Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Скважинная электрометрия мерзлой зоны литосферы

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Скважинная электрометрия мерзлой зоны литосферы"

Российская академия наук Сибирское отделение Ордена Трудового Красного Знамени Институт мерзлотоведения

На правах рукописи СНЕГИРЕВ Анатолий Михайлович

СКВАЖИННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИЯ МЕРЗЛОЙ ЗОНЫ ЛИТОСФЕРЫ.

Специальности: 04.00.07 -инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Якутск - 1992

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте мерзлотоведения СО РАН.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор

Фролов Анатолий Дмитриевич

- доктор технических паук, профессор

Бобровпиков Леонид Захарович

- доктор гсолого-мипсралогических паук, Псрлыптейп Георгий Захарович.

Ведущая организация - Производственный и научно-исслсдоватсл!>ский институт по инженерным изысканиям в строител1>ствс Минстроя РФ (ПНИИИС).

Защита состо и тс н^. .. 1992 г. в .-.<?...час. на заседании специализированного совета Д 003.48.01 при Институте мерзлотоведения СО РАН но адресу: 677018, Якутск-18, Институт мерзлотоведения СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения СО РАН.

Огзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю спецсовета.

Автореферат разослан ...А.... 1992 г.

Ученый секретарь спецсовета к.т.н.

О.И.Алексеева

! Зт.";;; I ^ <■'•• Общая характеристика работы

Актуал1>иость. Интенсивное освоение северных и северовосточных регионов России связано с решением ряда проблем поиска месторождений полезных ископаемых, строительства трубопроводов, транспортных магистралей, гидротехнических и других промышленных комплексов. В процессе освоения установлено, что криолитозона, являющаяся основанием инженерных сооружений и средой, в которой проводятся горные и другие работы, характеризуется значительной неоднородностью распределения в пространстве и изменчивостью во времени физических полей, физико-механических свойств и структурно-текстурных особенностей геокриологических разрезов. Эти характеристики в равной мере определяются как естественными геолого-геофизическими, так и антропогенными факторами. Глобальные и локальные антропогенные воздействия на криолитозопу приводят к нарушению ее состояния и, как следствие, к изменению условий хозя й ственной деятел ьности.

При решении задач оптимизации освоения Севера весьма актуальным становится направление натурного изучения пространственно-временной изменчивости параметров толщ горных пород криолитозоны. При этом существенная роль принадлежит геофизическим методам исследования, не нарушающим состояния горных пород в процессе измерения и широко используемым в области развития криолитозоны в' рамках разведочной и поисковой геофизики. Актуальной является проблема создания на их базе методов исследования криолитозоны. Решение этой проблемы в части разработки скважинной электрометрии мерзлой зоны литосферы отражено в предлагаемой работе.

Цель работы. На базе разведочной и промысловой геофизики, адаптируя их методические, технические и информационные возможности к условиям криолитозоны, сделать скважинпую электрометрию реальным средством геокриологических исследований.

Основные задачи исследований

1.0цснить специфику физико-химических и технологических условий проведения электрометрических измерений в криолитозопе и на этой основе разработать

методику наблюдений и технические средства определений параметров электромагнитных нолей в скважине.

2.0ценить применимость современных электромагнитных методов каротажа с индуктивным заданием и приемом электромагнитного ноля при изучении геокриологаческих разрезов; усовершенствовать их методику и технические средства измерений.

З.Исследовать информативность параметра магнитной восприимчивости при изучении криолитозоны.

4.0прсделить целесообразность применения совмещенных электромагнитных систем модуляционной) типа в исследованиях криолитозоны и возможность создания на их основе измерительных устройств для изучения мерзлых пород в стволе скважины и околоскважинном пространстве.

5.Разработать лабораторные установки и изучить электрофизические параметры и закономерности их изменения, зависящие от температуры, льдистости, минерализации порового раствора и других факторов, на образцах мерзлых пород для обоснования интерпретации геофизических данных.

6.Изучить особенности проявления вызванной поляризации и естественного электрического поля в мерзлых толщах горных пород.

7.Разработать методы выявления льда и льдистых горизонтов в геокриологических разрезах скважин.

8.Исследовать возможности применения скважипной электрометрии при изучении геокриологаческих разрезов.

9 .Он редел ить условия применения скважипной электрометрии и ее роль и место в геофизическом мониторинге криолитозоны.

Научная новизна. 1.Сформулирована и обоснована концепция скважипной электрометрии мерзлой зоны литосферы, базирующаяся на адекватном отражении в электромагнитных полях, наблюдаемых в скважинах, пространственно-временной изменчивости структуры, текстуры, вещественного и фазового состава мерзлых горных пород, определяемой термодинамическими условиями, естественными и антропогенными физико-химическими процессами.

2Доказано, что эффективность и достоверность скважипной электрометрии обусловлены необходимостью усовершенствования существующих и разработки специальных методов и методик, адаптированных к условиям сухих скважин,

обеспечивающих максимально возможную сохранность сстсстасннош состояния мерзлых пород в околоскважинном пространств.

3.Разработапы способы устранения кондуктнвных и наисдснных паразитных утечек тока из токовых линий в измерительную, способы уменьшения сопротивлений заземления скважинных электродов и стабилизации их электродных потенциалов (а.с. N 1068862, 894655, 1383258, 1236406, 1317380, 1326050), которые в совокупности с усовершенствованиями входных и выходных характеристик измерительных и генераторных устройств обеспечили адаптацию кондуктнвных методов к условиям измерений в сухой скважине и существенно повысили чувствительность и точность измерений параметров электрического поля. .

4.Показапо, что для обеспечения необходимой чувствительности и точности скважинной электрометрии при исследованиях криолитозоны разработанные методы нуждаются в периодическом тестировании в связи с изменчивостью электрофизических свойств среды во времени.

5.Разработана новая модификация электрокаротажа МСК, предназначенная для выявления льда и льдистых образований в разрезе сухой скважины, основанная на регистрации изменения величины тока при подогреве контактной поверхности электрод-горная порода (а.с. N 1383258), что повышает однозначность решения задачи.

6.Предложен новый, теоретически обоснованный способ измерения магнитной восприимчивости и электропроводности горных пород, который обеспечивает обнаружение объектов с аномально низкой (до 10*^) магнитной восприимчивостью (например, скопления льда) в окрестности скважины в радиусе до 30-50 метров с указанием азимута на этот объект (а.с. N1238563).

7.Впервые экспериментально установлено наличие интенсивных естественных электрических полей (до 200 мВ) в стационарной части толщи мерзлых пород. Эти поля характеризуются аномальными изменениями в пространстве и во времени, что свидетельствует о существовании достачно активных электрохимических процессов в мерзлой толще горных пород, несмотря на регистрируемую стабильность ее температуры.

8.Впервые показано, что гсоэлектрическис разрезы, построенные по данным скважинной электрометрии достоверно отражают геологическое и криолптологичсское строение мерзлой толщи. При этом пространственное распределение отрицательных изотерм и изолиний электрофизических параметров слабо коррелируемо.

9.Разработанный и адаптированный к условиям в криолитозонс комплекс методов скважинной электрометрии обеспечивает объективное выявление пространственных особенностей строения и состава мерзлой толщи и ее изменчивости во времени.

Практическое значение. Выполненные разработки и накопленный опыт в связи с адаптацией технических средств и технологических процедур измерений электромагнитных параметров криолитозоны в сухих скважинах, применение принципиально нового подхода к интерпретации данных измерений, включающего идентификацию условий исследования и использования предшествующего опыта в аналогичных условиях, полученные данные о льдистости горных пород и электрохимической активности мерзлых толщ могут быть использованы в следующих направлениях практических исследований:

-в качестве метода инженерно-геокриологических исследований - при при изысканиях, связанных с выбором площадок под инженерные сооружения, и осуществлении мониторинга за изменением состояния оснований фундаментов крупных инженепрпых сооружений;

-в качестве метода Региональной и Общей геокриологии - в целях повышения информативности геокриологических исследований за счет исследования скважин поискового и разведочного бурения (только в Республике Саха (Якутия) бурение сухих скважин различного назначения осуществляется в объеме сотен тысяч погонных метров). Скважинная электрометрия обеспечивает . исследование особенностей изменения фазорого состава и содержания жидкой фазы в горных породах естественного сложения, изучение условий возникновения и распространения электромагнитных полей в крдолитозопе и других проявлений криогенеза в мерзлых толщах горных пород. Метод может быть использован как компонент мониторинга за состоянием недр при изучении глобальных изменений природной среды и климата.

Использование результатов экспериментальных наблюдении и опытно-методических и конструкторских работ обеспечивает создание конкретных технических средств измерении, усовершенствование существующей серийной аппаратуры в геофизике и позволяет повысить эффективность поисков и разведки месторождений полезных ископаемых за счет обоснованного применения геофизических методов, повышения точности и надежности проводимых измерений и увеличения достоверности и однозначности интерпретации полевых материалов.

Выполненные разработки методик и технических средств измерений параметров электромагнитных полей в скважинах и результаты исследований геоэлектрических разрезов криолитозоны используются, прежде всего,

геологоразведочными экспедициями ПГО Якутскгеология, Приленскгеология и Северовостокзолото, а также в процессе научных исследований. Эти же результаты легли в основу научно-исследовательских программ, связанных с геофизическим мониторингом криолитозоны различного уровня.

Личный вклад автора. В основу диссертации положены результаты многолетних (1968-1991 гг.) экспериментальных исследований в Западной, Центральной и Северо-Восточной Якутии, Магаданской области и Чукотке. Научные результаты и выводы получены при непосредственном участии автора в ходе разработки научно-исследовательских тем, опытно-методических и опытно-производственных работ в качестве ответственного исполнителя и научного руководителя. Широко использованы литературные данные при анализе результатов электрофизических исследований, условий проведения наблюдений в сухих скважинах и другие.

