Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Зондирования методом переходных процессов при исследовании криолитозоны

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

Автореферат диссертации по теме "Зондирования методом переходных процессов при исследовании криолитозоны"

Госкомитет РСФСР по делам кауки и высшей школы

Иркутский политехнический институт

На правах рукописи

НИМ ЮРИП АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗОНДИРОВАНИЯ МЕТОДОМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КРИ0ЛИТ030НЫ

04. 00. 12—геофизические методы поисков п разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора гео.юго-мпнералогическихнаук

Иркутск 1991

Работа выполнена в'ордена Трудового Красного Знамени Институте мерзлотоведения СО АН ССОР.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор А.Ю.Давыденко; доктор технических наук, профессор Ю.Н.Антонов;

доктор геолого-минералогических . наук, профессор М.М.Мандельбаум

Ведущая организация - Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья /ВостСибНИИГГиМС/ Мингео СССР, г.Иркутск

Защита диссертации состоится "ЛЛ " , М/сс£2рЛ-—' 1992г.

в_час. на заседании специализированной совета

Д 063.71.02 при Иркутском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте.

Адрес: 664074, Иркутск-74, ул.Лермонтова, 83

Отзывы на автореферат в 2-х экз., подписанные и заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан "¿О" декабря 1991г.

Ученый секретарь специализированного . совета, кандидат гдолого-минералоги-чэских наук ''//¿и

А.А.Шиманский

ВВЕДОМЕ

г ' Актуальность. В науках о Земле научно-технический прогресс непосредственно связан с развитием геофизики. Последнее тем более актуально при исследовании криолитозоны, в связи с интенсивным хозяйственным освоением малоизученных и труднодоступных для непосредственного изучения территорий Крайнего Севера. Кроме того, ее природно-климатическая особенность, специфика инженерно-геокриологических задач, а также социально-экономическая направленность в деятельности населения этого региона, наряду с традиционными, выдвигает и новые поисково-картировочные задачи, эффективное решение которых связано с соответствующим развитием геофизических методов, в частности, электроразведки как одного из ведущего метода мерзлотной геофизики. Основные ограничения в эффективном применении классической мерзлотной электроразведки /методов электросопротивления/ заключаются в:

- трудоемкости или невозможности исследования обширных территорий криолитозоны в пределах альпинотипного рельефа,за-озеренных и заболоченных площадей и т.п., трудодостулных для прямых и косвенных наблюдений природных условий;

- резкой ограниченности полевого сезона, регламентируемого благоприятными условиями заземлений /летним периодом/;

- влиянии сезонной геоэлектрической изменчивости состояния деятельного слоя;

- экранирующем влиянии высокоомных /льдистых/ и низкоом-ных /минерализованных/ пород;

- сложности или невозможности исследования площадей с твердым природным /мерзлые и скальные породы, - наледи/ или искусственным /бетон, дерево, камень/ покрытием, а также участков, ограниченных по площади и пространству городскими застройками или природными геоморфологическими особенностями;

- недостаточной глубинности и детальности исследований, а также эффективности количественной интерпретации.

Одним из методов, позволяющих снизить указанные ограничения, является метод переходных процессов в варианте зонди-

рования /ЗМПП/, основанный на изучении неустановившихся электромагнитных полей в Земле индуктивных источников.

Использование импульсных электромагнитных полей для изучения Земной коры, поисков и разведки полезных ископаемых началось с идей А.П.Краева, фундаментальных работ Л.Н.Тихонова, С.М.Шейнманна, О.А.Скугаревской, Д.Н.Четаева и других. Основные методы электроразведки группы становления поля создавались и развивались JjД.Баньяном, Л.З.Бобровниковым, П.П. Фроловым, Ю.В.Якубовским, Ф.М.Каменецким, П.П.Макагоновым, A.A. Кауфманом, Г.М.Морозовой, Б.М.Великиным, В.А.Сидоровым, В.В. Тикшаевым, Б.И.Рабиновичем, Г.А.Исаевым, Л.А.Табаровскиы и другими.

Из зарубежных исследователей, внесших заметный вклад в развитие индуктивной импульсной электроразведки, следует отметить Дж.Р.Уэйта, Барринджера, Набигиана, Верма, Лии, Неги.

Индуктивные методы электроразведки слабо или почти не применяются при исследовании криолитозоны, особенно при решении инженерно-геокриологических задач. Одна из причин этого положения заключается в недостаточной разработанности технологии "инженерной" интерпретации кривых зондирований типа К, КН, Н, НКН и им подобных, отражающих типичное строение и физическое состояние криолитозоны. Это связано со сложностью аналитического представления многослойных разрезов в форме доступной для детельного анализа, выражающегося в описании электромагнитного поля в замкнутом виде через элементарные или сравнительно легко анализируемые функции, необходимые для решения обратных задач зондирования. В этой связи отешдна актуальность разработки беспалеточных "инженерных" способов интерпретации, основанных на приближенных оценках при обоснованных упрощениях моделей и способов их описания. Кроме того, анализ упрощенных моделей многослойной среды позволяет в явном виде вскрыть взаимодействие слоев разреза, пгоатранстаен-но-временную взаимосвязь поля с параметрами сроды.

Применительно к исследованию криолитозо.чы при решении задач поиска, геокартирования и оценки инжзнерно-геокриологи-ческих условий районов освоения, в связи.со спецификой и уровнем решения поставленных задач; особенностями природно- кли-

матических условий, классические основы электромагнитного зондирования методом переходных процессов нуждаются в существенном дополнении и развитии. Совокупность изложенных вопросов представляет тему исследований и ее актуальность.

Цель работы. Разработка основ электромагнитного зондирования методом переходных процессов для исследования криолито-зоны и их реализация при решении задач поиска, геокартирования и оценки инженерно-геокриологических условий.

Основные задачи исследований.

I. Научное обоснование методологических подходов к электромагнитному зондированию криолитозоны методом переходных процессов при решении задач геологии и геокриологии.

'¿. Разработка упрощенной теоретической основы ЗМПП, технологически приспособленной к исследованию многослойных разрезов криолитозоны.

3. Разработка эффективных способов интерпретации ЗМПП, особенно для решения задач инженерно-геокриологического профиля.

4. Разработка теоретических основ новых модификаций ЗМПП, основанных на возбуждении электромагнитного поля горизонталь -ним магнитным диполем, изучении неустановившихся магнитных полей вертикального и горизонтального магнитных диполей.

5. Разработка методики и технологии ЗМПП при исследовании криолитозоны с целью решения задач поиска, геокартирования и оценки инженерно-геокриологических условий.

6. Поисковые и структурно-картишвочные исследования'^ед-кометальных" месторождений в пределах криолитозоны.

7. Изучение геоэлектрических параметров криолитозоны в различных природно-климатических условиях ее развития, я том числе субаквальной и субмаринной, а также в геоморфологических условиях альпинотипного рельефа.

8. Решение научных и народнохозяйственных задач инженерно-геокриологического, в том числе и мерзлотно-геозкологичес -кого профиля в различных условиях криолитозоны.

Научная новизна.

I. Научно обоснована возмсуность исследовании крчолит'кзо-

нк зондирование:,;, методом переходных процессов при решении научных и народнохозяйственных задач геологии и геокриологии,

2. Развита теория и разработана новая технологически эф -фективная теоретическая основа ЗЖП, приспособленная к иссле -доланию криолитозоны.

3. Разработаны основы параметрической интерпретации ЗМПП при исследовании горизонтально-слоистых сред.

4. Разработана и разнята упрощенная теоретическая основа модификаций ЗМПП при возбуждении поля горизонтальным магнитным диполем, при изучении магнитных компонентов неустановившегося электромагнитного поля вертикального и горизонтального магнитных диполей.

5. Предложены "асимптотические" способ решения электродинамических задач и схема анализа выражений, описывающих неустановившееся поле на поверхности горизонтально-слоистой среды.

6. Разработаны методические и технологические основы исследования криолитозоны З.'.ПП, в том числе оценено влияние изменчивости геокриологической средь;, неоднородностей горизонтально-слоистой среды, "технических" и "техногенных" помех при практических исследованиях, ошибок интерпретации в зависимости от ошибок наблюдений, принципов зондирований при исследовании многослойных разрезов.

7. Научно обоснованы возможность и целесообразность исследования криолитозоны ЗМПП, практически изучены криогеоэлек-трические разрезы участков криолитозоны Западной, Средней и Восточной Сибири, в том числе: субаквальной криолитозоны ряда озер Центральной Якутии к береговой зоны моря Лаптевых, субма-ринной криолитозоны прибрежной части моря Лаптевых.

8. Научно обоснована возможность и целесообразность при -мопония З.УПП при:

- инженерно-геокриологических и гидрогеологических исследованиях п стесненных природных и тохногенно нарушенных условиях, практически оценены особенности инженерно-геокриологических услоиий Куранахской россыпи, Лпсатского угольного месторождения и грунтовой плотины и Центральной Якутии;

- рвении миролотнз-гиоокологичоеких задач и изысканий в

С

пределах криолитозоны, практически исследованы участки нале -двобразования и формирования техногенных криологов а пределах городских застроек и хозяйственной деятельности населения, исследовано геозлектричеокое строение северного участка проектируемой железной дороги Томмот-Якутск.

