Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Радиочастотное зондирование криолитозоны методом поверхностного импеданса

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

Автореферат диссертации по теме "Радиочастотное зондирование криолитозоны методом поверхностного импеданса"

Ь^О ! 1 1 Ч ;

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи 551.345:550.372:550.837

ЕФРЕМОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

РАДИОЧАСТОТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ КРИ0ЯИТ030НЫ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ИМПЕДАНСА

специальность 04.00.12

"Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте горного дела Севера Сибирского отделения Российской академии наук , . .-.-,.

Научный руководитель: док._\р технических наук, профессор

М.Н. Бердичевский

Официальные оппоненты: доктор технических наук, вед.науч.

сотр., Ф.М. Каыенецкий

кандидат физико-математических нау

А..Г. Яковлев

Ведущая организация: Институт мерзлотоведения СО РАК

Защита диссертации состоится "¿6 " 19Э2 г.

в (Ц ЪЛ часов на заседании Специализированного соЕета Д.053.05.24 по адресу: 119 899, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет, зона "А", ауд, 307.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геолоп ческого факультета МГУ, зона "А", 6 этаж.

Автореферат разослан "-2 г " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

пикулш

3. X. ¡№93

Отдел

ззртаций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТШ РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость рационального исполь-звания природных ресурсов Севера требует повышения эффзктив-ности разведки и разработки месторождений полезных ископаемых, изучения строения криолитозоны. Реальным подспорьем в этом могут стать методы разведочной геофизики, наиболее приемлемые в условиях развития многолетнемерзлых пород.

Одним из таких методов является метод поверхностного импеданса, который положен в основу магнитотеллурического зондирования и методов, используодкх электромагнитные поля удаленных радиостанций - РЭМП, СДВР. В области низкочастотных естественных полей существует достаточно полно разработанный магнитотеллурический аппарат для обработки и интерпретации данных зондирования. На радиочастотах, в условиях высокоом-ных геоэлектрических разрезов, когда становится значительным влияние токов смещения, решение обратной задачи осложняется многофакторностью влияния параметров разреза, неоднозначностью априорных сведений об электрических свойствах мерзлых пород в естественном залегании. В то же время этот метод в отличие от других позволяет помимо информации о проводимости среды получить дополнительно сведения о диэлектрической проницаемости, которые могут быть полезны при изучении геоэлектрического строения.

Для успешного применения метода поверхностного импеданса на радиочастотах актуальной задачей является исследование основных факторов, определяющих величину и частотную зависимость поверхностного импеданса криолитозоны, а также разработка методики зондирования, учитывавшей особенности ее строения.

Цель работы - исследование возможностей изучения строения криолитозоны методом поверхностного импеданса на радиочастотах и разработка методики зондирования.

Основные задачи исследований;

- изучение частотной зависимости поверхностного импеданса криолитозоны на радиочастотах;

- выбор рабочего диапазона частот, оптимального для определения параметров отдельных горизонтов;

- разработка методов приближенной интерпретации для получения оперативного результата в полевых условиях;

- совершенствование методики зондирования применительно к особенностям криолигоэоны;

- полевое опробование зондирования на участках с известным геокриологическим строением.

Методы исследования. Работа выполнялась на основе числе! ного моделирования слоистых структур и натурного эксперимент: сопоставления расчетных и экспериментальных данных с последу ющей проверкой на практике.

Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:

- изучены особенности частотной зависимости поверхностного импеданса на радиочастотах;

- определены границы и условия применимости метода поверхностного импеданса для изучения криолигозоны;

- предложены методы приближенной интерпретации данных зондирования;

- разработана высокопроизводительная и информативная двухчастотная методика зондирования;

- выделен новый элемент геоэлектрического строения кри-олитозоны - промежуточный тонкий проводящий слой в рыхлых отложениях;

- оценена чувствительность метода в реальных условиях;

- предложена методика зондирования, учитывающая особенности криолитоэоны.

Практическая ценность работы состоит в том, что разрабо танные метода позволяют повысить эффективность и производительность электроразведочных работ методом поверхностного им педанса на многолетнемерзлых породах. Кроме того, разработан ная методика может быть полезна при исследовании условий распространения радиоволн на мерзлотных трассах.

