Загальна хара-ка низькочастотних індуктивних методів електророзвідки-методу НП, БДК, ДЕМП

Методи низькочастотного індуктивного профілювання. Методи застосовуються для виявлення на площі досліджень неоднорідних за електропровідністю включень. Вони проводяться як при загальних пошуково-картувальних зйомках, так і при детальній розвідці родовищ добре провідних руд.

В групу низькочастотних індуктивних методів профілювання входять методи довгого кабелю (ДК), дипольного індуктивного профілювання (ДІП), незаземленої петлі (НП) та перехідних процесів (ПП). Вони використовують як гармонійні (від одиниць до перших десятків тисяч герц), так і неусталені поля.

Особливість індуктивних методів полягає в тому, що геометричні розміри установок, діапазон частот і час перехідних процесів вибираються такими, щоб дослідження велися в індукційній зоні джерела, тобто розміри досліджуваних об’єктів повинні бути малими у порівнянні з довжиною хвилі. В цьому випадку поле є синфазним для всіх точок об’єкта дослідження.

Змінне електромагнітне поле, що вимірюється в точках денної поверхні, є сумою нормального поля контуру джерела і аномального поля, зумовленого впливом локальних геологічних об’єктів. За фізичною природою аномалії поділяються на індуктивні (вихрові), кондуктивні (концентраційні) тамагнітостатичні.

Індуктивні (вихрові) аномалії – це аномалії, що спричинені магнітним полем струмів, індукованих первинним змінним магнітним полем в добре провідних (рудних) тілах. Кондуктивні (концентраційні) аномалії – це аномалії, спричинені концентрацією в рудних об’єктах електричних струмів, наведених у вміщуючому середовищі, і виникненням при цьому (в результаті перетину цими струмами границь розділу) поляризаційних зарядів на поверхнях рудних тіл. Магнітостатичні аномалії мають місце лише при наявності магнітних об’єктів – за рахунок їх намагнічування первинним магнітним полем.

В реальному геологічному розрізі, що знаходиться в первинному магнітному полі якого-небудь джерела, аномалії вихрового, концентраційного і магнітостатичного типів складно накладаються одна на одну. Спеціальним вибором типу джерела поля, частоти та часу реєстрації можна змінювати співвідношення між аномаліями різних типів і таким чином створювати модифікації індуктивних методів, ефективні при розв’язку конкретних задач.

Метод довгого кабелю (ДК). Джерелом поля в методі ДК є прямолінійний кабель довжиною від 1 до 20 км, заземлений на кінцях і під’єднаний до генератора напруги низької частоти (до 1000 Гц). При достатньо довгому живильному кабелю метод інколи називають методом нескінченно довгого кабелю (НДК).

Кабель укладається вздовж очікуваного простягання структур та рудних тіл і добре заземлюється на кінцях. Сила струму живлення залишається постійною в процесі зйомки. Поле кабелю АВ (рис. 3.38, а) досліджують на ділянці його середньої третини вздовж паралельних профілів, орієнтованих перпендикулярно і розташованих по обидві сторони від нього. Основними вимірюваними параметрами поля в методі ДК є: а) - амплітуди горизонтальної та вертикальної компонент магнітного поля; б) - відношення амплітуд і різниця фаз магнітних, рідше горизонтальних електричних складових у двох точках, розташованих на відстані 5–10 м; в) - інколи вимірюються елементи еліпса поляризації поля. Виміри магнітного поля можуть виконуватися і в аероваріанті на висоті 50-60 м за допомогою гелікоптера чи літака, що буксирує датчик магнітного поля.

За результатами зйомок методом ДК вздовж профілів будуються графіки вимірюваних параметрів поля і карти графіків (кореляційні плани). Інтерпретація матеріалів в основному якісна і зводиться до кореляції аномалій по профілях та встановлення їх природи шляхом співставлення з геологічними даними.