Разработка ряда теоретических вопросов, методики и техники проведения экспериментальных исследований выполнены автором совместно с сотрудниками Вилюйской НИМС Института мерзлотоведения, а также МГРИ. Особую признательность автор выражает своим коллегам по геофизическим исследованиям: Великину С.А., Бадалову ВД., Бабашкину A.A., Трощенко Г.Я., Васильеву A.A., Морозову К.В., Вшпшку А.М.Даниловичу Ю-А.,Калинычеву B.C., Климовскому И.В.Готовцеву С.П.,Константинову П.Я.,Попову В.А. и др.

Развитию скважипн'ой электрометрии и геокриологии способствовали творческие контакты, совместные эксперименты и обсуждения возникающих проблем с проф. Плюсниным М.И., к.т.н. Талаловым А.Д., к.т.н. Бабковым-Эстсркиным C.B., и рек}). ДасвымД.С. и др. Внедрение разработок в производство было бы невозможно без постоянной поддержки и помощи со стороны сотрудников ПГО Якутскгсологин и Прилснскгсология Погудина И.А.,Парасогки B.C., Григоркипа B.C., Мясникова Ф.В., Черною С.Д., Валакппша Г.Д. и других.

Существенное влияние на направление работ оказали профессор Алышн Л.М., член-корреспондент РАН Мельников В.П., д.ф.-м.н. Гсниадшшк Б.И, д.т.н.,проф. Фролов А.Д., д.г.-м.н. Балобаев В.Т., к.г.н. Акимов А.Т., которые стимулировали постановку новых проблем и задач. Особую благодарность автор приносит академику РАН Мельникову П.И., кочорый па протяжении долгих лег не только способствовал проведению работ по теме исследований , но и внес значительный вклад в дело становления и развития Геофизики криолитозопы.

Автор выражает искреннюю признательность всем коллегам, оказавшим помощь, содействие и поддержку при выполнении исследований.

Апробация работ. Отдельные положения и результаты работы представлялись на конференциях международною, всесоюзного и республиканского значения, в том числе на II, III и IV международных конференциях по мерзлотоведению (Якутск, 1972; Эдмонтон, Канада, 1973; Фсрбенкс, США, 1983); на Международном симпозиуме в Ямбурге (СССР, 1990); на всесоюзном совещании "Исследование состава, строения и свойств промерзающих и оттаивающих пород..". (Москва, 1981); выездной сессии Отделения океанологии, физики атмосферы и географии (Магадан, 1986); па республиканских конференциях "Развитие производительных сил Сибири и задачи ускорения научно-технического прогресса" (Якутск, 1985) и "Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитозопе" (Магадан, 1989); на секции "Геофизика криолитозопы" Научною совета но криологии Земли РАН (Москва,1990,1992).

Выполненные разработки экспонировались на выставках "Сибирский прибор"-83, -87, -90, Тсологоразвсдка-90", ВДНХ (1986 и 1990 гг.) и были награждены дипломами этих выставок и медалями ВДНХ.

Публикации. По теме диссертации аитором опубликовано 45 научных работ, включая а авторских свидетельств па изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общин объем работы - 302 страницы основною текста, 120 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 247 наименовании и 21 страница приложений.

¡.ОБОСНОВАНИЕИССЛЕДОВАНИИ КРИОЛИТОЗОНЫ МЕТОДАМИ СКВАЖИННОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ

В главе рассмотрены основные аспекты развития геофизических методов исследования криолитозоны, их современное состояние и задачи, акцентировано внимание на направлениях развития геофизических методов исследований криогенных процессов. Наибольшее внимание уделено структуре и содержанию исследований криолитозоны методами скважипной электрометрии. Дан анализ электрофизических параметров-мерзлых горных пород, физико-географических и технологических условий проведения измерений в скважинах.

В первом разделе изложены в краткой форме основные этапы становления и развития геофизических исследований мерзлой зоны литосферы. Благодаря работам A.A.Петровского, А.Т.Акимова, В.Т.Балобаева, Б.Н.Достовалова, Ю..Резпичепко, АД.Фролова, В.П.Мельникова, О.К.Воронкова,

Б.И.Гениадипика,В.И.Джурика, В.С.Якупова и многих других сформировалось новое научное направление - Геофизика криолитозоны.

Разработка учения о криогенезе литосферы на современном этапе предусматривает прогноз развития нежелательных криогенных процессов и управление ими, поэтому к геофизике предъявляются особые требования:

обязательность применения комплекса методов с повышенной информативностью, разрешающей способностью и производительностью при изучении деятельного слоя, криопегов, подземных льдов, толщи многолетнемерзлых горных пород и других объектов;

- изучение геофизических полей в криолитозоне, их связи с особенностями строения и структуры земной коры и динамикой

энергетической системы континенты-океаны и другими глобальными факторами, включая антропогенные;

- установление корреляционных связей между различными геофизическими параметрами с целыо реализации возможной количественной оценки инженерно-геологических свойств мерзлых горных пород в массиве геофизическими методами.

Подход к решению большинства геокриологических задач геофизическими методами в целом согласуется с известным в разведочной геофизике. Используя геофизические данные, интерпретация полевых материалов обычно не выходила за рамки статистического описания геологической ситуации, что на первых этапах вполне удовлетворяло требованиям геокриологии. В отличие от разведочной геофизики, в связи с большой дифференцированностыо геофизических разрезов и заметным» изменениями их параметров во времени и пространстве, необходимо не только фиксировать геологическую картину, но и изучать физико-химичеекце, физико-гидрогеологические и мерзлотные процессы в их динамике.

Применительно к изучению криогенных процессов наметились три направления геофизических исследований, основанные на:

- изучении стационарных и меняющихся физических полей, обусловленных естественными физико-химическими процессами в криолитозоне;

- изучении реакционной способности мерзлой торной породы на внешнее физическое воздействие. Изменение криогенной структуры в зависимости от температуры, давления или других причин приводит к изменению реакционной способности горной породы, проявляющейся в некоторых геофизических параметрах. Это позволяет применять геофизические методы в целях исследования состояния геокриологических разрезов;

- искуственном создании источника криогенных процессов (электромагнитное поле, температура, давление и т.д.) и изучении характера их протекания по вторичному полю.

На этих принципах, по существу, основано изучение фазового состава мерзлых пород по измерениям температурной дисперсии их электрических и акустических свойств. Эги же принципы лежат в основе развития современных геофизических методов в геокриологии, в том числе и методов скважинной электрометрии.

Второй раздел посвящен содержанию и структуре исслелований скважиимой электрометрии. Объектом скважинной электрометрии является мерзлая зона литосферы и се взаимосвязь и взаимодействие с электромагнитным нолем. В связи с этим, цель скважинной электрометрии в геокриологии -познание пространственно-временной изменчивости строения, состава, свойств и состояния горных пород криолитозоны на основе определения параметров естественных и искусственно созданных электромагнитных полей в скважинах.

Достижение цели обеспечивается решением двух групп задач, качественно различающихся между собой, но в большой степени обуславливающих друг друга. Это задачи, связанные с разработкой и усовершенствованием методов скважинной электрометрии, и задачи, расширяющие область применения этих методов в геокриологических исследованиях.

Предмет исследования - пространственно-временная изменчивость параметров конкретного геоэлектрического разреза: электрофизические свойства горных пород и их зависимость от частоты поля и температуры; параметры естественного и искусственного электромагнитного поля; корреляционные связи между электромагнитными параметрами и свойствами изучаемой среды; структурно-текстурные преобразования геокриологического разреза как результат внешних воздействий; строение и литологический состав геокриологических разрезов.

Уровень развития методов исследований в области скважинной электрометрии зависит от достижений разведочной и промысловой геофизики. По мере накопления опыта происходит адаптирование этих методов применительно к новому объекту исследований путем развития теории, методики и технических средств измерений, а также поиска новых методов, методик и физических параметров объекта. Выделение скважинной электрометрии в самостоятельное научное направление в геокриологии автор связывает, во-первых, с ее особенностью по отношению к наземным и аэрокосмическим исследованиям и, во-вторых, со спецификой исследования в скважинах. Кроме того, с помощью скважинных методов получают, как правило, данные, служащие основой для физико-геологических построений и количественной интерпретации методов электрометрии.

В третьем разделе дана оценка состояния электрокаротажа, скважшшой электроразведки и их технического и технологического обеспечения, входящих в структуру скважинной электрометрии. 1

Начало систематических исследований вопросов применения отдельных методов скважинной электрометрии в геокриологии относится к концу 1950-х годов. За истекший период основной объем работ выполнен методами с кондуктивным заданием и приемом электромагнитного поля. В этих целях оценивалось влияние бурового раствора, диаметра скважин и размеров установок на показания каротажа (Акимов А.Т., Бакулин Ю.А., Володько Б.В., Великин С.А., Гречухин В.В., Ирбэ H.A., Коркина Р.И., Мусин A.M., Седов Б.М., Снегирев A.M. и другие); изучалась возможность тех или иных методов при литологическом расчленении геокриологических разрезов, выявлении льдистых горизонтов, определении нижней границы многолетнемерзлой толщи горных пород и режимных наблюдениях (Акимов А.Т., Бакулин Ю.А., Володько Б.В., Великин С.А., Гречухин В.В., Мельников В.П., Снегирев A.M. и другие); разрабатывались новые конструктивные и функциональные элементы измерительных установок (Бакулин Ю.А., Борисенко Ю.Н., Зуев Г.Н., Эсик ВЛ., Снегирев A.M., Великин С.А., Калинычев B.C. и другие). В этот же период накапливался статистический материал, определяющий возможности методов с индуктивным заданием и приемом электромагнитного поля. Первые работы в этой области выполнены Аветикяном Ю.А., Пугач В.В. и Дорофеевым Е.А., которые изучили распределение высокочастотного электромагнитного ноля в толще мерзлых пород по глубине и предложили метод "высокочастотного каротажа". Опытно-экспериментальное опробование методов с индуктивным заданием поля стало возможным после создания специализированных макетов апаратуры ВДК, ВИК, ВКМВ в МГРИ и дальнейшего их усовершенствования и испытания с участием специалистов МГРИ и ВНИМС СО РАН (Даев Д.С., Талалов АД., Плюснин М.И., Бабков-Эстеркин С.А., Снегирев A.M., Великин С.А., Васильев A.A. и др.)