Реализация .работы. Результаты работ по теме диссертации использованы в НИР по теме "Разработать комплекс радиофизиче ких приборов и методов для изучения структуры массива горных пород", заданной распоряжением МЦМ и СО АН СССР. На основе полученных результатов были проведены полевые работы по поис

ку подземных вод в Центральной Якутии.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всесоюзной конференции "Проблемы разработки ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера" (Якутск, 1968), на XI и ХУ1 межведомственных семинарах по распространению радиоволн (Апатиты, 1985, Омск, 1990), на Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1990), на I семинаре секции "Геофизика криолитозоны" при ученом совете по геокриологии АН СССР (Москва, 1990). Разработанный автором прибор иИдаеданс-2М" был представлен на выставке "Сибирский прибор-87" (Новосибирск, 1987) и включен в каталог приборов Сибирского отделения.

Работа докладывалась и обсуждена на расширенном семинаре лаборатории томографии горного массива, семинаре секции ученого совета "Физические процессы горного производства" Института горного дела Севера (Якутск, 1991) и электроразведочном семинаре геологического факультета МГУ (Москва, 1991).

Публикации. Основные положения, развиваемые в диссертационной работе, представлены в 5 печатных работах и 3 научно-технических отчетах.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на i8Z страницах машинописного текста, содержащего 3? рисунков,

/5~ таблиц, 4 приложения, список литературы из 57 наименований и состоит из введения, 4 глав и заключения.

Личный вклад автора. Соискателем лично проведено численное моделирование криолитозоны с расчетом поверхностного импеданса в диапазоне 0,1...100000 кГц, получены соотношения, учитывающие влияние параметров основных горизонтов криолитозоны на частотную зависимость поверхностного импеданса по результатам численного моделирования, предложены методы приближенной интерпретации данных радиочастотного зондирования методом поверхностного импеданса, разработана методика двухчас-тотного зондирования, проведены натурные экспериментальные работы методом поверхностного импеданса на участках с характерным геокриологическим и геологическим строением, разработана и изготовлена оригинальная аппаратура для зондирования методом поверхностного импеданса, сопоставлены и проанализи-

рованы результаты численного моделирования и экспериментальных исследований, сделан вывод о возможности наличия тонкого проводящего слоя в рыхлых отложениях криолитозоны, разработана методика радиочастотного импедансного зондирования криолитозоны.

Автор выражает глубокую признательность научному руководители - профессору М.Н. Бердичевскому, профессору А.Е. Слепцову, кандидату технических наук A.B. Омельяненко, кандидату физико-математических наук Ю.Г. Шасткевичу, Н.Д. Де-дюкиной за помощь, ценные советы и плодотворные творческие контакты.

Автор считает своим долгом выразить благодарность профессору B.C. Якупову за руководство исследованиями, предшествовавшими настоящей работе, и предоставленный материал по данным интерпретации БЭЗ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследования, охарактеризованы новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой гла^е на основе литературных данных и предшествующих работ рассмотрены современное состояние и возможности метода поверхностного импеданса для изучения строения криолитозоны.

Дан обзор теоретических представлений о магнитотеллури-ческом импедансе на поверхности слоистых структур по работам М.Н. Бердичевского, Л.Л. Ваньяна, В.И. Дмитриева, М.С. Жданова, J1.A. Ковтун, о поверхностном импедансе в поле удаленных радиостанций по работам Г.И. Макарова, В.В. Новикова, Н.П. Тихомирова, Э.М. Гюннинена и других исследователей. Отмечается большой вклад в исследования практического применения импедан-сных измерений в поле радиостанций, внесенный A.B. Вешевым, В.А. Егоровьш, А.Г. Тарховым, Э.С. Седельниковым, С.Г. Горде-евым, Ч.Ц. Цыдыповым, Ю.Б. Башкуевым, В.Д. Цыденовым, В.О. Па-питашвили, М.И. Пертелем, В.А. Сикорским.

?

