6. ГЕОЭЛЕКТРИКА

6.1 Основные используемые явления. Классификация методов 0 Гц10 8 Гц

6.1.1 Электропроводность I A V R Закон Ома для участка цепи: Закон Ома для сплошной среды (в дифференци- альной форме) Единицы измерения -?

6.1.2 Индукция I H Закон Био-Совара Электрический ток порождает магнитное поле

I ~ H E i =-ΔΦ/Δt Закон электромагнитной индукции Фарадея Переменное магнитное поле порождает электрическое поле

6.1.3 Ёмкость C R C ~ Z= Среда способна накапливать электрическую энергию

6.1.4 Сторонние силы + - I Как в этой схеме действует закон сохранения энергии? U АКБ Сторонние силы химической природы

6.2 Метод сопротивления U I ~~ V A BMN

6.2.1 Электропроводность горных пород А. Минералы Пирит FeS 2 Никелин NiAs Арсенопирит FeAsS Борнит Cu 5 FeS 4 Пиролюзит MnO 2 Графит Слюда Кварц Плагиоклаз Пироксен Нефть П/проводники Изоляторы

Б. Вода Концентрация носителей заряда Заряд Подвижность носителей заряда

В. Породы Закон Арчи-Дахнова Пористость Показательцементации, a~2 Параметр пористости Formation factor Для породы Для раствора ln lnC Вода Порода

Закон Арчи-Дахнова не всегда выполняется Электропроводность раствора, См/м Изопроводимость 0.1 Область аномальной электропро- водности

Двойной электрический слой и поверхностная проводимость 1. Вблизи твердой фазы имеется избыточное количество носителей заряда - катионов 2. Вода в породе несет положительный заряд 3. Поверхностная проводимость характерна для глин и глинистых пород

Г. Руды Вкрапленная Прожилковая

Д. Неводонасыщенные породы Ненасыщенные Насыщенные Насыщение S=W/n Влажность Пористость b~1-2 Закон Арчи-Дахнова ОБОБЩЕНИЕ НА СЛУЧАЙ НЕВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПОРОД

6.2.1 Кажущееся сопротивление, коэффициент установки A I M N

6.2.2 Виды установок

6.2.3 Глубина исследования ~ V A BMN ~ V ABMN ~ V ABMN Расстояние между приемными и токовыми элементами установки позволяют изменять глубину исследования!

6.2.4 Профилирование k A B MN Глубина исследования

6.2.5 Зондирование AB/2 k h1h1

Двухслойная среда lg( k / 1 ) lg(AB/2h 1 ) /100 3

Трехслойная среда k k k k AB/2 H K Q A А если слоев больше?

6.2.6 Эквивалентность кривых ВЭЗ AB/2 H k H h1h1 h2h2 h1h1 h2h2 S 2 =h 2 / 2

AB/2 K k K T 2 =h 2 2

6.2.7 Вычисление кривых ВЭЗ (прямая задача) z z1z1 z2z2 z3z3 Алгоритм решения прямой задачи A0 или AB/2 k

6.2.8 Принцип автоматической интерпретации Мера уклонения наблюдаемых и вычисленных значений F(p) Номер итерации или p Функционал невязки Стабилизирующий функционал Погрешность наблюдений Остановка алгоритма

Пример результатов ВЭЗ

6.2.9 Идея электрической томографии A M 1 N 1 M 2 N 2 ………. A M 1 N 1 M 3 N 3 M 4 N 4 ……. M 1 N 1 M 2 N 2 ………. A Поверхностные системы наблюдений (surface) Системы скважина-скважина (cross-hole)

Результаты, полученных по томографической системе межскважинной электроразведки на тестовом участке Краутхаузен (по А. Кемне, 2003 г., Юлих, Германия)

6.3 Метод заряда

~ A U/I, Ом V V Потенциал Градиент Рудный вариант

Гидрогеологический вариант Водоупорный горизонт Водоупорный горизонт Водоносный горизонт NaCl A U T=0 T=1 T=2 T=3

6.4 Метод естественного поля (ЕП)

6.4.1 Поле электрохимической природы Fe 2+ Fe 3+ +e - O 2 +4H + +4e - 2H 2 O Сотни мВ

6.4.2 Поле электрокинетической природы Единицы- десятки мВ

6.4.3 Поля смешанной природы Вулкано-электрический эффект. W-образные аномалии, достигающие 3 В.

