Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Математическое моделирование сложно-построенных сред в электроразведке методом сопротивлений

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

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование сложно-построенных сред в электроразведке методом сопротивлений"

Г] и

- 4 ДПР «

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

СМИРНОВА Татьяна Юрьевна

УДК 550.837

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНО-ПОСТРОЕННЫХ СРЕД В ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ МЕТОДОМ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Специальность 04.00.12 геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена на кафедре геофизических методов исследования земной коры геологического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических

наук И. Н. Модин.

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических

наук, профессор Ю. В. Якубовский, кандидат физико-математических наук В. В. Кусков.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский горный институт

Защита диссертации состоится 20 апреля 1994 в_ час. _мин. на

заседании Специализированного совета Д 053.05.24 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет, зона "А", ауд. 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ, зона "А", б-ой этаж.

Автореферат разослан 20 марта 1994 года.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Б. А. Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Практическая ценность работы.

1. Разработанная программа решения прямой задачи электроразведки методом

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, представлены основные научные результаты, отмечена практическая ценность, приведены объем и структура работы.

ГЛАВА 1. Физико-геологическая модель сложно-построенных сред.

В данной главе показана сложность геологических разрезов, изучаемых в настоящее время методами сопротивлений. В большинстве случаев исследуемые среды не укладываются в рамки горизонтально-слоистых моделей, так как они осложнены присутствием самых разнообразных поверхностных и глубинных неодно-родностей. Спектр таких неоднородностей весьма широк. Это могут быть линзы терригенного состава, зоны обводнения, тектонические нарушения, карстовые полости и зоны суффозионного разуплотнения, палеодолины, различные объекты химического и углеводородного загрязнения, а также искусственные подземные сооружения и археологические памятники. В данной главе приведены практические примеры сложно-построенных сред (таликовые зоны [Чукотка, 1989], зоны тектонических нарушений [Донецк, 1992], Татаровская палеодолина [Москва-река, 1988], древние плантажные сооружения [Херсонес, 1991], гидрогеологи-íecкиeзавесы [Кременчуг, 1993 ], карстовые полости [Горьковскаяобл., 1993 ]), 1 также обозначены следующие общие проблемы, связанные с их изучением. Во-первых, большинство электроразведочных данных над такими средами искажено различными эффектами, связанными с неоднородностью изучаемых разрезов в горизонтальном направлении. Поэтому исследование механизма возникновения эффектов искажений и их учет на этапе интерпретации является важнейшей задачей три решении сложных геологических задач. Во-вторых, подобные среды предста-шяют собой совокупность двумерных или в общем случае трехмерных объектов. Поэтому интерпретация полевых материалов в рамках только одномерных моделей 1вляется нерезультативной. Во многих случаяходномерная послойная интерпретация 1риводит к ошибочным геологическим результатам. Следовательно, для успешного

изучения горизонтально-неоднородных сред необходима разработка методики интерпретации полевых материалов с использованием аппарата двумерного и трехмерного моделирования. В-третьих, актуальной является проблема разработки новых эффективных методик для измерения электрического поля в условиях сложно-построенных сред.

ГЛАВА 2. Разработка аппарата трехмерного моделирования

Во введении показывается преимущество математического моделирования перед аналитическими методами и физическим моделированием при решении прямой задачи электроразведки над сложно-построенными средами. Приведены примеры некоторых программ численного моделирования электрического поля для трехмерных объектов, расположенных в однородном полупространстве и в слоистой среде (Dey и Morrison, 1979; Beasley и Ward, 1986; Eloranta, 1986; Poirmeur Vasseur, 1988; Яковлев А.Г. иМодинИ.Н., 1988).

В первом параграфе рассмотрены общие положения метода граничных интегральных уравнений как одного из методов интегральных уравнений (МИУ). МИУ является в настоящее время одним из самых популярных методов для решения прямой задачи электроразведки в силу следующих особенностей; существенная экономия времени счета, так как дискретизации подвергается только область, содержащая неоднородность; замена неоднородностей системой вторичных источников позволяет легко учитывать взаимовлияние отдельных частей разреза друг на друга.