9. Научно обоснована возможность поисков и геокартирования "редкометальных" месторождений в криолитозоне, впервые практически исследованы кимберлитовые тела, золоторудние и россыпные месторождения различных типов индуктивной электроразведкой ЗМПП на территории криолитозоны.

Основные защищаемые положения

1. Основы технологически эффективной упрощенной теории ЗМПП, включая параметрическую интерпретацию, разработанную на представлении математической модели горизонтально-слоистой среды /криолитозоны/ в виде системы плоско-параллельных плоскостей, каждая из которых или их группа моделирует слой конечной мощности и проводимости разреза.

2. Основы упрощенной теории модификаций ЗМПП, основанных на возбуждении неустановивщегося электромагнитного поля горизонтальным магнитным диполем, в том числе основы параметрической интерпретации неустановившихся магнитных полей вертикального и горизонтального магнитных диполей, позволяющие разработать новые технологии применения З.'ЛШ при исследовании криолитозоны.

.3. Методика ЗМПП при исследовании криолитозоны, опирающаяся на:

- теоретические и экспериментальные оценки возможности измерения неустановивщегося поля слабопроводящей среды;

- оценки влияния неоднородностей и ограниченности горизонтально-слоистой среды ошибок наблюдений и интерпретац и и экспериментальных данных;

- анализ методических особенностей исследования сло&про-водящих и многослойных сред в зависимости от пространственно-временных, технико-экономических и природно-климатических условий существования и развития криолитозоны.

4. Научное обоснование и практическая реализация техно-

логического комплекса ЗМ1Ш, как эффективного средства при решении разнообразных задач геокриологии, в частности при:

- картировании криолитогоны, особенно в труднодоступных и сложных, для прямых и косвенных наблюдений, природно-климатических условиях Крайнего Севера - исследовании субнквальной и субмариннпй криолитозоны, заболоченных и заозеренных площадей, в условиях ал'.пинотипного рельефа и площадок,ограничен -ных для размещения установок наблюдений;

- решении задач инженерно-геокриологического и мерзлот -но-геоэкологического профиля, в том числе в естественных и те"нэгенно нарушенных, стесненных условиях городских застроек,

5. Научное обоснование и практическая реализация 3 М П Г1 при поисках и геокиртировании "редкоыета'гышх" коренных и россыпных месторождений различных тнлоа в условиях сплошной и островной мерзлоты, и частности:

- кимберлитових тел Якутской алмазоносной провинции;

- месторождений куранахского и Лебединского типов Ц ен -трально-Алдансксго золотоносного района;

- россыпных месторождений Куларского золотоносного района.

Практическая ценность

1. Создана эффективная технология электромагьлтного зондирования криолитозоны методой переходных процессов применительно к решению задач поисково-картировсчного и инженерно-геокриологического профиля.

2. Предложены схемы анализа и расчета неустановившегося поля магнитных диполей, позволяющие существенно повысить эффективность аналитического, численного и физического моделирования неустановившихся полей, интерпретации эксперт» н -тального материала и ¡синтеза моделей криогеоэлектрическо г о разреза.

3. Разработаны и предложены новые модификации электро -магнитного зондирования методом -переходных процессов, осно -занные на возоуздении поля горизонтальным магнитным диполем, включая параметрические способы 'интерпретации магнитных по -лей, в том числе и вертикального магнитного диполя.

4. Электрсунгнитным зондированием методом переходных процессов исследованы геоэлектрическио разрезы криолитозоны о пределах Западной, Средней и Восточной Сибип от еэ южных до северных границ, в том числе субаквальная и субмаринная, а также криолитозона, залегающая в пределах альпинотипнэго рельефа.

5. Оцензны инженерно-геокриологические условия Куранах -ского месторождения золота, низконапорной грунтовой плотины , участков проектируемой трассы железной дороги Томмот-Якутск и ряда других обьектов хозяйственного освоения. •

6. Результаты ЗМПП, полученные в стесненных условиях городских застроек, использованы при решении задач мерзлотно-гео-экологического характера, в частности при:

- оценках техногенного загрязнения криопэгами;

- оценках минерализации и промерзания подозерных таликов в пределах Б.Якутска - источников водоснабжения;

- разработке противоналедных мероприятий в поселке.

7. Па территории криолитозоны электромагнитным зондированием методом переходных процессов исследовано более десятка рудопроявлений и месторождений золота различного типа, алмазе -носных кимберлитовых тел.

8. Геоэлектрические параметры, изученные ЗМПП в пределах девяти регионов криолитозоны, охватывающие различные природно-климатические условия Крайнего Севера, указывают на эоэмож ность, целесообразность и необходимость применения метода при решении задач поисково-картировочного и ичженерно-геокриологи-ческого профиля, могут служить кок предметом изучения, так и основой для постановки ЗМПП.

9. Значительно расширена сфера применения' ЗМПП и круг решаемых, в общем случае, нетрадиционных для него и других методов. электроразведки геологических, гидрогеологических инженерно-геокриологических задач.

Внедрение. В настоящее время в пределах чр"олитсзоны ЗМПП гке.треч в практику ПГО "Якутскгеология" и "Читагеологил" с це---.■."С|гоп месторождений полезных ископаемых, гоок.'ртирсванил гчкгролирущих структур и гидрогеологических исследований. Материалы практических исследований 3\Г!П в пиде отчетов и ре-

комендаций переданы в производственные объединения Як.утэнерго, ВостСибГИСИЗ, ЯкутТИСИЗ, Мосгипротранс, а также используются в Институте мерзлотоведения СО ЛН СССР при изучении геокриологических условий.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на УП Всесоюзной научно-технической геофизической конференции, 1972; Междуведомственных совещаниях "Геокриологический прогноз в осваиваемых районах Крайнего Севера", 1982 и 1985; Всесоюзных научно-технических семинарах "Индукционная электроразвед-ка-84, 89", 1984 и 1989; Всесоюзных научно-практических конференциях "Инженерно-геологические изыскания в криолитозоне", 1986 и 1989; Всесоюзном научно-техническом совещании "Инженерное мерзлотоведение в гидротехнике", 1988; Выездной геофизической секции Обьединеиного Ученого Совета по наукам о Земле СО АН СССР, 1983; 10-м Всесоюзном научно-техническом семинаре"Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических задач", 1989; Всесоюзном семинаре "Нетрадицион -ные методы геофизических исследований неодноростей в земной коре", 1989; секции "Геофизика криолитозоны" Совета по криологии Земли АН СССР, 1990; Международном симпозиуме по проблеме геокриологии Арктического региона, 1989; на У-й Международной конференции по мерзлотоведению представлен опубликованный научный доклад /Норвегия, 1988/.

Личное участие автора о получении результатов исследова -.

НИИ.

Все основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены лично автрром. На протяжении двадцатилетнего периода исследований автор формулировал, ставил и решал научно-практические задачи, выполняя исследования в качестве исполнителя, ответственного исполнителя и научного руководителя НИР, результаты которых вошли в диссертацию, принимал1 непосредственное участие в полевых исследованиях, обработке и интерпретации материалон, лично разработал технологически эффективную теоретическую оснэиу 31ШП, нацеленную на решение инженерно-геокриологических и поисково-картиро-иочныл задач.

Публикации. Соискатель - автор 72 паучник работ, включая

два изобретения и '¿У отчет. По теме диссертации опубликовано более 40 научных статей.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, трех частей, объединенных содержанием теоретического , методического и экспериментального материала, заключения и приложений. Общий обьем работы 453 страниц машинописного теиста, в том числе 269 с. основного текста, I¿9 рисунков, 15 таблиц, списка литературы из 238 наименований и 12 с. приложений, содержащих сведения о внедрении результатов исследований соискатзля.

В определении чаправлении и постановки ЗГЛПК при решении геокриологических задач оказали влияние; академик П.И. Мельников, чл.корр. В.П.Мельников, д.г-м.н. П.Н.Анисимова.и другие руководители научных программ Института мерзлотоведения СО АГ СССР, ß работе по темам НИР, результаты которых вошли е диссертацию, в разные годы на разных этапах исследований принимали участие: д.г-м.н-. Г.А.Исаев, под руководством которого обоснована и реализована возможность поиска кимберлитоаых тел ЗМПП; сотрудники ИМЗ СО,АН СССР - И.П.Докторов, k.M. Федоров, Н.М.делезнлк, С.Д.Скляренко, В.В.Ан, Е.Л.Слагода, О.И.Алексеева, Л.И.Шипицына.

В организации полевых исследований ЗМПП при решении геокриологических задач существенную помощь оказали ^.А. Карпов,

A.В.Бойцов, В.Т.Балобаев, Ю.В.Шумилов, И.В.Климовекий, A.C. Любомиров, С.Ю.Королев, Р.В.Чжан, А.М.Снегирев.

В процессе исследований и обсуждения их результатов аз-тор пользовался консультациями и советами В.В.Куницкого, Г.А. Исаева.

Содействие во внедрении.ЗМПП и результатов исследований оказали Г.Д.Балакшин, В.А.Абрамов, Э.Я.Келле, Д.И. Гуторович,

B.В.Стогний, В.И.Безродных и другие сотрудники ПГО "Якутск -геология" и "Читагеология".

