Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Изучение сравнительных возможностей методов постоянного тока и становления поля при поисках подземных вод

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

Автореферат диссертации по теме "Изучение сравнительных возможностей методов постоянного тока и становления поля при поисках подземных вод"

р ~ о 0

1 Ордена Ленина институт Физики Земли

2 / и -Л ..... им. О.Ю.Шмидта

Институт геоэлектромагнитных исследований (ИГЭМИ ОИФЗ РАН)

На правах рукописи удк 550.837.3

Эль Саед'Ахмед Ал Саэд ?агаб Изучение сравнительных еозг,"о;:снсстей

МЕТОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА И СТАНОВЛЕНИЯ ПОЛЯ ПРИ ПОИСКАХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (НА ПРИМЕРЕ ДЕЛЬТЫ НИЛА В ЕШПТЕ)

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы

поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Ордена Ленина институте Физики Земли им.О.Ю.Шмидта (ИГЭМИ ОИФЗ РАН)

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор Б.С.Светов (ИГЭМИ ОИФЗ РАН);

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор Ю.В.Якубовский (МГГА).

кандидат геолого-минералогических наук А.А.Рыжов (ВСЕГИНГЕО)

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ кафедра геофизики Геологического факультета МГУ

Защита диссертации состоится 14 декабря 1995 г. в 15 часов на заседании Диссертационного Совета (Д.063.55.03) при Московской Государственной Геолого-разведочной Академии по адресу: 117485, ГСП-7, Москва, ул.Волгина,9, МГГА, Геофизический факультет, аудитория 6-38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГА.

Автореферат разослан "_" ноября 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, профессор

Ю.И.Блох

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы, представленной в качестве диссертационной, определяется тем, что поиски подземных зод представляют для Египта жизненно важную задачу. Трименяемый для этой цели метод сопротивлений имеет эпределенные геофизические ограничения, а в ряде случаев становится экономически неэффективным. Дополнение его ^следованиями по методу становления поля будет способствовать повышению эффективности геолого-поисковых работ.

Цель работы. Основная цель работы - определить наиболее подходящий электроразведочный метод или комплекс У1Я поисков водоносных горизонтов в южной части Дельты Нила в Египте и разработать методику интерпретации данных, получаемых этим комплексом.

Задачи исследований. Для достижения указанной цели эыло необходимо решить следующие задачи:

1. Собрать и изучить имеющиеся сведения о геологичес-сом и гидрогеологическом положении водоносных горизонтов, IX литологическом составе и глубинах.

2. Проинтерпретировать проведенные в районе исследо-зания вертикальные электрические зондирования.

3. Провести в Египте экспериментальные работы методом зондирования становлением поля (ЗС) на ряде профилей, совмещенных с профилями ВЭЗ и дать интерпретацию юлученных данных.

4. Сопоставить результаты интерпретации электрических 1 электромагнитных зондирований друг с другом, с данными Зурения и геологическими сведениями для определения наиболее эффективной методики электроразведочных работ для чсследования подземных вод.

Научная новизна.

1. Впервые при участии автора на территории Дельты 5ыли выполнены зондирования становлением поля, показавшие перспективы этого метода при изучении условий залегания юдземных вод и прослеживании водоносных и водоупорных -оризонтов.

2. Применительно к типичным исследуемым разрезам на эснове математического моделирования выяснены сравнительная глубинность и разрешающая способность зондирований становлением поля и ВЭЗ.

Практическая значимость.

1. Даны рекомендации по совершенствованию методик! ВЭЗ и его комплексированию с методом становления пол пои поисках подземных вод.

2. Детально" изучены результаты электрических зондиро ваний (около 100 ВЭЗ) на площади исследований и выявлен! особенности строения территории, перспективные для обнару жения подземных вод.

3. Показана перспективность применения метода ЗС дл поисков подземных вод в условиях Египта и определен! основные черты методики полевых работ и интерпретаци получаемых данных.

Личный вклад автора.

Работа является обобщением электроразведочных 1 геологических исследований, выполнявшихся с 1985 по 199 г. на территории южной части Дельты Нила в Египте. Вс результаты получены автором лично, либо при непосредствен ном участии во всех этапах проведения полевых исследований обработки и интерпретации результатов.

Апробация работы:

Основные результаты работы и ее отдельные положени докладывались на конференциях в Египте и семинарах в ИФС

Публикации: По результатам выполненных исследовани автором опубликованы 3 работы.

Структура работы. Диссертация состоит из 3 основны разделов в которых последовательно рассматриваются геологу ческие особенности района исследований, методы вертикаль ных электрических зондирований и становления поля результаты электроразведки в Египте. В заключение приводят ся основные защищаемые положения.

При выполнении исследований и подготовке диссертацу онной работы автор пользовался неизменной поддержко* помощью и советами своего научного руководителя проф Б.С.Светова, а также ВАШевнина, П.О.Барсукова, Э.Б.Файь берга.

Глава 1. Геолого-геофизическая характерно

тика района исследований.

В первой главе рассмотрены особенности геологическог строения района исследований, расположенного в южной част Дельты Нила к северо-западу от Каира. Он заключен меж£

Рис.1. Положение района исследований

двумя рукавами Нила: Дамиеттой на востоке и Розеттой на западе и заходит частично в Восточную и Западную пустыни Египта (рис.1). В Египте большие площади заняты пустынями и полупустынями. На таких территориях главным, а часто и единственным источником водоснабжения

являются подземные воды. Для орошения необходимы значительные и постоянные ресурсы воды. Необходимо сказать, что резервуар подземных вод, залегающий в дельте Нила является одним из самых больших в мире и в ближайшем будущем, как предполагают, будет играть важную роль в экономике Египта. Фактически только одних поверхностных вод Нила становится недостаточно.