Классическая постановка задачи в МИУ предполагает разделение всей среды на вмещающий разрез и локальные неоднородности. Идея метода заключается в том, что аномальное поле, создаваемое неоднородностью, представляется как поле простого слоя токовых источников, расположенных на границе неоднородности. При такой замене сопротивление всей среды считается равным сопротивлению вмещающего разреза.

Автором показана возможность обобщения метода на случай произвольной кусочно-однородной среды, которая состоит из блоков с произвольной геометрией границ. При этом сделано допущение, что границы раздела сред с разной электро-

1роводностыо могут выходить на дневную поверхность. В этой ситуации понятие ¡мешающей среды становится условным, поэтому в качестве вмещающего разреза «¡пользовалось однородное полупространство с удельным сопротивлением, рав-шм 1.

Первичное поле в точке М

Е\М) = ^ 4 я

'ли

ЛМ

А М

1Рв 4л

вм

вм

в'м

(1)

довлетворяет условию на источниках и бесконечности, а также уравнению Лапласа ; точках, не совпадающих с источниками. Для того, чтобы выполнить условия на ранице раздела, введем вторичные источники с поверхностной плотностью 13. "огда полное поле в точке М

ЖМ) = Е°(М) + ///Р) вгас1и в (РМ) ds, (2)

де в[Р,М] — 1/4пгр„ + 1 /4 лгр,н - функция Грина для однородного полупростран-тва с единичным сопротивлением; 5 - совокупность всех границ раздела, за сключением поверхности земли, влияние которой учитывается функцией Грина; 1 - точка интегрирования на поверхности Я; Р' - зеркальное отражение точки Р тносительно земной поверхности.

Интенсивность вторичных источников находится из интегрального уравнения

= О)

не

Кш) = кт) ♦ ¡ЦР)

5 дпИ

тсюда следует, что величина вторичных источников определяется, во-первых, онтрастом сопротивлений между вмещающей средой и неоднородностью, во-горых, нормальной компонентой к поверхности включения суммарного поля всех

первичных и вторичных источников.

Численчое решение уравнения (3) с помощью ЭВМ осуществляете} следующим образом. Границы раздела разбиваются на элементы лг, в предела? которых интенсивность вторичных источников считается постоянной. При этом от интегрального уравнения мы переходим к системе линейных алгебраически? уравнений (СЛАУ). Система уравнений решается прямым способом, что позволяет существенно сократить вычислительные затраты при большом числе расстаново* питающих электродов, так как их перестановка приводит лишь к изменениям I правой части СЛАУ. После решения этой системы по найденным значениям 1е £ соответствии с формулой (2) получаем значения поля в требуемых точках. Поэтам значениям можно рассчитать рк для произвольных установок.

Второй параграф посвящен описанию структуры программы 1ЕЗИ1 для расчета электрического поля методами сопротивлений и ВП над произвольными трехмерными средами.

Модель среды. Вмещающая среда представляет собой два однородных проводящих полупространства. Неоднородности геоэлектрического разреза аппроксимируются прямоугольными параллелепипедами, помещенными в нижнее полупространство. Аномальные тела могут подниматься до поверхности раздела двух сред, а также соприкасаться между собой.

Используемые установки. Программа 1Е31и позволяет рассчитывать кажущиеся сопротивления для следующих модификаций метода сопротивлений: электропрофилирование, электрические зондирования, межскважинного просвечивания. Первичное поле в первом и втором методах создается с помощью симметричной и трехэлектродной установок Шлюмберже, произвольных дипольных установок, градиент- и потенциал-установок. Все эти виды электроразведочных установок могут бьггь реализованы в наземном, шахтном, скважинном и морском вариантах. Кроме того, в программе предусмотрен вариант межскважинного просвечивания .

Далее подробно рассматривается структура программы, ее технические - характеристики, а также приводятся примеры расчетов над разными трехмерными неоднородностями.

Ю

ГЛАВА з. Искажения кривых ВЭЗ и принцип эквивалентности в горизонтально-

неоднородных средах.

