33 33

гд-з каудій s.idmcht т^нзсрэ «сзстрсгаз уд*дьнс2 элгктрсг^-сднсстг ззьяозт тс_~,ко от одной лрогтр^гтЗ'К-шсЯ иосрдглзта, иа."гріоі*р,

а -= Г., j t х>. ^(1.3). ,-=(1.35 . (1.9)

Лрхмендд таср-euy о среднем, для этса модеда получаі тензор ы-ахро-мшзотроплз електроярсводноога 0^ с вдеиентемз 8ГОГО тензора :

g , ; 5 г —U . jj « —U ;

_к:

^'

X X ї

/аі. _ґ si. ,. J2.

_a = _U__ . о ₌ _JJ Li— * <_x > -<-±4-*b ;

- 11 11 , ,т \ , 2МЭ. . v, 11,.

<я—> 11 ч»—>

^rll * ' ^xll *

^<ї^12>»'^<ї^аі>« X X

« < » > за * Ї77 x

^i "
2 2

^<Г^« ^СГ^* X X

ЭЭ , 1 _N 33 x 1,, x

—> 11

^Tn -

Захзчаиуе 1. Рассмотрений і'атод осреднения справедлив в любой другой ортогональное системе координат.

Згиз"~юяиб 2. Очевидно, что при достаточно малом объеме осредне
ния, по сраьяеня» е растоянием до источников и приемников низко
частотного олектромагнитного поля, в издожшкш визе методе ос
реднения ыогяо учесть и диэлектрическую проницаемость горной
породы, что приводит к дисперсии аффективных электрических пара-
мгтроз. Этот вфокт известен как вф$ект Максвелла-Вагнера. Ана
логичные преобразования также справедливы и для магнитной про
ницаемости. ,..---

Анализ информативности аффективного сопротивления к язмэвеиио структури ж физических свойств горных пород Из еойго многообразия возможных моделей сред, для которых справедлива операцил осреднения, били рассмотрены несколько актуальных для активного электромагнитного мониторинга моделей деформации горной породы, и отражении ее в макроанизотропных елехтрических параметрах.

1. Модель разрушения горной поводы вблизи ствола скважины. Эта модель cTpasae-т необратимые геодинамическае процессы вблизи горной выработки (еквазшна). Она характеризует, в основном, деформации растяжения, за счет которых образуются радиальные и

азимуталыше треяины разрыва. Развитие трезинсобразсваная и сопутс гвуэдяй процесс заполнения трегаш флпвдом Судет сопровождаться изменением сопротивления околоскваютного пространства. Б результате макроскопические геоэлектрическае характерютакя горной породы вблизи ствола ckbsskhu становятся азаыутадьнэ-анизотропными.

В качестве численного примера рассматривалась следулдая модель (цилиндрическая система координат,по оси 1 среда пракама-лась однородней) : .

if ^1 (град) Др,=0.04(м) ff =0.1(Си/м)

а? =3(грзд); Ар =0.12(м);

А(Р_о=2(град)

Ар_о=0.08(м)

а_о =0.01(См/м)

Тогда первоначально изотропная а однородная среда с электропроводностью а становиться макроакизотропнез со значенияыа тензора макроаказотрсти <3_1;=-0.0125Сн/м: и_з1=О.012См/и; а_ээ=0.027Си/м;к"з1; к^=1.4.

Здесь и далее индексы при коэффициенте анизотропна і указывают на отношение соответствуй»! элементов тензсра ыакроаказо-тропка електропроводноста, наяркыер, '-^аа

- " ⁰_M^/ff..'-

2. Моделирование процесса трешінооДрззсваїия в массиве гер-нол породы.

Как показывает аналаэ проявления геодлнаиаческих процессов. последние вирмсахгсея в струхтурко-текстурясЗ перестройке гсрясз поредь:. Структурло-твК'туриую перестройку рассиотріаі на пршере езраэсвакая трезгн э кзрЛлятнцх коллекторах. Для локальных электрических параиетрсв заданных в Еаде

D = lO-S(x)-Yty)-ZSs) ,

0.1.2=(0.2.2.2)

прз гзаененна толстш тресош h с? О до 3.2 W'u, яоофйпдав?