Физико-техническое и технологическое обеспечение развивалось в процессе применения методов скважинной электрометрии. Специализация такого обеспечения осуществлялась с точки зрения исчерпывающего решения задач.

В связи с этим, важными моментами являются сохранение условий естественного состояния мерзлой толщи горных пород в стволе скважины и околоскважинном пространстве при бурении и производстве наблюдений; получение данных о взаимодействии мерзлых пород с электромагнитным полем и измерительными установками; обеспечение возможности периодического размещения геофизических датчиков и аппаратуры в скважинах и получение опорных данных как для сравнительной оценки информативности методов, так и в целях накопления базы данных о динамике физико-механических процессов в криолитозоне.

Результаты анализа опубликованных материалов и собственных исследований показывают, что:

-задачи для скважинной электрометрии предусматривали изучение, главным образом, пространственной изменчивости геоэлектрических разрезов, что явно недостаточно;

-серийная измерительная электроразведочная аппаратура позволяла исследовать ограниченный спектр типов геоэлектрических разрезов мерзлых толщ горных пород в скважинах;

-полевые эксперименты выполнялись с применением единичных экземпляров приспособлений, устройств и датчиков, а отсутствие исчерпывающей информации не давало возможности их воспроизводства;

-качественный характер опубликованных материалов, отсутствие анализа источников погрешностей измерений и недостаточность разработок способов, устраняющих те или иные источники погрешностей, резко ограничивали объективную оценку возможностей скважинной электрометрии при исследованиях слабоградиентных физических полей и медленно протекающих криогенных процессов.

В четвертом разделе анализируются температурные и частотные дисперсии электрофизических свойств горных пород, являющихся физической основой электрометрии криолитозоны. Этому аспекту уделено большое внимание в геофизике криолитозоны. Опубликованные Акимовым А.Т., Ананяном A.A., Богородским В.В., Гусевым Б.В., Достоваловым Б.Н., Зыковым ЮД., Снегиревым A.M., Мельниковым В.П., Фроловым АД., Холмянским М.А., Якуповым B.C. и многими другими данные свидетельствуют о весьма широком диапазоне значений электропроводности, поляризуемости и

диэлектрической проницаемости горных пород в области отрицательных значений температур. Практически оказалась не исследована магнитная восприимчивость и недостаточно полно изучено естественное элетричсское поле.

Вклад автора заключался в теоретическом и экспериментальном исследовании низкочастотной

поляризуемости мерзлых горных пород и льда. Было доказано, что:

-поляризуемость поликристаллического льда может превышать 10% и обусловлена наличием внутри его объема фазовой границы лед - незамерзшая вода, определяющей дисперсию поляризуемости в зависимости от температуры, концентрации исходного электролита и других факторов;

-аномально высокие значения поляризуемости ионопроводящих сред определяются присутствием в горной породе льда и его трансформацией в зависимости от температуры, состава и строения горной породы. При этом значения поляризуемости увеличиваются от глинистых образований до песчаных;

-поляризационные свойства мерзлой горной породы определяются структурой и свойствами двойных электрических слоев, развитых на различных фазовых границах и имеющих различные по величине и (или) по знаку £ - потенциалы.

Широкий диапазон значений электрофизических параметров обусловлен статистическими и динамическими факторами. При этом изменение температуры даже на 0,1°С приводит к заметным изменениям значений электрофизических параметров, регистрация которых методами скважинпой электрометрии возможна при условии повышения чувствительности измерительной аппаратуры и точности измерений.

В пятом разделе рассматриваются физико-географические и технологические условия электрометрических наблюдений в криолитозоне. Применительно к скважинпой электрометрии акцентируется внимание на чрезвычайно большое разнообразие геокриологических и геоэлектрических разрезов; динамику криогенных границ; градиенты температуры, влажности, концентрацию водорастворимых солей; постоянное изменение количественного соотношения фаз воды. Это обстоятельство определяет комплексность наблюдений методами скважинпой

электрометрии с обязательным включением в комплекс измерений температуры.

Акцентируется внимание на необходимость учета в исследованиях условий бурения скважин и их состояние в период наблюдений. В изучении криолитозоны методами скважинной электрометрии предпочтительно использование скважин, пройденных с применением в качестве очистного агента охлажденного воздуха.

Н.РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СКВАЖИННОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ В ГЕОКРИОЛОГИИ С КОНДУКТИВНЫМ ЗАДАНИЕМ И ПРИЕМОМ ПОЛЯ

Рассматриваемые методы - ЕП, КС, МСК-Т и ВП объединяются в этой главе общностью технических средств измерений, обеспечивающих непосредственную (кондуктивную) связь измерительных установок с мерзлой горной породой в сухой скважине. Сами же методы и особенности их адаптации к условиям наблюдений и задачам геокриологии описываются в соответствующих разделах. Комплексный подход, основанный на обобщении результатов исследований, разработке и анализе теоретических и экспериментальных материалов, показал, что адаптированные методы с кондуктивным заданием и приемом поля, методики и результаты исследований криолитозоны в своей совокупности представляют развивающуюся в процессе решения собственных и прикладных задач в геокриологии систему в рамках научного направления - скважинная электрометрия мерзлой зоны литосферы.

В первом разделе описаны разработки технических средств

измерений, которые, применительно к кондуктивным методам,

включают скважинные датчики, контактирующие со стенкой

скважины, технические решения способов исключения

кондуктивных и емкостных утечек тока, измерительную ХУТпаро-пр1/ „ ~

Тбмяврагуз^лебедочное устройство и другие.

Перечисленные конструктивные и функциональные элементы измерительных установок, разработанные в рудной и промысловой геофизике, для условий в сухих скважинах, пройденных в мерзлых породах, имеют ряд ограничений, обусловленных: низкой проводимостью изучаемой среды; высокими переходными сопротивлениями электрод-горная

порода (до 1 и более МОм); неустойчивыми во времени электродными потенциалами; относительно низкими входными сопротивлениями серийной измерительной аппаратуры; различного рода утечками "тока. Эти факторы явились основными источниками помех, ограничивающими применение и информативногсть методов.

Конструкции скважинных электродов и зондов, описанные в работах С.Г.Комарова, А.В.Миллера, Ю.Н.Борисенко, Ю.А.Бакулина, ВА.Комарова и других, в связи с высоким переходным сопротивлением электрод-горная порода позволяют проводить высокоточные измерения лишь в относительно благоприятных условиях, а предложения по уменьшению этого сопротивления за счет увеличения площади контакта, усиления их прижима к стенке скважин и смачивания полностью задачу не решают и имеют ограниченное применение.

С целыо снижения переходных сопротивлений скважшшый электрод-горная порода и, соответственно, требований к входным устройствам измерительной аппаратуры в работе обосновано:

-применение в конструкции зонда токонепроводящего резервуара, заполненного незамерзающим раствором электролита. Устройство выполнено в виде цилиндрической емкости-груза, имеющего в нижней части радиальные сливные отверстия, работа которых определяется специальным клапаном. Щетки из упругого материала, закрепленные на клапане, служащие механизмом, регулирующим положение клапана при движении зонда по скважине, одновременно очищают стенку скважин от пыли и равномерно тонким слоем размазывают по ней электролит (а.с. N1236406);

-необходимость применения в измерительной линии специальных неполяризуюгцихся электродов, в основе конструкции которых лежит идея автоматического смачивания контактной части пористого элемента электролитом (а.с. N 1068862). При движении зонда по стенке, скважины из специального резервуара, входящего в конструкцию электрода, к месту контакта с горной породой осуществляется подача незамерзающего электролита посредством специальной тонкопористой перемычки, соединяющей электролит и контактный элемент;

-нецелесообразность, применения других способов , в частности, заполнения ствола сухих скважин электропроводными реагентами (жидкими, пенообразными) из-

за: обрушений стенки скважины, изменений температуры горной породы в околоскважинном пространстве а, главное, из-за изменения электрофизических характеристик горных пород вследствие проникновения в трещины и поры электропроводной жидкости.

Разработанные и примененные способы позволили в самых неблагоприятных условиях получить переходное сопротивление электродов ниже 100 кОм.

В разделе рассмотрены и рекомендованы новые дополнительные способы, исключающие утечки тока, в том числе:

-пустотелые конусообразные насадки, выполненные, из гидрофобного непроводящего материала, закрепленные на кабеле между электродами, либо входящие в конструкцию электродов. Применение насадок препятствует образованию влажной пленки на поверхности кабеля в пределах их пустотелой части, и сопротивление изоляции в течение времени наблюдений сохраняется достаточно высоким (а.с. N 802891);

-устройство, использующее принцип эквипотенциального экранирования и обеспечивающее глубокое разделение электрических цепей за счет применения несущей зонд металлической трубы в качестве эквивалентного экранирующего электрода, соединенного с выходом повторителя, вход которого соединен с измерительным электродом (а.с. N 1317380);

-способ и устройство кондуктивного возбуждения электромагнитного поля, устраняющие емкостные утечки тока (а.с. N 1326050). Устройство, включающее основной источник тока и дополнительный, регулируемый по напряжению источником тока с нуль-органом, элемент контроля тока, а также многослой ные изолированные между собой экраны, полностью исключает емкостные утечки в изучаемую среду при использовании токовой линии переменного напряжения.

Устранение утечек тока и уменьшение переходных сопротивлений электродов позволило измерить параметры электромагнитного поля с относительной погрешностью около 1,5%, что почти на порядок ниже по сравнению с известной в практике эксперимента.

