Методы переменного тока

Одно из преимуществ этих методов – принципиальная возможность увеличения глубинности исследований и разрешающей способности в неблагоприятных условиях для метода сопротивлений.

Физическую основу методов составляет явление электромагнитной индукции и поэтому наличие в разрезе промежуточных изолирующих электрический ток пластов не препятствует возникновению индукционных вихревых токов в электропроводных слоях, что позволяет определять и изучать такие пласты в геологическом разрезе с непроводящими экранами.

Кроме того, специфика электромагнитной индукции позволяет избирательно выявлять зоны высокой электропроводности или магнитной восприимчивости, которыми обычно являются рудные залежи (индукционный метод рудной электроразведки).

Методы переменного тока дают также возможность зондировать геоэлектрический разрез в одной точке без изменения взаимного расположения приемных и питающих линий - «на одном их разносе», путем изменения частоты используемого электромагнитного поля. Длиннопериодные колебания проникают на значительную глубину и несут информацию о глубинном строении региона, а короткопериодные (вследствие проявления скин-эффекта) характеризуют верхние части геологического разреза.

Информативность электромагнитных методов повышается за счет одновременного измерения нескольких параметров поля, например фазы и амплитуды его электрических и магнитных составляющих.

Для возбуждения электромагнитных полей в земле используют генераторы переменного тока. Некоторые методы основаны на измерении электромагнитных полей широковещательных радиостанций, естественных электромагнитных полей ионосферного происхождения, разрядов молний.

Ток вводится в землю с использованием рамочных и магнитных антенн, раскладываемых на поверхности витков и отрезков провода. Это позволяет проводить геоэлектрические исследования в условиях затрудненного применения электрических заземлений.

Магнитотеллурические методы основаны на изучении естественных электромагнитных полей, возникающих вследствие воздействия на ионосферу Земли потока заряженных частиц, идущих от Солнца и вызывающих вариации геомагнитного поля. Вариации вызывают синхронные изменения так называемого магнитотеллурического поля, электрическую составляющую которого называют теллурическими (т. е. - земными) токами. Магнитотеллурические методы применяют в вариантах профилирования (МТП) и зондирования (МТЗ).

Магнитотеллурическое зондирование осуществляют путем изучения четырех компонент естественного магнитотеллурического поля в диапазоне периодов от 0, 1 до 1000 с. Измеряют две горизонтальные электрические Е _х и Е _у и магнитные Н _х и Н _у составляющие. Электрические составляющие измеряют с помощью двух взаимно перпендикулярных заземленных линий М ₁ N ₁ и МN, а магнитные регистрируют магнитометрами, располагаемыми вдоль линий МN. Измерение осуществляют с помощью специальных аналоговых магнитотеллурических лабораторий (МТЛ) или цифровых электроразведочных станций (ЦЭС).

По результатам измерений строят кривые МТЗ ρ _т = F(Т), по которым определяют суммарную продольную проводимость разреза S. Карты S характеризуют поведение рельефа кристаллического фундамента. Глубинность МТЗ составляет несколько километров.

Если перед геофизическими исследованиями ставится задача быстрого и недорогого поиска месторождений или их разведки используются модификации электропрофилирования - магнитотеллурическое профилирование (МТП) и метод теллурических токов (МТТ).

МТП отличается от магнитотеллурического зондирования тем, что вариации естественного электрического и магнитного поля измеряются в диапазоне 10...100 с. В методе теллурических токов измеряются только вариации естественного электрического поля.

Метод радиокип (радиокомпарации и пеленгации) заключается в измерении электромагнитных полей дальних широковещательных радиостанций.

Эти поля индуцируют электрические токи в проводящих объектах и создают таким образом вокруг объекта вторичное магнитное поле, изменяющее сигнал принимаемых радиостанций. Регистрирующим прибором, представляющим собой радиоприемник с направленной антенной и индикатором интенсивности сигнала, измеряются вертикальная и горизонтальная составляющие, а также угол наклона полного вектора суммарного электромагнитного поля. Применяется для геологического картирования и поисков объектов с высокой электропроводностью.

Зондирование становлением поля (метод ЗС) основано на изучении становления вторичного электромагнитного поля в горных породах после подачи прямоугольных импульсов постоянного тока в заземленную линию или незаземленную петлю. Первичный ток в диполе или петле устанавливается практически мгновенно. Однако в моменты его включения и выключения электромагнитное поле в земле устанавливается длительное время, и тем большее, чем меньше удельное сопротивление слоев геоэлектрического разреза. Переходный процесс в земных слоях (или процесс становления поля) регистрируется с помощью горизонтальной приемной рамки. Процесс становления поля регистрируют только в моменты выключения тока в генераторной рамке.

Глубинность исследований методом ЗС определяется промежутком времени между моментами включения тока в генераторной петле и регистрации вторичного поля. Чем дольше длится этот промежуток, тем на большую глубину проникает устанавливающееся электромагнитное поле. Таким образом, измеряя переходный процесс в различные моменты времени после выключения первичного поля, можно изменять глубину исследований и осуществлять зондирование геологического разреза становлением электромагнитного поля.

Для определения параметров геоэлектрического разреза в методе ЗСТ строят кривые кажущегося сопротивления ρ _т, либо кривые кажущейся продольной проводимости S, по которым определяют глубины залегания высокоомных горизонтов. В отличие от метода МТЗ, метод ЗСТ является детальным методом и используется при поиске локальных структур.

В последние годы получил распространение метод электромагнитной геолокации подземных объектов, позволяющий получать сведения о геометрической структуре геологического разреза, различающегося по диэлектрической проницаемости и удельному электрическому сопротивлению. Для этого используют портативный радиолокатор – георадар, направленный в исследуемый объем земли. Глубинность метода составляет до 20 м в варианте непрерывных измерений и до 100 м – в импульсном варианте. Факторами, осложняющими геолокацию, являются наличие приповерхностных и надповерхностных проводящих объектов (провода, деревья).

 

Областями наиболее эффективного применения электрического метода являются:

1. Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования.

2. Поиски рудных и нерудных твердых полезных ископаемых.

3. Региональные исследования, поиски и изучение локальных структур на большой глубине.

Вопросы для самоконтроля

На изучении каких явлений основан электрический метод геофизики? Чем обусловлена возможность использования этого метода для исследования земной коры?

Какие физические параметры характеризуют электрические свойства горных пород?

Какой из параметров считается основным для электрического метода, в каких единицах он измеряется? Как дифференцируются горные породы по этому параметру?

Как подразделяется электрический метод?

В чем заключается метод сопротивлений, как выглядит электрическая схема его измерительной установки?

Что такое кажущееся электрическое сопротивление и как определяется этот параметр?

Какие модификации метода постоянного тока наиболее распространены? Какую информацию они позволяют получить и как они реализуются?

Как осуществляется интерпретация данных этого метода?

Как выглядит кривая ВЭЗ для трехслойного геоэлектрического разреза?

Какие методы, изучающие естественные электрические поля вы знаете? На проявлении каких процессов они основаны? Какие схемы измерительных установок в них используются?

Какие параметры используются в методе ВП? Какую информацию позволяет получать этот метод?

Какие преимущества имеет метод переменного тока, как он реализуется?

На чем основан магнитотеллурический метод?

В чем заключается метод «радиокип»?

На изучении каких процессов основано зондирование становлением поля?

Что такое георадар? Какую информацию он позволяет получить?