Во введении кратко обосновывается необходимость дальнейшего развития теории искажений электрических зондирований в горизонтально-неоднородных средах, а также необходимость специального изучения действия принципа эквивалентности и определение его границ для сложно-построенных сред. Наиболее цельная теория, рассматривающая влияние геоэлектрических неоднородностей, была создана в области МТЗ благодаря работам М. Н. Бердичевского, В. И. Дмитриева, Л.Л. Ваньяна и других исследователей. Эта теория получила название теории искажений. Работы этих авторов оказали влияние на исследования в области других методов электроразведки. В.В. Кусковым (1985) впервые был проведен анализ искажений кривых ВЭЗ в двумерно-неоднородных средах. В работе А. Г. Яковлева (1989) показано, что искажения поперечных кривых ВЭЗ имеют ту же природу, что и гальванические искажения кривых МТЗ. На основе этого им была построена гдиная теория искажений данных электромагнитных зондирований в горизонтально-неоднородных средах. Кроме того, А.Г. Яковлевым рассмотрены основные эффекты искажений кривых ВЭЗ и МТЗ, связанные с положением приемных электродов: поверхностный и глубинный Э-эффект, эффект переноса формы, эффекты экранирования.

На примере простейшей модели горизонтально-неоднородной среды (трехмерный объект в однородном полупространстве) автором рассматриваются зффекты искажений кривых электрических зондирований для основных вариантов эасположения питающих и приемных электродов относительно неоднородности, итиз поведения электрического поля показывает, что существуют эффекты [скажения кривых ВЭЗ, связанные как с положением приемных электродовотноси-ельно неоднородности, так и с положением питающего электрода. Причем в ависимости от того, каким является рассматриваемый электрод - подвижным или тксированным - один и тот же эффект по разному проявляется в поле рк. Таким бразом, в горизонтально-неоднородных средах наблюдаются два типа искажений ривых ВЭЗ. Предлагается для обозначения эффектов, связанных с положением риемных электродов относительно неоднородности, ввести термин Р-эффект (от

английского potential), а для обозначения эффектов, связанных с положением питающих электродов, - С-эффект (от английского current). Один из вариантов проявления Р-эффекта в поле рк аналогичен S-эффекту в МТЗ, который означает вертикальный параллельный сдвиг кривой МТЗ при изменении продольной проводимости верхнего слоя. Р-эффект - более широкое понятие, обозначающее явление искажения кривой ВЭЗ под действием приповерхностных неоднородностей вблизи приемных электродов.

Эффекты искажения кривых ВЭЗ обусловлены изменением интегральных параметров среды. Например, продольная проводимость и поперечное сопротивление отдельных блоков изучаемого разреза приводит к характерному распределению плотности электрического тока в разрезе, что в свою очередь и вызывает искажение кривых ВЭЗ. С другой стороны действие принципа эквивалентности также связано с интегральными характеристиками среды, которые определяют поведение электрического поля в разрезе. Поэтому предлагается изучать искажающие эффекты совместно с определением границ действия принципа эквивалентности для конкретных моделей сред.

Первый параграф посвящен анализу эффектов искажений кривых ВЭЗ, связанных с расположением приемных электродов вблизи неоднородностей геоэлектрического разреза. Механизм формирования искажений кривых рк от приповерхностных неоднородностей рассмотрен на примере моделей высокоомной прямоугольной вставки и горста (ширина 5м), расположенных в верхнем слое разреза типа К. Рассчитанные в центре аномальных объектов кривые рк оказываются сдвинутыми вверх на постоянную величину относительно локально-нормальной кривой. Этот сдвиг на кривых ВЭЗ обусловлен уменьшением продольной проводимости первого слоя. Кривые рк для этих моделей практически совпадают для разносов, превышающих горизонтальные размеры неоднородностей. Это происходит потому, что продольные проводимости над неоднородностями примерно равны (S1roprr= 0.14, S1bct!U1U=0.16). Следовательно, с точки зрения описанных эффектов, данные модели можно считать эквивалентными. Отсюда можно сделать вывод о том, что для Р-эффекта можно подобрать большое количество разных по геометрии и свойствам моделей, которые будут эквивалентными при условие равенства продольных проводимостей вставок.