Было установлено, что возможности использования полей радиостанций расширяются, если результаты наблюдений модуля /<57 и аргумента поверхностного импеданса, приве-

денного к импедансу свободного пространства, представлять в виде эффективных значений удельного электрического сопротивления р" и относительной диэлектрической проницаемости С , определяемых по формулам

J " Uh(2aiy дУ ' /«3/

Существует принципиальная возможность решения обратной задачи, т.е. восстановления геоэлектрического разреза по частотной зависимости импеданса слоистой среды. В области частот, на которых преобладают токи проводимости, используются известные способы палеточной интерпретации и автоматизированной обхэботки методом регуляризации Тихонова. В области высоких частот, когда преобладают токи смещения и значения импеданса осциллируют, З.М. Рысаковым для контрастной двухслойной среды с верхним проводящим слоем предложены следущие формулы

^ _3 • 109Х-Кил* • _

Приводится краткая характеристика геоэлектрического строения криолитозоны, основных типов геоэлектрических разрезов, электрических свойств мерзлых горных пород в стационарном и переменных полях. По B.C. Якупову в разрезе, включающем крио-литозону, выделяются четыре основных горизонта: сезонно-талый слой рыхлых отложений (СГС), мерзлые рыхлые отложения (МРО), мерзлые скальные породы (МСП1 и талые скальные породы (ТСП).

Предшествующие экспериментальные исследования поверхностного импеданса в районах распространения многолетнемерзлых горных пород представлены результатами опытных работ, проведенных НИИЗК ЛГУ, ЦНИГШ, ИМСОАН на территории Якутии, которыми было отмечено, что величина импеданса на низких частотах определяется УЭС МСП и испытывает значительную зависимость от параметров высокольдистого горизонта МРО, оценены возможности профилирования (РЭМП, СДВР).

Первыми работами по численному моделированию для импеданса криолитозоны, проведенными в Й.5С0ЛН и ИГДС, с участием автора было установлено, что в области преобладания токов прон димости модуль импеданса прямопропорционален мощности МРО, а для оценки влияния СТС целесообразно рассматривать его продольную проводимость, влияние которой в некоторой степени компенсирует влияние МРО на модуль импеданса при преобладании токов проводимости, а на его аргумент при доминировании токов смещения. Вызванные слоистостью среды изменения импеданса могут лежать в пределах случайных отклонений, определяемых свойствами омновного горизонта разреза МОП. Это позволяет существенно упростить модель мерзлой толщи для расчета шн прогнозирования величины поверхностного импеданса.

Автор отмечает следующие основные Причины, по которым криолитозона представляет собой среду, благоприятную для изучения методом поверхностного импеданса: резкое различие по проводимости осноеных горизонтов, возможность реализации в рабочем диапазоне частот всех типов соотношения токов проводимости и смешения, что позволяет применить различные методы интерпретации для раздельного определения удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости, ожидаемая большая глубинность зондирования, чем при работе на породах с положительной температурой.

На основании проведенного анализа автором делается вывод о целесообразности изучения возможностей применения зондирования методом поверхностного импеданса на радиочастотах для изучения строения криолитозоны, его методической и практической реализации.

Во второй главе по результатам численного моделировани; с использованием параметров типовых геоэлектрических раэреэо) криолитозоны рассмотрена характер частотной зависимости поверхностного импеданса в диапазоне частот 0,1...100000 кГц, оценка толщины активной части криолитозоны, влияние на повер' хностный импеданс основных горизонтов и тонких промежуточных слоев, возможности извечтных способов интерпретации, предложены новые способы приближенной интерпретации и методы решения обратной задачи.

Частотная зависимость поверхностного импеданса определяется изменением соотношения между токами проводимости и смещения, вызванным повышением частоты. Для модуля импеданса криолитоэоны в области преобладания токов проводимости ( ? К. 300 кГц) это рост его величины пропорциональный повышению частоты, с переходом в области преобладания токов смещения ( £ > 500 кГц) на асимптоту, определяемого величиной диэлектрической проницаемости верхнего слоя - МРО в зимних условиях и СТС в летних. Для аргумента импеданса это изменения, вызванные различием электрических параметров основных горизонтов криолитозоны и, в основном, низкой проводимостью МРО. Наблюдаются осцилляции модуля и аргумента импеданса с амплитудой, определяемой соотношениями токов проводимости и смещения в слоях, мощностью слоев и глубиной их залегания. Показано, что частотную кривую модуля импеданса можно разделить на чередующиеся по числу основных горизонтов участки, характеризуемые асимптотической зависимостью, переходной областью или осцилляцией.