Рисунок 3.38 Модифікації індуктивних методів

а –метод довгого кабелю; б – метод незаземленої петлі; в – дипольне індуктивне профілювання

Метод ДК відноситься до пошуково-картувальних і застосовується для вирішення задач геологічного картування, виявлення крутоспадних контактів, пластів, тектонічних зон, пошуків провідних порід (ділянок графітизації, піритизації, тріщинуватості), пошуків добре провідних масивних руд.

Дипольне індуктивне профілювання (ДІП). Метод представляє собою модифікацію індуктивної електророзвідки, у якої джерелом первинного збуджувального поля є магнітний генераторний диполь ГД (рис. 3.38, б) – багатовиткова рамка з розміром, який, як правило, не перевищує 1–2 м. У процесі польових робіт генераторний і вимірювальний (ВД) диполі переміщуються по профілю з постійним розносом без зміни їх взаємного розташування. Умова дипольності зберігається при розносі у 2–3 рази більшому розміру рамок. Рознос повинен бути сумірним з проектованою глибинністю розвідки.

В результаті зйомки будуються окремі графіки, карти графіків, карти вимірюваних параметрів. Інтерпретація даних в основному якісна і є подібною методу ДК. Окремі чіткі аномалії можуть інтерпретуватися кількісно: по формі аномалії і характерним точкам можна оцінити форму і умови залягання рудного об’єкта, а по частотним характеристикам (на стадії деталізації) – його електропровідність, що дає змогу провести класифікацію аномалій на “рудні” і “нерудні”.

Метод ДІП може бути реалізований і в аероваріанті. Для цього генераторний контур закріплюється навколо фюзеляжу гелікоптера КА-26, а виносна приймальна рамка – в гондолі, що буксирується на кабель-тросі довжиною 35-50 м.

Метод ДІП відноситься до пошукових і пошуково-картувальних. Головним чином застосовується для пошуків провідних рудних покладів. Інколи він застосовується і з інженерно-геологічною метою.

Метод незаземленої петлі (НП). В методі НП джерелом первинного магнітного поля слугує прямокутна чи квадратна петля з розмірами сторін до 1–2 км, яка живиться змінним струмом від генератора Г (рис. 3.38, в). Первинне магнітне поле в середній частині петлі є практично однорідним і характеризується наявністю лише вертикальної компоненти Н_z. Отже ця область є сприятливою для виявлення горизонтальних, полого нахилених а також локальних провідних об’єктів, оскільки первинне магнітне поле орієнтовано перпендикулярно до них. Поза межами петлі структура первинного магнітного поля ускладнена наявністю горизонтальної компоненти.

Амплітудно-фазові виміри електромагнітного поля виконуються вздовж паралельних профілів, розташованих або всередині петлі, або поза нею на відстанях від 10 до 100 м один від одного. Напрямок профілів вибирається перпендикулярним простяганню об’єктів. Довжина внутрішніх профілів складає 1/2-1/3 довжини короткої сторони петлі. При суцільних площових зйомках петля переміщується або перпендикулярно, або паралельно профілям з урахуванням необхідності повторення вимірів (перекриттів) по одному із крайніх профілів, або в декількох точках усіх профілів. Основні вимірювані параметри в полі незаземленої петлі ті ж самі, що і в методі ДІП.

За результатами робіт будуються карти графіків та ізоліній спостережених параметрів поля, а на деталізаційних точках – частотні характеристики. Інтерпретація матеріалів при пошукових роботах якісна, а при деталізаційних – кількісна (визначається електропровідність та розміри об’єктів, їх глибини залягання).

Метод НП ставиться на перспективних ділянках для пошуків і розвідки рудних корисних копалин. Глибинність розвідки до 150–200 м.

Метод перехідних процесів (МПП). В методі перехідних процесів вивчається нестаціонарне електромагнітне поле, збурене за допомогою незаземлених контурів (подібно методу ЗСБЗ чи ЗМПП). Тривалість імпульсів струму в генераторній петлі варіює від 20 до 40 мс, а тривалість пауз між імпульсами – від 30 до 80 мс.