Для исследования искажающего действия на кривые ВЭЗ глубинных ключений, не выходящих на поверхность земли, были рассмотрены несколько :оделей. В первом случае электрическое поле рассчитывалось над прямоугольными гтавками шириной 50, расположенными в однородном полупространстве ре —100). Верхние кромки обеих неоднородностей находятся на глубине 5. Годели отличаются друг от друга сопротивлением вставок (рп =10, р(г =25), а исже их вертикальными размерами (Ь, =10, Ъ2 =25). Глубинный Р-эффект выра-;ается в этом случае в виде смещения правых ветвей кривых ВЭЗ вниз относительно оновых кривых. Кривые рк для двух моделей практически совпадают, так как )впадают продольные проводимости вставок (3=Ь/р^. Отсюда можно сделать >тод об эквивалентности этих моделей с точки зрения глубинного Р-эффекта.

Во втором случае электрическое поле рассчитывалось для двух вертикальных ;л различной ширины (1^=5, 1(г=15) и разного сопротивления (р^=200, ¡2 =67), расположенных в однородном полупространстве с сопротивлением 5. В шном случае глубинный эффект р проявляется в виде смещения кривой ВЭЗ вверх гносительно фоновой кривой. Результаты численного моделирования электрического )ля для двух моделей говорят о том, что для узких вертикальных высокоомных тел юявление глубинного Р-эффекта зависит от величины поперечного сопротивления юднородностей. Для изучения глубинного Р-эффекта были рассмотрены модели кокоомного включения во втором слое разреза типа Н и проводящей вставки во ором слое разреза типа К. В этом разделе работы приводятся примеры полевых 1ивых рК, искаженных поверхностным и глубинным Р-эффектом. Кривые ВЭЗ щучены по результатам речных зондирований (р. Кувет, Арктическое побережье гсотки, 1987).

Второй параграф посвящен анализу С-эффекта, обусловленного присутствием однородностей вблизи питающих электродов. Этот эффект проявляется на кривых )3 в виде локальных аномалий, если неподвижные приемные электроды гановлены вне неоднородности, а перемещается токовый электрод, который ресекает неоднородность. Второй вариант проявления С-эффекта на кривых ВЭЗ ражается в виде параллельного смещения кривой р„ относительно локально-шальной кривой, если питающий стоит над неоднородностью, а перемещаются

приемные электроды. Для изучения природы поверхностного С-эффекта (искажена кривых ВЭЗ от приповерхностных неоднородностей, расположенных вблиз питающего электрода) была выбрана модель проводящей вставки, расположенно в верхнем слое трехслойного разреза типа К (р-,=10, р2=юо, р3=25, Ь,=5, 112=1 5). Расчет электрического поля проводился для установки с неподвижным питающи электродом АЯх, расположенным в центре неоднородности. Приемная линия м перемещается по профилю. Точка записи относится к положению токового электро да. Эффект от приповерхностной неоднородности проявляется в виде смещени кривой рк вниз относительно фоновой кривой для вмещающего разреза, подобн тому, как проявляется Р-эффект на кривых зондирования. Однако, в отличие о Р-эффекта, связанного с локальным изменением электрического поля вблизи прием ныхэлектродов, эффект искажения от питающих электродов приводит к перераспре делению тока во всей изучаемой части разреза. Для такого класса моделей гранит действия принципа эквивалентности являются достаточно широкими относительн горизонтальных размеров тела. Однако, эквивалентность моделей резко нарушаете даже при незначительном изменении сопротивления проводящего объекта. Кром того, была рассмотрена модель высокоомной вставки в первом слое трехслойног разреза типа Н (р1=Ю, р2=1, р3=100 Омм, 1^=5, 112=15 м). В этом случа границы действия принципа эквивалентности заключены в достаточно широки пределах: по 1 от 50 до 5, а по р практически не ограничены. Изучение глубинноп С-эффекта (искажения кривых зондирования от глубинных неоднородностей вблиз) токовых электродов) проводилось на примере модели проводящей вставки во второ» слое разреза типа К. Показано, что в результате действия глубинного С-эффекта, происходит изменение формы кривой рк. В этом разделе работы приводятся примерь полевых кривых ВЭЗ, искаженных поверхностным и глубинным С-эффектом. Эт< результаты речных зондирований (р. Кувет, Чукотка, 1987), а также результат! зондирований на участке Холодная балка (г. Донецк, 1992).