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

СОВАНИЕ РАБСШ1

I. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОШ алЙиРОМАПШГИОГО ЗОНИРОВАНИЯ ЖЮДО,.! ПЕРИОД ¡ИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИССЛ1^0Вы Ш КВЮ-'.ШГОЗОПИ

1.1, Методологические особенности электромагнитного зондирования криолитозонм .•лет о дом переходных процессов.

Обьектом 3:ЛШ при исследовании криолитозоны я в л я ется геокриологическая среда - геологическая среда криолитозо н ы. Предает 3.аПГ1 представляется в виде систеш знаний об электромагнитных параметрах геокриологической среды, отражающих ее строение, состав, свойства, изменчивость, состояние, процессы и явления, определяемые наблюдением и.изучзниен неустановив-иихся электромагнитных полей индуктивных источников. Одна из особенностей З.'ПП, .позволяются применять его при исследовании слебопроводящих разрезов, связана с изучением "электромагнитной инерции" среды, определяемая "электромагнитной массой"

свойства которой вирожечы продольной проводимостью пласта Теория З..ТШ базируется на представлении модели геокриологической среды а виде горизонтально-слоистой структуры, природные аналоги которой определяются строением осодочно г о чехла криолитозоны, вертикальной зональностью промерзания и протаивания горных пород, сглаживанием или усилением геоэлак-■ трических границ, отражащих диалогические неоднородности ка геокриологических границах. Модель горизонтально-слоистой ср&-ды может быть представлена в веде системы Ы плоско-параллельных плоскостей "Э", каждая из которых или их группа моделирует определенный пласт разреза» Такая модель соответствуетмь> гообразив задач геологии и-геокриологии, особенно инженерно-гоокриологичоского характера, отражает шогокомпсиентность обьокта как системы, отвечает урозенному подходу решения задач поиска, картирования и оценки, соответствует зылолнашш основную функций кодели как экспериментального средства Познани, реализуема для практического применения.

В работе используются понятия: крйогеоялектричоскиЙ разрез - геоэлектричезкий разрез криолитозоны; парометрическ а я интерпретация - определение параметров разреза непосредствен-

но по трансформантам поля, выражающим параметры разреза /кривые кажущихся значений продольной проводимости " Эх-' и глубины'' залегания или мощности пласта "Нг"/; "слой Н", "слой К", "слой Л", "слой А" - слои многослойного геоэлектрического разреза, характеризующиеся относительной электропроводностью по отношению к смежным слоям по признаку одноименных типов разрезов, геоэлектрическое состояние среды - электромагнитное отражение геокриологической /геологической/ среды на момент наблюдения.

Технико-методический подход к зондированию криолитозон ы определяется технологией зондирования и соответствием технических средств, методики исследования с возможностью изучения геокриологической среды. Анализ известных решений волнов ы х уравнений для однородной среды /Каменецкий, Макагонов, 1967; Кауфман, Морозова, 1970/ показал, что токи смещения практически не оказывают влияния при наблюдении переходных процессов совмещенными установками, размер которых 100 м в диапазоне времен Ю мкс в. средах, удельное электрическое сопротивление /УЭС/ которых составляетОм.м. Для возможности практического изучения таких сред необходимо создание специальной аппаратуры. Такая аппаратура /Импульс/ была иаго-тоалена в СНИИГГиМСе, испытана при участии автора в природных условиях криолитозоны /Исаев, Ним, 1976/.

1.2. Неустановившееся электромагнитное поле вертикального магнитного диполя на поверхности упрощенной модели горизонтально-слоистой средн. ' .

При ступенчатом возбуждении поля, применяя обратное преобразование Лапласа к решению одноименного уравнения,полученного с учетом известных граничных условий /Шейныанн, 1947 Л зэстор-потенциал на поверхности сийтемы, состоящей из двух

плоскостей "3", а системе координат 1, Ц*,2 имеет вид: ^ со

Я-^+г+ду^Зг а = 5т//1с? ; 6=а(1-Ц)1/2; ¿Н-е~х> К-45,; 5 = &/ 5,52 б * 5,+5£, р* Шо7 Тн/и ;

М - момент источника поля, помещенного на высоту Н ,./0(т2) -функция ¡хсс1'ля нулевого порядка,Ш - переменная интегрирования^ - (-ассгоянне мюкду плоскостями ,Б 2-

Комп:.!1- нты поля определяются из соотношений:

Р р. - Э2А, . ¿_ Э2А£

эг £ъ Ьг"Шг '

Разлагал &ун.:ц'.:й точностью ДО получим

Аьа) = Аг + лАг. /3/

Г<ерио»; слнгъгиое олиснвьст поле в поздней, второе - в оанней стадиях переходного процесса. В области Т = (/2^Г 1С, вклад функции ДА^ составляет доли процента. Лренебре -гал этим членом суш.ш, неустановившееся поле мэ:«ет быть выражено и ал-чентершх функциях. К примеру, электрическая компонента т.'. ;т ¡г.:д:

р _ 3М / \ а _ Б

С(Г~ 27. Ьг* [V ) (а-2+1)мг у ТПЙЖ ] /4/

Известно, что в дальнеП зоне основной вклад в

становление поля вносят функции приШ-^0. Полагая X < I, при а - константа, разлагая функции ^(т), и 5(/П) в ряд по малому параметру, с точностью до второго порядка получены выражения, описывающие поле в элементарных функциях. При этом, если с!-* 0, тс б соответствии с условием > I и X < I ,

закономерности дальней зоны выполняются при ?> 2(1 С.

При X» I, имеем с1»/2/2СУ, что соответствует условию ближней зоны. Представлял функцию (х) с точностью до ехр/-Х/ при Х-*-00 и ограничиваясь линейными членаш разложения ехр /-Х/, неустановившееся поле в ближней зоне описывается в .элементарных функциях, аналитический вид которых приводится в работе.

Анализ этих функций и выражения /1/ показывают, что наряду с известным равенством функций ^(т) %<?'(п\) имеет место равенство где р(гт), т->4); при

2-><х>, а 4>'((п)-Р' (тг) при 1Т)Ч-00 и £р' (пгг) при

г-*-о.

Анализ выражений /1,4/ показывает, что поздняя стадия наступает последовательно для каждого пласта разреза; суммарно е поле двух плоскостей в поздней стадии эквивалентно полю одной плоскости с' соответствующими параметрами. В этой связи, для определения поля над системой N плоскостей "Б" представим выражение /I/ в виде

где 0.( = 2т//151 ; - подинтегральная функция /I/.

Применяя к /5/ математическую индукцию, получим:

д М °°

где рп(т1ад = в--Ат[ ^ (ч^БЛ +сК6п1:)-е'аЕ"",:г:

ап=5пт/л^п»5п=5гп <£п=*-ехр(-2тс1п);

&п=а.пМф)|/г; Ап^^^/Б^ в-п-^гт/у^,}

П=1,2,3, - индекс, обозначающий количество плоскостей.

1.З.. Основы параметрической интерпретации 3?.ШП и синтезирования мрдели геоэлектрического разреза.

Основу параметрической .интерпретации составляют тран-сфо'рманты поля , Н-р , введенные в практику'В.А.Сидоровым, В.В.Тикшаевым /1969/, развитым Г.А.Исаевым и автором /1973/.

Аналитическое решение обратной задачи для плоскости "Б" при измерении ЭДС индукции li.il горизонтальной петлей с моментом Мдо на временах "к! й ^1+1 имеет вид /Исаев и др. 1973/:

» (2//-; (гаг/3 МВМИ. МзЫиМи/кУббО1/* -■•Ьс/^З. /7/

В работе приведены выражения, определяющие параметры плоскости "Э " по значениям всех компонентов поля.

Согласно выражениям

/5, . 6, 7/

каждый пласт разреза последовательно аппроксимируется плоскостью "5" с соответствую -

1Ь

«

щими параметрами. Участки параметрических кривых Н^, представленные в билогарифмическом масштабе, выходят на горизонтальные асимптоты, ординаты которых имеют значение истин н ы х параметров соответствующих плоскостей "Б" - механизм гипотезы "плавающей" плоскости В.А.Сидорова и др. /1977/.

В работе приведен детальный анализ основных закономерностей параметрических кривых многослойных разрезов, рассчитанных по формулам /2, 5-7/, в основном, в пределах значений:

^=2-30; К = 0,1-Ю4; 7 = 0,1-10; 1-Ю4; с/ = Ю-3-Ю.

При1^ = 2, К = Ю,§=1, значения асимптот кривых и Н^ практически равны суммарной продольной проводимости разреза и глубине залегания второй плоскости. Левые асимптоты, с ошибкой менее' 10$ прис1^1, соответствуют параметрам первой плоскости. В случаях, когда К - I при с! = I, составные части разреза распознаются по кривым Н , указывающим разную глубину залегания плоскостей. Расчленение разреза возможно даже при К = 0,1, но при этом глубина залегания второго_пласта определяется с занижением от 1Ъ% при<^ = I до ЗОЙ при с1 = 10.

» Анализ параметрических кривых многослойных моделей показал, что при К^21 3 могут быть определены параметры составных частей многослойного разреза; при увеличении с1п увеличиваете я однозначность выделения отдельных слоев так же, как и при увеличении соотношений Кп.

