Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Электромагнитное зондирование полем источника с вертикальным магнитным моментом в широком диапазоне частот

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Электромагнитное зондирование полем источника с вертикальным магнитным моментом в широком диапазоне частот"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ РГб ^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТКТ

На правах рукописи

БАЛЕЯИН АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

ЭЛШРОМАГНИТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОЛЕМ ИСТОЧНИКА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ МОМЕНТОМ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ.

Специальность 04.00.12 - "Геофизические методы '-поисков я разведки месторождений полезных ископаемнх"

АВТОШЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук.

Санкт-Петербург 1994 г.

Работа выполнена на кафедре геофизики геологического факультета Санкт-Петербургского университета, г. Санкт-Петербург.

Научный руководитель - доктор геолого-ыинералогических наук.

профессор А.В.Вешев. Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук, профессор А.С.Нахабцев, заведующий . отделом геолого-геофизических технологий ВИРГ;

доктор геолого-минералогических наук М.А.Холмянский, заведуиций отделом ВНИИ "Океангеология".

Защита состоится " 1994 г. в -/^"часов на заседании

Специализированного совета Д.063.57.18 по заште диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургской университете по адресу 199038, г. Санкт-Петербург. Университетская наб. 7/9, геологический факультет.

Отзывы в одном экземпляре просим направлять по адресу 199038, г. Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9, геологический факультет, Ученому секретарю.

С диссертацией мокно ознакомиться в научной библиотеке им. М.Горького Санкт-Петербургского университета. Автореферат разослан 1994 г.

Учений секретарь Специализированного совета

В.А.Шашканов

ООЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАбОТН.

Актуальность теш. Дистанционные электромагнитные зондирования (ЭМЗ) гармоническими полями источников в виде незаземленной петли широко используются в практике геофизических работ при решении 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 геолого-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 приближении 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;

- рассчитана 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 проницаемости.

Разработанные процедуры представления результатов в виде соответствующих аффективных параметров корректно учитывают размеры источника низкочастотного квазистационарного поля, в сильной степени

ослабляют их 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 ЭШ 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 пешатитовые 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 теш и договора о научно-техническом сотрудничестве. Указанные палетки использовались В ОМАМГИ ВНИИ "ОКЕАНГЕОЛОГИЯ".

Алпрооация работы. Результаты работы обсуждались на Межвузовской конференции молодых ученых (Ленинград, ЛГУ, 1988 г.), на конференции молодых ученых в НПО "Рудгеофизика" (Ленинград, 1983 г.), на Всесоюзных научно-технических семинарах "Индукционная электро-разведка-84" и "Индукционная электроразведка-89" (п. Славскоэ, 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 благодарность 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. ШИЗК И.А.Жуковой, доц. кафедры полезных ископаемых

A.С.Воинову, сотрудникам лаборатории "Электрических свойств горных пород и руд" П.М.Косткину. О.Н.Ладатко, Т.Я.Поляковой,

B.М.Данилову, М.И.Пертелю, П.М.Парфентьеву, В.И.Белякову, Т.Д.Гладкому, кандидатам геол.-мин. наук О.М.Морозовой и В.Г.Иючкину 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Диссертация содержит 179 страниц машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, иллюстрирована 60 рисунками. Библиогра-Зический список - 81 наименование. В диссертации рассматриваются дистанционные электромагнитные зондирования с незаземленными источниками электромагнитного поля с регистрацией отношений модулей составляющих поля, отношений полуосей и углов наклона большой оси эллипса поляризации магнитного поля применительно к решению задач исследования строения геоэлектрического разреза на небольшую глубину.

Во введении кратко рассмотрена история развития и современное состояние изученности проблематики диссертации, обоснована актуальность проведенных исследований, их научнэя новизна и значимость, определены задачи работы.