иахрсйнгзоттспия fc'i імаяетсп в пределах от 1.26 до 0.38. за

3. Меде ль каззапдастач&сУ—З деформаїдга горяеД породи. Эт$ ысдмь характеризует терргігешаД кая-:«ктор. а ктерст рзэ-

ItXK

Кг).

.01,1=10,0.2) I0.x=i0.02,.02+h] ;ї(?)' .01,г*[0.02+а.0.04+Ы

1.s«[0.0.2J

1,У*{0,0.02] .15.7*10.02.0.041 О.5,у*[О.04.О.СЙ]

2.7*[O.O6,0.O6U 0.3»7*C0.061.0.C81J

-Ус~

виваются пластические деформации. Рассмотрим двумерную модель трехслойной среды, каждый сдой которой имеет следующую анизотропию электропроводности : первый слой с электропроводностью c_t и толзднсй Ь^второй - с толщиной h и тензором электропроводности

^ei,

^g_a =

третий слой изотропный, с электропроводностью а и толщиной h . Тогда тензор макрсанизотрспж аффективной электропроводности примет вид

с³*

ь

Vi+Va^Vs

*, » W А

где h = Ь₁+Ь_а+Ь_а.

Для h_t=h_a иметь вид :

Р_Э=

коэфгциент анизотропии к** будет

^аз 9

Отсюда следует, что ко&Кяциент макроанизотропии больше единицы при <^rP₂₃+ff_{t t}P >2 и меньше единицы при <7Р₂₂⁺0_МР <2 .

Проведенные расчеты показывают, что структурно-текстурная перестройка горкой породы сопровождается -изменением структуры, в общем случае, всего тензора мзкроанизотропии сопротивления. Отсюда следует, что система наблюдения ера активном электромагнитном мониторинге должна сыть ориентирована на слеаение за всеми елементами тензора макроапизотропии.

2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ИНШШ.ТШЮСТИ КОМПОНЕНТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В СОВМЕЩЕННЫХ УСТАНОВКАХ В методах активного электромагнитного мониторинга проблема выбора оптимальней,чувствительной и информативной установки наиболее актульна. Миграция геоэлектрических границ.образованиеовых за счет геодинамических и геохимических процессов,очевидно, будет очень слабо отражаться з электромагнитном поле, возбуздаемом контролируемыми асіочниками.

В диссертации рассматривается только совмещенный вариант уста-

повоя, обладающих однозначностью в привязке разультатов наблюдения. Критерием информативности и чувствительности, а случае гра-диентко-нзотропвой модели среда, является вхсздение пространственных производных электропроводности (или сопротивления) в полученные соотношения энергетического типа для компонент электромагнитного поля (декартовая система - XYZ) :

Ш^ - - Jj-H*dv ; |2-H*dv = 0 (2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

РЕу = - JH_s(gradp-J)d7 + |H₂pdlvj^0Tdv (2.5)

7 " 7

PB_Z = JHy(gfadp.J)dv - JHyPdlvJ^dv , (2.6)

где источник стороннего тока, текущий в направлении оси ОХ,

задавался в виде

J^OT = 1Рв(р) , где Р - момент тока в точечном источнике, 3(г) - дельта-функция Дирака,г - радиус-вектор точки яабладения.і - единичный вектор направления стороннего тока.

Результаты анализа полученных энергетических соотношений .сводятся к следующему :

5. Коллинеарная компонента магнитного поля (2.1) чувствительна к анизотропии электропроводности, т.к. в случае изотропности однородной среда, компонента IL будет равна нулю. Эта компонента представляет наибольший интерес для определения анизотропии электропроводности геологической среда в методах рктиввого электро-магнитяогр мониторинга.