Район Дельты Нила и ее обрамление были предметом геологических исследований в течение длительного времени (с 1925 г. по настоящее время). Район исследований находится на территории дельтовой равнины и охватывает большую часть пригодных для земледелия земель в Дельте Нила. В целом район исследований плоский и перекрыт современными и четвертичными осадками, которые состоят из глины, ила и зыхлого тонкозернистого песка голоценового возраста мощностью около 20 м.

Глубокое бурение в Дельте Нила выявило мощную толщу этложений осадочного чехла. Мощность пород от юрского зозраста до голоцена в южной части Дельты Нила достигает 3214 м в скважине Shibin El-Kom. По данным гравиметрии, мощность осадочного чехла изменяется от менее чем 2 км на ore до более 10 км на севере.

С точки зрения настоящей работы, наибольший интерес представляют породы кайнозоя, а из последних породы плиоцена, плейстоцена и голоцена. Отложения плиоцена представлена нижней толщей морских отложений (ранний плиоцен) и верхней толщей флювиапьных осадков (поздний

плиоцен). Они разделяются на формации Abu Madi, Kafr El-Sheikh и El-Wastani. Разрез четвертичных отложений можно разделить на две части, нижняя часть разреза представлена главным образом песками и гравийными отложениями плейстоценового возраста. Эти осадки составляют наиболее важные водоносные горизонты в районе Дельты. Верхняя часть представлена дельтовыми глинистыми отложениями. Общая мощность четвертичных отложений изменяется от 75 м в скважине Wadi EI-Natrun-1 до 1004 м в скважине El-Wastani-1. Осадки плейстоцена образуют формации Mit Ghamr и лежащую выше формацию El-Wastani представленные средне- и грубозернистыми кварцевыми песками и гравием. Осадки голоцена слагают формацию Bilgas состоящую из песков и глин.

Гидрогеологическая характеристика района. Поверхностные воды представлены рекой Нил и протоками Розетта и Дамиетта, ирригационными каналами и их более мелкими ветвями и дренами. В районе исследований присутствуют ЗС главных оросительных и около 20 дренажных каналов.

Система подземных водоносных слоев района являете? частью огромного резервуара подземных вод, охватывающегс всю Дельту Нила. Наиболее важные гидрогеологические горизонты находятся в четвертичных отложениях. Интересующие нас гидрогеологические горизонты подразделяются на: а] слой возделываемых почв; Ь) верхний слой голоценовых глин (или перекрывающий водоупор); с) комплекс четвертичных v позднечетвертичных гравийно-песчаных отложений (основной водоносный горизонт); d) водоупорное основание плиоценовьо глин (подстилающий водоупор). Комплекс "с" образует главный горизонт грунтовых вод района, который рассматривается Kai полуограниченный {т.е. с утечкой) водоносный слой. Утечка i инфильтрация из поверхностных вод являются главнымь процессами, которые влияют на питание этого водоносной слоя. Подземная вода из этого водоносного горизонт« разгружается как естественным путем (в некоторых районах п< руслу Розетты, в западную пустыню; в Суэцкий канал, i Средиземное море), так и извлекается для орошения, н; питьевые нужды и для промышленных целей.

Поверхностные воды взаимодействуют с подземными, чт« выражается в повышении пьезометрического уровня вблиз! главных ирригационных каналов и Дамиетты. Таким 06pa30f эти каналы и Дамиетта действуют как области питани:

подземных вод, тогда как Розетта забирает подземные воды из основного водоносного горизонта.

Глава 2. Методы вертикальных электрических и электромагнитных зондирований при

поисках подземных вод. Метод ВЭЗ обладает рядом цостоинств, способствующих его широкому использованию в практике: это относительная простота полевых измерений, отработанность приемов интерпретации, достаточно простые соответствия формы кривой ВЭЗ распределению истинных сопротивлений в разрезе (по сравнению с электромагнитными зондированиями для горизонтально-слоистой среды). Простая з своей основе теория метода сопротивлений позволила отработать решения задач как для горизонтально-слоистых, так и неоднородных моделей, создать быстрые алгоритмы решения прямых и обратных задач. Возможность использования ВЭЗ для поисков подземных вод определяется связями /дельного электрического сопротивления (УЭС) горных пород з определяющими УЭС факторами: пористостью, влажностью, глинистостью и зернистостью осадков, минерализацией юровой влаги.

В работе рассмотрены приемы качественной и количественной интерпретации кривых ВЭЗ, приемы повышения устойчивости обратной задачи - и прежде всего использование априорной информации. К трудностям интерпретации относятся 1ринцип непроявления слоев и принцип эквивалентности. Для сужения пределов действия принципа эквивалентности рекомендуется шире использовать априорную информацию о эазрезе и проводить интерпретацию не каждой кривой по этдельности, а согласованную интерпретацию группы кривых, соответствующей одному разрезу. Действие принципа эквива-тентности уменьшается также при сочетании электрических и электромагнитных зондирований.

Интерпретация практических кривых ВЭЗ, полученных в Цельте Нила выполнялась с помощью двух программ: программы американского геофизика А.Зохди и программы 1Р1, эазработанной на кафедре геофизики МГУ. В. программе ^.Зохди модель разреза состоит из слоев, мощности которых зозрастают в геометрической прогрессии так, что на каждую декаду глубин приходится 6 слоев. Получаемое таким образом иногослойное решение подвержено сильному влиянию

принципа эквивалентности и макроанизотропии, что не позвс ляет его рассматривать как строго количественную интерпр< тацию ВЭЗ, а лишь как некую трансформацию, дающую npej ставление о характере изменения р с глубиной. Программа II использует метод подбора с числом слоев, заданным инте[ протатором. Основная концепция программы IPI - профильнг (групповая) интерпретация ВЭЗ, что позволяет получа-геоэлектрические разрезы наиболее полно отвечают^ геологическим требованиям и априорным данным (по критер! ям гладкости границ, устойчивости электрических свойст мощностей отдельных слоев, данным буровых скважин и т.д.