Электромагнитные зондирования с незаземленными источниками гармонического поля имеют длительную историю развития. Результаты фундаментальных исследований В.А.Фока и В.Р.Бурсиана в области применения электромагнитных полей в электроразведке явились основанием теории метода, первые основы которой были заложены в трудах Д.С.Шермана, И.Г.Михайлова в начале 30-х годов. Реализация электромагнитных зондирований как метода изучения строения массивов

горных пород впервые осуществлена А.П.Краевым в 1941 г. В дальнейшем в развитие теории и практики ЭМЗ большой вклад внесли Г.В.Астраханцев, А.В.Вешев, Л.Б.Гасаненко, А.И.Заборовский, Е.Ф.Любцева, В.М.Леончиков, Г.В.Молочнов, М.В.Радионов, Б.С.Светов, Л.А.Табаровский, В.С.Титлинсп и ряд других российских и зарубежных геофизиков.

Теория ЭМЗ разработана при двух допущениях. Первое состоит в том, что источником поля является вертикальный магнитный диполь, второе предполагает низкочастотный квазистационарный характер поля. В практике дистанционных ЭМЗ, однако, оба условия часто не выполняются и, более того, обычно игнорируются. Первое условие нарушается, когда минимальные разносы установки составляют доли-единицы мощности первого слоя и оказываются, следовательно, сравнимыми с размерами рамочннх антенн. Нарушение второго условия обусловлено Йеобходимостью применения повышенных рабочих частот, до 1 МГц, при зондированиях разрезов небольшой мощности - в единицы-десятки метров. Причем, при высоком удельном сопротивлении горных пород электромагнитное поле оказывается не низкочастотным и не квазиствционар-ным, а в случае высокой э-ектропроводности горных пород оно мохет иметь низкочастотный, но неквазистационарный, на разносах 100 и более метров, характер.

Применение при обработке и интерпретации результатов ЭМЗ аппарата, разработанного в рамках теории зондирований низкочастотными квазистационарными полями вертикального магго-тного диполя, в указанных условиях становится некорректным и приводит к грубым ошибкам и противоречиям. Обработка таких зондирований должна проводиться с учетом конечных размеров источника поля, влияния токов смещения и неквазистационарности электромагнитного поля. В связи с этим, актуальными являются такие вопросы как определение области действия ранее созданной теории ЭМЗ низкочастотными квазистационарными полями вертикального магнитного диполя в условиях горизонтально-слоистых сред, создание специальной методики обработки и интерпретации ЭМЗ полями повышенных частот, определение целесообразности применения и принципиальных возможностей последних.

Глава 1 - "Основные положения теории метода" - включает три раздела. В первом разделе - "Выражения для составляющих электромагнитного поля нэ поверхности двух-, трех-, четырехслойной сред" -

приведены выражения для составляющих, магнитного и электрического чисел электромагнитного поля вертикального магнитного диполя и горизонтальной круглой петли на поверхности однородного полупространства, двух-, трех-, четырехслойных горизонтально-слоистых сред. В выражениях для магнитных и электрических чисел вертикального магнитного диполя первых трех случаев учитываются токи смещения и не-квазистационарность поля. Выражения для составляющих поля петли так же, как формулы для составляющих поля вертикального магнитного диполя над четырехслойной средой, приводятся для низкочастотного квазистационарного приближения. Приведенные формулы получены на основании результатов, опубликованных Л.Б.Гасаненко, А.В.Вешевым и Е.Ф.Любцевой.

Во втором разделе -"Геоэлектродинамические условия низкочастотных, среднечастотных, высокочастотных электромагнитных зондирований" - исследованы закономерности нормального поля вертикального магнитного диполя с целью установления геоэлектродинамических условий низко-, средне- и высокочастотных полей. Составляющие электромагнитного поля, как известно, зависят от численного расстояния кг, где г - расстояние меаду источником и точкой наблюдения, к - волновое число. Последнее в общем случае определяется частотой поля, проводимостью и диэлектрической проницаемостью полупространства или воздуха. С, точностью до четырех значащих цифр квадрат численного расстояния удобно представить в виде:

I

(kr)2= -2-(1.482-10"е)2■(fr)2-с + 2-1.98Т2- -— . (1)

p/r2f

где i - частота электромагнитного поля, Гц, г - выражено в км, р - удельное сопротивление, Ом-м, е - относительная диэлектрическая проницаемость, i - мнимая единица.