Чтобы оценить максимальную глубину зондирования слоистой среды, за толщину активной части мерзлой толщи принимается такая глубина, начиная с которой влияние нижележащих горизонтов на модуль или аргумент импеданса не превышает допустимой погрешности измерений. В результате численного моделирования криолитозоны трех-четырехслойными средами для летних условий и двух-трехелойными для зимних установлено, что толщина активной части определяемая по аргументу импеданса, примерно в два раза больше, чем при определении по модулю и близка по величине к эффективной толщине скин-слоя. Как для модуля, так и для аргумента импеданса с увеличением отношения Аз/Ру увеличивается и оценка толщины активной части криолитозоны. Таким образом, для оценки максимальной глубины зондирования по аргументу импеданса вполне приемлема величина эффективной толщины скин-слоя С .

В результате рассмотрения влияния на поверхностный импеданс основных горизонтов геоэлектрического разреза показано, что для частот, на которых доминируют токи проводимости, приращение модуля импеданса л /<Г/ возрастает пропорциО-

нально как увеличению мощности МРО, так и росту частоты. Отрицательное приращение argS' в отличие от /<57 возрастает еде и пропорционально увеличению проводимости МОП. Наличие СТС, как показывают частотные зависимости ¡S"! и а/усГ , частично компенсируют влияние МРО, причем для wy на более низких частотах, чем для /<Г/ . Компенсация полу чается полной в области частот, на которых в опорном гориз те МСП преобладают токи проводимости, при условии h</ft< = h2 В этой области частот прослеживается четкая прямопропорцис нальная зависимость уменьшения модуля импеданса -л/<37 от величины ^'Рз/Р' • Отмечается, что увеличение продольнс проводимости СТС уменьшает пределы изменения поверхностног импеданса в зависимости от проводимости МСП, т.е. СТС экра рует влияние изменений проводимости опорного горизонта.

Показано, что влияние горизонта ТСП на /<5У уменьшав ся с ростом величины В-б -ЦА и, при значениях B-e-tyA> становится незначительным, где

Для сиу<Т построена зависимость Ylf-en-Su

по которой также можно оценить величину приращения л агдЗ результате влияния подмерзлотного горизонта.

Рассмотрено влияние промежуточного тонкого проводящег слоя в мерзлой толще. Зависимости изменений -¿/<37 и Л osg с ростом глубины погружения имеют характер затухающих гармонических колебаний и на определенной, для каждой частоте глубине выходят на нулевую асимптоту.

На основе моделирования рассмотрены также возможное^ отношению к криолитозоне известных способов интерпретации: тода регуляризации Тихонова, интерпретации данных измерен! /сГ/ и а/у

Г на фиксированной частоте по двухслойной па; ке, определения hf , fi , £f , £-г по осцилляционным cooi шенияы. Если применение первых двух способов ограничено л! числом слоев и их параметров, которые могут быть определе} то применение последнего способа жестко ограничено требовг ем наличия отчетливой осцилляции /(У/ и агд , амплитуда которой определяет точность интерпретации. Отмечаете] что появление осцилляции характерно для высокочастотной о( ласти и разрезов, в которых в верхнем слое преобладают toi

смещения, а в нижнем токи проводимости, чему способствуют следующие факторы: удельное электрическое сопротивление либо диэлектрическая проницаемость в верхнем слое много больше чем в нижнем, наличие промежуточного проводящего слоя в мерзлой толще.

Предложены способы определения в некоторых случаях мощности горизонтов по совместному рассмотрению частотных кривых отношения плотности токов смещения к плотности токов проводимости и эффективной толщины скин-слоя с , а также мощности мерзлой долщи по совместному рассмотрению частотных кри>-вых р и £ . При этом величина с при которой максимально, соответствует мощности мерзлой толщи.