В связи с тем, что серийная электроразведочная аппаратура (АЭ-72, АНЧ-3, ЭСК-1, ВПФ, ВПП-70, ВП-62 и другая), а также серийные каротажные станции характеризуются относительно низкими входными сопротивлениями (1-5 МОм), погрешность

при их использовании в условиях сухих скважин возрастает до 20% и более. Это обстоятельство определило применение в исследованиях цифровых вольтметров, требующих создания соответствующего микроклимата для их работы в полевых условиях, и разработку специального генераторного устройства и блоков сопряжения и управления. Изготовленный и примененный в опытно-экспериментальных исследованиях комплект аппаратуры с входным сопротивлением выше 100 МОм и источником регулируемого от 0,05 до 200 мА стабилизированного тока с погрешностью стабилизации 1% и другие блоки позволили регистрировать в условиях сухой скважины потенциалы ЕП, первичного поля токов и потенциалы вызванной поляризации с высокой точностью. Опыт эксплуатации этого комплекта в различных геолого-геофизических условиях был использован при составлении технических требований к аппаратуре для работы с кондуктивными методами при исследовании толщ мерзлых горных пород в стволе сухой скважины и при изготовлении комплексов универсальной измерительной аппаратуры "КАМА" (разработчик к.т.н. Бадалов ВД.). Автор принял участие на этапе обсуждения технических условий, организации изготовления комплекта и испытаниях. Основные реализованные технические параметры аппаратуры позволяют в автономном режиме (без линии синхронизации) измерять вызванную поляризацию во временной области, электропроводность и естественное электрическое поле при переходном сопротивлении измерительной линии до 1 МОм и значительном уровне электромагнитных помех. Преимущества аппаратуры обеспечиваются качественно новыми техническими решениями - способом измерений, применением входного электрометрического дифференциального усилителя с большим коэффициентом ослабления синфазного сигнала и другими. В конце раздела описаны особенности вспомогательного оборудования и специализированной лебедки, выполненной как периферийное устройство бортовой микроЭВМ в целях обеспечения Л1обого режима движения каротажного зонда и наблюдений.

Во втором разделе рассмотрены методика и результаты исследования электрического поля в стволе сухой скважины. Известные публикации Эненштейна Б.Е., Гречухина В.В., Лагова П.А., Яркина И.Г., Мельникова В.П., Володько Б.Б., Седова Б.М., Ирбэ H.A. и других показали существование аномалий .ЕП

вблизи поверхности талые-мерзлые породы, аномальное проявление поля ПС у нижней поверхности многлетнемерзлых пород, отсутствие аномалий ПС в стационарной части криолитозоны и стабильность поля ЕП в годичном цикле ниже глубины нулевых колебаний температуры.

Основанием для постановки исследований явилось то, что фазовые переходы определяют появление и исчезновение источников электрических потенциалов, зависящих от режима и условий протекания фазового перехода и факторов, его определяющих, - скорости изменения температуры и ее величины, состава и концентрации электролита и других. В результате образования во льду областей пространственных нескомпенсированных зарядов и противозарядов в контактирующей с ним незамерзшей жидкости при промерзании возникает внешнее электрическое поле, обусловленное высокой разностью потенциалов на границе лед-раствор в различных точках породы и неравномерностью распределения концентрации электролита. С точки зрения метода ЕП, это определяет главную специфику предмета исследований, а зависимость этих процессов от свойств среды позволяла надеяться на возможность решения более широкого спектра задач в геокриологии методом ЕП. При этом принималось во внимание, что буровой раствор может в значительной мере маскировать эти процессы.

При рассмотрении результатов измерений со скважшшыми потенциал- и градиент-установками принималось во внимание, что

-электрические потенциалы до 30 мВ могут возникнуть в результате взаимодействия неполяризующегося электрода с горной породой, содержащей незамерзшую воду с иной концентрацией солей;

-уровень и аномалии ЕП зависят от разницы температур измерительных электродов, изменения электродного потенциала во времени, сопротивления заземления электродов и других причин.

Эти обстоятельства определили необходимость многократного повторения наблюдений и контроля при различных условиях расположения и подготовки измерительных электродов, а также осуществление режимных наблюдений.

Результаты экспериментов позволяют акцентировать внимание на следующем:

-фазовые границы талые-мерзлые горные породы являются одним из источников поля ЕП, существующим независимо от района исследований. Этот вывод следует из того, что различными авторами (Гречухин В.В., Мельников В.П., Эненштейн Б.С. и другими, в том числе и автором диссертации) в различных физико-географических и геологических условиях получены одинаковые результаты - изменение знака поля ЕП в области фазовой границы. Это обстоятельство позволяет использовать метод ЕП для выявления таких фазовых границ в стволе скважины;

-фоновые значения поля ЕП в стационарной части мерзлой толщи горных пород могут достигать 200 мВ. На уровне фоновых значений часто фиксируются небольшие по мощности положительные, отрицательные и знакопеременные аномалии ЕП с максимальной амплитудой до 100 мВ и более, которые сохраняют свое пространственное положение независимо от методики наблюдений;

-от расположения опорного электрода N зависит уровень и знак фоновых значений ЕП, а также абсолютное значение амплитуды и знак аномальных интервалов при сохранении отношения аномалия/фон;

-в стационарной части толщи многолетнемерзлых горных пород объективно существует естественное электрическое поле, изменяющееся во времени и постранстве. В общем случае оно представляет собой сумму полей, формирующихся в различных частях разреза по-разному, вследствие чего его обнаружение зависит от условий наблюдений, точности и тд.

Существование изменчивых и стабильных во времени аномалий ЕП в стационарной части мерзлых горных пород позволяет говорить о существовании различных источников их происхождения. Следуя современным представлениям, утверждается, что стабильные аномалии обусловлены стационарными физико-химическими процессами и могут служить своеобразными индикаторами при использовании метода ЕП в системе мониторинга криолитозоны.

В процессе экспериментов обнаружено влияние постоянного электрического тока на характеристики отдельных весьма узких аномалий ЕП, интенсивность которых и знак зависели от направления возбуждающего тока, что определяет предмет

поиска источника этих аномалий в рамках гипотезы существования в криолитозоне природных электрических конденсаторов. Небольшая мощность выявленных аномалий возможно связана также с ионоселективными свойствами поверхностей раздела разнородных сред, формирующих эти аномалии ЕП при наличии градиента физических полей различной природы (например, вертикального, либо горизонтального градиента температурного поля).

Третий раздел рассматривает теоретические разработки, методику и результаты решения конкретных задач методом КС. В общем случае теория метода и его экспериментальная база довольно хорошо развиты и продолжают развиваться в связи с появлением новых задач. В геокриологии применение метода КС сопровождалось, главным образом, усовершенствованием и разработкой технических средств измерений и методики. Результаты этих исследований описаны в работах Акимова А.Т., Баулина Ю.А., Великина С.А., Гречухина В.В., Морозова К,В., Снегирева A.M., Зыкова ЮД. и других.

Автор исследовал: вопросы оценки величины геометрического фактора и коэффициента электрической анизотропии мерзлых горных пород, методику режимных наблюдений в скважинах; сравнительную информативность различных модификаций и способов, а также результаты решения геокриологических задач - литологическое расчленение разрезов, выявление фазовой границы мерзлые-талые горные породы, определение параметра электропроводности, исследование структуры геокриологических разрезов и другие.

Оценки геометрического фактора осуществлялись по формулам, вытекающим из работ Альпина Л.М. и Опарина В.Н., и экспериментально. Полученные большие расхождения в значениях экспериментальных и теоретических определений (10 и более процентов) объясняются невозможностью создания в скважине таких условий для электродов и зондов, которые полностью соответствовали бы теоретическим представлениям. В связи с этим обоснован и предлагается экспериментальный способ, основанный на использовании хорошо изученных однородных интервалов в разрезе опорных скважин.

В условиях однородных разрезов мерзлых горных пород показания различных измерительных установок совпадают с удовлетворительной для практики точностью. В случае изучения слоистых разрезов возможности той или иной измерительной

установки при литологическом расчленении разреза (градиент-зонд, потенциал-зонд, вертикальный градиент и другие) в общем случае равноценны, если выбор параметров установок выполнен с учетом параметров искомых объектов.

Надежные и точные определения электрического сопротивления мерзлой горной породы возможны, если размеры установки в 5-6 раз превышают диаметр скважины и в 2-3 и более раз меньше мощности изучаемой пачки горных пород или отдельного пласта, а также если учитываются нарушения мерзлых горных пород вследствие бурения и известна погрешность определения геометрического фактора. Выполнение этих условий дает возможность принимать измеренные значения р^ за истинные удельные электрические сопротивления. В случаях слоистых разрезов могут использоваться известные методы количественной интерпретации (Альпин Л.М., Комаров С.Г., Дахнов В.Н. и др.)

В разделе рассматриваются два способа измерения электрической анизотропии, реализованные при исследовании мерзлых пород в сухих скважинах.

Одним из важных результатов исследований является установленная изменчивость электропроводности мерзлых пород на глубинах ниже подошвы слоя годовых изменений температуры. Изменения, существенно превышающие погрешность, подчеркивают высокую чувствительность метода и необходимость учета этого факта при интерпретации полевых материалов.

Решение прикладных задач методом сопротивлений с использованием скважин позволило установить, что:

-границы талые-мерзлые породы, особенно в разрезах, дифференцированных по литолошческому составу, не всегда выявляются резким изменением электропроводности по данным каротажа. в связи с существующими в этой области вертикальными градиентами температуры, влажности и солевого состава. Однозначная индикация границы становится возможной лишь в процессе выполнения режимных сезонных наблюдений, когда аномалия электропроводности с течением времени перемещается вслед за перемещением фазовой границы. При этом аномалии рсвязанные с литологическим составом, изменяются только по амплитуде;

-структура геоэлектрического разреза мерзлых пород в основном определяется литологией и криолитологическим

строением. Каждому комплексу горных пород соответствует свое распределение электрического сопротивления в пространстве.