Характер электромагнитного поля определяется соотношением величин ir, е и p/raf. В случаях низкочастотного квазистацио.чарного и высокочастотного полей преобладают, соответственно, второе, либо первое слагаемое в (1). Среднечастотному полю соответствуют одно-порядковые величины указанных слагаемых. Низкочастотное некв&зи-стационарное поле имеет место при достаточно больших величинах 1г, но малых отношениях токов смещения к токам проводимости -

а = 5.56-Ю-11•(1г)2-р/г2Г-е.

Геоэлектроданамические условия низкочастотных (квази- и неква-зистационарных), средне- и высокочастотных полей установлены на основании расчетов различных характеристик и составляющих нормального поля вертикального магнитного диполя. Для фиксированных величин е они представлены в виде зависимостей граничных значений Гг и р/тг1, при которых для низкочастотного поля рассматриваемая характеристика отличается на 5% от своего низкочастотного квазистационарного приближения (при е=0), а для высокочастотного - от своего асимптотического значения при больших р/ггХ. Соответственно, под областью низкочастотного квазистационарного поля понимается такая область параметров р/г21 и 1г при заданном е, в которой рассматриваемая характеристика поля отличается не более, чем на 5% от своего низкочастотного квазистационарного приближения. При этом, нарушение квазистационарности происходит, если 1г > 30-40 кГц-км. Аналогично определяется область высокочастотного поля. Среднечастотная область занимает промежуточное положение.

В третьем разделе - "Эффективные параметры поля" - рассматриваются методы определения эффективных параметров низко-, средне- и высокочастотного полей вертикального магнитного диполя и низкочастотного поля круглой петли. Эффективное сопротивление низкочастотного поля определяется по отношениям модулей вертикальной составляющей магнитного поля к радиальной (|Н2|/|Н |) или по отношениям полуосей эллипса поляризации магнитного поля М/ш. При этом, для диполя используются зависимости соответствующих характеристик от р/г2Г, а в случае петли - аналогичные зависимости р/а2! для фиксированных разносов г/а, где а - радиус петли.

В высокочастотной области электромагнитное поле практически не зависит от изменения электропроводности среды, поэтому определяется только эффективная диэлектрическая проницаемость - на основании зависимостей |Н2|/|Нг| от с однородного полупространства (принципиально возможно использование |Нг| и угла наклона большой оси эллипса поляризации <р к горизонту).

Составляющие и другие характеристики средвечастотного поля зависят от диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления среды, следовательно эффективная диэлектрическая проницаемость и эффективное сопротивление' могут определяться только на основании

двух независимых характеристик поля. При применении аппаратуры типа ДЭМП целесообразно использовать две пары характеристик: в интервале fr менее 10-15 кГц-км - |Hz|/jHr|, M/m, в интервале 1г от 5 до 80 -85 кГц-км - |Нг|/|Нг|, V» Указанный верхний предел ir соответствует четверти длины волны в воздухе. Эффективные параметры среднечас-тотного поля определяются из решения систем вида:

Решение систем осуществляется на основе номограмм, рассчитанных для рабочих частот и разносов установки. Указанный способ является развитием иДеи, высказанной А.В.Вешевым и В.Г.Ивочкиным в 1971 г.

Во второй главе - "Дистанционные зондирования низкочастотными электромагнитными полями"- рассматриваются некоторые особенности изменения кривых эффективного сопротивления ЭМЗ с петлей и вертикальным магнитным диполем над двух-, трех- и четырехслойными средами, определяются условия влияния размеров источника поля на кривые эффективного сопротивления, устанавливаются условия применения теории электромагнитных зондирований низкочастотным квазистационарным полем. На основании расчетов электромагнитных полей показано, что над горизонтально-слоистыми средами теория ЭМЗ низкочастотным квазистационарным полем может использоваться при величинах 1г не более 30 кГц-км (условие квазистационарности) и при отношениях плотностей токов смещения к плотностям токов проводимости в слоях не более 1/8 - 1/4. При нарушении последнего условия, но при минимальном а1 (|-номер слоя), не превосходящем 1/8, электромагнитное поле будет низкочастотным в ограниченном интервале разносов. Их максимальные значения для заданной рабочей частоты 1 устанавливаются с дос-

|Hz|/(Hpi = 5 (р/гаг, с»: M/m = м (р/г2i, с);

(2)

(2а)

ip = р (p/r2i, с); Гг = const « M, 80-85 кГц-км].