Існують два способи вимірів перехідних процесів. Перший спосіб полягає в тому, що вторинне індуковане поле вимірюється за допомогою автономної вимірювальної рамки, що переміщується по профілям в межах планшету центральної частини петлі (подібно методу незаземленої петлі НП). Цей спосіб отримав назву рамково-петлевого (МППР). Другий спосіб – це однопетлева модифікація методу перехідних процесів (МППО). Ця модифікація тотожна методу ЗМПП, розглянутому раніше. Відмінність МППО від ЗМПП лише в кількості часових затримок, на яких вимірюється сигнал. В МППО цих затримок значно менше.

Роботи методом МПП включають два етапи: загальна чи пошукова зйомка і детальна. Головна задача загальної зйомки – виявлення в межах досліджуваної площі зон з аномальною поведінкою неусталеного поля, які зумовлені наявністю добре провідних геологічних утворень. Ця площова пошукова зйомка зазвичай виконується суміщеними генераторними і вимірювальними петлями (МППО). За результатами цієї зйомки будуються карти ізоліній нормованого по струму І сигналу e (t) перехідного процесу на одній чи декількох часових затримках. Приклад такої карти для одного із родовищ наведений на рис. 3.39. Над провідними об’єктами затухання поля уповільнюється, отже рудні об’єкти на картах фіксуються підвищеними значеннями нормованого по струму зареєстрованого сигналу e (t)/ I.

Рисунок 3.39 Карта ізоліній амплітуди сигналу перехідного процесу на мідно-колчеданному родовищі

1 – габро-діабази; 2 – гранодіорити; 3 – проекції рудних тіл на поверхні;

4- розломи; 5 і 6 – ізолінії e (t)/ I для часу 1 і 2 мс

Детальні зйомки рекомендується виконувати з автономною рамкою, що переміщується по профілю (МППР). Для зменшення впливу аномалій кондуктивного типу петлю необхідно розкладати так, щоб аномальна зона була в центрі. Менша сторона петлі (якщо петля прямокутна) не менш ніж у 1,5 рази повинна бути більшою від глибини досліджень. Виміри неусталеного поля виконують на 5–7 затримках по густій сітці польових точок. Побудови за результатами робіт такі ж, як і в методі НП. Деталізаційні роботи можна виконувати також суміщеними генераторним і приймальним контурами. У цьому випадку виміри проводяться вздовж окремих інтерпретаційних профілів, що перетинають аномальну зону, по густій мережі точок і з мінімальним розміром петель, при якому сигнал реєструєтьcя ще досить впевнено. Метод МПП може бути реалізований і в аероваріанті, аналогічно методу ДІП.

Кількісна інтерпретація експериментальних даних виконується на основі профільних аномальних графіків і перехідних характеристик. Інколи досить непогані результати дають прийоми інтерпретації, що застосовуються в методі ЗСБЗ (ЗМПП).

Областю застосування методу перехідних процесів є, в основному, пошук добре провідних рудних покладів. Цим методом можливо вирішувати також деякі задачі геологічного картування.

44. Заг. Хара-ка високочастотних методів електророзвідки-…

До високочастотних (радіохвильових) методів відносяться методи, в яких використовуються змінні електромагнітні поля частот 10 кГц – 200 мГц. Ці поля вивчають у хвильовій (дальній) чи проміжній зонах джерела, тобто на відстанях, що набагато перевершують довжину хвилі або співставних з нею.

На характер електромагнітних полів радіохвильових частот суттєвий вплив здійснюють струми зміщення, і відповідно, діелектрична проникність середовища. В області радіохвильових частот суттєво збільшується поглинання електромагнітного поля провідним середовищем. У випадку, коли довжина хвилі суттєво менша за відстань до точки виміру і лінійних розмірів досліджуваних геологічних об’єктів, то, з певним наближенням, можна застосувати закони геометричної оптики до електромагнітних полів та використовувати такі явища як відбиття, заломлення, поляризація електромагнітних хвиль на границях поділу порід з різними електромагнітними властивостями, виникнення тіньових ефектів за рахунок поглинання полів об’єктами тощо.