Численным экспериментом установлено, что при ¿- 4,0;

Ь=Ь/г = 0,0 - 0,1; ^ = НЕ/5£= 1,0, в диапазоне^ 2: 3,0 аппроксимированная кривая у с погрешностью ■ от долей до единиц процента совпадает с кривой £ , рассчитанн о й для эквивалентного пласта по классической схеме /^, Н^иБ*. -соответственно, продольное.электросопротивление пласта, его суммарные: мощность и продольная проводимость/. Из этого следует что неустановившееся электромагнитное поле на поверхности горизонтально-слоистой модели, представленной плоскостями "5", равно полю на поверхности электропроводящего пластг с эквива -лентными модели параметрами. В этой связи значения о<с и Нт , являющиеся трансформантами этого поля, представляют непосред -ственное приближенное аналитическое решение обратной задачи для пласта конечной мощности и проводимости. Этот вывод пред-

ставляет теоретическую основу параметрической интерпретации ЗМПП.

Анализ кривых зондирований Д., S^ , рассчитанных для двухслойного разреза с непроводящим основанием, аппроксимированного плоскостями 'S" при N=4; 10; 20, показал, что ординаты субгоризонтальных участков 5Т и 1Ц равны истинным параметрам пласта на временах больших, чем абсцисса точки минимума кривой j^-r mtn . При т<тт;п субгоризонтальные участки St и Нг соответствуют половинным значениям параметров пласта с погрешностью до +10% и - 6% соответственно. При "2 = 2,4 кривая рассчитанная для пласта в диапазона ti 3, совпадает с кривой Д. , эквивалентной пласту, плоскости "S " при 2= I. При ? 2 3 истинные параметры пласта определяются на врем е н а х ' Т> "timn. Из этого следует, что в указанном диапазоне 'С при ■3= 2,4 электропроводный пласт эквивалентен плоскости "S".

Численным экспериментом показано, что при г/d 3,3 пласт конечной мощности и проводимости аппроксимируется соответствующим количеством плоскостей во всем диапазонет > I. К примеру, при N¿20 результаты расчетов'кривых ЗШП по программам АЛЕКС и ГЭСТ практически совпадают в диапазоне Т >. 1,0. На основе изложенного,'численным моделированием проведен синтез различных типов трехслойных и четырехслойных моделей,кривые P-I- которых опубликованы в альбомах /Кауфман и др., 1969 -72/. По определенным таким образом электромагнитным полям рас-■ считаны их трансформанты - и Н^, непосредственно отражающие качественные и количественные особенности разрезов.

1.4. Неустановившееся магнитное поле вертикального магнитного диполя на поверхности горизонтально-слоистой среды, аппросимированной системой плоскостей "5".

Согласно соотношения

- dCp/dt = ¿*JTREcp = _ 5TR2 ßt /s/

все компоненты магнитного поля определяется через выражения /2, 5, 6/. К примеру, поток магнитной индукции для системы плоскостей представляется в виде:

где К - радиус контура, пронизываемый магнитным потоком.

Решение обратной задачи представляется в виде параметрических функций 5г и Н<г для каждой компоненты поля. Например, формулы для расчета параметрических кривых по измерениям потока магнитной индукции имемт вид:

^мд^бЯф^» - и//*$ ; /ю/ Б*--(^/ЛМ^ /[(^^М*/

Для анализа кривых Нг рассчитывались соответствующие им кривые идентичные кривым, опубликованным в альбоме /Гольдман, и др., 1576/ для эквивалентных разрезов. Так, кривая ^, рассчитанная по радиальной компоненте поля для двухслойного разреза с непроводящим основанием, аппроксимирован -ного четырьмя и более плоскостями "5", совпадает с опубликованной в альбоме эквивалентной кривой с ошибкой, не превышающей первых единиц процента. Истинные параметры разреза соответствуют ординатам кривых ¿т и Н^ в области X £ 21. В области ^шСп (-^тггнп) °Рдинаты кРивых Ь^и Нг занижены на 40Й от истинных значений параметров пласта. Анализ кривых зондирований , Н* , рассчитанных по магнитной /м/ компоненте и ее ^ производной /э/, показывает, что "кривые Э" более дифференци-

рованы, чем "кривые М", и'если каждый пласт многослойного разреза по "кривым Э" выделяется четко, то по "кривым М" едва прослеживается. По экспериментальным наблюдениям магнитно г о-поля возможен синтез модели.

1.5. Теоретические основы электромагнитного зондирования методом переходных процессов пои возбуждении поля горизонтальным магнитным диполем - З.МПП-Х.

Повторяя схему -решения электродинамической задачи, рассмотренной в 1,2 с учетом особенностей источника поля и известных граничных условий /Шейнманн, 1947/, вектор-лотенциа л неустановившегося поля горизонтального магнитного диполя над системой плоскостей "5" представится в виде: •

/и/

где '

А^^Мхсо^/г^*2 (а?•

•К. = (5^-, - 5Я] (< - XпЯ.п)-1/г /5гп.

Компоненты поля определяются соотношениями:

Рх _±_ ЭА* ■ р* — ЭА* • к* зМ!

Сг- ? эч" ' С('" эг ' /12/

йх - _ . ох____

Ж"' -г

Согласно принципа взаимности, рассмотренное решение строго соответствует решениям данным в 1,2. Обратная задача ЗМПП-Х решается в виде параметрических функций и их анализа. К примеру, параметры плоскости "5 " по полю радиальной компоненты скорости магнитной индукции определяются по формулам:

А__1

4/з }

М^)--. /13/

Анализ многослойных параметрических кривых, рассчитанных для основных типов разрезов по электромагнитному полю всех коьь понент показывает, что параметры разреза определяются так же, как и в случае возбуждения поля вертикальным магнитным диполем.

"Для изучения магнитного поля горизонтального магнитного диполя получены интегральные соотношения выражений /II, 12/:

А,Л =Ам Мцсоау . и

гп /14/

Выражения для расчета параметрических кривых определяются из решений прямых задач для плоскостей "5". К примеру; строгие, без упрощений формулы для расчета параметров плоскости "5" по радиальной компоненте потока магнитной индукции имеют вид:

ью-МШ* - Иг? 1 ; ■

■ Г-Ч*^, Л5/

где PL = I - ^RSinf.

Кривые и Нс, рассчитанные по этой компоненте характеризуют ® параметры разреза во всем диапазоне времен наблюдения по л я.

Параметрические кривые магнитных компонент поля сглажены по • сравнению с аналогичными кривыми их производных.

• 2. МЕТОДИКА ЗМПП И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ ПШ ИССЛЕДОВАНИИ КРИ0ЛИТ030Ш

Основу этой части работы составляют теоретические и экспериментальные оценки влияния: неоднородностей горизонталь -но-слоистой среды, "технических" и "техногенных" помех, ошибок интерпретации в зависимости от ошибок наблюдений, на основе которых определяется методика конкретных исследований.

2.1. Оценка влияния геоэлектрических неоднородностей при зондировании криолитозоны методом переходных процессов.

Деятельный слой, представляющий один из основных объектов мерзлотоведения, обладает относительно слабой ЭМ, в связи с чем его исследование зондированием МПП .практически возможно, в основном, в микросекундном диапазоне времен. Теоретически он представляется в виде модели плоскости "5"» на основе которой определяется методика его изучения. Так, при промерзании этого слоя геокриологическая среда приобретает свойства однородного полупространства, что позволяет изучать не только динамику формирования деятельного слоя, но и увеличивать эффективность ЗМПП при "глубинном" зондировании криолитозоны.

Объекты геокриологии, такие как межморэлотнн талики , криопэги и другие электропроводные слои криолитозоны, также могут быть представлены в виде модели плоскости "S". В этой связи возникают вопросы оценки влияния: вмещающих сред на не-установигшееся поле плоскости "5", угла ее наклона к горизонту, ограниченности ее размеров.

Сравнение трехслойных кривых "типа Н" и аналогичных кри-

вых.ЗМПП, рассчитанных для плоскости "Б" / ?т / по формуле од-нопетлевого варианта /Сидоров, Тикшаев, 1969/ показало, что при К210; Ь 2/Ь ^ — 0,2; Д > 100 и ? 3/Я 2 2. 100 кривые Д. и ^ в диапазоне ? > 5 практически совпадают.

Для оценки влияния угла наклона решена электродикамичес -кая задача на основе суперпозиции полей вертикального и горизонтального магнитных диполей над плоскостью "Б в результате которой показано, что в совмещенном варианте ЗМПП при углах наклона плоскости "5 " около 20° ее влияние на структуру поля практически не сказывается, а глубина залегания наклонной плоскости определяется так же, как и плоскости "3". Заметим, что позднее Исаевым и др. /1985/ показано, что угол наклона плас -та, при котором возможно применение технологии ЗШП, достигает 40°.

Влияние ограниченности пласта оценивалось приближенным решением электродинамической задачи над диском радиуса К. Решение показывает, что в диапазоне X ^ 5, поле диска при отношениях в/ Н — 1,5 эквивалентно полю плоскости " Б". В областиТ&Ю ограниченность пласта начинает влиять при Я/ Н^б.