таточной для практики точностью на основании зависимостей граничных значений Гг и р/г21 для области низкочастотного поля над однородным полупространством.

Определены условия, при которых источник конечных размеров мог бы рассматривался как вертикальный магнитный диполь. Над горизонтально-слоистыми разрезами разность между соответствующими составлявши или эффективными параметрами полей горизонтальной круглой петли и вертикального магнитного диполя зависит от соотношения размеров источника и мощности первого слоя, от разноса установки в до-'лях радиуса петли, а также имеет место сильная зависимость от степени вертикальной неоднородности геоэлектрического разреза и уровня ее влияния на эффективные параметры поля. В случае сильно выраженной неоднородности разреза различия в величинах эффективных сопротивлений полей петли рЬ и вертикального магнитного диполя р~ достигают десятков процентов. При этом оказывается, что влияние источника на составляющие поля в. 1.5-2 раза больше, чем на эффективные параметры, т.е. процедура определения рЬ в значительной мере подавляет влияние размеров петли и, тем самым, позволяет существенно расширить область применения теории ЭМЗ с диполем. С точки зрения эквивалентности эффективных параметров полей петли и диполя р~ влияние источника поля над горизонтально-слоистыми средами пренебрежимо мало, если радиус петли не превосходит 1-2 мощностей перво--го слоя, им также можно пренебречь при любых размерах петли, если удельное сопротивление слоев в разрезе различается не более, чем в 2-3 раза. В указанных условиях при интерпретации кривых р~ теория ЭМЗ с вертикальным магнитным диполем применима без ограничений. В других случаях ее использование возможно только в области эквивалентности эффективных параметров рЬ и р~ петли и диполя, граница которой над двуслойными разрезами и трехслойными типа К и А располагается на расстоянии, равном 4 радиусам петли, а над разрезами типа Н и 0 - б радиусам. Кроме того, над двуслойными разрезами с повышенным удельным сопротивлением основания и трехслойными типа Н область эквивалентности распадается на две подобласти, разделенные зоной интерференционного минимума на кривых эффективного сопротивления [5].

В третьей главе - "Дистанционные электромагнитные зондирования среднечастотными и высокочастотными полями" - разработаны тео-

ретические основы среднечастотных и высокочастотных ЭМЗ. Первые ос-' нованы на измерении указанных в (2) и (2а) характеристик поля с последующим представлением результатов наблюдений в виде эффективного сопротивления р~н? и эффективной диэлектрической проницаемости ейнт. Вторые основываются на измерении отношений |Нг|/|Нг| в интервале Гг от 1 до 60 кГц-км и представлении результатов наблюдений в виде кривых эффективной дипектрической проницаемости.

В рассматриваемой главе исследованы особенности кривых эффективных параметров среднечастотного поля над двуслойными и трехслойными геоэлектрическими разрезами различных типов. На основании анализа теоретических кривых рйн* и ей"' изучены вопросы, связанные с обработкой и интерпретацией среднечастотных ЭМЗ, определены их принципиальные возможности при изучении строения геоэлектрических разрезов, удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости горных пород в естественном залегании.

На основании численных расчетов электромагнитных полей над слоистым?' разрезами установлена природа искажений кривых эффективного сопротивления, возникающих в практике низкочастотных ЭМЗ при нарушении геоэлектродинамических условий низкочастотного квазистационарного поля. Показано, что причиной этих искажений, достигающих десятков-сотен % и часто приводящих к инверсии типа кривых эффективного сопротивления, является некорректное применение процедуры определения эффективного сопротивления низкочастотного поля в условиях существенного влияния токов смещения на измеряемые характеристики поля..