Экспериментальные кривые ВЭЗ нередко содержг искажения, вызванные горизонтальными неоднородности*/ разреза, особенно расположенными вблизи поверхности. Д; обнаружения искажений нужно знать признаки их проявлен!-на кривых ВЭЗ, перечисленные в работе. Различные признак искажений кривых, даже в самых спокойных геоэлектричес» условиях, обнаруживаются на более чем 70% кривых ВЭ! Интерпретация в рамках горизонтально-слоистой сред искаженных кривых ВЭЗ дает неверные результаты. Поэтом считая искажающие неоднородности неотъемлемым элементе изучаемой среды, нужно так изменить технологию ВЭЗ, чтоб минимизировать ущерб от искажений. Особую опаснос представляют приповерхностные неоднородности (ППН Искажения, вызванные ППН необходимо удалить перед инте| претацией. В работе на основе исследований, проведенных i кафедре геофизики МГУ приведена классификация искажени вызванных ППН и способы их выявления и удаления из npi фильных данных ВЭЗ (Это статистические алгоритмы: M Pi основанный на использовании метода главных компонент Median, основанный на приемах медианной полировки пр< фильных данных ВЭЗ, полученных по специальной методи! сплошных электрических зондирований (СЭЗ)).

Для оценки возможностей разных методов интерпретац1 автором было проведено сравнение работы программ Зох; и 1PI на серии теоретических кривых ВЭЗ. Расчеты теорет ческих кривых ВЭЗ для установки Шлюмберже были провед ны для 12 трехслойных моделей типа К с параметрами: pt= Ом.м; h,=10 м; р3=4 ом.м; рг=20;40;70; h2=10;20;50;100 i Интервал разносов АВ/2 от 1 до 1000 м. Оценивали1 погрешности для p2, h2, Т2 по каждой модели и затем

среднем (среднее квадратическое значение) для 12 моделей. В программе Zohdy заведомо многослойная модель обрабатывалась несколькими способами. Вручную на основе разных правил проводилось деление многослойной интерпретационной модели на три пачки и подсчитывались средние р и h по каждой пачке по трем способам: через суммарное значение S пачки, Т пачки и через S и Т совместно (по формулам Дар-Заррук). В первых двух способах для каждого слоя считались S| и Т, и строились графики S=f(z) и T=f(z). На этих графиках определялись точки излома и по их координатам определялись Р| и h, пачек. В третьем способе после определения точек излома, использовались формулы Дар-Заррук, учитывающие одновременно и S и Т. В четвертом способе, предложенном Zohdy, разделение на пачки проводилось по виду полученной многослойной модели p(z) [Zohdy, 1989] путем укрупнения слоев. По результатам этих исследований можно сделать заключение, что для данного типа модели наиболее точные оценки дает программа IPI и способ группирования по Т, соответствующий разрезу типа К.

В последние годы во многих странах начала применяться новая технология ВЭЗ, названная Р.Баркером (Бирмингемский /ниверситет, Англия) - Electrical Imaging, Х.Шимой (OYO Corp., Япония) - Resistivity Tomography, а на кафедре геофизики МГУ • сплошными электрическими зондированиями - СЭЗ. Подобные зондирования могут проводиться с традиционной однока-нальной аппаратурой, хотя наиболее эффективно применять специальную многоканальную аппаратуру, управляемую юлевым микропроцессором.

Для оценки возможностей этой методики проведено лоделирование профильных данных ВЭЗ для модели, соответствующей условиям Дельты Нила, осложненной приповер-;ностными неоднородностями (геологическим шумом). Модели-ювалась горизонтально-слоистая среда, типичного для работ ! Дельте Нила строения - типа АК (р: 10 - 25 - 80 - 25, h: > - 5 - 10). Верхний слой - это слой активного земледелия I ирригации, второй слой - суглинки, третий - пески, основ-юй водоносный горизонт, четвертый слой - суглинки. В ретьем слое наблюдается локальное увеличение мощности -1апеодолина, а в первом слое присутствуют мелкие припо-¡ерхностные неоднородности, как повышенного, так и пожженного сопротивления. Рассчитанные для установок AMNI и

1151 3 1*01 3 1501 во о о а

ММ В кривые ВЭЗ пересчитыва лись в кривые АММВ и интер претировались по профамме 1Р1 как до, так и после статистичес кой обработки, направленной н; устранение влияния геологичес ких помех.

Без статистической обра ботки впадина в подошве треть его слоя не видна из-за по грешностей интерпретации. Та как разрез имеет тип АК, т пределы действия принцип эквивалентности (и степень не устойчивости решения) весьм высоки. Поэтому и воспроизве дение формы границ столь не точно. Так как при обработк уровень геологических поме Рис.2. Модель среды (а) и существенно снижается (рис.3 результаты интерпретации то становятся уже и предел! исходных (б) и обработанных действия принципа эквивален (в) ВЭЗ тности и искомые границы уж

позволяют достаточно точно увк деть границы палеодолины, хот ее истинная ширина и глубина отличаются от результатов ие терпретации. При интерпретации данных кривых ВЭЗ был замечено, что результаты интерпретации довольно сильно зависят от начального приближения. С одинаково малыми невязками, обычно не превышающими 1%, можно совместить с экспериментальной кривой и кривую типа АК, и кривую КО, или АК, но с другими параметрами слоев. Так как данный тип разреза характерен для района полевых исследований в Дельте Нила, то и полевые кривые ВЭЗ данного типа будут интерпретироваться весьма неустойчиво.