Предложено использование метода эквивалентных замен или рекуррентный метод приближенной интерпретации частотной зависимости поверхностного импеданса, основанный на рекуррентных свойствах поверхностного импеданса слоистой среды, позволяющих пересчитать импеданс /г -слойной среды на импеданс среды с количеством слоев П+1, и возможности определения мощности горизонтов мерзлой толщи по изменению соотношения токов проводимости и смещения. Этим методом возможно определение параметров IX +1 слоя через корректирующий множитель для двухслойной среды, если известен эффективный импеданс перекрывающих слоев, эквивалентный импедансу на поверхности гь -слойной среды.

Предложен двухчастотный способ приближенной интерпретации, основанный на сильной зависимости импеданса на поверхности пород высокого сопротивления от подстилающего' много более проводящего горизонта или промежуточного тонкого проводящего слоя в пределах толщины скин-слоя. Используя полученную при моделировании зависимость Л• ЬПго выведены приближенные формулы расчета /лм и А#р<$ по измеренным значениям /<57 на частотах ^ и :

_ Л- [ЫЕк1ЫЕк)2

и _ (мел)

' £ моп * Г *

■ мро / __ Г

Г* Г2

где - постоянные величины. Предложенные формулы

могут быть применены и к другим проводящим объектам в мерзлой толще.

По результатам численного моделирования делается вывод о необходимости дополнительного использования на частотах ниже 10 кГц магнитотеллурического или других низкочастотных полей для определения методом поверхностного импеданса больших значений мощности мерзлоты, составляющих сотни метров, и параметров подмерзлотных горизонтов.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям поверхностного импеданса криолитозоны в диапазоне частот 10...1000 кГц и содержит описание аппаратуры и методики измерений поверхностного импеданса, результаты статистической обработки и сопоставления экспериментальных данных с расчетными, экспериментального опробования возможностей профилирования, двухчастотного и многочастотного зондирований, оценку глубинности зондирования.

В экспериментальных исследованиях поверхностного импеданса использовалась несерийная аппаратура, погрешность измерения которой для модуля импеданса не превышает 5-8$, а для его аргумента 1-3 градусов. В том числе, использовались разработанные самостоятельно портативный иыпедансметр И-2М и высокочувствительный с повышенной точностью измерения комплект аппаратуры И-4. Методика измерений соответствовала утвервденной в НИИЗК ЛГУ и дополнительно учитывала особенности местных геокриологических условий. Достоверность измерений поверхностного импеданса подтверждается калибровочными испытаниями на озере Байкал.

Данными полевых измерений подтвервдается определяющее влияние на величину поверхностного импеданса для низких частот УЭС МОП, пропорциональность изменения /<57 изменению мощности МРО, значительность и характер влияния на продольной проводимости СТО, соответствие статистического

распределения значений № логнормальному, а a.t^u нормальному законам распределения случайной величины.

Сопоставление значений поверхностного импеданса, измеренных на пунктах ВЭЗ, с расчитанными по результатам интерпретации данных , полученных на постоянном токе показывает, что относительные отклонения и argSf на высоких частотах больше, чем на низких. В большинстве случаев измеренные значения /меньше расчетных во всем диапазоне частот 10...1000 кГц. Этот факт подтвервдается и обобщенной характеристикой частотной зависимости поверхностного импеданса, полученной в результате статистической обработки данных региона, составленного различными типами коренных пород.

По результатам одночастогного профилирования по буровой линии на участке составленном мерзлыми углистыми сланцами, перекрытыми горизонтом высокольдистых илов показано, что используя прямопрслорциональиую зависимость значений /<57 от мощности перекрывающего ллохопроводшего горизонта можно проследить с поверхности изменения рельефа коренных пород под высокольдистыми наносами оценивая изменение мощности последних. Вводится понятие двухчастотного экспресс-зондирования, ислольэущего формулы для определения f^cn и hHf>0 , и исследуются его возможности. Опробование на участках с известным геологическим и геокриологическим строением позволило выделить проводящие горизонты в рыхлых отложениях на глубинах, соответствующих вскрытым скважинами увлажненным суглинкам в верхней части разреза и межыерзлотному талику мощностью I м на глубине 15 м. Использование экспресс-зондирования при поисках подземных вод позволило оперативно выделить в плане перспективные таликовые зоны на исследуемой площади.