Рассмотренные искажения одиночных кривых ВЭЗ показывают, что границ! . действия принципа эквивалентности лежат в достаточно широких пределах. Однако при использовании набора кривых ВЭЗ вдоль профиля наблюдений возрастает точ ность определения горизонтальных размеров приповерхностных и глубинны неоднородностей за счет их многократного проявления на кривых зондирования. Эт

дтверждают результаты полевых наблюдений.

Третий параграф посвящен анализу эффекта концентрации тока над тянутыми проводниками на примере трехмерной модели вытянутого вдоль оси х зводящего тела, помещенного в однородное полупространство. Первичное поле давалось с помощью трехэлектродной установки Ашп, расположенной вдоль ходящего объекта. Электрическое поле рассчитывалось над центром проводящей инородности. Данный эффект на кривых ВЭЗ проявляется в виде максимума в днем диапазоне разносов. Проявленность эффекта концентрации тока над тянутыми проводниками связана с величиной средней проводимости вдоль >водящего объекта. В этом разделе приводятся выводы по результатам анализа Центов искажения кривых ВЭЗ и оценки действия принципа эквивалентности в жно-построенных средах.

ГЛАВА 4. Погруженные установки при изучении сложно-построенных сред.

Во введении показывается преимущество использования различных скважинных (ификаций метода сопротивлений ("скважина-скважина", "скважина-ерхность") при изучении сложно-построенных сред, а также проводится анализ от, авторы которых на основе результатов численного моделирования электриче-х полей для двумерных и трехмерных сред предлагают использовать погруженные ктроды для решения широкого круга геологических задач. Это работы C.W. isley и S.H. Ward (1986), B.B. Кормильцева и В.Д. Семенова (1987), Poirmeur и G. Vasseur (1988), Т. Asch и H.F. Morrison (1989), D. с и H.F. Morrison (1991). Здесь же излагается суть предлагаемой автором одики "скважина-поверхность", разработанной на основе результатов {мерного моделирования электрического поля, для решения широкого круга югических задач. Предлагаемая методика, в которой первичное поле создается им из питающих электродов в скважине на некотором расстоянии от объекта [едования, а измерение проводится на поверхности земли вблизи устья скважины, юляет определять присутствие аномальных объектов в изучаемом разрезе, их

местоположение и глубину залегания, а также оценивать сопротивление неоднорс ностей относительно вмещающей среды.

В первом параграфе рассматривается модель изучаемой среды (аномальное те аппроксимируется набором прямоугольных параллелепипедов) и особенное распределения плотности тока, когда один из питающих электродов находите: скважине на некотором расстоянии от объекта исследования. Над этим электрод на поверхности земли расположена неширокая область, в которой первичная пл тностьтока является малой величиной. Электрический ток в присутствии неодн родности будет либо отталкиваться от высокоомного объекта, либо притягиват! к нему, если объект является проводником. При этом в пределах рассматриваем зоны реальные плотности токов могут в десятки раз превышать первичную плотно« тока. Это приводит к тому, что непосредственно над устьем скважины бух наблюдаться значительные аномалии рк. Так как в общем случае направлен электрического поля в неоднородной среде не совпадает с направлением первичне поля в однородной среде, то аномалии кажущегося сопротивления могут иметь к положительный, так и отрицательный знак.