Для оценки возможности выделения высокоомных /льдистых/ и низкоомных /талых/ горизонтов проведен анализ принципов зондирований, э основу которого положены приближенные выражения типа /4/. Так, при геометрическом зондировании /увеличение базы установки в ¡? раз/ для исключения влияния слабопроводящ его пласта необходимо добиться соотношения Я/(Ис))2- 231, а для его выделения[(И -*с1)/К]>Я/2, где 1_= I + К; К-И?'1. При индукционном зондировании /увеличивается й 1Г раз/ для выделения слабопроводящего пласта необходимо [(К+с|) /^г^ЗГ/й , а для его исключения: ["2/(11 +с1)] >. 27Г.

2.2., Оценка влияния технических помех и ошибок наблюдений при, исследовании криолитозоны методом переходных процессов.

Для оценки собственных колебательных и переходных процессов в приемном контуре, особенно заметных при исследованиисла-бопроводящих сред, рассмотрена ее эквивалентная электрическая :хема с сосредоточенными параметрами 2,1 , С и активной наг-эузкойЯш. Решение известного операторного уравнения определяется корнями характеристического уравнения Р^ 2~~ С ± № ,

% , 1_ , С - соответственно, сопротивление,1 индуктивность, емкость контура; <И - коэффициент затухания переходного процесса; и) - частота колебаний.

При К ш = 2= - / 2, наступает критический режим работы контура, который описывается выражением:

. где К - коэффициент передачи;Р - волновое сопротивление. Если Кш=Я кр' т0 в0зникает колебательный процесс, "при этом с ростом критического сопротивления (Ккр), Л уменьшается, что уд. линяет действие "технической" помехи колебательного характера. При обратном соотношении (К ш< Кр) увеличивается действие "технической" помехи экспоненциального характера. Таким образом, уменьшение действия "технических" помех регулируется подбором шунтирующего сопротивления, возможно и емкости.

Основным элементом методики зондирования является интерпретация кривых З.ЖП, которая определяется соответствием теоретической модели реальному разрезу, ошибками интерпретации.

Согласно билогарифмическому масштабу графического построения кривых зондирований , , Нт из выражений Jl/ определяются уравнения, описывающие экстремумы кривых 5<с> , которые представляются в виде, соответственно:

• 8К1 +ЗКг + 2К-5=0 1 (вК'+ЗК2+2К-5)(1+5) = £?,

где К'= сЫ/еЦгп-Ь), . К /16/

Выражение, определяющее тип кривой' у , при которой Б-с и К-г постоянны, имеет вид:

епЪ={-515) Ы + (8/3) еп (3 + с2 , /17/

где С]г и С-э - константы. - Это кривая, имеющая точку минимума и две асимптотические ветви:

вп Л = (-5/3) ¿пЬ +С 3 , при 1: о V

еп при /1В/

При соответствии какого-либо участка реальной кривой выражению /I?/ на кривых и Н<£ появляются горизонтальные площадки, ор-

динаты которых равны истинным параметрам пласта. Если кривая изменяется по линейному закону

£„& = К 6nt + С, при1£К2 -5/3,

то 5г возрастает как .на нисходящем, так и на восходящем интервале времен кривых j^. Наибольшее возрастание кривой соответствует углу наклона кривой^, JL= - 73°I8I. При К> 0, Se возрастает с угловым коэффициентом менее 0,5, но когда X составит 63°26^, участок кривой S«t становится горизонтальным. Кривая Не возрастает на участках наклона кривой j^. под углом от <Л= - бЗ^б^ до oL = -t63°26^ и убывает в интервале от JL -- 63°26* до <¿= -73°18*, а также при углах, близких к «1 = ч€3°261, и больше.

Ошибка вычислений функции Sj^ в зависимости от случайной ошибки наблюдений ЭДС /§■£/ представляется в виде:

8\ = SjWft= -2/3 fe = -4/3 U¡¿.

Ошибка вычислений Stопределяется выражением

откуда при » £i+1, S"S'c= 1/3S"£, а при £• ^£í,t1s:£, £5* = 5/3 S£.

Анализируя функцию Нт подобно > ошибка вычислений Н^ определяется соотношениями:

при £ i » £ i 4ч . S~Ht = SH-c/Ht = -1/3^;

при £L-+ ¿¿+1 , SHt» 8/2 (1ф/ [ (3K45)A(£nt)]

'Характер изменений кривых и Нг зависит от первой и второй производных функций: при соответствии кривых 5Ъ и Ht аналитическому виду кривой "типа Н" значения и Ни постоянны и соответствуют истинным значениям параметров пласта; ошибка вычислений и Н^ зависит от углов наклона кривой^ к оси абсцисс и от шага наблюдений или вычислений; ошибка вычислений параметров пласта минимальна вблизи правой для S<р , а цля Нг - левой асимптот кривой.

Для оценки влияния "техногенных" помех, обусловленных утечками тока в проводах, металлическими отходами буровых работ, взаимоиндукцией совмещенных контуров и другими обстоятельствами, возникающими в процессе исследований, проведены натурные

эксперименты на хорошо ( jg= 10 Ом ы и слабо проводящих^: 120 Ом-м) участках с искусственно созданными одинаковыми''техногенными" помехами. Эксперименты показали, что искаже н и я, вносимые "техногенными" помехами, более значительны при зондировании слабопроводящих сред в микросекундном диапазоне времен. Так,, при пересечении стороны совмещенных контуров буровой трубой, взаимоиндукция между проводами достигает 30% и более, на хорошо проводящем участке - не превышает 10%.

3. ОСОБЕННОСТИ II РЕЗУЛЬТАТУ ПРИ:,£НЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ МЕТОДОМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КРИ0Ш030НУ

Эта часть работы посвящена особенностям исследования и результатам 3.\!Ш, проводившихся автором в период I973-IS90 гг. при решении задач поисково-картировочного, инженерно-геокриологического и мерзлотно-геоэкологического характера в пределах природных условий криолитозоны Западной, Средней и Восточной Сибири, включая участки шельфа моря Лаптевых.

Нетрадиционный дл.~. ЗМПП обьект исследований, многообразие задач и природных условий, слабая геоэлектрическая изученность и отсутствие сведений об ЭМ криолитозоны, отсутст в и е специальных технических средств измерения неустановившего с я поля слабопроводящей среды и в этой связи методики и технологии изучения ее элементов, определили пионерный характер непосредственного изучения криолитозоны электромагнитным зондированием МПП.

Полевые исследования З.Ж1 проводились в основном аппаратурой Импульс-2, Цикл-2, ИППУ-2М, Импульс-2М, изготовленной в СНШГГиМСе, ВостСибЩИГГиМСе и И.ЧЗ СО АН СССР; в разработке технических заданий или в полевых испытаниях первых моделей автор принимал непосредственное участие. Основной обьем полевых наблюдений выполнен совмещенными контурами, размер которых, в зависимости от целей, задач, технических средств, природных условий, экономической целесообразности и других обстоятельств, составлял 0,5 - 500 м.

Измерения неустановившегося поля проведены главным образом в диапазоне от 20 до 1000 мкс при силе тока I - 50А.

3.1. Особенности исследований и результаты применения ЗМПП при рец^ии задач картирования криолитозони в труднодос -тупных для прямых и косвенных наблюдений природных условиях Крайнего Севера.

Субаквальная криолитозона, подозерный талик представляют важные объекты геокриологии, прямое исследование которых сопряжено со значительными трудностями.

При исследовании подозерных таликов Центральной Якут и и применение ЗМПП с наблюдением со льда замерзших озер позволило оценить криогеоэлектрическое строение в их центральной, наиболее глубоководной части, выработать методику зондирования таких обьекто'в. Так, на одном из трех исследованных озер /оз.Ча-быда/ слабо изученный разрез исследован до глубины 500 м. Вероятная подошва подозерного талика, выделенная по ясно выраженной геоэлектрической границе, отмечается на глубинах около 200 м^нижняя граница мерзлых пород едва просматривается н а глубинё порядка 500 м.

При изучении условий залегания подземных льдов известного обнажения Ледяная Гора, залегающих в условиях резко пересеченного рельефа, по данным ЗМПП изучено криогеоэлектрическое строение участка, непосредственно вмещающего основную массу ледяной залежи, а также прилегающего к нему термокара.

Первый участок характеризуется слабой электропроводностью, второй - хорошей. Геоэлектрические границы, отвечающие условиям залегания подошвы мерзлых' пород, отмечены-.на глубинах 100130, 180-210 м а первом случае, и около 50 м - втором. Различ -мая глубина залегания соответствует природным условиям этого района. • •

В районах с альпинотипным рельефом, с беэградиентными зонами и другими неблагоприятными природными факторами оценка мощности мерзлых пород встречает существенные трудности. Одним из таких участков является район Лпсатского угольного месторождения, расположенный на южной окраине хр.Кодар. Исследованиями ЗМПП здесь выделена мощная электропроводная зона, кровля которой отмечается на глубинах от 100 до ГгО м, подошва - от ПО до 500 м. Мощность мерзлых пород по данным ЗМПП, привязанным в некоторых точках к геотермии, составляет 100-200 м, кровля водо-

носного горизонта трещинного типа отмечена на глубинах от ПО до 200 м - подошва - 250-300 м иногда до 500 м. В работе приводится криогеоэлектрический разрез, построенный по описанно-му;профилю ЗМПП [Ним и др., 1989].