Рассмотрены особенности экспериментальных кривых частотного зондирования методом поверхностного импеданса в диапазоне Ю...1000 кГц, полученные на участках с типовыми геоэлектрическими разрезами. Значения модуля импеданса для низкоомного и высокоомного разрезов различаются на один порядок. Отмечается характерный наклон кривой /сГ/ , соответствующий наклону расчетных кривых, полученных при численном моделировании крио-

литозоны с тонким проводящим слоем, и наблюдающийся на большом числе кривых зондирования в Западной и Центральной Якутии.

Сезонные изменения поверхностного импеданса связаны с образованием и развитием СТС, влиянием изменения его влаго-содержания и зимним промерзанием этого слоя. Повышенное вла-госодержание СТС приводит к уменьшению /<57 даже при небольшой оттайке, а его промерзание приводит к увеличению отрицательного фазового сдвига на средних частотах, характерном для сред с промежуточным проводящим слоем.

Анализ полученных экспериментальных данных зондирования приводит к выводу о наличии промежуточного тонкого проводящего слоя (ТПС) в рыхлых отложениях на поверхности криолито-зоны, либо в МРО. Он может быть представлен межыерзлотным таликом, водоносным горизонтом, криопэгом и, в соответствии с частотами на которых наблюдается и учетом степени влияния, предположительно находится в пределах глубины залегания О,5...100 м, иметь мощность от 0,01 м до десятков метров, УЭС в пределах 0,1...100 Ом-м. Наличие такого слоя подтверждается данными бурения, имеющимися сведениями о верховодке, межмерзлотных таликах, криопэгах. Отмечается значительность влияния тонкого промежуточного слоя на величину импеданса, подтвержденная натурными наблюдениями на участках с известным геокриологическим строением, и необходимость учета этого дополнительного элемента геоэлектрического строения криолитозо-ны при геофизической съемке с использованием полей радиостанций.

На основе имеющихся экспериментальных данных проведена оценка глубинности зондирования по эффективной толщине скин-слоя. Полученные среднестатистические значения с позволили сделать вывод о том, что использования частот радиостанций достаточно для определения параметров СТС, МРО, ЫСП, ТПС, за исключением определения больших значений мощности МС11.

Б четвертой главе с учетом экспериментальных данных рассмотрены вопросы определения типа ГЭР, параметров отдельных горизонтов, выделения таликовых зон, чувствительности метода, предложена методика зондирования криолитозоны.и рекомендации

i ее практическому применении.

Возможность определения типа ГЭР по частотной зависимос-( поверхностного импеданса рассмотрена на примере сопостав-:ния полученных методом ВЭЗ значений /V и значений р , >лученных методом радиочастотного импедансного зондирования РИЗ) в том же пункте на частотах в диапазоне 15...500 кГц. з сопоставления видно, что для оценки УХ верхнего слоя не-5ходимо расширение диапазона до частот порядка 10 МГц. На :новании этого делается вывод о целесообразности применения втономного генератора высокочастотного поля. Показано, что том же диапазоне частот по амплитудно-фазовым кривым РИЗ, нтерпретируя изменение соотношения токов проводимости и сме-ения, удается определить тип четырехелойного разреза мерзлой олщи,

С использованием экспериментальных данных РИЗ показаны фактические возможности оперативного определения в полевых словиях: мощности МРО и относительной диэлектрической прони-деемости МРО я МОП - по осцилляции /<Г/ ; УЭС МСП, ТПС и тощности МРО - по предложенной двухчастотной методике; мощ-шсть МСП, УЭС МРО и МСП - по зависимости f> от / ; ющности МСП и ТПС - палеточным способом по значениям &.

Показано, что в реальных условиях, при погрешности измерения /¿Г/ 5% и сиу. <Г 2 градуса, можно ожидать фиксации изменения УХ в горизонте, сравнимом по мощности с толщиной скин-слоя, на величину превышающую 8%.

Принимая во внимание резкое различие по УХ талых и мерзлых пород делается вывод о благоприятных возможностях применения РИЗ для обнаружения и определения параметров та-ликовых зон, подкрепленный результатами измерения импеданса на участке с таликом, вызвавшим отклонение ¡S^J на 57% и ап$ S „а 32 градуса.