Выполненные теоретические, технические и методические разработки и эксперименты впервые предоставили возможность получить в сухих скважинах точные данные об электропроводности толщ многолетнемерзлых горных пород в естественном залегании и их электрической анизотропии, а также изучить структуры геокриологических и геоэлектрических разрезов и предложить применение скважинного метода сопротивлений в качестве одного из чувствительных методов при геофизическом мониторинге мерзлой зоны литосферы.

В четвертом разделе обсуждаются возможности новой модификации метода скользящих контактов, предложенной для выявления льда и льдистых горизонтов в разрезе сухих скважин и оперативной оценки дифференциации геокриологического разреза по электропроводности (а.с. N 1383258). Метод разработан А.С.Семеновым и О.К.Владимировым в 1930-х годах, для выделения в разрезах скважин угля и рудных тел, значительно отличающихся от вмещающих горных пород по электропроводности. При геокриологических исследованиях использовалась разновидность метода (токовый точечный каротаж) в целях литологического расчленения разреза (Акимов А.Т., Коркина Р.И., Бакулин Ю.А., Великин С.А., Снегирев A.M. и др.). Автор совместно с Великиным С.А. предложил и осуществил на практике исследование геокриологических разрезов специальной модификацией метода,

характеризующейся большими возможностями при детальном расчленении геокриологического разреза по литологическому составу и выявлению льда и льдистых горизонтов в разрезе скважины.

Эффективность и преимущество метода опрделяется тем, что конкретная литологическая разновидность при постоянной температуре содержит соответствующее количество незамерзшей воды, определяющей величину тока в горной породе. При прочих равных услових и переходе скользящего токового электрода через границу разнородных сред мы вправе ожидать изменение тока тем большее, чем больше различие, например, в литологическом (гранулометрическом) составе. При высокой стабилизации напряжения, не превышающего 300 В, и плотности j < 1 мА/см^ средняя погрешность регистрации тока в мерзлых породах не превышает 5% при максимальных и минимальных

отклонениях 10 и 2% соответственно. Наше предложение заключается в необходимости анализа изменения силы тока, обусловленного изменением переходного сопротивления электрод-горная порода при подогреве границы металл электрода-изучаемая среда. Уменьшение переходного сопротивления электрода и, соответственно, увеличение тока происходит за счет поднлавления льда на границе электрод-горная порода. Мерой сравнения двух кривых тока, получаемых при холодном и нагретом электроде, может служить, например, отношение значений тока при нагретом и холодном электроде, зарегистрированных против изучаемого интервала. У льдистых пород это отношение много больше единицы. Для реализации этого способа разработан специальный электрод, содержащий нихромовую спираль, нагреваемую током, текущим по двум свободным жилам каротажного кабеля.

Информативность предложенной модификации иллюстрируется примерами изученных конкретных геокриологических разрезов.

Новый объект и предмет исследования - лед и льдистые горизонты и связанные с ним задачи позволяют ввести в систему методов скважинной электрометрии мерзлой зоны литосферы усовершенствованный метод МСК.

В пятом разделе рассматриваются возможности и особенности применения, а также результаты наблюдений с использованием скважинного варианта метода вызванной поляризации.

Установленные особенности поляризуемости мерзлых горных пород явились основой для включения метода ВП в систему методов скважинной электрометрии в геокриологии, несмотря па то, что измерения ВП в сухих скважинах еще не вышли за рамки эксперимента. Получение качественных материалов стало возможным только после применения рассмотренных в начале главы технических средств измерений и аиаратуры.

В процессе полевых и, частично, лабораторных экспериментов обнаружились следующие особенности проявления поля ВП в сухой скважине:

-характер спада ВП в однородных интервалах ионопроводящих мерзлых пород такой же, как и у талых;

-изменчивость параметров геокриологического разреза во времени изменяет величину и форму аномалий, а сами

аномалии могут смещаться по разрезу вслед за перемещениями значений того или иного параметра разреза (например, влажности, границы талая-мерзлая порода);

-часто регистрируются знакопеременные аномалии ВГТ, приуроченные к границам мерзлых горных пород, отличающихся между собой по электропроводности;

-в слоистых разрезах и трещиноватых горных породах кривые поляризуемости носят изрезанный характер; поле ВП не всегда спадает до нуля, а остаточный потенциал часто принимает положительные, либо отрицательные значения. Величины J/jy измеренные через 0,5сек после выключения поляризующего тока, могут иметь положительные, нулевые и отрицательные значения.

Исследование сухих скважин осуществлялось градиент- и потенциал-зондами, установкой вертикального .срединного градиента и погребенными скважинными установками. При перемещении измерительной установки снизу вверх измерительные электроды всегда располагались вверху. В каждой точке спад поля ВП наблюдался с ОД сек, что исключало влияние на результаты наблюдений токов индукции. Поляризуемость определялась как отношение разности потенциалов BII, измеренных через 0,5 сек и 180 сек, к величине тока. Переход на следующую точку выполнялся практически после полного завершения быстрых изменений спада поля ВП. На отдельных интервалах измерения осуществлялись при двух напрвлениях тока. При повторных наблюдениях, если они выполнялись без перемещения измерительной установки с тем же, либо обратным направлением тока, погрешность в рассчитанных fie превышала 3-1%. При контроле на следующий день разброс значений достигал 10-15% за счет неточного расположения измерительной установки в скважине.

Рассмотренные в работе примеры решения геокриологических задач с использованием сухих скважин позволили акцентировать внимание на следующих важных моментах:

-знакопеременные аномалии т}^ в сухих скважинах наблюдаются только в слоистых льдистых разрезах и приурочиваются к участкам, контрастным по сопротивлению;

-однородные, изотропные мерзлые горные породы характеризуются устойчивыми значениями поляризуемости;

-отрицательные и знакопеременные аномалии ВП не наблюдаются в средах с разноориентированной трещиноватостью независимо от степени заполнения трещин льдом, либо другим материалом;

-корреляция аномалий 1и рj, зависит от свойств конкретного интервала исследования

Ш.МЕТОДЫ СКВАЖИННОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ МЕРЗЛОЙ ЗОНЫ ЛИТОСФЕРЫ С ИНДУКТИВНЫМ ЗАДАНИЕМ И ПРИЕМОМ

В главе описан опыт экспериментального опробования известных электромагнитных методов каротажа, основанных на изучении электропроводности, диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости, с целью расширения комплекса методов скважшшой электрометрии мерзлой зоны литосферы. В экспериментах использовалась измерительная аппаратура, созданная в МГРИ и адаптированная совместно с ВНИМС к условиям наблюдений в сухих скважинах при отрицательной температуре с учетом диапазона пространственно-временной изменчивости электрофизических свойств мерзлых толщ горных пород. Кратко рассмотрены возможности дипольных совмещенных систем модуляционного типа и предложен новый модуляционный способ выявления в окрестности скважин объектов,^кш^грастных по магнитной восприимчивости и (или) по электрОдности.

В первых трех разделах рассматриваются экспериментальные материалы, впервые полученные автором совместно со специалистами МГРИ (Талалов АД., Бабков-Эстеркин СЛ.) -и ВНИМС СО РАН (Великин CA., Васильев A.A.). Автор принял участие в постановке задач, в проведении полевых работ и анализе материалов эксперимента.

Получение полной информации о диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости в совокупности с данными об электропроводности, поляризуемости и естественном электрическом поле, принципиально, предоставляет исследователю широкие возможности в многостороннем познании объекта исследований методами скважинной электрометрии.

Основная задача состояла в оценке применимости и в адаптировании выполненных в МГРИ разработок аппаратуры ВИК, ВКМВ-36 и ВДК к наблюдениям особенностей геокриологических разрезов в сухих скважинах при отрицательных температурах. При этом повышение чувствительности, точности и расширение диапазона измеряемых характеристик (в сторону уменьшения электропроводности и магнитной восприимчивости) достигалось:

-с аппаратурой ВИК - путем стабилизации геометрии зондового устройства в связи с изменениями его температуры и момента системы генераторных катушек; устранения наводок от подводящих токовых линий на систему измерительных катушек; повышения стабилизации частоты генератора и коэффициента передачи измерительного тракта. Это дало возможность измерять на частоте 250 кГц электропроводность в диапазоне 0,5 + 0,5 • 10"^Сим/м;

-с аппаратурой ВКМВ-36 (опытный макет МГРИ) путем повышения термостабильности измерительного тракта и усовершенствования конструктивных особенностей, что позволило повысить чувствительность с 5*10"^ ед.СИ до 2 •ДО"*' ед.СИ.

Анализ материалов экспериментального опробования показал:

-с помощью аппаратуры ВИК возможно детальное расчленение слоистого геокриологического разреза, характеризующегося изменчивостью по сопротивлению в интервале 50-5000 Ом'м; интерпретация результатов наблюдений должна учитывать наличие в разрезе горных пород с высокой магнитной восприимчивостью; достигнутая чувствительность к пространственно-временной изменчивости электропроводности геоэлектрического разреза позволяет рекомендовать метод для режимных долговременных наблюдений за состоянием разреза с использованием скважин, обсаженных непроводящим, немагнитным материалом;

-аппаратура ВДК регистрирует на частоте 43 МГц диэлектрическую проницаемость мерзлых пород в широком диапазоне значений (увеличивающуюся от мерзлых песков к глинам). Установленная для талых пород закономерная связь между их диэлектрической проницаемостью и весовой влажностью нарушается при отрицательных температурах.

Совместное использование данных волнового диэлектрического каротажа и методов, определяющих суммарное влагосодержапие, позволяет судить о фазовом составе воды в мерзлых породах естественного залегания;

-мерзлые горные породы характеризуются широким спектром 9t .обусловленным, главным образом, содержанием ферромагнитных материалов. Аппаратура ВКМВ-36 позволяет выделить в геокриологических разрезах границы разнородных по маг-нитной восприимчивости слоев мощностью от нескольких де-сятков сантиметров; пласты льда и интервалы горных пород с высокой льдистостыо выделяются пониженными значениями 91.