Ввиду значимости'исследований Арктического региона, сложности изучения субмаринной криолитозоны известными методами, вопрос о возможности применения ЗМПП при решении этой задачи представляется одним из наиболее актуальных.

Полевые наблюдения ЗМПП в пределах береговой зоны мор я Лаптевых проведены в зимне-весенний периоды 1984-85 гг. совмещенными установками размером от 5' до 400 м в наземном варианте в пределах суши и моря. •

В работе приводится детальный анализ результатов ЗМПП, составлены схематические криогеоэлектрические разрезы по пяти профилям наблюдений, расположенным на шельфе.

Согласно этим исследованиям:

- в природных условиях береговой зоны Арктики при зондированиях на глубину до I км, ЗМПП характеризуется относительно высокой производительностью и информативностью;

- геоэлектрический разрез до глубин порядка 700 м пред -ставлен неравномерным чередованием преимущественно плохо и хорошо проводящих горизонтов, связанных в основном с диалогическим составом, теплофизическим состоянием и тектоническим-строением; .

- верхняя граница мерзлых пород под дном моря прослежи -вается на глубине от. 7-10 м в прибрежной полосе шириной 0,5 -1,0 км; на расстоянии 3-10 км она погружается до 50 м, а возможно и более; нижняя граница мерзлых пород определяется н а глубинах 550-650 м;

- технология ЗМПП, геоэлектрические особенности участков исследований, прогнозные оценки строения и состояния геокриологической среды могут служить основой ЗМПП, предметом иссле- ■ дований при мерзлотно-геологическом изучении Арктического района.

3.2. Особенности исследований- и результаты примене н и я ЗШТП при репении инженерно-геокриологических задач.

^^^^^^^^^■^^ПСТТи*; 1. ОА/ иципан ^исги л I ии^дппшш-

ного разреза, часю в зависимости от изменчивости теплофизиче-ских и физико-механичес1 лх техногенных и природных нагруз о к. В этой связи, рассмотренная теоретическая модель и параметрическая интерпретация ЗМПП непосредственно отвечает уровню решения таких задач индуктивной электроразведкой.

При инженерно-геокриологической оценке погребеинь-г россыпей необходимо определение теплофиэиче^кого состояния массивов дисперсных пород. Трудность решения этой задачи состоит в технологической сложности бурения скважин в крупнообломочных материалах без нарушения теплофизического состояния, крайне неустойчивой к техногенным нагрузкам островной мерзлоты, а также в неблагоприятных природных и техногенно нарушенных поверхностных условиях для постановки контактных методов исследований . При решении такой задачи на Куранахсксй россыпи опробопа лея ЗМПП. По результатам площадной сьемки 3\5Г1Г1 составлены карты-схемы изолиний интенсивности поля индукции на временах наблюдений 0,3-0,5 мс, на которых с учетом данных геотермии и бурения выделены участки мерзльх, частично-мерзлых и талых пород. В работе приведен криогеоэлектрический разрез центральной части участка, на котором показаны слоистое строение и состояние пород разреза на глубину до 100 м, отмечается наличие "пятнистой" мерзлоты в плане и по разрезу.

При позведении низконапорных грунтовых плотин созникают вопросы оценки состояния и строения их створов, ложа, прилегающих территорий. При инженерно-геокриологической оценке одной из таких плотин, построенной при соэдаьии искусственного озера а районе г. Якутска, по результата!/! ЗМПП составлены криог е о-электрические разрезы по гребню плотины, центральным и периферийным частям озера на глубину до 60 м. Вблизи центральной части озера, геоэлектричес: 1е границы, отражающие подошву под-озерного талика, отмечены на глубине 25 м, а на периферий» ь: х участках - около 8 м. Зондированием по гребню плотины выделан электропроводный горизонт на глубине 10-13 м, подтвержден!» ы Я бурением и геотермией, согласно которым он представлен частично талым состоянием суглинистых пород.

При изысканиях проектируемой трассы жолезнодоройной маги-

Г.7

ных, соосных, дипольннх/ ЗМПП опробывовался на участках изыскательских и гидрогеологических'скважин глубиной, соответственно 5-10 и 100 м, использованных в качестве опорных.

.-По данным ЗШЛ район древних речных террас р.Лены характеризуется достаточно хорошей электропроводностью. На участк а х изыскательских скважин всеми видами малых установок размером до 5 м выделены межЬюрзлотные талики, супесчано-сугдинистые и Л1Д1-стые горизонты. На участках известных.источников Ерюю, Улахан -Тарын и др. выделены геоэлектрические границы на глубинах от 15 до 100 м, отражающие установленные водоносные горизонты, reo -криологические и диалогические границы. Ниже этих границ, а также на неизученных участках также выделены четкие геоэлектрические границы, природа которых не установлена и может служить предметом дальнейших исследований.

3.3. Особенности исследований и результаты применения ЗМПП при решении задач мерзлотно-геозкологического профиля в стесненных условиях городских застроек.

В связи с актуальностью проблемы геоэкологических исследований, геофизические методы исследований приобретают новую направленность, ориентированную на установление и прогноз состояний и условий водообм.енных процессов, особенно в техногенно нарушенных системах природной среды, что в наибольшей степени характерно для городских застроек. Последние отличаются ограни -ченностыо площади, ее техногенной переработкой /бетонные покрытия, насыпи/, природным покровом /наледи/ и другими, осложняю -щими геокартирование и поиск, обстоятельствами.

Для выработки природоохранных мероприятий одна из за д а ч состоит в обнаружении и картировании "техногенных" таликов,сформировавшихся под воздействием хозяйственной деятельности населения. В соответствии с этим, начиная с 1980 г., автором проводились исследования ЗМПП, нацеленные на разработку методики и технологии зондирования малоглубинных обьектов, к которым относятся над- и межмзрзлотные талики, техногенные криопэги, формирующиеся в пределах населенных пунктов.

При разработке проти.воналедных мероприятий в п. Чернышевский Зет использовался для обнаружения, оценки и картирования таликов - источников наледеобразования. Наблюдения прове д ены установками 1=1,9; 5 м, иногда и бйлее, размещенными меж д у застройками на наледях и спрессованном снегу. По результата м ЗМПП, привязанным к точкам бурения, определены площадь распространения и глубина залегания водоносных горизонтов, котор а я достигает 10-15 м.

Важным геоэкологическим обьектом изучения в пределах городских застроек криолитозоны является техногенный криопэг,оказывающий существенный экономический и моральный ущерб.

Исследованиями ЗМПП на участке "Криопэг", расположенным на окраине г. Якутска, изучена геоэлектрическая сезонная и з-менчивость разреза, характеризующаяся закономерным увеличением электропроводности по мере протаивания деятельного слоя и на -оборот. Многолетними детальными исследованиями выделены гео -' электрические горизонты на глубинах 2-5, 12-14, 18-22 м. Первый из них отражает известный криопэг, изученный ЗМПП и бурением по площади, второй и третий, выделенные в разных точках участка, подтвержденные бурением и химанализом, представля ю т более минерализованные техногенные криопэги, 'сформировавшиеся, по-видимому, под воздействием нарушения природной среды.

С цель» оценки состояния нарушенного при строительст в е двухъярусного ириопэга, расположенного под зданием домострой тельного комбината г. Якутска, опробовался ЗМПП. Наблюдения поля проведены совмещенной установкой размером 2 и 5 м в стес -ценных условиях свайного поля.по бетонному покрытию. По данным ЗМПП а разных точках профилей наблюдений выделены геоэлектри -ческие границы на глубинах 4-6; 10-15 м, отражающие соответствующие криопэги. В эпицентре' аномальной зоны на глубине 8-10 м выделена лишь одна мощная электропроводная зона, которая и н-терпретируется как слившийся криопэг, сформировавшийся в р е-зультате нарушения естественного, залегания грунта.

На объекте исследований ЗМПП, расположенном вблизи источника загрязнения - животноводческой фермы, профильными наблю -дениями прослежен техногенный криопэг на расстояние до 60 м. При этом геоэлектрический горизонт, отражающий криопэг, под -

тверзденный бурением и химаналнзом, отмечен на глубинах 5-9 м.

3.4. Особенности и результаты экспериментальных исследо -ваний ЗМПП при поисках кимберлитовых тел в Далдыно- Алакитском алмазоносном районе.

Актуальная проблема поисков кимберлитовых тел, особен н о перекрытых породами трапповой формации мощность» до 100 м и более, выдвинула задачу разработки новых эффективных геофизических методов поисков, в том числе и ЗШП.

Первые экспериментальные исследования этим методом проведены в 1973 г. на участках, характеризующихся различной глубиной залегания кимберлитовых тел,.их размерами, вмещающими и перекрывающими их породами. Натурные эксперименты ЗМПП показали, что все исследованные трубки в той или иной степени проявляются аномалиями неустановившегося поля в микросекундном диапазоне времен. Этот установленный факт позволил продолжить начатые исследования другим исследователям, что привело к созданию оригинальных методик, технологий и гипотез [ Исаев и др.,, 1982, 1985; Сидоров, 1985; Вахромеев, Кожевников, 1988].

3.5. Особенности исследований и результаты применения ЗМП при поисках золоторудных месторождений Центрально-Алданско г о района.

