книги из ГПНТБ / Якубовский, Ю. В. Электроразведка учебник

Ю В ЯКУБОВСКИЙ Л Л" л я х о в

ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА

Издание третье, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебника для геологоразведочных техникумов

от строения геоэлектрического разреза. Изучив поле в доступных для исследования точках, можно с той или иной степенью точности составить представление о строении геоэлектрического разреза.

Введем понятие о прямой и обратной задачах электрораз­

определении электромагнитного поля по заданным источникам поля и параметрам геоэлектрического разреза. Анализ решения прямой задачи позволяет предвидеть результаты наблюдения поля в различ­ ных геологических условиях и на этом основании выбирать целесо­ образные способы исследования поля, методику обработки іг изобра­ жения результатов и т. п.

О б р а т н а я з а д а ч а э л е к т р о р а з в е д к и заклю­ чается в определении геоэлектрического разреза по наблюденному электромагнитному полю. Этот процесс принято называть и н т е р ­ п р е т а ц и е й р е з у л ь т а т о в п о л е в ы х н а б л ю д е ­ н и й . Переход от наблюденного поля к геоэлектрическому разрезу осложняется некоторой неоднозначностью решения обратной задачи. Данному электромагнитному полю, полученному в результате наблю­ дений с практически достижимой точностью, могут соответствовать геоэлектрические разрезы с различными значениями параметров. Из этих разрезов интерпретатор должен выбрать один, соответ­ ствующий истинному геологическому строению исследуемого района.

При решении обратной задачи приходится использовать пред­ варительные данные об электрических свойствах горных пород, слагающих исследуемую площадь, данные о геологическом строении ее, результаты исследований другими геофизическими методами и т. п. Все это позволяет уменьшить степень неоднозначности решения обратной задачи, т. е. повысить достоверность результатов интер­ претации.

Электроразведку применяют при весьма разнообразных геологи­ ческих исследованиях — поисках месторождений полезных ископае­ мых, геологическом картировании, инженерно-геологических и гидро­ геологических исследованиях и т. п. При этом используют весьма разнообразные и многочисленные электроразведочные методы и их модификации.

Многообразие методов электроразведки определяется прежде всего тем, что электромагнитное поле в Земле может создаваться и исследоваться различными способами. Существуют два основных способа возбуждения электромагнитного поля в земле: гальваниче­ ский и индуктивный. Г а л ь в а н и ч е с к и й с п о с о б характе­ ризуется тем, что два заземления, погруженные в землю, присоеди­ няются к полюсам какого-либо источника постоянного или перемен­ ного тока (батарея, генератор и др.). Разность потенциалов между двумя заземлениями обусловливает возникновение в земле электри­ ческого поля.

При и н д у к т и в н о м с п о с о б е источником поля является

4

незаземленный контур, питаемый переменным током от какого-либо генератора — лампового, машинного и др. Переменное электромаг­ нитное поле тока, текущего в незаземленном контуре, является пред­ метом полевых измерений.

Помимо названных двух основных способов, применяется к о м ­ б и н и р о в а н н ы й с п о с о б возбуждения поля, представля­ ющий собой сочетание гальванического и индуктивного. При этом исследуемое ноле состоит из двух частей; одна из этих частей созда­ ется заземлениями, а вторая — током, текущим в проводах, соеди­ няющих генератор с заземлениями.

Во всех перечисленных выше способах используются разнообраз­ ные установки, отличающиеся одна от другой конструкцией и взаим­ ным положением заземлений, конфигурацией и размерами незаземленных контуров и т. и.

Способы изучения электромагнитных полей, применяемые в электроразведке, также весьма разнообразны. Постоянные электро­ магнитные поля обычно исследуют путем измерения разностей потенциалов между различным образом выбранными точками земли. В эти точки помещают з а з е м л е н и я , которые подключают к при­ бору, измеряющему разность потенциалов. Принципиально не исклю­ чена возможность исследования постоянного электромагнитного поля путем измерения его магнитной составляющей, однако практи­ чески эта возможность используется редко.

В методах электроразведки, использующих переменные электро­ магнитные поля, измеряют как магнитную, так и электрическую составляющую поля, а в некоторых методах — соотношение между ними. Для измерения электрического поля так же, как и в методах

что э. д. с., наведенная переменным магнитным полем в такой рамке, пропорциональна ее эффективной площади, компоненте поля, пер­ пендикулярной к плоскости витков, а также скорости изменения поля со временем. Эту э. д. с. измеряют специальными приборами, подключаемыми к рамке. Переменные электромагнитные поля, меняющиеся по закону синуса или косинуса, характеризуются амплитудой и фазой электрической и магнитной составляющих, а также ориентацией вектора поля в пространстве. Все эти величины зависят от характера геоэлектрического разреза, поэтому их изме­ рение дает информацию об этом разрезе. В случае нестационарных переменных полей можно измерять мгновенные значения поля

взаданный момент времени и скорость их изменения со временем.

Взависимости от геологических условий и типа решаемых задач частоту исследуемого поля можно изменять от нуля (постоянное поле) до частот, измеряемых мегагерцами.

