Применение электроразведки в геологии (стр. 5 из 7)

Диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости играют значительную роль лишь при электроразведке на высоких частотах. Относительная диэлектрическая проницаемость

(где ε_п и ε₀ - диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу. Величина ε меняется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит, в основном, от процентного содержания воды и от минералогического состава породы. У магматических пород ε меняется от 5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью насыщенной водой породы). Магнитная проницаемость громадного большинства пород равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может возрастать до 10 единиц (geo.web.ru)

3.4 Применение электроразведки при решении различных задач

В геологии:

При поисках и разведке черных металлов используют комплекс геофизических методов, среди которых основными являются методы магнито - и гравиразведки, а методы электро- и сейсморазведки носят вспомогательный характер. Месторождения черных металлов по условиям образования весьма разнообразны, а слагающие их руды обладают различными физическими свойствами. Например, магнетитовые рудные тела характеризуются высокими значениями магнитной восприимчивости, плотности и электропроводности. Поэтому, прежде всего для их поисков и разведки следует применять магниторазведку. Эффективному применению гравиразведки способствует большая плотность железных руд по сравнению с рудовмещающими породами. Значение методов электроразведки существенно повышается при поисках слабомагнитных буро-железистых месторождений в осадочных породах и коре выветривания. В качестве примера рассмотрим результаты применения магнито- и электроразведки на контактово-метасоматическом месторождении в Горной Шории (рис.3.). Рудные тела столбообразной формы, содержащие магнетит, приурочены здесь к сланцевой толще, прорванной мелкими штоками порфиритов и сиенитов. На одном из профилей наблюдений рудное тело уверенно фиксируется повышенными значениями вертикальной составляющей аномального магнитного поля, кажущейся поляризуемости (η_к) и пониженными значениями кажущегося сопротивления (ρ_к).

Рис.3. Графики Z_a, η_к и ρ_к на железорудном месторождении (по А.З.Горину): 1 - сланцевая толща, 2 - порфириты, 3 - сиениты, 4 - магнетитовая руда (http://images.astronet.ru/pubd/2001/11/29/0001173324/fig4-2.gif).

В археологии:

Из всех геофизических методов при археологических исследованиях наиболее широко применяется электроразведка. Этому благоприятствует заметная дифференциация археологических объектов (каменных стен, траншей, могильных камер, металлических изделий, шлаков, углей и т.д.) и рыхлых вмещающих образований по электрическим свойствам. Обычно с помощью методов электроразведки решаются задачи:

1) картирование древних рвов, дамб, горных выработок;

2) поиски и разведка могильников и некрополей;

3) исследование древних городов и поселений.

Рассмотрим пример изучения археологических памятников с помощью геофизических методов, полученный геофизической группой геологического факультета МГУ. Работы на некрополе Херсона (г. Севастополь) сводились к выработке оптимальной методики поиска склепов и их картированию на некрополе, занимающем склоны Песочной балки. Исследования в основном выполнялись электроразведкой методом симметричного профилирования. Из выявленных аномалий более 100 можно было, разумеется, с разной степенью вероятности, связать со склепами. Источниками некоторых аномалий являлись неровности рельефа и неоднородности, которые исключались по аномалиям малоразностного электропрофилирования. Выявление наиболее вероятностного положения склепов осуществлялось с учетом строения геологического разреза.

Древние строители некрополей вырубали склепы только в определенных геологических горизонтах: рыхлых известняках, снизу и сверху ограниченных тонкими слоями очень крепких, перекристаллизованных известняков. На рис.4. приведены результаты электропрофилирования по одному из профилей. Повышенными значениями кажущихся сопротивлений (ρ_к) выделяются склепы в рыхлых известняках. К сожалению, не все аномалии ρ_к оказывались над склепами (geo.web.ru).

Рис. 4. Схема строения склона Песочной балки со склепами и идеализированный график электропроводности в крест склону: 1 - почвенный слой (ρ_к = 30-70 Ом*м); 2 - прослой плотных известняков (ρ_к = 300-600 Ом*м); 3 - рыхлые обломочные известняки (ρ_к = 20-50 Ом*м); 4 – склепы (http://images.geo.web.ru/pubd/2001/11/05/0001161637/fig5-13.gif)

В инженерных изысканиях:

Обследование автомобильных дорог при помощи метода георадиолокации.

При эксплуатации, ремонте и реконструкции автомобильных дорог возникают вопросы, связанные с изучением строения земляного полотна и прогноза его состояния.

В частности:

1) изучение строения конструктивных слоев дорожной одежды;

2) изучение состояния подстилающих (коренных) грунтов:

3) картирование подземных коммуникаций.