Рис.3. Графики невяз< интерпретации кривь ВЭЗ до (а) и после ( обработки

Далее в работе рассмотрены основы метода становления поля (ЗС). Этот метод был первоначально предложен российскими учеными: - С.М.Шейнманном, Ю.В.Якубовским, Ф.М.Ка-менецким и др. Современные варианты метода становления поля могут использоваться для поиска и изучения горизонтов подземных вод на глубинах от 10 м до 1000 м в зависимости от выбранного типа аппаратуры. Нами для производства работ в Египте была использована разработанная в России (П.О.Барсуков) аппаратура ТЕМ-FAST. ТЕМ-FAST работает с незазем-пенными квадратными петлями (антеннами передатчика и приемника) размером от 1т * 1т до 100 м * 100 м, в том ■шсле с одной петлей, являющейся одновременно приемной л передающей антенной. Измерения индуцированной Э.Д.С. производятся одновременно в 32 каналах (от 4.06 мкс до Э56.53 мкс). TEM-FAST имеет базовое программное обеспечение, осуществляющее управление процессом измерений, визуализацию и контроль получаемых данных и шумов. Эператор может в процессе измерений просмотреть кривые зондирований в цифровой и графической форме. Имеется также возможность выполнять оперативно одномерную интерпретацию в том числе с учетом априорных данных и электри-(еской эквивалентности моделей. В первоначальном варианте эна базировалась на методе подбора, ориентированном на минимизацию среднеквадратичного расхождения между 1аблюденной кривой и одной из заранее рассчитанных двух-1ли трехслойных кривых, находящихся в библиотеке полевого :омпьютера. На базе двух- и трехслойных кривых могут жтерпретироваться и более сложные разрезы. Интерпретация ложет производиться как в автоматическом, так и в диалого-юм режиме.

Использование двух методов зондирований ВЭЗ и ЗС (Ля решения одной задачи позволяет сравнить их возможнос-и. В работе проведено такое сравнение методов по ряду физнаков: возможностям возбуждения и измерения поля, ¡ыходным параметрам, глубинности исследования, факторам (е определяющим, формам представления результатов, |риемам интерпретации, скорости полевых работ, влиянию ¡риповерхностных неоднородностей, диапазону глубин, ложности и стоимости аппаратуры. Сделан вывод, что ¡аиболее эффективное решение геологических задач может >ыть получено при комплексировании методов зондирований

100т

Рк

р^- 10, Р2- 70, Р3-40м.м I h^- 10, hg" 50 м

2.5

10 25 АВ/2

10

40 100 Jt

Рис.4. Сравнение кривых ВЭЗ и ЗС

ВЭЗ и ЗС при четком представлении о возможностях каждого метода и с учетом специфики решаемой геологической задачи.

Сравнение разрешающей способности кривых зондирования

АЛЯ методов ВЗЗ и ЗСБ

Те же 12 моделей, что и при исследовании разных методов интерпретации ВЭЗ были использованы для расчета кривых ЗСБ (для одно-петлевого варианта) и их сопоставления с кривыми ВЭЗ для сравнения их разрешающей способности. Параметром глубинности ЗЭЗ и абсциссой при построении кривых зондирования Сыли значения АВ/2, а для ЗСБ - значения у/ t . Одной из целей данной работы был поиск сопоставительных коэффициентов между полуразносом питающих электродов АВ/2 ВЭЗ и временным параметров ЗСБ. На рис.4 приведен пример сопоставления двух кривых ВЭЗ и ЗС для одной модели. Из рис.4 можно сделать следующие заключения: 1) кривые ВЭЗ более растянуты по оси разносов, а ЗС более сжаты. Поэтому для регистрации кровли и подошвы одного слоя интервал разносов ВЭЗ должен быть шире, чем интервал y/~t для ЗС. 2) Кривые ВЭЗ выходят к правой асимптоте резче, чем кривые ЗС. По ВЭС кажется удобнее определять р основания.

На кривых ВЭЗ и ЗС были выделены характерные точки

/t

/(АВ/2)

0.5

0.2

0.1

1 2 4 7 10

Рис.5. Отношения абсцисс мак симумов кривых ЗС к ВЭЗ

1 - в начале подъема кривых, где проявляется второй слой и

2 - в точке максимума, где начинает проявляться третий ело"-. Автор проанализировал соотношения абсцисс и ординат этик точек в зависимости от значений ^ и V. В работе представлены соответственно зависимости абсцисс точек максимума как функции р для разных V; ординат точек максимума; отношения абсцисс максимума ЗС к ВЭЗ; зависимости абсцисс точек максимума как функции V для разных ц\ отношение абсцисс максимумов ЗС и ВЭЗ \Л^мах/ (мкс1/2/м) (Рис.5). С ростом р это отношение убывает от 0.3 до 0.15 и слабо зависит от величины V. Для ^ от 4 до 7 среднее отношение 0.17 (мкс1/2/м). Эту величину можно использовать для сопоставления времен регистрации ЗС и разносов ВЭЗ.

глава 3. результаты работ методами взз И

эмз в Египте.