Во втором параграфе приводятся результаты численного моделирован электрического поля от погруженного электрода в присутствии трехмерн] неоднородностей. С помощью программы 1Е31и были проанализирова! зависимости величины аномалии рк от контраста сопротивлений между вмещающ средой и неоднородностью, от глубины расположения питающего электрода и расстояния между скважиной с токовым электродом и объектом исследования. Э исследования показали, что наблюдаются заметные аномалии рк даже при контрас сопротивлений между вмещающей средой и неоднородностью 1.5, а смена зна аномалии однозначно указывает на то, каким - высокоомным или низкоомным является изучаемый объект относительно вмещающей среды. Установлено, ч заметный эффект наблюдается на расстоянии до 200 м от изучаемого объекта. I зависимости величины аномалии поля .от глубины питающего электрода мож] достаточно точно определять вертикальные размеры тела. Кроме того, в эте параграфе приводятся результаты полевого эксперимента по предложенной методи на опытном полигоне в г. Антрацит (Донецкая обл.), а также для сравнен

1водятся результаты полевых измерений с подобной установкой, выполненных на лтном полигоне недалеко от г. Сан Франциско (D. Bevc, H.F. Morrison, Jl).

ГЛАВА 5. Примеры интерпретация ВЭЗ для сложно-посгроешшх сред.

Во введении рассматриваются преимущества метода двумерного или ¡хмерного подбора при решении обратной задачи электроразведки в условиях :изонтально-неоднородных сред.

Первый параграф посвящен описанию методики съемки и интерпретации шых ВЭЗ в условиях сложно-построенных сред. Подробно рассматривается схема эаботки электрических зондирований (пакет программ для персональных лпыотеров типа IBM PC), разработанная на кафедре геофизики МГУ. Процесс герпретации данных электрических зондирований предполагает использование щиальной методики съемки, когда на каждом пикете выполняются двухсторонние :хэлектродные зондирования (AMN в-*» и mnb а-»®). Питающие электроды >емещаются по линии профиля с арифметическим шагом по оси разносов таким эазом, чтобы шаг по разносам был равен шагу ВЭЗ по профилю. Это позволяет огократно проходить одни и те же точки питающими электродами из разных ггров зондирования и дает возможность накапливать полезную информацию, являть и устранять эффекты искажений. Полевые материалы, полученные с чощыо данной методики измерений, проходят несколько стадий обработки от «мерной интерпретации до построения сложных двумерных и трехмерных 'электрических разрезов. Причем на каждом этапе происходит устранение шичных искажений кривых ВЭЗ, связанных как с геологическими помехами, так : методическими погрешностями измерения электрического поля.

Во втором параграфе рассматриваются результаты интерпретации речных «шрований на территории, прилегающей к Билибинской АЭС. В задачи электро-ведочных работ входило определение местоположения, размеров, мощности и метрии таликовых зон в долине ручья Б. Поннеурген с целью выбора места для оительства новой плотины для водохранилища (работы 1989 года). Регистрация [вых ВЭЗ проводилась с помощью плавающей косы. Анализ полевых данных

показал, что большая часть кривых ВЭЗ искажена С-эффектом и р-эффекто которые, по-видимому, обусловлены изменением глубины воды в ручье. Поэте интерпретация данных велась по схеме, позволяющей устранять эффекты искажен кривых ВЭЗ от приповерхностных неоднородностей. В основу модели начальш приближения для двумерного подбора легли результаты одномерной интерпретаци а также результаты анализа априорной геологической информации. Для подб( окончательного геоэлектрического разреза потребовалось 11 итераций. Первоь чальная модель в процессе интерпретации претерпела существенные изменения именно, былиуточненыместоположение, геометрия, размеры и свойства таликов зон вдоль профиля наблюдений.