Использование процедуры (2)-(2а) для определения эффективных параметров среднечастотного поля позволяет разделить информацию об удельном сопротивлении и диэлектрической проницаемости геоэлектрического разреза и получить кривые эффективной диэлектрической проницаемости и эффективного сопротивления, адекватные строению геоэлектрического разреза. При этом, кривые эффективного сопротивления либо совпадают, либо имеют небольшие количественные различия с соответствующими зависимостями р~ для низкочастотного квазистационарного приближения поля. Зависимости эффективной диэлектрической проницаемости отражают строение геоэлектрического разреза по диэлектрической проницаемости, причем границы неоднородности разреза по удельному сопротивлению оказываются как-бы "прозрачными". Над

однородными по диэлектрической проницаемости средами, при выполнении условий среднечастотного поля, величины эффективной диэлектрической проницаемости совпадают с диэлектрческой проницаемостью, а над неоднородными - отражают изменение диэлектрической проницаемости в разрезе и на асимптотах совпадают с диэлектричзской проницаемостью соответствующего слоя.

Интерпретация среднечастотных ЭМЗ принципиально может проводиться несколькими способами. В случае слабой дифференцированности геоэлектрического разреза по диэлектрической проницаемости возможно использование палеток для низкочастотных дистанционных ЭМЗ; при сильной неоднородности разреза по диэлектрической проницаемости (е слоев различаются в 5 и более раз) интерпретацию кривых рЯнт необходимо проводить по специальным палеткам. Третий способ основызает-ся на одновременном использовании кривых рйнт, ей'"', рь и р*. Последние два параметра являются вспомогательными, они вычисляются на основании процедуры определения эффективного сопротивления низкочастотного квазистационарного поля и характеризуют влияние токов смещения на отношение |Н2|/|Нр| и полуосей М/ш. Указанный способ наиболее универсален и устойчив к погрешностям отдельных измерений. Величины диэлектрической проницаемости в первом случае оцениваются непосредственно по кривым с~нт, в третьем и втором - по палетке.

Высокочастотные зондирования принципиально позволяют получить информацию только о диэлектрической проницаемости разреза прямо но кривым эффективной диэлектрической проницаемости, причем из анализа теоретических кривых эффективной диэлектрической проницаемости следует, что достоверность таких оценок целиком зависит от соблюдения условий низкочастотного поля для измеряемой характеристики или компоненты. При нарушении этих условий отличия аффективной диэлектрической проницаемости от диэлектрической проницаемости разреза достигают десятков %.

В четвертой главе - "Примеры применения электромагнитных зон-дарований"- рассматриваются результаты использования дистанционных ЭМЗ низкочастотными полями на участке Мыс Нордвик (море Лаптевых), среднечастотными и высокочастотными полями в Карелии и в Якутии.

Результаты зондирований с поверхности льда на участке М. Нор-

двик*' свидетельствуют, что дистанционные ЭМЭ имеют .очевидные технические преимущества перед ЮЗ и могут успешно применяться в районах прибрежного шельфа северных морей России при изучении геологического строения дна моря до глубин 30-50 м под слоем воды до 5-8 м. Опыт интерпретации кривых эффективного . сопротивления подтверждает целесообразность использования четырехслойных палеток. Наличие минимума на кривых типа НА оказывается сильным стабилизирующим фактором, благодаря которому становится возможным надежное определение параметров геоэлектрического разреза по ограниченным отрезкам кривых р~. не содержащим ни верхних, ни нижних асимптот. Соответственно, использование палеток четырехслойных кривых еффек-тивного сопротивления, рассчитанных для геоэлектрических условий шельфа, создает предпосылки упрощения полевых измерений. Их- можно проводить на относительно небольших отрезках разносов - от 8 до 200 м. Представленные примеры свидетельствуют о высокой эффективности применения ЭМЗ для опережающего изучения рельефа кровли ■ коренных пород при поисках россыпных месторождений.

Среднечастотные электромагнитные зондирования проводились с целью отработки методики и техники измерений, а также определения их принципиальных возможностей в разных геоэлектрических условиях.