Центрально-Алданский золотоносный район, расположенный в зоне развития островной мерзлоты, известен рудопроявлениями зот лота двух типов - куранахского и Лебединского. Рудные тела ку-ранахского типа приурочены к области стратиграфического кон -такта кембрийских и юрских отложений, малосульфидны, представлены залежами, погребен:-.ыми в карстовых полостях. Оруденен и е Лебединского типа размещается а нижней части карбонатной толщи мощностью до ¿00 м,.приурочено к тектонически ослабленным крутопадающим и субгоризонтальным зонам. Это кварцево-сульфидные, полиметаллические, карбонатно-сульфидные рудные тела и залежи мощностью до 3-х и более м, шириной 10-30 м.

На рудопроявлении куранахского типа перед ЗМ1П ставилась задача разбраковки карстовых образований на перспективные и бесперспективные,.отличающиеся соответственно хорошей и слабой электропроводностью [ Ним и др., 1978}. По данным ЗМПП состав -лека'карта"суммарной продольной проводимости участка месторож-

дения Дорожный, на которой выделено восемь аномальных зон со зна»;?нием электропроводности 5 = 4-16 См. В пределы этих зон попадают все известные рудные залеки и перспективные на ору -денение карсты. Участки, проводимость которых меньше обозначенных, отнесены к бесперспективгам. На глубинах около 300 м выделен низкоомный опорный горизонт, представляющий, ю-види-мому, нижнекембрийский водоносный комплекс.

ЗиШП на рудопроявленипх Лебединского типа проводились с целью поиска рудных тел, картирования рудоконтролирующих структур и геоэлек.трической оценки участков работ.

На составленных по данным ЗИП! картах-схемах интенсив -ности поля и геоэлектрических разрезах участка мес.торождени я Колтыкон аномалиями проводимости выделяются почти все известные рудные тела и залежи, залегающие на глубинах до 100 м.

Ка глубинах порядка 250 м отмечен электропроводный горизонт, отражающий, по-видимому, архейский водоносный .комплекс, который частично может быть связан с нижней границей мерзлы зс пород.

На рудопооявлении Амурский ЗШП проведены по профилю длиной 1900 м совмещенными установками размером 100 и 50 м. Геоэлектрический разрез, составлении;! по данным ЗШП, отражает кровлю кристаллического фундамента на глубинах от 150 до 300 м. В районе слабниэученной тектонической зоны по данным ЗМГ1П выделен сброс с амплитудой около 50 м.

На рудопроявлении Томмотское по результатам площадн ы х исследования ЗШП составлена карта-схема интенсивности поля и карта "5", на которых четко проявлены границы аномальной зоны шириной до 300 м. Наиболее электропроводная- часть участка (S =34 См] расположена в эпицентре зоны. Проводящие горизонты выделены на двух, трех уровнях, на глубинах от 70 до 170 м и более. По значениям S известных рудных зон выделен поисковый признак на оруденениэ этого типа, равный 5-2-4 См.

3.6. Особенности и результаты ЗМПП при поисках россыпей и изучении криолитозоны Куларакого золотоносного района.

Актуальность задачи связана с повышением эффективности поиска и хозяйственного освоения территорий россыпных место-

лсждений золота я специфических природных условиях.

Поиск россыпей сводится к,картированию погребенного рельефа корекнь'" пород, представленного аргиллитами, глинистыми, песчано-глинистыми сл нцами. Мощность покрывающих их рыхлых, сильнольдистых отложений поставляет 20-100, иногда 300400 м. Мощность мерзлых пород достигает 500 м. Зчачительн а я часть территории заозерена и заболочена. Типичный геоэлектрический разрез площади - тип "К", который наиболее устойчив в весенне-зимний период. Двухгодичными исследованиями ЗМПП показано, что коренные породы хорошо электропронодны, уверенно картируются на глубинах от 20 до первых сотен метров. В районе Яно-Омолойекого междуречья установкой 1. = 200 м выделены геоэлектриче: , границы на глубинах от 300 до 550 м, отражающие рельеф коренных и подошву мерзлых пород. Но данным мар -шрутных исследований ЗМПП, проведенных по заозеренным площадям, криолитозона этого региона характеризуется крайней геоэлектрической неоднородностью до глубин порядка 400-450 м. Эта оценка соответствует известным представлениям о геокриологи -ческом строении района, осложненном серией тектонических зон.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность выполненных исследований представляет основу электромагнитного зондирования методом перрходных процес-сое для исследования криолитозонн п^м решении задач инженерно-геокриологического и поисково-картировочного характе р а, обоснование нового научного направления в геофизике криолито-зоны.

Основные результаты исследований, отражающие теоретическое и практическое значение работы, сводятся к следующему.

1. Сформулированы и обоснованы основные мотодологические подходы к исследованию криолитозонн электромагнитным зондированием методом переходных процзссов.

2. Разработана технологически эффективная упрощенная теоретическая основа ЗМПП, приспособленная для решения иняенер-но-геокриологических задач, связанных с изученном многослойных, в том числе контрастных и градиентных рагччопоп. Эта разработка включает л себя решения прямой и облетной задач 1ППП:

- для системы М плоскостей "5";

- для модели горизонтально-слоисгого разреза;

- для магнитной модификации ЗМПП-М, основанной на изуче -нии магнитного поля неустановившегося электромагнитного п о ля вертикального магнитного диполя.

3. Разработана теоретическая основа для модификаций ?МП11, основанных на возбуждении поля горизонтальным магнитным диполем, в том числе и для изучения магнитных полей этого уточника.

4. Предложены и апробированы "асимптотические" спосо б ы решения и анализа прямых задач ЗМГШ при исследовании горизон -тально-слоистых сред.

5. Оценена и показана эффективность параметрической и н-терпретации при исследовании многослойных сред для всех компо-. нент неустановившегося электромагнитного и магнитного п о л ей вертикального и горизонтального магнитных диполей.

6. Разработаны методические и технологические основы электромагнитного индукционного зондирования криолитозоны методом переходных процессов: .

- рассмотрены принципы зондирований методом переходи ы х процессов и оценены методические особенности выделения пластовых тел;

- оценено влияние неоднородностей горизонтально- слоистой среды, влияние "технических" и "техногенных" помех на наблюдения поля;

- рассмотрены и оценены особенности измерения переходны х процессов в слабопроводящих средах, ошибки интерпретации кривых зондирований в зависимости от ошибок наблюдений.

7. Дано научное обоснование, разработана методика н технология, практически реализовано эффективное применение ЗМГШ в условиях криолитозоны Западной, Средней и Восточной Сибири от ее южных до северных границ, включая прибрежный участок шельфа моря Лаптевых при изучении строения и состояния горных пор о д криолитозоны, в том числе суаквальной, а также при решении задач инженерно-геокриологического и мерэлотно-геоэкологического характера. При этом изучен криогеоэлектрический разрез:

- Нчо-Омолойпкого междуречья;

- береговой зоны моря Лаггевых;

- Центральной Якутии;

- Центрально-Алданского района;

- Ап^атского угольного месторождения;

- прибрежного участка шельфа моря Лаптевых;

оценены криогеозлемгтричоские особенности при. инженерно-геок; л-ологических исследованиях:

- КуранахскоГ; россыпи;

- грунтовой плотины Центральной Якутии;

- участков проектируемой трассы железной дороги Тоиыот -Якутск,

выделены и исследованы криогеоэлекгрические особенности:

- таликов, источников наледеобразования в п. Чернышев

ский;

- криопэгза в районах г. Якугска и его окрестностях, вблизи источников техногенного загрязнения.

6. Научно обоснована возможность, разработана методика и технология, практически показана эффективность применения ЗМПП при поисках и геокартировании "редкометальных" месторождений в условиях сплошной и прерывистой криолитозоны, в частности:

- кимберлитовых тел Якутской алмазоносной провинции;

- золоторудных месторождений Лебединского и куранахског о типов Центрально-Алданского золотоносного района;

- россыпных месторождений Нуларского золотоносного района.

На основе анализа выполненных исследований, тенденции развития ЗМПП и геокриологии намечены пути дальнейшего развит ия этого направления, в частности целесообразно:

- разработать теоретические модели и технические средства для решения задач криолитомониторинга, подземных и подводи ы х исследований криолитозоны методом переходных процессов;

- разработать основы ЗМПП в наносекундном диапазоне вре -мен с целью детального изучения деятельного слоя и мерзлых пород при региональных и инженерных исследованиях и т.д.

Основные работы, опубликованные по тепе диссертации

1. Наклонная плоскость "5" в поле нестанционарного вертикального магнитного диполя //Проблемы геологии и методы геохимических и геофизических исследований. - Новосибирск: ИГиГ СО Ad СССР, I972 - C.I3I-I33.

2. Метод переходных процессов при поисках полиметаллических месторождений пластового типа //Геофизические методы поисков и разведки месторождений рудных полезных ископаемых. - Но-яосибиоск: СЖФГиМС, 1973 - С. 6-11. Соавторы Г.А.Исаев, В.Р. Возчюк, Б..'.¡.Глинский.

3. Тонкий чизкоомный пологозалегающий пласт в поле вертикального магнитного диполя //Гам же - С. 51-58. Соавторы Г.А. Исаев, Б.И,Рабинович.

4. Аппаратура Зонд-I и результаты его опробования // Разведочная геофизика, вып. 62 - .',!.: Недра, 1374 - С. 89-94. Соавторы В.Р.Возник, Г.А.Исаев, Б.!,!.Глинский, В.М.Иванов, В.Д. Гельфанд.