6. Наибольшей чуветвительностьв к горизонтальным геоелектрнческш границам обладает ортогональная компонента магнитного поля Е_. . В подантегральное выражение (2.2) входит производная сопротивления по вертикальной координате. Если среда кусочно-постоянна,то объемный интеграл преобразуется в поверхностный за счет появления, в результате даМеренцирования, поверхностной дельта-функции на границах раздела сред.

3. Для изучения геоэлектрических свойств среда в горизонтальном направлении наибольший интерес представляет ортогональная компонента магнитного поля Н_, т.к. в подинтегральное выражение (2.3) входит производная сопротивления по горизонтальной координате у. В случае наличия вертикальных или субвертикальных гео-електричееких границ в кусочно-постоянной среде объемный интеграл преобразуется к поверхностному.

4. Наименьшей чуствительвостью к неоднородностям геологического разреза при решении структурных задач обладает коллинеарная компонента Блектрического поля (установки "петля в петле", "электрический диполь - электрический диполь"), т.к. в подинтегральное выражение соотновения (2.4) сопротивление входит в виде самой функции без ее пространственных производных. Магнитное поле пропорционально функционалу содержащему пространственные производные сопротивления и .кроме того, напрерывно на границах раздела сред с разными сопротивлениями. Поэтому ни первый обьемный интеграл, ни второй в правой части (2.4) не позволяют преобразовать их в поверхностные за счет скачка сопротивления на геоалетрических границах.

5. Ортогональная компонента электрического поля Е^ (2.5), чувствительна практически к любому типу нео/дородности. Однако, учитывая,что магнитное поле Н„ максимально на дневной поверхности компонента EL будет содержать информацию,в основном, о приповерхностном распределении сопротивления.

. Вертикальная компонента електричеокого поля Е„ (2.6) мало-ектуальнь в связи с исчезновением вертикальной составляющей электрического поля вблизи дневной поверхности.

Очевидно,что с использованием теоремы о свертке,нокно осуществить переход во временную область в уравнениях (2.1) - (2.6) с учетом дисперсии алоктрсцроводности.

Полученные соотношения оиергетачеекого типа, и;гут быть рас-прсстрааены л ва анизотропные модели. Детальний анализ чувства-тельностн Е информативности компонент электромагнитного поля к анизотропия влехтропровдности позволил сформулировать принципы построения системы наблюдения при активном электромагнитном шдторннге,которые сводятся к следухцему.

Система наелгдекия, позволясса/. регистрировать шферуацию ос изменение- тензора електрспроводности в различных еокуутах, может гі;ть реализована с использованием вра^аісегсся електромапктаогг

псля. Іакая система наблюдения включает в себя два взаимно срто- . гональных источника, которые представляют собой либо электрический, либо магнитный, либо тот и другой одновременно, диполи. Оркнтацкя такси системы наблюдения мохет быть произвольной. Для получения информации в различных азимутах сторсние токи изменяется во времени по следующим законам

I⁰⁷ = і cos(wt+a), І^ст = I Slri(wt+e), .

x О у О

где а - некоторый начальный угол, I - сила тока.

. Б втсм случае можно сформировать электромагнитное поле произвольной ориентации. В центре установки измеряются компонента Н , И ,Н ,Е ,2 , что позволяет вычислять компоненты электромагнитного

у і х у

поля в произвольном направлении.

3. ПАССИВНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ мониторинг Пассивный электронагинтый мониторинг основан на изучении пространственно-временного распределения высокочастотного электромагнитного "шума", который традиционно рассматривался как помеха в классической электроразведке." В связи с этим изучение этого поля велось односторонне, в целях его подавления.

Как показывают экспериментальные и лабораторные исследования и теоретические расчеты, ЭМИ эндогенного происхождения несет полезную информацию о разрушении горной порода при геодинаыических процессах, о местоположении зон разрушения и их энергетических характеристиках. Однако решение обратной задачи, а именно - локализация источников ЭМИ и определение их интенсивности на основе изучения пространственного распределения ЭМИ сдеряиваетоя неразработанностью теоретических основ их обработка. В связи с этим актуальным вопросом является вывод уравнения, которому подчиняется энергетическая характеристика ЗМИ.