Электроразведка методом ВЭЗ проводилась в южной части Дельты Нила в прямоугольнике размером около 20 х 30 км с целью поисков запасов подземных вод и исследования геологического разреза для оценки его потенциальной водоносности. Всего было выполнено около 100 зондирований, расчлененных в процессе интерпретации на 3-7 слоев. Обобщенный литологический разрез района (сверху вниз) это - 1) гравий и песок для первого слоя, 2) глинистый песок для второго слоя, 3) глина для третьего слоя, 4) песчанистая глина для четвертого слоя, 5) глинистый песок для пятого слоя, 6) аргиллитовый песчаник для шестого слоя и 7) песчаный сланец для седьмого слоя. Перечисленные слои с электрической и гидрогеологической точки зрения можно разделить на четыре комплекса. 1) Верхний комплекс повышенного сопротивления (включающий первый и второй слои) -безводный. 2) Второй комплекс пониженного сопротивления (включающий третий и четвертый слои) перекрывает водоносный слой. 3) Третий комплекс повышенного сопротивления включает пятый и шестой слои) является основным водоносным слоем. 4) Четвертый комплекс пониженного сопротивления (седьмой слой) является подстилающим водоупором и неводоносным. Геоэлектрический разрез типа НАК или НК, причем слой А и отличия слоя К от нижележащего последнего слоя очень слабо проявлены. Водоносные слои залегают на глубинах от 12 метров в южной части района до 3-4 метров в его

северной части. Мощность водоносного слоя достигает 50 м. Расположение

ом рк для различных 4 в 12 16 20 » 23 ®

разносов (АВ/2 от 1 Рис 6 Размещение точек и профилей до 300 м). Цель по- вэз на участке работ строения этих карт состояла в изучении

распределения сопротивлений как бы на разных уровнях от поверхности. В целом эти карты оказались сходными и несут в себе признаки основных геологических структур района. Западные и восточные границы района отличаются повышенными значениями рк и соответствуют песчаным и гравийным накоплениям. В средней части исследуемого района отмечаются пониженные значения рк, соответствующие глинистым формациям. Различия западной и восточной частей дают возможность предположить что западная часть характеризуется более высокими сопротивлениями и представлена гравием и сухим песком. Глубина залегания водоносного горизонта возрастает к западу.

На карте рк для АВ/2=2 м (рис.7) в юго-западной части участка выделяется изометричная аномалия повышенных значений рк до 1000 и более Ом.м, связан-

точек и профилей ВЭЗ в плане показано на рис.6. В процессе качественной интерпретации были получены карты изо-

'"2

ная с присутствующими на поверхности

Р

^850

20

200

песчаниками. Инте-

и

ресно отметить, что эта локальная анома- 1?

!15Э

1100

лия находится в зоне повышенных сопротивлений северо-западного простирания, ограниченной с востока руслом Розетты. В юго-восточной час-

Рис.7. Карта для АВ/2=2 м

в

4 £ 12 Ю го 24 28 32

15

ги участка виден край сходной аномалии повышенного сопротивления. Другие структурные элементы имеют субмеридиональное и северо-западное простирание. Самые низкие сопротивления 10-20 Ом.м и менее отмечаются чуть восточнее дентральной осевой меридиональной линии участка. После анализа карт рк для различных разносов ВЭЗ были выделены участки, наиболее перспективные для поисков подземных вод.

Проведена статистичес-сая обработка данных ВЭЗ с делью установления среднего -еоэлектрического разреза, средней кривой ВЭЗ и дисперсии значений рк на разных разносах. Наиболее информативным для анализа нвляется двумерное распределение в изолиниях частос-гей. Двумерное распределение значений рк в изолиниях ¡астостей в координатах ВЭЗ эк - АВ/2 помогает предста-зить типы кривых данного участка, разброс значений Рк Рис-8- Двумерное распределение на каждом разносе и его значений Рк для всех ВЭЗ района чзменения. Двумерное распределение, представленное на рис.8, для всех кривых ВЭЗ показывает, что преобладающий тип разреза - HAK. Слой Н зидимо связан с наличием в верхней части разреза вод, попавших в почву из системы орошения и обладающей в аридных условиях несколько повышенной минерализацией. Основной водоносный горизонт соответствует слою повышенного сопротивления - К. При этом спад после максимума проявлен срайне слабо, на многих кривых ВЭЗ он не выражен. Это связано с пониженной глубинностью метода ВЭЗ в условиях сазрезов А и К по сравнению с И и тем более Q под злиянием макроанизотропии разреза. Следует отметить, что на эезультатах ЗС подошва слоя К проявилась намного четче, так :ак макроанизотропия горизонтально-слоистого разреза на иетод ЗС не действует. Очевидная рекомендация по улучшению качества ВЭЗ в данном районе, - увеличение максимальных разносов АВ/2 до 1 км на практике вряд ли осущес-

твима. Гораздо полезнее для прослеживания нижней границы водоносного слоя применять метод ЗС (см. рис.10).

На рис.9 представлены средняя квадратическая кривая ВЭЗ (а) и стандартный множитель б (б), полученные в результате статистической обработки всех ВЭЗ района Дельты. Сопоставляя среднюю кривую с модальными значениями рк для рис.8, можно отметить, что средние значения завышены относительно модальных. Это связано с асимметрией распределений рк, особенно заметной на малых разносах. Геологической причиной асимметрии является присутствие в районе скоплений песка и более грубозернистого обломочного материала и выходы песчаников. На графике стандартного множителя такое разнообразие приповерхностных отложений по литологии и соответственно значениям рУд приводит к резкому росту показателя дисперсии в на малых разносах. Это свидетельствует о значительном влиянии приповерхностных неоднородностей и возможны* искажениях ими кривых ВЭЗ. Средняя кривая типа HAK соответствует модельным представлениям о делении разрезе на обобщенные слои. Но как видно из рис.9,а средняя крива* ВЭЗ невыразительна, элементы А и К плохо проявлены ^ соответственно плохо поддаются количественной интерпретации.