Відомо багато модифікацій радіохвильових методів. Зупинимося на розгляді деяких із них.

Радіокомпараційний метод (метод радіокіп). Метод заснований на вивченні електромагнітних полів в дальній зоні мовних довгохвильових (ДХ-РК) при довжині хвилі у повітрі l ₀=1–10 км, або спеціальних наддовгохвильових (НДХ-РК) при l ₀=10–100 км радіостанцій.

Довгі і наддовгі радіохвилі розповсюджуються у вигляді земних хвиль, тобто хвиль, що проходять уздовж поверхні землі, огинаючи її завдяки дифракції. Ці хвилі проникають в землю на певну глибину, яка зростає зі збільшенням довжини хвилі і опору порід. Так при довжинах хвиль від 1 до 100 км глибина проникнення радіохвилі в породи з опором 100–1000 Ом×м змінюється приблизно від десяти до ста метрів.

Напруженість поля в дальній зоні (r / l³ 10) мало змінюється з відстанню і визначається, в основному, електромагнітними властивостями порід поблизу точки виміру. Заломлена хвиля збуджує в неоднорідному середовищі вторинне поле, яке зумовлює появу локальних аномальних ефектів, особливо, коли зустрічаються контакти середовищ з різними електромагнітними властивостями. Це дозволяє, вимірюючи радіополя, виконувати радіохвильове картування, тобто виявляти в плані геоелектричні неоднорідності.

Польова зйомка методом радіокіп частіше за все буває площовою. Вона ведеться польовими вимірювачами напруженостей поля (ПВНП). Датчиком магнітного поля є обертальна навколо вертикальної і горизонтальної осей рамка, а електричного – ізольовані чи заземлені на кінцях лінії довжиною до 20 м. Зйомка ведеться по профілям, зорієнтованим поперек простяганню порід (напрямок х), з відстанню між ними 10–100 м і кроком 5–50 м (на аномальних ділянках до 2 м). При пошуках провідних об’єктів досить виміряти повну горизонтальну H_j (обертанням рамки навколо вертикальної осі домагаються максимального сигналу) і вертикальну Н_z (рамка горизонтальна) складові магнітного поля. При вирішенні картувальних задач і пошуках непровідних тіл доцільно вимірювати Н_у і Е_х (вертикальна площина рамки і приймальна лінія зорієнтовані уздовж профілю), або H_j і . За результатами вимірів можна визначити імпеданс поля Z = E_x / H_y = E_r / H_j і ефективний питомий опір середовища r_еф.). Метод радіокіп застосовується також в підземному, аеро- та автомобільному варіантах (зйомка в русі).

Інтерпретація даних у методі радіокіп в основному якісна. Будуються карти графіків і кореляційні плани виміряних параметрів чи ефективного опору r_еф. За аномаліями виділяють контакти порід, пласти, зони тектонічних порушень, рудні і нерудні об’єкти. Аномалії, типові для різних геологічних розрізів, зображені на рис. 3.40.

Рисунок 3.40 Аномалії полів дальніх радіостанцій над різними геоелектричними розрізами:

а – круто нахилений провідний поклад; б -контакт порід; в -ізометричний локальний провідник

Метод радіокіп використовують для вирішення задач крупномасштабного геологічного картування, пошуків і розвідки рудних і нерудних корисних копалин, виявлення обводнених і картування мерзлих порід. Глибинність методу не перевищує 10–100 м і залежить від електропровідності геоелектричного розрізу.