Эмиссия электромагнитного поля представляет собой в точке наблюдения непричинную функции времени ограниченной вариации (вместе со своей первой производной по времени) и может быть представлена некоторым случайным процессом,близкой к модели "белого шума",со следующими свойствами: 1. Среднее значение любой компонента электрического К или магнит-

ного Н ползи по интервалу времени Т>>0 равно нулю Р - J f(t)Til,

t+т „ „ t+т ,

аїрі . г 3ip(t)i 3²tpi . r 8^ai|»(t)i

²- ТГ = * J ТГ-^¹- * Э. -^ -І j "-T^ = 0:

t t

4. Источник электромагнитной эмиссии имеет ограниченный носитель

и его пространственные координаты не зависят от времени.

Тогда средний модуль эмиссии електромапштого поля в каждой
однородной и изотропной области будет подчиняться уравнению
Виссона Т²!?! = -IF1 , . (3.7)

где F=P(x,y,z,t) - функция источника, определяющая пространственное распределение источников и их форму импульсе.

Для горизонтально-слоистой модели геологической среды получены следукдие граничные условия :

IH І* = ІН I'.^flH l^J=—ІН І^г;|І І*=|І |²,0_<3||І l^ff^fli І²;' IE l'=li і^а,а,я|іЕ »*=c_a=|lE І^а;о їв И-о,іІ 1².яІії і¹=йііІ і².

у у ІOZ у 3aZ у їх 2 ж cZ г oZ ж

Компоненты Н , Н не являются независимыми в граничных условия! z в дальнейшей не участвовали б ресепмі прямой к обратной задач пассивного елехтрсмагнитнсго мониторинга.

Из уравнения (ЗЛ) и граничных уелог.кЯ следует, что средний модуль (или интенсивность) емисски электромагнитного поля зависит тг-ліко от потерь в среде в от геометрического расісадешія поля і х' Источники ЭКС1, как результат перехода механической энергии ь г.:-_-:-:т^с^г_;гкитнус, характеризуют интенсивность современных геоди-и-лачоских провесов я «становление правой части в (3-7) по иьС-леде.'шому поли ЙК дает ьоэцсзяость количественно оценить эти процессы.

Для двухслойной среды, в которой распределены источники Э1М (в вергнем полупространстве с влектропроводностыз о источник ?_о пв-хгдился на высоте z ; в первой слое, толщиной h и влектгопровод-іпгтью с , источник ? находился на глубине 0<2 <Ь ; во втором

слое бесконечной тоеекны я электропроводностью о" источник Р находился на глубине z >h ) ревена прямая задача. Результаты решения использовались в дальнейшем для проверки постановки и репения обрзтнсй задачи пассивного электромагнитного мониторинга.

Решение обратной задачи состоит из двух этапов : нервна включает в себя воссановление на границах раздела сред нормального поля источников,второй - непосредственное восстановление параметров источников, находящихся в слоистой среде.

Первый этап реиение обратной задача основан на разделении поля ЗМИ по положению источников и реализуется в виде преобразования известного поля на дневной поверхности по миграционному типу. Второй атап вкл»чает восстановление интееквноста и местоположения источника ЭМИ в слое с использованием теоремы Пэрсеваля-Планшереля.

Получено реаение обратной задачи для двухслойной модели геологической среды, численная проверка которой рассматривалась на примере горизонтальных компонент электрического поля. В качестве модели была выбрана следующая : электропроводность верхнего полу-

пространства соотЕеетвовала электропроводности воздуха О =10 ; первый слой о элэктропроводностьв =0.01 и толщиной h. = 50 w ; второй, бесконечной толщины, с электропроводностью о = 1. С целью оценки точности репеяия обратной задачи один источник интенсивностью 100 В/м перемещался из первого слоя в низшее полупространство с шагсм 10ы. Поле расчитывалось на интервале р от О до 200м с иагом Др = 1м. Вычисленные параметры источника бали сведены в таблицу (см. нижа), где левый столбец содержи перебор глубин источника (в м),а второй и третий столбцы,соответственно,вычисленные величины глубины и интенсивности источника.