На рис.11 представлены средние кривые ВЭЗ и ЗС пс одному профилю (Пр1 или EGO) и графики стандартногс множителя ВЭЗ и ЗС от АВ/2 и vt. Общее число точек ВЭс на Пр1 - 13, а ЗС - 52. Поэтому средняя кривая ЗС выглядит более гладкой, чем средняя для ВЭЗ. Число точек на кривы; ВЭЗ и ЗС также различно - 30 для ЗС и 15 для ВЭЗ Графики стандартного множителя (меры дисперсии) в целок сходны. На ранних временах резкое уменьшение е отвечав потере связи кривой ЗС с разрезом. Главное отличие с точю зрения решаемой геологической задачи - в нечетком про

Рис.9. Средняя кривая рк и стандартный множитель е для всех ВЭЗ района работ

3 5 7

Зис.10. Двумерное распределение [астостей для ЗС по ПР1 (EGO)

1=1, а мощность второго слоя уменьшена до 1 м (кривая ВЗЗ-Г). Затем в предположении мик-зоанизотропии водоносного слоя эыло изменено его р и II относительно модели ЗС в Х=3 раз стало р4=81.6, Ь4=120, ВЭЗ-А). Эта кривая уже достаточно хоро-

явлении подошвы основного водоносного слоя на ВЭЗ.

На рис.12 представлены результаты численного эксперимента. По профилю 1 по данным ЗС определена средняя модель разреза: р=3.7-9.2-27-2.44; 11=2-10-40. Эта модель использована как основа для расчета теоретической кривой ВЭЗ. В модель добавлен еще один слой (первый) с р=13.7 и

Рис.11. Сравнение средних кривых ВЭЗ и ЗС (а) и стандартных множителей (б) для ПР1

шо совпадает со средней экспериментальной кривой ВЭЗ (ВЗЗ-Э). Результаты этого эксперимента с одной стороны заставляют предполагать наличие микроанизотропии в разрезе (и вероятно не только в третьем слое) и тем =амым объясняют низкую глубинность ВЭЗ, и с другой стороны еще раз подчеркивают преимущество метода ЗС на

эис.12. Сравнение средних кри-зых ЗС и ВЭЗ с расчетными для эяда моделей

результаты которого не влияет анизотропия горизонтальных напластований.

На рис.13 представлены три модели разреза и соответствующие им кривые ВЭЗ. Модель 1 с параметрами р=10, 3, 30, 120, 50; h=2, 6, 12, 30 соответствует априорным представлениям о разрезе и статистическим данным по всем ВЭЗ. Согласно этой модели элемент К кривой ВЭЗ слабо проявлен потому, что максимум кривой ВЭЗ не превышает уровень сопротивления рИс.13. Три модели p(z) для участ-основания 50 Ом.м. Моде- Ка работ и им соответствующие ли 2 и 3 построены на кривые ВЭЗ основе модели ЗС для профиля 1. Модель 2 без

анизотропии (р=14-3.7-10-27-2.5, h=2-1-10-40), а модель 3 с анизотропией в слое К, увеличивающей как сопротивление этого слоя Рм, так и его эффективную мощность (р=14-3.7-10-82-2.5, h=2-1-10-120). Проблема получения модели разреза наиболее точно соответствующего реальной геоэлектрической ситуации в Дельте Нила до конца не решена. Модели по ВЭЗ и ЗС значительно расходятся друг с другом. Необходимы специальные исследования на опорных скважинах с одновременной регистрацией ВЭЗ и ЗС, чтобы детальнее разобраться в этом вопросе.

Статистическая обработка полевых данных ВЭЗ и ЗС для подавления геологических помех

На кафедре геофизики МГУ были разработаны алгоритмы и программы статистической обработки данных ВЭЗ, используемые для подавления геологических помех: Median и MPC. Эти алгоритмы и программы отлаживались и опробовались на материалах ВЭЗ с двухсторонней трехэлектродной установкой AMN+MNB, полученных по методике сплошных электрически> зондирований (СЭЗ).

В процессе работы с материалами ВЭЗ и ЗС, получен-

Рис.14. Разрезы рк по ПР-GG до и после статистической обработки программами MPC и Median

'«fflmrù

te

ных в Дельте Нила в Египте, программы Median и MPC были приспособлены и опробованы для подавления геологического шума в этих данных. В программе Median была предусмотрена работа с одним файлом данных, вместо одновременно обрабатываемых двух. При произвольном шаге зондирований программа Median уже не осуществляла выявление и подавление аномалий поля, вызванных С-эффектом, а могла убирать лишь сдвиги кривых зондирований по уровню вдоль оси рк (Р-эффект). Р-эффект удалось уменьшить, о чем свидетельствует сравнение разрезов рк до (вверху) и после (внизу) обработки по профилям G и С, представленных на рис. 14-15. В результате обработки разрезы рк стали выглядеть более монотонными, без

резких скачков изолиний рк в пределах каждого профиля. Аналогичные примеры для профилей ЗС показаны ниже.

Таким образом, перед количественной интерпретацией профильные данные ВЭЗ и ЗС подвергались статистической обработке с использованием программ MPC и Median.