В четвертом разделе рассмотрены дипольные совмещенные низкочастотные системы модуляционного типа. Разработки геофизических модуляционных систем в мировой практике пока еще не вышли за рамки патентных предложений. Научно-прикладные аспекты их построения и применения па низких частотах до настоящего времени разработаны недостаточно полно. Предложенные способы модуляции электромагнитной связи с изучаемыми объектами отражены в ряде патентов и авторских свидетельств на изобретения, выданных Бабашкину A.A., Бадалову ВД., Векслеру В.И., Игнатьеву Г.Ф., Ижорскому A.B., Лоэбу Ж., Молочному Г.В., Мизюку Л.Я., Пуранепу М., Родионову М.В., Снегиреву A.M., Тархову А.Г. и многим другим. Целесообразность развития и совершенствования этих систем для исследования криолитозоны (помимо специфики объекта) обусловлена:

-возможностью более полного подавления сигнала первичного поля за счет разделения воздействия и отклика по частоте, что обеспечивает дальнейшее повышение чувствительности методов определения магнитной восприимчивости;

-принципиальной возможностью создания скважинных измерительных установок для изучения околоскважшшого пространства с целью обнаружения локальных аномальных объектов по электропроводности и магнитной восприимчивости (например, льдов, таликовых зон и др.).

Автором совместно с Бадаловым ВД. и Мизюком Л.Я. (1987) теоретически исследованы частотные свойства объекта и особенности аномального (вторичного) магнитного поля на примере парамагнитного проводящего шара в поле дипольного источника (СЭМ системы) при 9i 1 (что отвечает

геокриологическому разрезу). Это позволило пренебречь влиянием магнитной проницаемости /л на распределение "вихревых" токов в шаре и рассматривать вторичное магнитное поле шара с и 0> 0 как суперпозицию полей "вихревых" токов (¡в), определяемых только проводимостью (7 и индуцированной намагниченностью (Л), пропорциональной 91 . При теоретических оценках использовались известные решения Электродинамической задачи о "вихревых" токах в немагнитном шаре (91 = 0, а> 0) и мапштостатической задачи об индуцированной намагниченности парамагнитного

непроводящего шара (91<<1, а = 0).

Качественная оценка изменчивости различных составляющих вторичного магнитного поля (ВМП) от частоты для совмещенных систем с компланарными рамками при ориентации ортов рамок на центр шара (Ях = 0, Яу = 0,10^= 0, Шуо= 0, ш2о= 1) показывает, что:

-существует область низких частот, в которой 1тН2 пропорциональна а, а ИСН2 , что позволяет осуществить

взаимно независимое выявление объекта по сг и 91 (индекс "2" соответствует вторичному полю);

-в высокочастотной области преобладают поля "вихревых" токов и выявление объекта становится возможным только по проводимости. При этом низкочастотная область, где ИеН^д-~ЯеН2^ пропорциональна 91 и практически не зависит от частоты (со ), а 1тН23^(7 ~ 1тН2<7 пропорциональна а и О) (индексы "91 " и "О " акцентируют внимание на учитываемые в задаче характеристики объекта). Ке^ЭЧсг и 'т^23?<7 как взаимпоквадратурпые сигналы, которые могут быть разрешены взаимно независимо, представляют большой интерес, так как практическая реализация этих соотношений с учетом высокой чувствительности и предельно высокого разрешения (по сравнению с другими электромагнитными системами) оказывается более информативной, чем у традиционных одпопараметровых методов;

-при непрерывном равномерном вращении жестко связанной системы генераторной и приемной рамок вокруг общей оси, ортогональной плоскости ИОгтц, с круговой частотой О, компоненты вторичного поля Н2П будут меняться с частотой 2£2 и, складываясь с, в принципе, неизменным в месте расположения приемной рамки, первичным полем Нь обусловят модуляцию суммарного поля Н1,2 по амплитуде с

частотой 2Й и огибающей, амплитуда которой пропорциональна модулю | Нг | , а начальная фаза равна удвоенному углу "видимости" на искомый объект.

Поскольку электромагнитная связь между рамками по первичному полю неизменна и проявляется на "несущей частоте" со, то в рассмотренном классе модуляционных систем сигналы первичного и вторичного полей разделяются по частоте.

Анализ результатов теоретических исследовайэгей, патентов и авторских свидетельств позволил автору совместно с Бадаловым БД. предложить новый способ исследования разрезов по 91 и О, предусматривающий возможность практической реализации и свободный от ряда недостатков, присущих другим предложениям.

Сложности реализации известных способов, предложенных Векслером В.И., Ижорским A.B., Игнатьевым Г.Ф. и другими, заключались в основном в следующем:

-в необходимости затрат значительной мощности даже на создание относительно небольших магнитных моментов генераторных рамок (20 - 30 А ■ м2);

-в ограничении габаритных размеров и массы рамок, обусловленном их вращением;

-в наличии значительного по уровню сигнала первичного поля, который из-за неизбежных при вращении, изшбных колебаний несущей конструкции рамок оказывался модулированным с огибающей, содержащей в своем спектре гармонику с частотой 2Q и не отличался от сигнала вторичного поля;

-в необходимости ориентации системы вращающих рамок так, чтобы в них не наводился сигнал геомагнитного поля;

-в ограниченности или отсутствии критериев (приемов), позволяющих классифицировать обнаруживаемые объекты по 9t и О, определять их местоположение и др.

В нашем предложении (а.с. N 1238563) использовано известное в индуктивной электроразведке решение, в котором возбуждение переменного магнитного поля осуществляется с помощью вращающегося со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту постоянного магнита вокруг оси, ортогональной его магнитному моменту, а измерение производится с помощью вращающейся приемной рамки, жестко связанной с магнитом и имеющей орт, компланарный

магнитному моменту магнита и соответствующей компоненте вторичного поля:

-выделяется гармоника на частоте вращения, несущая информацию о величине и направлении (магнитном меридиане при вертикальной оси вращения) проекции геомагнитного поля на плоскость, в которой вращается орт приемной рамки;

-выделяется гармоника на удвоенной частоте вращения, несущая информацию о магнитной восприимчивости, проводимости и о направлении (азимуте на искомый объект);

-выделяется гармоника на учетверенной частоте вращения, несущая информацию о проводимости и о направлении (азимуте) на проводящий объект;

-по моментам перехода эд.с. индукции гармоники на частоте вращения через нуль формируются опорные сигналы для измерения начальных фаз гармоник на удвоенной и учетверенной частоте вращения;

-измеряются амплитуды и начальные фазы гармоник на удвоенной и учетверенной частоте вращения относительно указанных опорных сигналов. При этом фаза гармоники на учетверенной частоте равна учетверенному азимуту на объект -источник вторичного поля;

-измеряется действительная (в фазе или противофазе с опорным сигналом) и мнимая (квадратурная) компоненты гармоники на удвоенной частоте вращения и с учетом полученных в предыдущей операции результатов измерения азимута на объект рассчитываются с точностью до постоянного множителя, определяемого относительным расстоянием до объекта, его магнитная восприимчивость и проводимость;

-при отсутствии гармоники на учетверенной частоте вращения (при очень низкой проводимости) магнитная восприимчивость объекта и азимут на него определяются, соответственно, по измеренным в предыдущих операциях амплитуде, действительной по компоненте и начальной фазе гармоники на удвоенной частоте вращения;

-при необходимости учета погрешностей, связанных с изменениями ориентации оси вращения в процессе производства измерений в разных точках, измеряется амплитуда гармоники на частоте вращения и вводятся поправки в результаты измерений и расчета.

Рассмотренный способ может быть использован для создания широкого класса компактных (длиною не более одного

метра при диаметре 40 - 100 мм) и экономичных по питанию (1 -10 Вт) геофизических электромагнитных систем измерения вторичного поля с разрешением 10"® - 10"^, пригодных для обследования окрестностей скважин в радиусе до 30 - 50 метров.

IV. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ МЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

В главе рассматриваются структурные и функциональные элементы нового специализированного лабораторного комплекса для изучения электрофизических свойств мерзлых горных пород и моделирования физико-химических процессов в широком спектре температур. Описаны результаты исследований становления постоянного тока в мерзлой породе, примеры решения методических вопросов скважинной электрометрии.

Исследования электрофизических свойств, определяющих связь между особенностями воздействующего электромагнитного поля и реакцией мерзлой горной породы на это воздействие, осуществлялись в лабораторных условиях с первых шагов применения электрометрии в геокриологии (Акимов А.Т., Ананян АА., Андре П., Аветикян Ю.Е., Богородский В.В., Боголюбов А.Н., Г\сев Б.В., Достовалов Б.Н., Зыков ЮД., Коркина Р.И., Мельников В.П., Мюллер Г., Петровский АА., Ризниченко Ю.В., Снегирев A.M., Тренев Г.В., Тютюник П.Н., Фролов АД. и многие другие).

В системе скважинной электрометрии лабораторные исследования подчинены общей проблеме разработки единого комплекса методов и методик исследований с использованием скважин и предназначены для повышения объективности интерпретации полевых материалов, разработки технических средств, обеспечивающих точные определения параметров геоэлектрического и геокриологического разрезов, достоверность режимных наблюдений и прогноза изменения криолитозоны.

В первом разделе описан разработанный специализированный лабораторный комплекс, включающий стандартные приборы универсальных гибких систем на базе ЭВМ, в частности, адаптированной нами системы КАМАК, которая сводит задачу создания лабораторного комплекса к минимуму - разработке специальных узлов сопряжения с датчиками. В состав комплекса

входит климатическая камера, обеспечивающая задание температуры образцов в диапазоне -70 - 90°С. Комплекс позволяет:

-измерять одновременно температуру образцов в 15 точках с точностью ± 0,03°С по отношению к калиброванным данным любого термистора;

-изучать электрофизические параметры ВП, ЕП в любых режимах, электродные потенциалы и сопротивление заземления электродов;

-генерировать постоянный стабилизированный ток от 5 мкА до 200 мА любой длительности с временем переключения полярности от момента подачи управляющего сигнала 3 мсек, обеспечивая полный разрыв токовой цепи через 1 мсек.