В третьем параграфе рассматриваются результаты совместной интерпретаи данных дипольного осевого профилирования и ВЭЗ при изучении мелкоамплитудь разрывной тектоники на участке Холодная балка в г. Донецке (работы 1992 года Вертикальные электрические зондирования выполнялись с комбинированн установкой (Амыв-хоимнв А-х»). Максимальный разнос составил 100 метров. II по профилю - 10 метров. Шаг по разносам был равен также ю метров. Ана; полевых материалов показал, что подавляющее большинство кривых ВЭЗ искаже С- и р-эффектами. Поэтому обработка данных проводилась с использовани различных программ, позволяющих устранять влияние этих эффектов (МР 1Р1_2Б). По результатам анализа дифференциально-разностных трансформац (программа 1Р1_20) были составлены модели начального приближения с учет различных эффектов искажений. На следующем этапе с помощью программы 1Е2 проводился подбор двумерных моделей среды. Необходимо отметить, что двумерн трансформации обеспечили достаточно хорошее начальное приближение, поэто потребовалось всего 3 итерации, чтобы уверенно подобрать разрезы. На послед! стадии обработки было проведено сопоставление результатов электропрофилирова? и электрических зондирований, а также осуществлена их геологическая привязк построение окончательной схемы тектонического строения участка Холодная бал! Таким образом по геофизическим данным удалось уточнить местоположени< направление простирания ветвей Дудинского надвига, а также выделить тектонич< кое нарушение, ранее неотмеченное по геологическим данным.

В заключении содержатся краткие выводы по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Разработан алгоритм и программа решения прямой задачи электроразведки )дом сопротивлений и ВП для произвольных трехмерных сред.

2. Наряду с эффектами искажений кривых ВЭЗ, обусловленными присутстви-еоднородностей вблизи приемных электродов, существуют заметные искажения, анные с присутствием неоднородностей вблизи питающих электродов, эвными эффектами искажений кривых ВЭЗ являются Р-эффект и С-эффект. лотря на схожесть проявления этих эффектов на кривых рк, они имеют разную иескую природу. Р-эффект возникает при измерении искажений электрического [ над неоднородностью. С-эффект возникает при измерении поля вне ;нородности, когда питающий электрод находится над неоднородностью.

3. Принцип эквивалентности для двумерных и трехмерных объектов деляется их продольной проводимостью и поперечным сопротивлением. Границы твия принципа эквивалентности сужаются при использовании плотной сети юдений над сложно-построенными средами (увеличение числа расстановок ющих электродов).

5. Разработана методика исследования сложно-построенных сред с льзованием погруженных питающих электродов. Такая методика позволяет 1ть широкий круг геологических задач, при которых исследуются локальные кты на значительном удалении от скважины.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Использование погруженных питающих электродов при изучении тектонических нарушений (постоянный ток)//Геофизические исследовани гидрогеологии и инженерной геологии/Тр. ГИДРОИНГЕО. -Ташкент: САИГШ

1991. (Совместно с И.Н. МодинымиЕ.В. Перваго).

2. Расчет кажущегося сопротивления над сложными геоэлектрическ: разрезами методом интегральных уравнений//Вестн. Моск. Ун-та. Сер. Геология. 1992. N 3.- с. 91-95. (Совместно с И.Н. Модиным, А Яковлевым и Е.В. Перваго).

3. Принцип эквивалентности для горизонтально-неоднородных сред электрических зондированиях на постоянном токе//Матер. 18научн. конф. м ученых геол. фак. МГУ, Москва, 25 марта 1991. Секц. Геофиз./ МГУ. - N

1992. - с. 71-77. Деп. в ВИНИТИ 20.02.92 588-В92. (Совместно с И. Модиным).

4. Искажения кривых ВЭЗ и принцип эквивалентности в горизонталь: неоднородных средах//Матер. 19 научн. конф. мол. ученых геол. фак. М1 Москва, 29 марта 1992. Секц. Геофиз./МГУ. -М., 1992. - с. 47-66. Д. в ВИНИТИ N 3226-В92. (Совместно с И.Н. Модиным).

5. Расчет электрического поля постоянного тока над сложными трехмернь объектами, помещеннымиводнородноеполупространство//2Всес. совещ.-сем! Инж.-физ. пробл. нов. техн., Москва, 17-19 февр. 1992: Тез. докл.- V 1992. - с. 157. (Совместно с И.Н. Модиным).

6. Искажения кривых ВЭЗ в горизонтально-неоднородных средах //Т докл. междунар. науч. конф. "Геофизика и современный мир", 9-13 авг. 1! г. М., МГУ. с. 339. (Совместно с И.Н. Модиным).

7. Электрическое зондирование геологической среды, Ч.2/-М,: Изд МГУ, 1992. С. 196. (Совместно с В.К. Хмелевским и др.)