Этот пример, как к другие варианты' расчетов, дают удовлетворительную оценку параметров источников ЭМИ" расчитэнных по предло-кенному способу решения обратной задачи. Следует отметить, что точность определение параметров источника мокно повысить за счет увеличения интервала вычисления р. Так.яапример, увеличение интервала р с 200м до 400м для %₂~ 90м дает следущую оценку параметров источника : 2_г= 83.9 и ; I = 92.14 В/и .

В работе рассматриваются вопросы технической реализации системы наблюдения пассивного електромагнитного мониторинга под которой псницаетея геометрические характеристика и пространственное распределение датчиков ЭМИ и аппаратурное преобразование сигналов. Как следует из решения обратной задачи, необходимо регистрировать в полевых условиях само поле влектромагнитной емиссии и его вертикальную производную, что реализуется с использованием градиентных установок. Повтоыу под датчиком ЭМИ будем понимать техническое уаг-яйстьо измеряющее поле ЭМИ и его вертикальную производную.

Аппаратурное преобразование сигнала от датчиков ЭШ сводится к интегрированию его модуля в интервале времени Т, что реализуется аналоговыми устройствами (Рис.1)

Летчик

ЛР1<"

Рес.1

Результаты проведенных исследовании были использованы для опре--деления современных геодинамических процессов на Теплоьског пго-сади Дальнего Саратовского Заволжья.

По предложенному способу были обработаны профиля !Л, К2, Ysi дав-ш;і електроразведочнкі работ методом зондирования становления поля ь блиаиег зсне (ЗСБ).-Работы проводились акционерным обкеством "Саратовнефтегеоїкзнуз* с использованием установки "патля в петле". Сзріботкз проводилась с целью определения среднего модуля OJC! (СУ. 0!Л!) ьертихальвои состааляхцей модуля индуюгя магнитного поля o3;/3t. Для етого в процедуру обработки данных ЗСБ была включена программа вычисления величины СИ ЭНН {плэктрсмвгнатного "яума"). вторая выделялась из суммарного наблюденного поля путем вычита-нил из пего осредненного (свободного от помеї) сигнала становления

поля. Иными словами, "помеха" оценивалась не з метрике Ьг, а а метрике її. Для каждой точки наблюдения каждого профиля бычзсля-лэсь величина среднего модуля "помехи" - СМ ЗМИ.

Анализ условий проведения полевых работ и зсгмскных помех экзогенного происхождения показал, что последние ве окаэкваят влияния на характер кривых CM SWK. Поэтому бил сделан зывод, что поведение кривых непосредственно связано о эндогенными источниками ЗМІЇ.

Результати ресеная обратной задачи для аномальней части графи-ков CM SMK по профилям дали следукпие оценки источников эмиссия электрсмагнигнего поля :

1). Профіль Л1 : интенсивность - ёСмкЗ меесдолскяенле верхней кремга вертикальной полосы - 10м, нижней кромки - 150м. 2). Профіль Л2 : интенсивность - 20СмхВ местоположение верхней кромки вертикальней полосы - 1м, innsefl - ЭССм.

Результаты вкполкеннх работ сводятся к следушеыу.

1. Определена концепция электромагнитного мониторинга современных геедянамическах процессов. Сформулированы цели я обоенсвапа постановка задач электромагнитного мониторинга. Определены объекта исследования при активном и пассивном мониторинге.

2. В основе методов активного мониторинга леаат представления, что современные геодинбмичесхие процессы отражаются в макроскопических электрофизических параметрах горных пород. Для вияснення характера проявления геодинамячеклх процессов проведено далькейгее совершенствование метода осреднения зависимости электропроводности от пространственных координат о цель» проведения мэтематгпе'сксго моделирования структурно-текстурной перестройки горной породы.