Зависимость поля от времени в наибольшей степени определяет характерные особенности метода: способ возбуждения и измерения поля, геологические условия, в которых может быть использован

5

Электроразведка, как и вся разведочная геофизика, является наукой сравнительно молодой. Первые работы по применению электричества при поисках полезных ископаемых относятся к сере­ дине прошлого столетия. В 1829 году А. Фокс наблюдал над медно­ колчеданными месторождениями Корнуэльса (Англия) естественные электрические поля, связанные с окислительно-восстановитель­ ными процессами.

Общий прогресс физики в конце XIX и начале XX столетий коснулся также и методов изучения геологического строения земли; он дал толчок развитию прикладной геофизики в целом и электри­ ческих методов разведки в частности.

В1903 году русским инженером Е. И. Рагозиным была опубли­ кована монография «О применении электричества для разведки руд­ ных залежей». В этой работе приводятся сведения о возможности применения электрических методов для поисков рудных тел и иссле­ дования электрических свойств горных пород.

В1910 году французский ученый К. Шлюмберже разработал метод сопротивлений, нашедший впоследствии широкое применение

при геологоструктурных исследованиях.

В 1919—1922 годах шведские ученые Н. Лундберг и К. Зундберг своими работами положили начало электроразведке переменными полями, и в частности методам, основанным на наблюдении эквипо­ тенциальных линий электрического поля и напряженности магнит­ ного поля. Несколько позже в Америке был предложен метод индук­ ции (радиор).

Большую роль в развитии теории электроразведки постоянным током сыграли исследования немецкого ученого И. Гуммеля и в особен­ ности румынского ученого С. Стефанеску, разработавших методы расчета электрических полей точечных источников при наличии плоскопараллельных поверхностей раздела.

В 1924 году основоположник отечественной электроразведки А. А. Петровский провел впервые в Советском Союзе электроразведочные работы методом естественного поля (Риддерское полиметал­ лическое месторождение на Алтае) и эквипотенциальных линий (Белоусовский рудник на Алтае). В 1925 году метод эквипотенциаль­ ных линий был поставлен на переменном токе и в этой модификации в последующие годы широко опробован на сульфидных месторожде­ ниях СССР. К 1925 году относятся также первые опытные работы по применению метода интенсивности, проведенные на Урале (Богомоловский рудник). С 1926 года в практику электроразведочных работ входит метод индукции.

С 1928 года А. А. Петровский проводит систематические иссле­ дования в области радиоволновых методов разведки.

Таким образом, в двадцатые годы нашего столетия электрораз­ ведка используется в основном при поисках и разведке рудных месторождений. Однако проводившиеся работы носили в значитель­ ной мере опытный характер, объем производственных работ был невелик.

7

Переход нашей страны от восстановления к реконструкции народного хозяйства вызвал резкий рост геологоразведочных работ, имевших целью обеспечение промышленности необходимым сырьем и топтивом. Возрос также объем геофизических, и в частности электроразведочных, работ. Электроразведочные работы проводятся на Северном и Южном Урале, в Западной Сибири (Салаирский кряж, Саяны), в Казахстане, Средней Азии, Восточной Сибири, на Дальне.м Востоке. Объектом электроразведочных исследований, помимо место­ рождений железа и цветных металлов, становятся залежи нефти, угля, золота, редких металлов и других полезных ископа­ емых.

В1928—1929 годах электроразведка начинает применяться для поисков и разведки нефтеносных и газоносных структур. В последу­ ющие годы объем этих работ существенно возрастает в соответствии

собщим увеличением объема геофизических работ при поисках нефти и газа и организацией геофизической службы в нефтяной промышленности.

В1932 году были проведены первые электроразведочные работы

с целью поисков и разведки месторождений ископаемых углей. В этой области геологических исследований электроразведка полу­ чила применение как метод изучения геологической структуры уголь­ ных бассейнов и поисков угольных пластов, а также угленосных свит.

В1930 году А. С. Семенов проводит первые электроразведочные работы для решения гидрогеологических и инженерно-геологических задач. Большие успехи в этой области были достигнуты в после­ военные годы в связи с расширением гидротехнического строитель­ ства и изысканий для водоснабжения сельского хозяйства.

Впослевоенные годы в развитии электроразведки наступил но­ вый этап, связанный с разработкой и широким применением методов, основанных на изучении вызванной поляризации горных пород, индуктивных методов, использующих гармонические и нестационар­ ные поля, электромагнитных зондирований, а также азроэлектро-

разведочных методов.

Расширение области применения электроразведки потребовало дальнейшей разработки теории электроразведки, методики полевых работ и истолкования результатов наблюдений. Эти задачи успешно решаются большим коллективом ученых и инженерон-электрораз- ведчиков, работающих в научно-исследовательских и производст­ венных геофизических организациях. Большую роль в разработке теории электроразведки постоянным током сыграли работы А. И. За-

теории других электроразведочных методов большое значение имели работы Е. А. Сергеева (метод естественного тока), А. С. Семенова (метод заряда), А. Г. Тархова, А. М. Пылаева, И. Г. Михайлова (метод индукции), В. Н. Дахнова (метод петли) и др.

Затраты на электроразведочные работы в настоящее время

8