Метод радіохвильового просвічування (МРХП або РП). Метод РП є провідним методом підземної електророзвідки, призначеним для вивчення цілості порід між свердловинами чи гірськими виробками з метою пошуків рудних тіл, виявлення обводнених та зруйнованих порід. В різних варіантах методу радіохвильового просвічування вивчаються явища поглинання, відбиття, і дифракції високочастотних електромагнітних хвиль (частота поля 100 Кгц–100 МГц) в гірських породах. По затуханню електромагнітних хвиль у просвічуваному масиві порід можна робити висновки про наявність рудних тіл, встановлювати їх форму, розміри, умови залягання, а також виявляти обводнені тектонічні порушення.

Найбільш розповсюджені модифікації радіопросвічування – радіопросвічування між свердловинами, радіопросвічування з-під землі на поверхню, шахтне радіопросвічування.

 

Рисунок 3.41 Свердловинне радіопросвічування (а – віяловий спосіб; б - спосіб паралельного переміщення)

1 – радіопередавач; 2 – приймач; 3– рудне тіло; 4 – зона “радіотіні”

При міжсвердловинному просвічуванні застосовують дві системи спостережень: кроковий (віяловий) спосіб, при якому поле на окремих інтервалах вимірювальної свердловини реєструється при нерухомому передатчику (рис. 3.41, а), і спосіб паралельного переміщення передатчика і приймача (рис. 3.41, б). При цьому, як правило, використовують електричні антени.

Найбільш простий спосіб інтерпретації даних МРХП є тіньовий, в якому за виміряними сигналами та коефіцієнтами екранування (відношеннями вимірюваного поля до нормального поля у вміщуючому середовищі) виділяються радіотіні, зумовлені поглинанням хвиль провідними включеннями. Положення провідного об’єкта визначають способом засічок по променям, що обмежують зону тіні (рис. 3.41, а).

Область застосування методу радіохвильового просвічування – розвідка рудних родовищ, зокрема: виділення безрудних просторів між виробками чи свердловинами; оконтурення розкритих виробками чи свердловинами рудних покладів; пошуки сліпих рудних тіл у міжсвердловинних та міжвиробкових просторах; виявлення об’єктів високого опору – пегматитових кварцових жил, карстових порожнин та ін.

Георадарне зондування (ГРЗ). Георадарне зондування, яке називається також радіолокаційним зондуванням або радіолокаційним методом підповерхневого зондування, засноване на посиланні в землю коротких (від 1нс до 1мкс) радіо чи відеоімпульсів і реєстрації відбитих від границь розділу з різними електромагнітними властивостями сигналів.

Радіолокатори (георадари) для зондування в землі працюють в діапазоні частот 10 МГц–3 ГГц, і, як свідчить практика, вони забезпечують глибинність дослідження до 10–30 м з визначенням основних характеристик досліджуваного середовища, пов’язаних зі змінами електромагнітних властивостей середовища e, m, g.

Рисунок 3.42 Часовий розріз за результатами георадарної зйомки

У зв’язку із високим частотним діапазоном теорія електромагнітних хвиль, яка використовується в методі ГРЗ, носить хвильовий характер і нагадує теорію розповсюдження пружних хвиль у сейсморозвідці. А тому результати зондувань георадарами більш схожі з даними, отриманими за результатами сейсмічних досліджень. Кінематична аналогія електромагнітних хвильових і сейсмічних полів дозволяє застосовувати до експериментальних даних георадарних зондувань відомі методи обробки сейсмічних сигналів, які включають обов’язкову побудову часових розрізів. Часові розрізи представляють собою радарограми, побудовані в кожній точці профілю з відкладенням часу t після посилання електромагнітного імпульсу вздовж вертикальної вісі. На часових розрізах виконують кореляцію хвиль, відбитих від границь з різними електромагнітними властивостями. У верхній частині часового розрізу, наведеного на рис. 3.42, відмічається чітка кореляція електромагнітних хвиль, відбитих від поверхні ґрунтових вод. Час реєстрації відбиттів складає 230–250 нс. Розрахунки показують, що при e_r =10 глибина до поверхні рівня ґрунтових вод складає біля 10 м.