6.4.4 Измерение ЕП Пористая керамика К клемме вольтметра

V MN Градиент-установка N V M Потенциал установка Мульти- плексор V N Установка мониторинга M 1 M 2 …

Пример совместного анализа ВЭЗ и ЕП

6.5 Метод вызванной поляризации (ВП)

T R A B MN Феноменологическая характеристика ВП во временной области

Ток Напряжение Фазовый сдвиг ВП в частотной области

6.5.2 Причины ВП в породах

6.5.3 Причины ВП в рудах I + - e-e- A -n A -n+1 +e - C +n +e - C +n-1

Напоминание о текстуре вкрапленных руд

Осадочные породы Гнейсы Минерализованные серпентиниты

Осадо- чные породы Метаморфические сланцы Габбро Граниты T, нТл k k

6.6 Индуктивные методы с активными источниками

6.6.1 Общие положения T R H0H0 H 1 (z) H2H2 z I I~dH 1 /dt H2~IH2~I d zeze H(d)=H 0 /e d~504( /f) 1/2 z e ~100( /f)1/2 f – частота поля Глубина проник- новения поля Глубина исследования

Важное замечание о глубине исследования: ЗАТУХАНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗАВИСИТ ОТ ЕГО ЧАСТОТЫ. ЧЕМ БОЛЬШЕ ЧАСТОТА, ТЕМ БЫСТРЕЕ ЗАТУХАЕТ ПОЛЕ. ЭТО СВОЙСТВО ПОЛЯ НАЗЫВАЕТСЯ СКИН-ЭФФЕКТОМ

6.6.2 Поле над проводником: простейший анализ

+ I x HxHx HzHz Дополнительное упрощение: нижняя кромка проводника - на большой глубине:

6.6.3 Типы источников и приемников

Источники (T)Приемники (R) Длинный кабель ~~ Горизонтальный электрический диполь I ~ H = Магнитный диполь ~ Петля ~ Вертикальный электрический диполь Горизонтальный электрический диполь Магнитный диполь

6.6.4 Временная и частотная области T R H0H0 H 1 (z) z I I~dH 1 /dt H2~IH2~I H 2 ~dH 1 /dt

H 1 =H 0 sin(2πft) H 2 ~ωH 0 cos(2πft) Частотная область: В комплексной форме (2πf =ω): ImH ReH H1H1 H2H2 H 1 +H 2 Случай плохого проводника ReH H1H1 H2H2 H 1 +H 2 φ Случай хорошего проводника Чем больше φ, тем выше электропроводность

Измерения T R Сравнение и разделение сигналов 10 – 100 м ReH Im H

Электромагнитное профилирование в районе Канкберга, Швеция над сульфидным рудным телом и филлитами

Временная область: t H2H2 Нормальное поле в отсутствии проводников t H2H2 Поле при наличии проводников Накопление сигнала для улучшения качества наблюдений H1H1 ~ms t Первичное поле t H2H2

Песчаники и известняки С Песчаники D 3 Трубка Пионерская D 3 -C 1

6.7 Индуктивные методы с пассивными источниками Напоминание о вариациях магнитного поля Земли

Частота вариаций магнитного поля составляет ~10 -5 Гц - ~10 3 Гц x y Земля ИоносфераИоносфера HxHx HyHy Поля низкой частоты (< 1 Гц) связаны с электрическими токами в ионосфере. Магнитотеллурические исследования Поля звуковой частоты (> 1 Гц) связаны с экваториальной грозовой активностьюАудиомагнитотеллурические исследования

Глобальная система теллурических токов

x y I HxHx I HyHy V V ExEx EyEy Принципы измерения естественного электромагнитного поля (МТЗ)

ρ к, Ом. м ~100 ~ Кривая МТЗ (в широком диапазоне периодов), отражающая удельное сопротивление чехла, фундамента и проводящей астеносферы

6.8 Радиоволновые методы Метод основаннй на использовании полей радиостанций Метод просвечивания, ориентированный на исследование проводников (радиоволновое просвечивание) Метод, ориентированный на высокоразрешающее изучение малых глубин - Георадар Ground Penetrating Radar

6.9 Сейсмоэлектрический метод