Інтерпретація результатів спостережень низькочастотними методами

Отримані в результаті попередньої обробки польові матеріали зйомок підлягають спочатку якісній інтерпретації, потім додатковій обробці по виключенню впливу спотворюючих чинників (наприклад рельєфу місцевості або неоднорідності верхньої частини розрізу) і, нарешті, кількісної інтерпретації на основі закономірностей, виявлених при рішенні прямих задач НЧМ.

Інтерпретація в методі незаземленої петлі. Інтерпретація результатів польових спостережень в низькочастотній індуктивній електророзвідці гармонійними полями полягає у визначенні параметра об'єкту , а також в оцінці його розмірів, глибини залягання, провідності і для магнітних об'єктів його магнітної проникності і співвідношення між залишковою і індуктивною намагніченістю об'єкту .

Залежно від того, володіє чи ні об'єкт дослідження підвищеною магнітною проникністю по відношенню до вміщуючих порід, способи інтерпретацій дещо розрізняються. Оцінити, чи є тіло магнітним по відношенню до вміщуючих порід, можна на підставі зіставлення аномалій по амплітуді і фазі на декількох частотах. Аномалії амплітуди над провідними об'єктами характеризуються збільшенням їх інтенсивності із зростанням частоти. Аномалії над високомагнітними провідними об'єктами характеризуються зменшенням величини аномалії амплітуди із зростанням частоти, зміною знаку аномалії на певній частоті і подальшим досягненням асимптотичних значень на достатньо високих частотах.

При інтерпретації будують частотні характеристики для шуканих об'єктів. Набір теоретичних амплітудно-частотних характеристик представлений на рис.1.5.

Рис. 5. Палетка для кулі в однорідному полупросторі

Аномальні зони виділяють в результаті аналізу карт графіків зміряних компонент поля. Реальної слід рахувати аномалію, інтенсивність якої не менше ніж в 3 рази перевершує середню погрішність зйомки для амплітуди або середню квадратичну погрішність для фази. Аномальні зони меншої інтенсивності заслуговують уваги лише у тому випадку, коли вони добре корелюються за декількома профілями і підтверджуються повторними зйомками.

Ускладнюють виділення аномалій в полі петлі і кабелю неоднорідність цього поля і його залежність від питомого опору порід, що вміщають і перекриваючих геологічні об'єкти, що вивчаються. При роботі в районах розвитку погано провідних покривних вміщуючих відкладень на достатньо низьких частотах нормальним полем джерела Н_z0 можна рахувати його первинне поле в повітрі. Інакше доводиться розраховувати нормальні поля. Підбір нормального поля і виділення аномальної складової спостереженого поля можна виконувати на мікро-ЕВМ, використовуючи спеціальні програми.

При пошуках добре провідних рудних тіл найбільший інтерес представляють негативні локальні аномалії, простягання яких добре ув'язується з характерним для даного району простяганням рудних тел. Аномалії, займаючі великі площі, звичайно бувають пов'язані з геолого-структурними особливостями району, що вивчається. Ці аномалії особливо цікаві при геологічному картуванні. Зростання аномалії з частотою свідчить про те, що джерелом аномалії є об'єкт, що володіє порівняльно високим опором, що звичайно характерне для зон з підвищеною потужністю покривних відкладень, для обводнюючих порід і інших переважно нерудних об'єктів.

При пошуках високомагнітних руд незалежність аномалії від частоти, а також позитивний знак аномалії свідчать про її зв'язок з індукційним намагніченням локального об'єкту. Отримані в результаті деталізації аномалій їх частотні характеристики залежать від . Для визначення глибини і положення використовують графіки розподілу вимірюваних компонент поля уздовж інтерпретаційних профілів. Інтерпретація спрощується у разі однорідності первинного поля в межах об'єкту, що вивчається. Це має місце, коли джерело поля видалено від тіла на відстань, у декілька разів більшу розміру тіла. При інтерпретації частотну характеристику аномалії, побудовану на подвійному логарифмічному бланку, суміщають з однією з теоретичних кривих і прочитують напроти однієї з частот значення параметра об'єкту .

При невідомій провідності об'єкту спочатку по графіку розподілу аномального параметра поля уздовж інтерпретаційного профілю методом характерних точок визначають глибину залягання тіла. На рис.6 приведені теоретичні криві аномального поля над магнітною провідною кулею при різних значеннях його параметра ( ). З аналізу виходить, що ширина аномалій на рівні половини її максимуму ( ) рівна глибині залягання центру кулі. Графіки переходять через нуль в точках, відстань між якими пов'язана з глибиною співвідношенням .

При відомих провідність кулі розраховується по формулі

Аналогічно можна інтерпретувати аномалії для горизонтального циліндра і пласта. Параметр тіла можна визначити і за спостереженнями на одній робочій частоті . При цьому і визначають на основі співвідношень

Рис.6. Графіка розподілу аномального поля над магнітно провідною кулею при різних значеннях параметру

Рис.7 Результати робіт низькочастотними індуктивними методами на одному з родовищ магнетиту в Гірській Шорії. Графіки: а – ДІП з установкою Z-Z при розносі L=30м і частоті 125 Гц; б – відносних амплитудно-фазових вимірювань методом НП; в – абсолютних вимірювань методом НП; г– аномальних полів магніторозвідки і методу НП; геологічний розріз; 1 – магнетітові руди; 2 – окислені руди; 3 – діорити; 4 – рихлі відкладення.