3- Проведено метематяческое моделирование некоторых геодинами-ческиз процессов. Показано, что они отраяаются в тензоре макро-анизотропии электропроводности. Выяснен характер проявления необратимых де^срмациЗ горной порода з электрофизических параметрах.

4. Установлено, что тензор макреанжзотреггаз служат информационным параметром струкуряо-текстуряоЯ перестройки горной породы. Тензор макреанизотреппи сопротивления является конкретным объектом исследования при активном электромагнитном мониторинге. Разработка систем наблюдения, регистрации л решения обратят задач активного

мснпторинга должно проводится с цель» получения информации об гккзотропниі характеристиках геологической среды. С этой целью впервые получены соотношения енергетического типа для всех компонент электромагнитного поля в сомещенных установках, показывающее характер связи компонент электромагнитного поля и неоднород-ностей геоэлектрического разреза. Проведен анализ полученных уравнений с целые построения система наблюдения активного электромагнитного мониторинга в совмещенном варианте.

5. Предложена система наблюдения активного электромагнитного мониторинга в совмещенном варианте, основанная на врацаыдемся электромагнитном поле. Сочетание вращающегося поля и многокомпонентной регистрации позволяет эффективно и в полном объеме проводить слежение за изменениями анизотропных электрических параметров геологической среды.

6. Проанализирован характер изменения сигнала ЭМУ! во времени, сформулированы его математические своіїстза. Построена математическая модель эмиссии электромагнитного поля,что позволило впервые сформулировать прямую п обратную задачи пассивного электромагнитного мониторинга. На основе построенной математической модели установлено, что средний модуль любой компоненты ЭМ'/ зависит только ст пространственного распределения электропроводности к геометрического расхождения электромагнитного ноля. Линейное дифференциальное уравнение (уравнение Пуассона) относительно среднего модуля 3!Л' и полученные граничные условия псзволяит ресать пряму» и, обратную зздзчп пассивного электромагнитного мониторинга.

7. Zsrs. модели двухслойно?, среди, в которс?. распределим точечное п: т о чогп ;;., рогела прямая задача пассивного электромагнитного мо-ппоерпнгг.. '-деленные расчеты использовались в дальнейший пру. г:ггнсл::гельлс« експерименте для решения обратной задачи.-

S. Ре-сна обратная задача для дзухоясГиой модели среды - спрйде-- ми пнтепсиянссть источника и его ыеетопедогопие в пространства. Г.-кьзьпс. что алгоритм основанный кз теореме Пдансередя-Парсеваля дз-т удовлетворительную оценку параметров источников.

9. Б работе обоснована возможность обобденпя результата р-ргрния о'ратнел задачи w- ~" ''-"^льнув п-сло2ную модель геологической

10. Рассмотрены основные хгрішпяіи построения система наглндекпя ори- пассивном влектрсмэгнлтном мониторинге к конструирование датчиков ЭМИ. Определена схема аппаратурной регистрации сигналов эмиссии электромагнитного ПОЛЯ.

11. На основе выгголнс-ных исследованиях разработаны теоретические я методические осноеы пассивного электромагнитного мокаторшга. Опробование способа преобразования сигнала ЯМ, выподненсе на ТепловсяеЗ площади, в слоаяспостроеных геологических условиях Бузулукской впадина, показало 'возможность получения информация сб активных зонах современных геодинамаческнх процессов.

Така* сбраьсм, защищаются еледуюете каупше положения :

1. Методика осреднения градиентных и граднентпо-анизотрспящ. моделей локальної электропроводности, позЕолякаая оценивать влияние структурно-текстурной перестройки! горней породы на ЭфреКТЛВ-ные электрические параметры.

2. Методика анализа чувствительности и.информативности ксмпонент электромагнитного поля в совмещенных установках к кесднородностям геологического разреза, позволякщая определить дрлвтсган построения системы наблюдения активного электромагнитного мониторинга.

3. Математическая модель эмиссии электромагнитного поля. Принципи реаения обратной задачи и построения систем наблюдения при пассивном электромагнитном мониторинге.