Для измерения электрических потенциалов используются цифровые вольтметры Ф-30, состыкованные с ЭВМ. Источник тока, коммутатор и другие цепи, связанные с измерением, гальванически изолированы от "земли" и имеют переходную емкость на "землю" около 30 пФ. Это дает возможность исследовать среды с очень высоким сопротивлением, не внося дополнительных погрешностей за счет утечек тока с измерительных цепей на "землю". Система программирования QUASIC-2, разработанная в НИВС РАН, с небольшими изменениями и дополнениями полностью обеспечивает автоматизацию и управление экспериментом, предварительную обработку информации и выдачу результата эксперимента в цифровой и аналоговой форме.

Во втором разделе рассматриваются примеры решения с помощью лабораторного комплекса некоторых вопросов методики скважинной электрометрии с кондуктивным заданием и приемом поля, в частности, становление тока в горной породе. В отличие от опубликованных материалов (Ананян A.A., Дортман Н.В., Маришш В.А., Пархоменко Э.И. и другие) в процессе исследования сухих скважин выявилась связь изменения тока с изменением температуры токовых электродов и обусловленность этого изменения направлением постоянного тока в системе электрод-мерзлая горная порода-электрод. В лабораторных условиях исследовались объемные (10x10x40 см) модели мерзлых песков и глин и их контактов при изменении длительности пропускания тока, материала токового электрода, температуры и концентрация водорастворимых солей.

Экспериментально показано, что:

-протекание тока через контакты электрод-горная порода, горная порода-горная порода, а также через однородную среду вызывает различное изменение температуры в различных участках изучаемой модели, зависящее от направления тока, времени его действия и величины. При этом в однородной мерзлой породе изменчивость температуры зависит только от плотности тока и времени его действия;

-основное отличие становления тока в мерзлых породах от талых состоит в том, что оно сопровождается и определяется фазовыми переходами воды как на контакте электрод-горная порода, так и в объеме горной породы;

-особенности становления тока в мерзлых породах проявляются при его плотности выше 0,1 мА/см2 и сопровождаются изменением состояния контакта электрод-горная порода и изменением самой среды.

Полученные материалы, с одной стороны, ориентируют на принятие мер по уменьшению плотности тока при исследовании скважин, а с другой, - предполагают возможность выявления новых параметров, отражающих реакцию мерзлой горной породы на внешнее воздействие.

Одна из возможностей лабораторного комплекса реализована при оценке состояния геокриологического разреза и устойчивости берегового склона участка строительства Вилюйской ГЭС-3, сложенного полускальными, выветрелыми, дислоцированными и засоленными алевролитами, мергелями, доломитами и известняками с влажностью до 30%. Установленное изменение электропроводности горных пород при уменьшении концентрации поровых растворов и понижении температуры разреза и полевое опробование разработанных методов скважипной электрометрии показали, что уверенная регистрация изменчивости электропроводности ри изменении температуры на 0,1°С возможна в разрезах с концентрацией водорастворимых солей до 60 г/л.

У.ФИЗИ КО-ГЕОЛ ОГИЧ ЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЕРХНИХ ГОРИЗОНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ

Под физико-геологической моделью криолитозоны (ФГМК) подразумевается обобщенное и формализованное описание пространственно-временной изменчивости параметров

криолитозоны, на основе которого устанавливается взаимосвязь параметров наблюдаемых физических полей и параметров модели. Эффективность-использования экспериментальных и теоретических материалов в построении ФГМК зависит от: особенностей установленных корреляционных связей ме;кду наблюдаемыми полями и .геокриологическим строением участка; детальности и полноты исследования корреляционных связей физических параметров между собой; возможности конкретных методов либо их комплекса, уровня разработки их теоретической и экспериментальной базы и других факторов (Вахромсев Г.С., Дмитриев А.Г., Отльвн A.A. и др).

Скважннная электрометрия является одним из важнейших элементов в структуре геокриологических исследований при построении ФГМК, если задача этого построения состоит в установлении пространственно-временной изменчивости электромагнитных свойств мерзлых горных пород. В других случаях се роль зависит от надежности определений, позволяющих достоверно судить, например, о структуре геокриологического разреза, инженерно-геологических свойствах и т.д.

В первом разделе описана обобщенная ФГМК, составленная по материалам исследований около 1000 скважин, которая представляет собой, но существу, кадастр электрофизических свойств мерзлых горных пород Западной Якутии. За основу модели принята стратиграфическая колонка, включающая криотекстуру горных пород и диапазон изменения электрофизических параметров/?, £, rj и ЭД.Зпачешш последних изменяются в следующих пределах: 10 -16 • 10'* Ом • м, 6-40 отн.ед., 0,01-3,2%, 2 - 9500" 10"6 СГС, соответственно.

Установленный диапазон, с небольшими отклонениями, характерен для многих лнтолого-стратиграфнческих разностей, что, в общем случае, удовлетворяет одному из необходимых условий применения скважинной электрометрии в Западной Якутии. С другой стороны, эти же данные свидетельствуют о неоднозначности материалов одиопараметроаых наблюдении и определяют поиск методик, повышающих объективность результатов полевых экспериментов.

В связи с различием частотных и температурных дисперсии электрофизических параметров, а также из-за различной зависимости их от физико-химических характеристик представляется эффективным одновременное использование в

интерпретации полного комплекса электрофизических параметров, на основе которого можно судить, например, о дифференциации геокриологического разреза и его особенностях. Анализ экспериментального материала выявил такие соотношения кривыхр, £, г], ЕП и которые характерны для определенных пачек горных пород. Эти соотношения в общем случае могут служить своеобразной устойчивой характеристикой и их можно считать физико-геологическими моделями интерпретационного уровня.

Во втором разделе описаны эти модели, отвечающие широко распространенным в регионе породам трапповой формации, карбонатным породам Илгинской свиты, терригеино-осадочным породам мезозойского и верхнепалеозойского возраста, льду и высокольдистым породам.

Определяющими факторами при выделении интерпретационных моделей послужили: особенности структуры разреза, сформированные в течение геологического времени; закономерности структуры и текстуры того или иного комплекса пород, обусловленные геологическими и физико-химическими процессами, глубоким промерзанием; выдержанность параметров горных пород по простиранию и их фациальная изменчивость; особенности распределения значений электрофизических параметров, их величина и стабильность проявления в геокриологическом разрезе.

На регистрируемых кривых рк, £, 7]к, ЕП и 91 выделяются интервалы, отличающиеся признаками, однозначно характеризующими тот или иной комплекс горных пород. К числу признаков отнесены: совпадение или несовпадение форм кривых рк, Е, г]к, ЕП и 91 в пределах интервала, параметры аномалий (амплитуда, мощность, инверсия и другие) и их коррелируемость между скважинами.

В третьем разделе рассмотрены примеры исследований методами скважшшой электрометрии геокриологических разрезов мерзлых толщ горных пород в процессе детальных поисков месторождений полезных ископаемых и при оценке наземных геофизических аномалий.

Анализ всей совокупности материалов позволил установить следующее:

- обобщенная статическая ФГМК, построенная с помощью методов скважшшой электрометрии, является базой данных для выбора и оценки возможности методов электрометрии и

построения прогнозных моделей геоэлектрических разрезов конкретных районов и участков исследований. В основе построения лежат частные интерпретационные модели, описывающие определенную стабильную совокупность распределения электрофизических параметров, и определяемые соответствующей дифференциацией изучаемого интервала по литологичсскому составу;

структура геоэлектричсского разреза в области стационарной части криолитозоны определяется, главным образом, разнообразием ^политологического состава и практически не коррслирустся со структурой температурного поля.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования представляют основу для изучения криолитозоны методами скважинной электрометрии при решении задач научного, инженерно-геологического и поископо-картировочного характера. На защиту автором выносятся:

1.Разработанный комплекс методов скважинной электрометрии, адаптированный к условиям изучения в криолитозоне состава, структуры разреза, а также состояния и свойств слагающих его образований. Адаптирование проведено применительно к технологии бурения и условиям измерения в сухих скважинах за счет модернизации технологии измерений в различных методах и создания технического обеспечения исследований в среде, где вода может находиться в твердом состоянии. При этом:

-доказано, информация о горных породах, слагающих стенки скважин, адекватна информации о ненарушенном геокриологическом разрезе;

-разработана технология проведения копдуктомстрических исследований сухих скважин в условиях криолитозоны;

-широко опробованы методы каротажа с индуктивным заданием и приемом электромагнитного поля и доказана возможность использования совмещенных электромагнитных систем модуляционного типа при изучении геоэлектрических разрезов криолитозоны.

Выполненные исследования позволили добитая необходимой точности, чувствительности и разрешающей способности методов скважинпой электрометрии и тем самым создать надежный аппарат электрометрических исследований криолитозоны в скважинах.

2.Новый подход к интерпретации материалов скважинпой электрометрии, включающий тестирование методик исследования в лабораторных условиях и на эталонных участках, формирование банка данных по геоэлектричсским характеристикам районов исследований и выявление местных особенностей исследуемых участков, а также выбор комплекса необходимой полноты. Для формирования такого подхода понадобилось:

-показать принципиальную применимость скважинпой электрометрии для изучения криолитологического строения мерзлой толщи горных пород;

-разработать методику создания банков данных по геоэлектричсским характеристикам;

-создать лабораторный комплекс и оборудовать наблюдательный полигон;

-обеспечить технические и технологические возможности проведения надежных исследований достаточно широким комплексом методов скважинпой электрометрии.

Новый подход позволяет рассматривать комплекс скважинных электрометрических исследований как метод геокриологии.

3.Наличие электрохимической активности горных пород в пределах всего разреза многолетнемерзлых толщ, выражающееся:

-в существовании поля ЕП в стационарной части криолитозоны;

-в наличии макрообластей, обладающих свойствами природного конденсатора, проявляющимися при релаксационных процессах электромагнитного поля;

-в проявлении отрицательных аномалий ВП, локализованных вблизи контактов разнородных сред, резко отличных от электропроводности.