В Якутии задача электромагнитных зондирований состояла в изучении строения геокриологического, разреза и определении современного состояния таликовой зоны. Участок работ располагался в .долине р.Эльги в окрестностях прииска Маршальский (Оймяконский район). Геоэлектрический разрез характеризовался небольшой мощностью' первого слоя (слой сезонной оттайки мощностью 1 - 1.5 м) и высоким удельным сопротивлением мерзлых горных пород - до 50-200 тыс. Ом-м, по данным ВЭЗ. Мощность последних составляла около 30 м. Зондирования проводились на частотах 1280, 640, 160, 80, 40 кГц.

В результате проведении работ установлено, ч"го таликовая ¿зона обезвожена. Результаты ЭМЗ подтверждаются данными ВЭЗ и_'бурения. Они также иллюстрируют ограниченность теории ЭМЗ низкочастотными полями и демонстрируют характер искажений кривых эффективного сопротивления, обусловленных влиянием токрв смещения. Опыт зондарова-

*' Исследования по денному- вопросу проводились совместно с И.М.Беляковой (ВНИИ "Океангеология") в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве.

ний подтвердил теоретические выводы о целесообразности сочетания средкечастотных и низкочастотных дистанционных ЭМЗ при изучении геокриологических разрезов с малой мощностью первого слоя и высоким удельным сопротивлением горных пород. Это позволяет при измерениях на малых разносах исключить влияние токов смещения на результаты ЭМЗ и получить полноценные кривые эффективного сопротивления, которые затем могут интерпретироваться по палеткам низкочастотных ЭМЗ.

В Карелии полевые работы проводились в Лоухском районе на территории Северного участка месторождения мусковитовых пепиатитоз Малиновая варака. Участок работ сложен гранат-биотитовыми, дистен-гранат-биотитовыми гнейсами архейского возраста, характеризующимися высокими значениями удельного сопротивления - до 10 тыс. Ом-м, согласно ВЭЗ. Задача полевых работ состояла в определении рационального комплекса методов электроразведки для поисков пегматитов на перспективных участках.

Среднечастотные зондирования проводились на частоте 1280 кГц совместно с низкочастотными на частотах 40, 80, 160 кГц, вертикальными электрическими зондированиями, радиоэлектромагнитным профилированием и срединным градиентом. В процессе экспериментальных исследований усовершенствована методика полевых поверок аппаратуры и техника измерений среднечастотннх ЭМЗ, что обеспечило возможность проведения измерений, начиная с разносов 3-4 м.

Электромагнитные зондирования среднечастотными и низкочастотными полями позволили получить информацию о нормальном геоэлектрическом разрезе участка. Установлено, что диэлектрическая проницаемость гранат-биотитовых гнейсов в естественном залегании изменяется от Н до 14-16 единиц, диэлектрическая проницаемость дистен-гранат-биотитовых гнейсов продуктивной толщи достигает 20 единиц. Электропроводность горных пород определяется их влажностью и изменяется от 8-10 тис. Ом-м до тысячи Омметров. Результаты ЭМЗ согласуются с данными ВЭЗ и лабораторных исследований М.И.Голода - в отношении диэлектрической проницаемости. Полученные результаты подтверждают практическую значимость среднечвстотных ЭМЗ при изучении строения геоэлектрических разрезов нэ небольшую глубину, до 10-15 м. Они не противоречат теоретическим представлениям, тем самым, аппробируют положения теории среднечастотных ЭМЗ.

Пегматиты, являющиеся предметом поисков, и вмещающие породы

слабо различаются по электропроводности, поэтому применение методов, основанных на изучении удельного сопротивления бесперспективно, Положительные перспективы имеют методы, позволяющие изучать диэлектрическую проницаемость горных пород, поскольку пегматитовые тела сопровождаются зонами вторично измененных пород, обладащих повышенной величиной диэлектрической проницаемости. На примере профилирования и зондирования средкечастотным полем показано, что пегматитовые тела, сопровождающиеся зонами вторичноизмененных пород, выделяются аномалиями повышенной эффективной диэлектрической проницаемости. При этом обнаружено, что по величине диэлектрической проницаемости можно различать пегматиты и аплиты, которые имеют сходные поисковые признаки и практически не различаются по электропроводности. Опыт проведенных работ показал, что применение средне-частотного электромагнитного зондирования и профилирования при поисках пешатитовых кил, залегающих на глубине до 10-20 м, наиболее оправдано в сочетании с радиоэлектромагнитным профилированием.