Учитывая отмеченные в результате экспериментальных исследований особенности' геоэлектрического строения криолитозо-ны для радиочастот предложена методика зондирования на участке, позволяющая добиться наибольшей глубинности и точности. Методика включает следующие этапы: предварительное двухчас-тотное экспресс-зондирование по площади участка с целью опе-

ративного выделения в плане зон, на которых вносящий искажения ТПС отсутствует или менее значителен; последующий выбор внутри этих зон, по данным измерений, пунктов с наименьшим влиянием СТС; проведение на этих пунктах многочастотногс зондирования. Высокая производительность и эффективность работ по предложенной методике подтверждается результатами ее применения при проведении работ по поиску подземных вод в Центральной Якутии. Показаны эффзктивность и рациональность методики, в целом, для геокриологических исследований и РИЗ, в частности, применительно к изучению строения криолитозоны.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Теоретически исследованы особенности частотной зависимости поверхностного импеданса криолитозоны в диапазоне частот 0,1...100000 кГц, изучены закономерности влияния основных горизонтов и возможности определения их параметров.

2. Предложены методы приближенной интерпретации кривых радиочастотного импедансного зондирования.

3. Разработаны способ двухчастотной интерпретации и методика экспресс-зондирования криолитозоны.

4. Разработан способ определения мощности мерзлоты по зависимости эффективного удельного сопротивления от эффективной толщины скин-слоя.

5. Экспериментально исследованы факторы, определяющие величину поверхностного импеданса криолитозоны на радиочастотах и особенности его частотной зависимости.

6. Оценена глубинность зондирования криолитозоны на радиочастотах по экспериментальным данным.

7. Определены диапазоны рабочих частот, оптимальные для определения параметров отдельных горизонтов.

8. Разработана аппаратура для радиочастотного зондирования методом поверхностного импеданса.

9. Выделен новый- элемент геоэлектрического строения криолитозоны - тонкий проводящий слой в рыхлых отложениях.

10. Экспериментально исследованы возможности изучения криолитозоны методом поверхностного импеданса 'на радиочастотах.

11. Разработана методика радиочастотного импедансного зондирования криолитозоны, учитывающая ее особенности.

12. Экспериментальное опробование показало, что применение разработанных методик позволяет повысить эффективность геофизической съемки по площади, глубинность зондирования

и достоверность определения параметров основных горизонтов криолитозоны.

Основные защищаемые положения:

1. Зондирование методом поверхностного импеданса в диапазоне частот 0,1...100000 кГц является эффективным способом изучения криолитозоны.

2. Предложенные методы приближенной интерпретации частотной зависимости поверхностного импеданса криолитозоны на радиочастотах позволяют определить тип геоэлектрического разреза, мощности основных горизонтов и их электрические параметры.

3. Радиочастотное импедансное зондирование в районах развития многолетнемерзлых горных пород необходимо производить по методике, учитывающей особенности строения криолитозоны.

Основные опубликованные работы по теме диссертации:

1. Ефремов В.Н. Особенности подстилающей среды при сезон ном протаивании рыхлых отложений//Межведомственный семинар по распространению радиоволн. Тезисы докладов.-Красноярск, 1986, 0.157.

2. Дедшина Н.Д., Ефремов В.Н., Шасткевич Ю.Г. Толщина активной части подстилающей мерзлой толщи в СДВ-СВ диапазонах/'/Распространение радиоволн километрового диапазона.-Апатиты, 1987, с.82-84.

3. Ефремов В.Н., Дедюкина II.Д. Возможности метода поверхностного импеданса для изучения мерзлых горных пород в масси-ве//Ресурсосберегающие технологии при отработке полезных ископаемых Севера подземным способом.-Якутск, 1990, с.74-78.

4.Ефремов В.Н. Определение параметров подстилающей среды в высоких широтах на основе импедансных измерений//Распро-стрянение километровых и более длинных радиоволн. Тезисы док-

ладов.-Омск, 1990, с.68.

5. Ефремов В.Н. О влиянии тонких водонасыщенных слоев в мерзлой толще на локальный поверхностный импеданс//ХУ1 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Часть I.-Карьков, 1990, с.297-298.