4.Комплес методов надежного выявления в разрезе скважин льдов и сильнольдистых горных пород, основанный на измерении в сухой скважине электропроводности, диэлектрической проницаемости, магнитной восприимчивости

и регистрации изменения величины тока при подогреве фазовой границы металл элсктрода-нзучасмая среда.

5.Разработанный ' комплекс методов скважинной электрометрии и достигнутая чувствительность и точность измерений позволяет использовать его в качестве основы при создании системы геофизического мониторинга криолитозоны.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.0 поляризуемости верхних горизонтов толщи миоголетнемерзлых пород //Геология и геофизика,-Новосибирск: Наука, 1971.-N7.-C.141-147. (Соавторы Мельников

B.П., Ляхов Л Л.).

2.0 некоторых результатах Цитологического расчленения мерзлых толщ но данным метода ВП (на примере Центральной Якутии) //Геокриологические нсследовапия.-Новосибирск: Наука, 1971.-С.207-212. (Соавторы Мельников В.П., Ляхов Л Л.).

З.Об аномалиях вызванной поляризации над повторно-жильными льдами //Новости геологии Якутии.-Якутск, 1971,-Вып.1.-С.57-63.(Соавтор Мельников В.П.).

4.06 описании электрокинетичсских свойств исвлагопасыщенных или мерзлых горных пород //Известия вузов. Геология и разведка.-1972. -N 11.-С.104-110. (Соавторы Геннадиник Б.И.,Мельников В.П.).

5.0собепности теоретического моделирования

электрохимических процессов в мерзлых иопопроводящих горных породах //II Международная конференция но мерзлотоведению. Доклады и сообщения.-Якутск, 1973.-Вып.4.-

C.224-226. (Соавторы Геннадиник Б.И., Мельников В.П.).

6.Применение метода вызванной поляризации для изучения дисперсных мерзлых горных пород //Там же.-С. 219-223. (Соавторы Ляхов Л.Л., Мельников В.П.).

7.Исследование зависимости вызванной поляризации иопопроводящих сред от температуры //Известия вузов.Гсологня и разведка.-1974. -N 6.-С.120-126. (Соавторы Ляхов Л Л., Нечаев Е.А.).

8.Низкочастотная поляризация льда и мерзлых грубодисперсных образований //Труды АА НИИ. Физические

методы исследования льда и снега.-Л.:Гидрометеоиздат, 1975.-Т.326.-С.99-103. (Соавтор Мельников В.П.).

9.Строение двойного электрического слоя в тонкокапиллярных системах //Известия вузов.Геология и разведка,-1976.-N 1.-С.111-119. (Соавторы Геннадиник Б.И., Нечаев Е.А.).

Ю.Параметры, характеризующие электрические свойства породы как тонкокагшллярной системы //Там же.-1976.-N 4,-С.111-120. (Соавторы Геннадиник Б.И., Нечаев Е.А.).

П.Некоторые аспекты развития геофизических исследований в геокриологии //Вопросы криологии Земли.-М.:Наука, 1976,-Вып.1.-С.155-161. (Соавторы Геннадиник Б.И., Мельников В.П.).

12.3ависимость поляризуемости ионоироводящих сред от pH растворов //Известия вузов.Геология и разведка.-1977.-Н 3.-С.158-159. (Соавторы Ляхов Л.Л., Нечаев Е.А.).

13.Некоторые особенности поля ВП в пределах рудных месторождений криолитозопы //III Международная конференция по мерзлотоведению. Доклады и сообщения,-Новосибирск:Наука, 1979.-С.261-264.

14.Результаты экспериментальной оценки влияния температуры на поляризуемость сред смешанной проводимости //Известия вузов.Геология и разведка.-1979.^ 11.-С.48 ВИНИТИ N2974-79. (Соавтор Шашерин И.В.)

15.Некоторые особенности электрического каротажа КС мерзлых пород в сухих скважинах //Там же.-1980. -N 7.-С.113. Деп.в ВИНИТИ N 1199 27.03.80. (Соавторы Жапдалинов В.М., Калинычев B.C., Великин С.А.).

16.Газообмен многолетнемерзлых пород с атмосферой на водораздельном участке р.Вилюй //Мерзлотные исследования в осваиваемых районах СССР.-Новосибирск:Наука, 1980.-С.83-90. (Соавтор Оловин Б.А.).

17-Зонд для электрического каротажа скважин: A.c. N 802891. БИ. N 5 от 7.02.81г.(Соавторы Жапдалинов В.М., Калинычев B.C.)

18. Неполяризующийся электрод: A.c. N894655. БИ N 46, 30.12.81г.(Соавторы Жапдалинов В.М., Калинычев B.C., Великин С. А.).

19. Техника высокоточных измерений КС мерзлых пород в сухих скважинах //Тезисы докладов Всесоюзн.школы-семинара по исследованию состава, строения и свойств мерзлых пород.-М.: МГУ, 1981.- С.16. (Соавтор Великин С.А.).

20. Геоэлектрический разрез пород водораздельного участка р.Вилюй //Полевые и экспериментальные исследования

мерзлых толщ.- Якутск, 1981. -С. 7-16. (Соавторы Велики» С.А., Калинычсв B.C.).

21. Экранные эффекты ВП над горизонтальной слоистой средой. //Геология и геофизика. - Новосибирск: Наука, 1981. -N 8.-С.119-123. (Соавторы Леонов A.M., Генпадиник Б.И., Мельников В.П.).

22. Методические и технические возможности электрического каротажа КС мерзлых пород в сухих скважинах //Геокриологический прогноз в осваиваемых районах Крайнего Севера. Тезисы докл. -М., 1982. - С.86. (Соавтор Великин С.А.).

23.Экспериментальное определение "истинных" поперечных сопротивлений горных пород в сухих скважинах //Известия вузов.Геология и разведка. -1982. - N9. -С.157-159. (Соавтор Великин С.А.).

24.Электрокаротаж мерзлых пород //IV Международная конференция по мерзлотоведению. Тезисы и доклады. -М., 1984. -С.89-93.

25.Применение волнового диэлектрического каротажа для исследования мерзлых пород //Известия вузов. Геология и разведка. - 1984. - N 8.-С.117. Деп. в ВИНИТИ N 2686-84, 26.04.84. (Соавторы Талалов А.Д., Великин С.А.).

26.Неполяризующийся электрод: A.c. N 1068862, БИ N13, 1984. (Соавторы Жигупов Е.С., Великин С.А.).

27.Способ индуктивной геоэлектроразведки: A.c. N 1238563. 1984. (Соавтор Бадалов В.Д.).

28.Теоретические определения геометрического фактора прижимных зондов при исследовании сухих скважин //Известия вузов. Геология и разведка. -1985. -N И. - С.48. Ден. в ВИНИТИ, 10.09.85 г. (Соавторы Морозов К.В., Великин С.А.).

29.Численныс и экспериментальные определения геометрического фактора элсктрокаротажпых зондов с прижимными электродами при исследовании сухих скважин //Там же. - С.48. (Соавторы Морозов К.В., Великин С.А., Леонов A.M.).

ЗО.Зонд • для электрического каротажа: A.c. N 1236406, БИ N 21,1986. (Соавтор Великин С.А.).

31.Электрокаротаж сопротивления мерзлых пород в сухих скважинах. -Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1987. (Соавторы Великин С.А., Бадалов В.Д., Морозов К.В.).

32.Способ возбуждения электромагнитного поля в проводящей среде и устройство для его осуществления: A.c.

N 1326050 22.03.87. (Соавторы Бабашкип A.A., Бадалов ВД.,Мизюк Л.Я., Морозов К.В.).

ЗЗ.О дшюльпых совмещенных электромагнитных системах модуляционного типа //Отбор и передача информации. - Кис»: Наукова думка.-1987.-№. -С.8.(Соавгоры Бадалов ВД., Мизюк Л.Я.).

34.0 векторной диаграмме и частотных характеристиках составляющих вторичного магнитного поля слабомагнитного проводящего шара //Там же. (Соавторы Бадалов БД., Мизюк Л.Я.).

35.Способ электрического каротажа: A.c.N 1383258. БИ N 3, 1987. (Соавторы Великин С.А., КрульЭЛ.).

36.Устройство для электрического каротажа сухих скважин //A.c. N 1317380. БИ N 22- 15.06.87. (Соавторы Бабашкип A.A., Великин С.А.).

37.Элсктромапштные методы исследований криолитозоны (обзор). -Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1988. (Соавторы Акимов А.Т., Клишсс Т.М.).

38.Совсрп1епствование установок элсктрокарогажа мерзлых пород в сухих скважинах // Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитозонс. Тезисы докл.* - Магадан, 1989. - С.233. (Соавторы Бадалов ВД., Великин С.А.).

39.0собенности геоэлсктричсского разреза мерзлых пород (па примере Мало-Ботуобинского района Западной Якутии) //Там же. -С.91. (Соавтор Великин С.А.).

40.0ценка возможностей электрического каротажа скважин, не заполненных буровым раствором, при изучении мерзлых пород // Там же. -С.236. (Соавтор Великин С.А.).

41. Зависимость электросопротивления мерзлых песков от физических свойств и температуры //Там же. - С.234. (Соавтор • Великин С.А.).

42.Рсзультаты опробования высокоточного индукционного каротажа (ВИК) в условиях мерзлых пород Мало-Ботуобинского района ЯАССР //Известия вузов. Геология и разведка. - 1990.-N 7. Дсн. ВИЭМС N 878 от 24.04.90. (Соавторы Бабков-Эстсркин С.А., Васильев A.A., Великин С.А.).

43.Экспсримсптальнал оценка изменчивости сопротивления мерзлых песков естественного залегания по данным режимных наблюдений //Там же. - 1990. - N 5. - С.88. Дсн. ВИЭМС. 22.03.90. N 844-MI90. (Соавтор Великин С.А.).