Признанными достоинствами геофизических методов являются: применение неразрушающих, бесконтактных, способов получения информации, высокая технологичность и относительно низкая стоимость. Использование современных геофизических технологий: новейших аппаратурных разработок, соответствующих методик и программного обеспечения, а так же привлечение данных бурения позволяет получать надежное решение поставленных задач. Георадиолокация широко распространена в строительных и инженерно-геологических фирмах большинства высокоразвитых стран, таких как Россия, США, Канада, Швеция, Корея и др. Метод георадиолокации базируется на изучении поля высокочастотных электромагнитных волн (используются частоты от первых десятков МГц до первых единиц ГГц). В основе метода лежит различие горных пород по диэлектрической проницаемости. Излучаемый импульс, распространяясь в обследуемой среде или объекте, отражается от границ, на которых меняются электрические свойства - электропроводность и диэлектрическая проницаемость. Отраженный сигнал принимается приемной антенной, усиливается, преобразуется в цифровой вид и запоминается. Достоинством метода является высокая производительность и высокая разрешающая способность, как в плане, так и по глубине. Глубинность исследования - от первых десятков сантиметров до первых десятков метров.

На рис.5. представлены фрагмент радарограммы, полученный по профилю вдоль автомобильной дороги. При интерпретации радарограммы были определены мощности искусственного покрытия и конструктивных слоев дорожной одежды. Привязка по глубине осуществлялась по результатам ближайшей скважины.

Рис.5. Строение участка дорожной насыпи с водопропускной трубой по георадиолокационным данным: вверху - радарограмма с результатами интерпретации; внизу - геологический разрез (http://www.logsys.ru/imgl/st001_p004.jpg) .

На радарограмме в верхней части разреза достаточно четко выделяются две отражающие границы. Они соответствуют подошвам асфальтобетона и гравийно-щебеночного слоя. Толщина асфальтобетона колеблется от 6 до 13 см, мощность щебня колеблется от 15 до 40 см. Ниже залегает слой песка, мощность его достигает 50 см. Песок подстилается супесью и суглинком. Нижняя граница суглинка является границей раздела между насыпными и коренными отложениями. В основании насыпи находится плотная глина. Профиль пересекает водопропускную трубу. Над осью трубы происходит смена покрытия (до пересечения оси трубы асфальтобетон перекрыт сверху песчано-гравийной смесью (ПГС)). По обе стороны от трубы наблюдаются просадки в теле насыпи. Непосредственно над трубой наблюдается увеличение мощности слоев слоя супеси, возможно, здесь насыпали дополнительно грунт после закладки трубы.

Глава 4. Современные методы и средства исследований

На данный момент существует 3 различных метода электроразведки:

1. Электромагнитное зондирование

2. Электромагнитное профилирование

3. Подземно-скважинные методы

К электромагнитным зондированиям (ЭМЗ) относится наиболее информативная и трудоемкая группа методов электроразведки. В ЭМЗ используемые поля, аппаратура, методика, включающая способы проведения работ, выбор установок и систем наблюдений, направленных на то, чтобы получить информацию об изменении электромагнитных свойств (чаще это УЭС) с глубиной. С этой целью на каждой точке ЭМЗ, точнее, на изучаемом участке за счет геометрии установок или скин-эффекта добиваются постепенного увеличения глубинности разведки. В дистанционных (геометрических) зондированиях, проводимых на постоянном или на переменном токе фиксированной частоты или постоянном времени становления поля, постепенно увеличивается расстояние между питающими и приемными линиями (разнос - r). Скин-эффект используется в методах с фиксированным разносом, а увеличение глубинности достигается возрастанием периода гармонических колебаний (T) или времени изучения становления поля (переходного процесса) в среде (t). Используются и оба способа изменения глубинности. Для зондирований применяются одноканальные и многоканальные приборы или электроразведочные станции. Определяемые в результате зондирований амплитуды и фазы электрических (E) или магнитных (H) компонент поля или кажущиеся сопротивления (КС) для разных параметров глубинности (ПГ) характеризуют изменение геоэлектрического разреза с глубиной. За параметры глубинности принимаются r,

, . В результате ЭМЗ строятся кривые зондирований, т.е. графики зависимостей кажущихся сопротивлений от параметров глубинности. Теория и практика электромагнитных зондирований хорошо разработаны для одномерных горизонтально слоистых моделей сред. Поэтому зондирования чаще всего проводятся при изучении горизонтально и полого залегающих (углы падения меньше 10° - 15°) разрезов. В результате количественной интерпретации кривых ЭМЗ получаются послойные или обобщенные геометрические и электрические свойства слоев или толщ. По совокупности профильных или площадных зондирований строятся геоэлектрические разрезы (по вертикали откладываются мощности слоев или пачек слоев, а в их центрах проставляются электрические свойства слоев) или карты тех или иных параметров этих разрезов. Электромагнитные зондирования используются для решения широкого круга задач, связанных с расчленением по электромагнитным свойствам пологослоистых геологических разрезов. Они применяются для глубинных, структурных исследований, поисков и разведки полезных ископаемых, детальных инженерно-геологических, мерзлотно-гляциологических, гидрогеологических, почвенно-мелиоративных и экологических исследований (astronet.ru)