5. Предпосылки применения !.!ПП при поисках кимберлитов ы х тел //Применение геофизических методов при поисках кимберлнто-вых тел в Якутской провинции. - Якутск: кн.изд-во, 1976 - С. 101—115. Соавтор Г.А.Исаев.

6. Геофизические и геологические критерии.прогнозирования оруденения куранахского типа "//Геофизические исследования в Якутии. - Якутск: Я$ СО АН СССР, 1978 - С. 66-84. Соавторы З.А. Абрамов, А.Я.Кочетков.

7. Возможности метода переходных процессов при поис к а х золоторудных месторождений куранахского типа //'Гам же. - С.93-100. Соавторы И.П.Докторов, З.А.Корнилова.

О. Об измерении переходных процессов в опябопроводящ и х средах //Бюлл. нпучн.техн.инфор. - Якутск: ЯЗ СО АН iAaT,Ïv78-С. 17-21. Соавтор И.П.Докторов.

9. 0 плиянин помех при измерениях переходных процессов в ела бон роводящих средах //ьюлл.научи.тохн.инфор. - Якутск: Я? СО АН СССР, 1979 - С. II-I4. Соап'мры И,II.Доктором, О.Х.Крото-

попов.

10. Оценка возможности применения МПП и критерии электропроводности при поисках и картировании слабопроводящих обьек -тов //Реф. в ж. Геология и разведка № 6, Деп.ВИНИТИ № - М.:

1981 - 14 с.

11. О возможности применения МПП при инженерно-мерзлотных исследованиях /л "■еокриологический прогноз в осваиваемых районах Крайнего Севера /Тезисы докладов и сообщений/ - М.: ВСЕГМН ГЕО, 1982 - С. 143-144.

12. Возможности МПП при детальных структурчо-картировоч -ных исследованиях рудных месторождений Лебединского типа //Реф. в ж. Геология и разведка № 10, Деп. ВИНИТИ № 2865-82. - М. :

1982 - 13 с. Соавтор И.П.Докторов.

13. Анализ кривых зондирований МПП и ошибок их интерпре -тации //Реф. в ж. Геология и разведка № 8. Деп. ВИНИГИ № 242283. - К.: 1983 - 12 с. Соавтор Й.П.Докторов.

14. Зондирование мерзлых толщ методом переходных процес -сов //Геокриологический прогноз при строительном освоении территорий /Тезисы докладов и сообщений/ - М.: ВСЕГИНГЕО, 1985 -С. 337-338.

15. Картировочные возможности МПП в криолитозоне на примере анализа переходных процессов над разрезами типа К, КН и НКН //Реф. в.ж. Геология и геофизика № 7. Деп. ВИНИТИ № 517-85- М.: 1985. - 15 с.

16. Зондирование подозерных таликов методом переход ных процессов //Криогидрогеологические исследования. - Як,утск> ИМЗ СО АН СССР,.1985 - С. 61-71. Соавторы А.М.Федоров, А.П.Попов .

17. К теории зондирования методом переходных процессов при геокоиологическом картировании //Инженерно-геологические изыскания я области вечной мерзлоты /Тезисы докладов научно-прак -тической конференции/ - Благовещенск, 1986 - C.I70-I72.

18. Опыт применения метода переходных процессов при решении инжечерно-геоло'гических задач //Там же. - С. 172-174.

19. Особенности поисков россыпей'в криолитозоне мотодо м г.епеходных процессов //Реф. л ж. Геология и' разведка JF 2, Деп.

И № Ь73?;-сйо - М.: НЬ6 - 17. с.

:-л). Взаложность эондирован.чч истодом пер сходных процессов^,-при геокриологическом картировании //Вопросы геокриологического картирования. - Якутск: Ц?,13 СО АН СССР, 1йЗЬ. - С. 144-1.33. Соавторы il.Ii.Докторов, Е.Л.Слагода, ¿.Г.Зерхотуров.

¿Г. Особенности ЗЖП в криолитозоне //ьчдукционгпле исследования верхней части зонной коры. - М.: ИЗ.Й9РАН, 1?&6. - С. 152-153.

22. Комплексная инженерно-геокриологическая оценка массивов дисперсных пород в ЮжноГ Якутии //Природные условия осваиваемых регионов Сибири. - Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1267. - С. 77-Ы'. Соавторы: В.В.Ан/),.Я.!.'лев, А.А.Самсонов.

23. Электрозондировзние методом переходных процессов при геокриологическом картировании //Проблемы геокриологии. - ;.;: Наука, К-£ь - С. 143-14Ь.

¿4. Неустановившееся магнитное поле при электрозэндирова-нии горизо [тально-слоистых сред методом переходных процессов '/ Реф. в ж. Геология и геофизика 7. Деп. :ЛНЖИ !'■ 8517-1383. -',].: - 16 с.

<Т>. Основы 3»;1111 при инжэнерчо-геакрнолэгичеекчх исследованиях //Пробл иняечерно-геологических изысканий а криояи -тэзоне /Гезисы докладов научно-практической конференции/ -гадвн, Г.О-. - С. ¿12-4:13.

¿6. Применение электрозощировпния методом переходных процессов при решении инженерно-геокриологических задач а предо -лах городских застроек //хам же. - С, 213-215, Соавторы: А..*. Фэдоров, А.В.Бойцов.

27.' Электрозондирование методом г.ереходшх процессов при решении инженерно-геологических и гидрогеологически злдач з криолитозоне //Лспользозанне новых геофизических шгодлв для реаения кнденерно-геологических и гидрогеологических задач. / Тезисы докладов 10-го Всесоюзного научн.тохн.семинара/. - .«¿,: ВСЕГШПй), 111$ - С. 1\6-с0й. Соавторы: |у.Н.<!.олознл:с, В.-З.Стэ-гний.

Модель го л электрического разреза при реизнвм за д в ч инженерной геологии методом переходных процессоп //1хо. 0. ¿ОО-йЛ. Соавтор л.И.1!:ипедцна.

о7

29. Особенности поиска техногенных криопэгов в рай о н е низких надпойменных террас р. Лены Б. Якутска методом пере -ходчых процессов //Условия и процессы криогенной миграции вещества. - Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1989 - С. 117-130.

30. Неустановившееся электромагнитное поле горизонталь -ного магнитного диполя на поверхности системы плоскостей "5" // Электроразведка методами ЗСБ и МПП при поисках нефтегазо -вых и глубокозалегающих рудных месторождений в Сибири. - Новосибирск: СНШТиМС, 1989 - С. 132-135.

31. Импульсное индукционное зондирование при изучен и и геокриологических условий Апсатского угольного месторождени я // Комплексные мерзлотно-гидрогеологические исследования. Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1989 - С. 126-135. Соавторы: М.Н.Ке -лезняк, В.Ф.Крохалев, А.Б.Ласыгин.

32. Интерпретация неустановившихся полей при электроэон-дировании горизонтальным магнитным диполем //Нетрадиционн ы е методы геофизических исследований неоднородностей в земной коре /Тезисы Всесоюзного семинара/. - М.: Миннефтепром, 1989 -С. 45-50.

33. Неустановившееся магнитное поле при электрозондиро -вачии горизонтальным магнитным диполем //Там же. - С. 47- 48. Соавтор Л.И.Шипицына.

34. Электрозондирование грунтовой дамбы и подозерн ого-талика методом переходных процессов при геотеплофизичес к и х исследованиях //Инженерное мерзлотоведение в гидротехнике. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. -Л.: Энер-гоатомиздат, 1989 - 35-42. Соавтор О.И.Алексеева.

35. Электрозондирование методом переходных процессов при геокриологическом картировании береговой зоны Арктическ ого бассейна //Инженерная геология, № 3 - («1.: Наука, 1589 - С. 105-111.

36. Электрозондирование методом переходных процессов при поисках и картографировании криопэгов //Мерзлотно-гидрогеоло-гические исследования зоны свободного водообмена. - М.: Наука, 1989 - С. 112-125. Соавтор А.М.Федоров.

37. Основы приближенной теории электрозондирования мето-

цом переходных процессов //Геология и геофизика, № 3 - Новоси-5ирск: Наука, 1989 - С. 134-141. !

38. Особенности применения электромагнитного зондирования методом переходных процессов при изысканиях и геоэкологических доследованиях в криолитозоне //Экология и строительство, вып.2 /Тезисы докладов научно-практической конференции/ - Якутск : даИ, 1991 - С. 40-42. Соавторы: А.М.Федоров, А.В.Бойцов.

39. Теоретическая основа параметрической интерпретации в методах зондирований становлением поля //Эяектрокагнитная индукция в верхней части аемной коры,-М.:Наука,1990.-С.100-101.

40. Способ индуктивной геоэлектроразведки, Положительно е эешение от 13.04.90 г. на заявку № 4666466.

41. Способ индуктивной геоэлектроразведки. Положительное эешение от 27.05.91 г. на заявку № 4782462.

Подписано в печать 12.12.91. Форм»т 60X84 1/16

Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л, 2,0. Уч.-изд.л. 2,1. Тираж 120 экз. Заказ 51,

Иркутский политехнический институт 064074, Иркутск, ул. Лермонтова, й.1