На рис.7 приведені результати робіт низькочастотними індуктивними методами (НЧМ) на одному з скарнових родовищ магнетитових руд. Даний приклад показує, що разом з вивченням НЧМ добре провідних руд і розрізів також ефективне його вживання на магнітних розрізах в умовах сильного спотворюючого впливу на магнітне поле Землі залишкової намагніченості (наприклад, при пошуках залізняку або трубок кімберліту під трапами).

Метод перехідних процесів (МПП)

Методи перехідних процесів (МПП) по фізичній природі є індукційними. Від НЧМ вони відрізняються вживанням не гармонійних, а імпульсних полів. Як генераторні лінії використовуються незаземлені петлі (НП-МПП) або рамкові антени (ДІП-МПП), в які пускаються короткочасні імпульси постійного струму. В тій же петлі або іншій петлі вимірюються перехідні процеси, тобто величини електрорушійної сили на часах t в межах від 1 до 50 мс після кінця кожного імпульсу.

Сутність методу перехідних процесів полягає у вивченні несталого магнітного поля вихрових струмів, які виникають у всіх провідних електричний струм геологічних утвореннях при зміні струму в контурі, розташованому на поверхні землі або в повітрі. Швидкість загасання вихрових струмів визначається тепловими втратами в провіднику і його розмірами. Чим крупніше провідне тіло і більше електропровідність, тим довше триває перехідний процес. Тому по крутизні перехідної характеристики можна судити о якості провідника. З другої сторони, можна підібрати такий проміжок часу для регістрації перехідного процесу, коли є вторинне поле, викликане добре провідними рудними тілами, а поле відносно слабих провідників вже зникло. Виділяють декілька модифікацій методу перехідних процесів: аеро МПП (АМПП), профіліроване (ПМПП), зондування (ЗМПП), свердловинний варіант (СМПП).

В методі перехідних процесів вивчається нестаціонарне електромагнітне поле, збурене за допомогою незаземлених контурів. 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.8. Над провідними об’єктами затухання поля уповільнюється, отже рудні об’єкти на картах фіксуються підвищеними значеннями нормованого по струму зареєстрованого сигналу e(t)/I.

Рис.8 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.

Якщо через який-небудь незаземлений контур пропустити короткочасний імпульс струму, то в просторі, що оточує цей контур, виникає первинне магнітне поле, синхронне в ближній зоні із струмом в живлячому контурі. Це змінне магнітне поле індукує в провідних областях геоелектричного розрізу нестаціонарні електричні струми, які відповідно до закону індукції своїм магнітним полем прагнуть зберегти постійним первинне поле усередині провідних областей розрізу. При крутих фронтах струмових імпульсів у момент різкої зміни первинного поля вторинні струми розподіляються в приповерхневих частинах провідних областей, потім вони проникають в глибінь цих областей, поступово затухаючи внаслідок теплових втрат.

Нестаціонарне магнітне поле досліджують після зникнення первинного поля. Таким чином, розв'язується загальна для багатьох методів електророзвідки задача виключення з результатів спостережень первинного поля джерел, не несучого геологічної інформації. Відповідно знижуються вимоги до точності вимірювання магнітного поля. Залежність швидкості загасання струмів, наведених в різних геологічних об'єктах, від їх провідності і розмірів дозволяє розділити в часі вплив різних елементів геоелектричного розрізу на спостережуване поле і вибрати час реєстрації перехідних процесів стосовно характеру вирішуваної геологічної задачі.

За винятком довгого кабелю в МПП використовуються такі ж установки, як в НЧМ. Пошуки великих площ найбільш ефективно з однопетлевою модифікацією цього методу (МППО), в якій петля розкладається подвійним дротом. Один дріт утворює генераторну петлю, а другий — приймальню. При неглибинних пошуках з'являється можливість обходитися однією петлею, яка після пропускання імпульсу струму відключається від генератора і підключається до вимірювального пристрою. Дещо незвичайна для електророзвідки можливість використовування одного і того ж контура як джерело поля і його приймача пояснюється ще і тим, що при вивченні перехідних процесів вторинне поле, пов'язане з вихровими струмами в поверхневих частинах геологічного розрізу, що примикають до петлі, затухає значно швидше, ніж поле струмів, індукованих в решті частин геоелектричного розрізу. Таким чином, збільшуючи час реєстрації перехідного процесу, можна практично позбавитися вплив поверхневих відкладень на спостережуване поле.

У МППО вимірюється інтегральне значення потоку нестаціонарного магнітного поля через контур петлі. Внаслідок цього в простих геоелектричних умовах МППО володіє підвищеною глибинністю при пошуках локальних рудних покладів. При одному вимірюванні в МППО одержують інформацію про характер геоелектричного розрізу площі, оконтуренною петлею. У зв'язку з цим площадові дослідження з суміщеними контурами виявляються вельми високопродуктивними і дешевими. Недолік МППО — низька детальна досліджень, що обмежує можливість методів перехідних процесів відносно локалізації джерел вторинного поля.

При розширенні у декілька разів діапазону часів, МППО перетворюється на зондування (ЗМПП), яке займає проміжне положення між МППО і ЗСБ, оскільки в ньому можна реалізувати інтерпретаційні можливості ЗСБ для горизонтально-неоднорідних розрізів, типових для рудних районів. Деталізацію аномалій, виявлених однопетлевою модифікацією МПП, доцільно виконувати в МППР, в якій нестаціонарне поле петлі вивчають автономній приймальні рамкою, переміщуваною по мережі профілів усередині генераторної петлі. Положення окремих рудних тіл може бути уточнено за допомогою варіанту свердловини МПП (МПП-С), в якому автономна рамка укладена в снаряд свердловини.