В заключении подведены итоги исследований и приведены защищаемые положения.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Принципиально следует различать три модификации электромагнитных зондирований с незаземленными источниками поля: зондирования низкочастотным квазистационарным полем с определением эффективного сопротивления, среднечастотные - с определением эффективного сопротивления и эффективной диэлектрической проницаемости и высокочастотные - с определением эффективной диэлектрической проницаемости.

2. Дистанционные электромагнитные зондирования могут проводиться с источником в виде вертикального магнитного диполя и горизонтальной круглой петли. При этом, над слабо неоднородными разрезами эффективные сопротивления полей петли и диполя совпадают практически во всем интервале разносов, а над сильно неоднородными - начиная с разносов в 4-6 радиусов петли. В области эквивалентности эффективных параметров полей петли и диполя интерпретация может выполняться на основании палеток для ЭМЗ с вертикальным магнитным диполем.

3. Дистанционные электромагнитные зондирования низкочастотным полем имеют значительные преимущества перед методом ВЭЗ при изуче-

нии геоэлектрических разрезов прибрежного шельфа со льда. Благоприятными для применения ЭМЗ являются следующие условия: глубина моря до 5-8 м, мощность донных отложения до 30-40 м.

Среднечастотные и высокочастотные электромагнитные зондирования и профилирования целесообразно применять при изучении и поисках геологических объектов, выделяющихся по диэлектрической проницаемости, таких как неглубоко залегающие пегматитовые жилн в Карелии, зоны повышенной обводненности в многолетнемерзлых породах в Якутии.

Результаты исследований опубликованы в следующих статьях:

1. Баделин A.B., Белякова И.М. Возможности метода электромагнитных зондирований с вертикальным магнитным диполем в условиях прибрежного шельфа северных морей. // Геофизические методы изучения шельфа и континентального склона. - Л.: Ш0 "Севморгеалогия", 1990. - С. 115-129.

2. Баделин A.B., Вешев A.B. Электромагнитное зондирование и профилирование с вертикальным магнитным диполем с использованием электромагнитных полей повышенных частот. // Вестник Ленинградского университета. - Л.: 1989. - Деп. ВИНИТИ 10.04.90, Н 1969-В90.

3. Белякова И.М., Баделин A.B. Влияние водного слоя на результаты электромагнитных зондирований с прибрежного льда мелководной части арктического шельфа. // Геофизические методы изучения шельфа и континентального склона. - Л.: НПО "Севморгеология", 1990. -С. 107- 114.

4. ВешевА.В., Баделин A.B. Электромагнитное поле вертикального магнитного диполя и горизонтальной круглой петли над четы-рехслойной средой. //Вестник Ленинградского университета. - Л.: 1989. - Деп. ВИНИТИ 31.05.84, Н 3552-84.

5. ВешевА.В., Баделин A.B. Об эквивалентности электромагнитного поля горизонтальной круглой петли и вертикального магнитного диполя над двух- и трехслойными средами. // Изв. АН СССР, Физика Земли, 1985, N9. - С. 96-102.

6. Вешев A.B., Баделин A.B. Кривые р~ ЭМЗ с вертикальным магнитным диполем и горизонтальной круглой петлей над четырехслойяой средой. // Геофизические методы поисков руда, и нерудн. месторождений. - Свердловск: Свердловский горный ин-т, 1985. - С. 51-5Т.

7. Интерпретация результатов электромагнитных зондирований с

вертикальным магнитным диполем при использовании электромагнитных полей повышенных частот. / А.В.Вешев, А.В.Баделин,' В.И.Беляков, П.М.Косткин. // Электромагнитная индукция в верхней части Земной коры. - М.: 1990. - С. 95.

8. Электромагнитные зондирования с незаземленнши источниками. / А.В.Вешев, А.В.Баделин, В.И.Беляков, С.В.Короткевич. // Индукционные исследования верхней ча~тн Земной коры. - М.: ИЗМИРАН, 1985. -.С. 80-81.