Количественная интерпретация ВЭЗ, полученных в исследуемом районе выполнялась по программам Zohdy и IPI. Интерпретация выполнялась по профилям (обозначенным буквами от А до G, а также Рг1 и Рг2, см. рис.6). Профили выбирались так, чтобы они проходили вблизи скважин, на профилях Рг1 и Рг2 были выполнены еще зондирования становлением поля. Результаты интерпретации сопоставлялись

РГ ее

рг СС after transformation

Рис.15. Разрезы рк по ПР-СС до и после статистической обработки

с данными скважин и другой геологической информацией. По результатам интерпретации ВЭЗ весь район исследований можно подразделить на участки: центральный, западный и восточный, отличающиеся друг от друга прежде всего составом верхнего слоя и глубинами слоев, особенно глубиной основного водоносного слоя. Центральный участок представляет из себя земледельческую зону с относительно низким УЭС поверхностного слоя и меньшей глубиной залегания основного водоносного слоя. Это заключение можно проиллюстрировать результатами ВЭЗ по профилям ЕЕ, РР и СС, пересекающим весь район исследования с запада на восток. По результатам интерпретации ВЭЗ и данным бурения водоносные горизонты в данном районе представлены двумя слоями в аллювиальных отложениях. Сверху вниз это слои:

а) Слой илистых и глинистых отложений. Этот слой вовлечен в сельхозпроизводство. Мощность этого слоя меняется от 10 до 30 м в зоне ме>,<ду двумя рукавами Нила и уменьшается по мере приближения к восточной и западной пустыням. Уровень грунтовых вод этого слоя определяется поступлениями воды из каналов и с орошаемых полей.

б) Основной водоносный горизонт. Этот слой сформирован из осадков плиоцена, плейстоцена и голоцена и состоит главным образом из песков и гравийных отложений с водонепроницаемыми линзами глин, простирающимися по горизонтали на несколько сотен метров. Мощность водоносного горизонта возрастает к северу.

Работа над полевым материалом показала, что методически ВЭЗ применялся не лучшим образом. При глубине исследования около 50 м, шаг между точками ВЭЗ составлял от 500 м до 1 км. Это затрудняло согласованную интерпретацию по профилям из-за неуверенной коррелируемости слоев.

Результаты интерпретации ВЭЗ по отдельным профилям. Для интерпретации ВЭЗ по району исследований они были сгруппированы в профили, обозначенные буквами от А до в и ПР1, ПР2. Последние профили ВЭЗ были выполнены там же, где и ЗС. При количественной интерпретации ВЭЗ была использована программа 1Р1_у.7. В качестве дополнительной информации использовалась модель разреза типа НАК, или сходные модели, отличающиеся лишь строением самой верхней части разреза. Основные трудности интерпретации заключались в следующем: 1) последний слой проявлялся очень

П» к

П

1

;; !

нечетко, 2) элемент разреза -А обладал сильной эквивалентностью, 3) верхняя часть разреза на глубинах до 20 м при шаге ВЭЗ по профилям в несколько сот метров часто не коррелировалась по профилям.

Рис.16. Геоэлектрический разрез по пр.АА по данным ВЭЗ

Г

В1 «

П'"

ч г{. ¡1

г;' С N

'Ь М. ¿я

-1„ 1»

Рис.18. Геозлектрический разрез по данным ВЭЗ по Пр1

Рис.17. Геоэлектрический разрез по ВЭЗ по Пр.СО

На рис.16 показан геоэлектрический разрез, построенный для профиля АА, проведенного с севера на юг вдоль западного края участка работ. Отличительной особенностью этого профиля является довольно уверенно прослеженный слой повышенного сопротивления (выделен пунктирными линиями), погружающийся на север и выходящий на поверхность на юге, что уже было отмечено при анализе карт Рк-

Линии профилей О, Е, Р и й ориентированы в широтном направлении с запада на восток от южной рамки участка (О) до северной (й) (См. рис.6). Несмотря на значительный разброс границ вдоль этих профилей отмечается общая тенденция к погружению границ на запад, что вероятно связано с наличием субмеридиональных тектонических зон в этом районе.

На рис.18 - показан геоэлектрический разрез по Пр1, совпадающий с профилем ЗС. Сопоставляя разрезы по ВЭЗ и ЗС (Рис.21-22) для Пр1 можно отметить, что глубины по

ВЭЗ больше в 1.3-1.5 раза, границы по ВЭЗ более изрезаны Сходство в деталях поведения границ по ВЭЗ и 3С довольнс слабое. Общей является тенденция к некоторому погруженик подошвы водоносного слоя слева направо.

Результаты работ методом ЗС. Электромагнитные зонди рования методом становления поля выполнялись в течение короткого времени на нескольких профилях в северной час™ участка. Измерения проводились с квадратной петлей сс стороной 25 м. Так как изучить весь район не было возмож ности, то был выбран участок с гидрогеологическими скважи нами для сопоставления результатов ЗС как с данными скважин, так и с результатами ВЭЗ в этом районе. Было выполне но 5 профилей ЗС, самый длинный - ПР1 (EGO) содержал 5i точки ЗС, а самый короткий - 9 точек. После интерпретацт данных ЗС с помощью программы интерпретации, входяtyei в комплект ТЕМ-FAST, результаты были сопоставлены с геологическими данными и результатами ВЭЗ и показали i целом неплохое совпадение с этими данными. Разрез в целоь для метода ЗС представляется 4-х слойным; первый слой с низким сопротивлением и небольшой мощностью соответствуем почвенному и подпочвенному слою, вовлеченным в сельскохозяйственную деятельность и содержащему солоноватую вод> поступающую из системы орошения. Второй слой повышенной сопротивления - А (отличающийся заметно по сопротивленик от первого только в районах с развитым земледелием t практически не отличающийся от первого в неосвоенны) земледелием районах) имеет относительно небольшук мощность. Он состоит из тонкозернистого песка, песчанисты) глин, илов с включениями песков и в целом действуе-подобно покрышке водоносного слоя, лежащего ниже.

Третий слой повышенного сопротивления - К имее-мощность и сопротивление больше, чем у первых двух t представлен грубозернистым песком и гравийными отложения ми с линзами глин. Этот слой и образует главный водоносньа горизонт. Четвертый слой в основном глинистого состава ( низким сопротивлением образует нижнюю водоупорную толщ; для главного водоносного слоя.

Сопоставление результатов ЗС и данных скважин по Пр2 показало их хорошее соответствие. Скважина, расположенна! на ПР2 между 7 и 1 зондированиями (ближе к 7) дае-границу УГВ на глубине 12.3 м. Граница по данным ЗС-7 нг

глубине 12.8 м. Другой пример сопоставления данных ЗС и скважин это самый длинный профиль ЗС(ПР1 - EGO), включающий 52 зондирования. Одна скважина находится вблизи начала, а другая на конце профиля. Уровень грунтовых вод в этих скважинах находится на глубинах 37.5 и 38.5 м, а по данным ЗС на глубинах 30 и 40 м соответственно.

s s з

м-;

ГГ

ч 4 -Ofil:

. .......ffJHw.--.. И

J

тгшаниа

*

EMS ecipt

Changes m serre Cufoes, arter nedicn and fTC

Рис.20. О-трансформация данных с рис.19, показывающая, что убрано обработкой

Рис.19. Поля ркдля профиля ЗС до и после стат. обработки

Профильные наблюдения методом ЗС в Египте были осуществлены с достаточно частым шагом по профилю с /становкой петля в петле. Поэтому в данных ЗС нет искажений, характерных для ВЭЗ и вызванных перемещением элементов установки в пространстве в процессе зондирования. Но эффект от приповерхностных неоднородностей, аналогичный 3-эффекту в МТЗ и Р-эффеюу в методе ВЭЗ, проявляющийся з сдвиге кривых ЗС вдоль оси рк, на экспериментальных данных ЗС можно увидеть. Обработка данных ЗС показала, что фограмма Median обнаруживает и устраняет вертикальный ;двиг кривых ЗС. Для выяснения точных причин такого сдвига келательно провести моделирование ЗС на моделях с фиповерхностными неоднородностями.

На рис.19 показаны поля рк метода ЗС по профилю ЕдО 52 точки ЗС) до обработки программами Median и MPC вверху) и после обработки (внизу). Из сопоставления этих зисунков можно заключить, что обработка сгладила наблюдение поля и улучшила общий вид поля рк. На рис.20 показана ^трансформация полей с рис.19, а фактически то, что было 'дапено в процессе обработки. Вертикальные полосы разной штенсивности указывают на места, где произошли наиболь-иие изменения. Каждая кривая сдвигалась только по уровню,

практически без изменения формы.

На рис.21 и 22 приведены результаты интерпретации данных ЗС, выполненных с помощью программ интерпретации, входящих в комплект аппаратуры ТЕМ-Раз1:, вверху для данных до обработки, а внизу - после обработки. Геоэлектрические разрезы весьма похожи, но после обработки границы ведут себя более плавно. Подводя итоги обработки, следует заключить, что подобная статистическая обработка данных ЗС улучшает результаты интерпретации. Вопрос о том, не вносит

ю 20 за 4fl

s& еа

70 8а

Рис.21. Форма границ в разрезе до и после стат. обработки ЗС по ПР EGO

чЗ' Ш":. г'сж

П грШ i-fti

as кш1 sue if

ars coot £«ig in

Рис.22. Геоэлектрические разрезы до и после стат. обработки ЗС по ПР EGO

ли подобная статистическая обработка дополнительны* искажения в данные ЗС пока остается открытым. Для выясне ния этого вопроса желательно провести обработку модельны: данных, рассчитанных или измеренных на модели с известно! структурой и приповерхностными неоднородностями.

Заключение

В заключение приведем основные защищаемые положений:

1. Физико-геологическая модель разреза дельты Нила в Египте состоит из 5 основных слоев {типа HAK) и основной водоносный горизонт проявляется как слой К.

2. Для прослеживания водоносного горизонта максимальные разносы АВ/2 ВЭЗ в 300 м недостаточны, а требуются разносы порядка 1000 м, что связано с пониженной глубинностью ВЭЗ в разрезах А и К и вероятным влиянием анизотропии разреза.

3. Метод ВЭЗ на малых разносах позволяет детально изучить самые верхние части разреза (до 10 м), а метод ЗС более пригоден для получения сведений о кровле и подошве водоносного слоя. При этом на ЗС не влияет анизотропия горизонтальных напластований. Наиболее целесообразным при поисках подземных вод в Дельте Нила представляется комплексирование ВЭЗ и ЗС.

4. Статистические методы обработки исходных данных ВЭЗ и ЗС (методы медианной полировки и главных компонент) существенно ослабляют влияние горизонтальных неодно-родностей разреза на результаты интерпретации.

Публикации

1. Deebes H., Ahmed F.M., Hassaneen A.Gh., Baioumi A.l. and AI-Sayed,E.A. Magnetic and gravity studies in the area west of Sinai, Egypt. Proc. 2-nd Sc.Gen.Meeting, 1988, p. 175-204

2. Hassaneen, A.Gh., Abu El-Ata, A.S.A., Osman, S.Sh. and m-Sayed,E.a. The exploration of ground water of the quaternary aquifers of the southern part of the Nile Delta, Egypt.

3. Hassaneen, A.Gh., Ahmed F.M., Bayoumi A.I., Deebes -I.A. and AI-Sayed,E.A. Electrical resistivity survey for area west 3f Sinai, Egypt. Proc. 2-nd Sc.Gen. Meeting, 1988, p.149-174.