Электроразведка — основной метод в комплексе геофизических способов разведки, который изучает особенности распространения переменного и постоянного электромагнитного поля в земле. Определяет петрофизические свойства, литологический состав, фазовое и термодинамическое состояние пород в недрах.
Виды электроразведки
Электроразведка — это первый геофизический метод, который получил широкое распространение в СССР в 1925-1935 годах при поиске и разведке месторождения полезных ископаемых. Применяют в любое время проведения геологоразведочных работ. Метод решает задачи:
- гидрогеологические;
- картирования;
- инженерно-геологические;
- поиска и разведки;
- эксплуатационные.
Получить представление о геологических разрезах помогает изучение электромагнитного поля, которое измеряют на поверхности земли, в воздухе, в скважине, в море.
В таблице указаны виды электроразведки и какие методы используют во время проведения работ:
Вид | Метод |
Наземная |
|
Скважинная |
|
Аэроэлектроразведка |
|
Морская |
|
Шахтно-рудничная |
|
Классификация методов электрической разведки
Классификацию способов электрической разведки проводят по нескольким принципам:
- По условию работы, месту осуществления геофизического исследования: наземное, воздушное, морское, подземное.
- По характеру решаемой задачи. Электроразведка бывает рудной, структурной, инженерно-гидрогеологической.
- По частотам исследуемых электромагнитных полей.
- По типам возбуждающих и изучаемых электромагнитных полей.
- По принципам изучения разрезов в вертикальном или горизонтальном направлении.
Всего в электроразведке насчитывают свыше пятидесяти модификаций методов, которые могут классифицировать по одному из перечисленных принципов.
Какие задачи решает
Электроразведка решает задачи, которые требуют глубину исследования до 500 метров:
- расчленяет разрез на литологические слои;
- определяет глубину залегания кровли скального грунта;
- выявляет и оконтуривает закарстованную зону;
- устанавливает и прослеживает тектонические нарушения и зоны трещиноватости;
- определяет положение уровня грунтовых вод, направление и скорость движения подземных вод;
- определяет коррозионную активность грунта и наличие блуждающего тока;
- изучает оползневые процессы.
Также метод решает задачи картирования погребенной речной долины и вечномерзлого грунта.
Электроразведка — ведущий способ комплекса геофизических работ. В зависимости от решаемой задачи и инженерно-геологических обстоятельств, применяют ее самостоятельно или сочетают с другими геологическими методами.
Геофизические работы
Участок, на котором проводят электроразведочные работы, и задачи в общем комплексе исследований определяют, ориентируясь на реальную геолого-географическую обстановку и экономическую целесообразность.
При изучении рудных местонахождений метод электроразведки является ведущим. Он помогает решать задачи структурного картирования во время работ на угольном месторождении. Благодаря использованию метода получается:
- детально изучать морфологию рудоконтролирующей структуры;
- выделять отдельные рудные тела;
- определять размеры и элементы залегания рудных тел.
Прежде чем приступить к работам, собирают и изучают информацию по электрическим свойствам горных пород, представленные в геологическом строении участка. Определяясь с выбором рационального комплекса, учитывают:
- месторождение полезного ископаемого;
- глубину залегания геологического объекта;
- физические свойства, размер, форму ископаемого.
Конечная цель геофизической работы — картирование и изучение геологического объекта. Также во время исследования осуществляют поиск рудного поля, его месторождения и отдельные залежи. Производят оконтуривание и оценку найденных рудных объектов и решают горнотехнические задачи.
Электроразведочная съемка
Съемка — это основной вид электроразведки. Она бывает:
- маршрутной;
- площадной.
Маршрутную съемку применяют при рекогносцировке районов. В процессе работ решают опытно-методические вопросы и получают общие данные о геоэлектрических характеристиках.
Маршрутная съемка бывает:
- основной, когда перекрывает весь исследуемый участок;
- детализированной, использующейся для получения дополнительных геологических данных в пределах небольшой территории.
Площадь наземной или аэроработы при основной съемке называется рядовой.
Существует несколько видов площадной съемки, которые различают по:
- геологической задаче: картировочная, разведочная, поисковая, гидрогеологическая, специальная и т. д.;
- масштабу: мелкомасштабная, детальная, крупномасштабная, среднемасштабная;
- точности, когда выделяются места, на которых повышается правильность выполнения работы благодаря методическому приему и аппаратурным средствам.
При производстве площадной работы методом электроразведки определяют поставленную задачу, характер и условие залегания исследуемого объекта, масштаб геологического исследования.
При выборе сети наблюдения руководствуются существующими способами аналитических расчетов полей над локальным геологическим объектом.
Проектирование и организация работ
Электроразведку ведут по проекту, который составляют как самостоятельный документ или включают в специальный раздел проектной документации для комплексных геологоразведочных, геофизических или геологосъёмочных экспедиций.
При составлении разделов учитывают:
- действующие требования по каротажным работам;
- инструктивные и нормативные документы Минприроды РФ;
- техническое задание заказчика;
- подходящие методы и технологии исследования;
- требования к оформлению;
- организации, с которыми требуется провести согласование.
Название проекта электроразведки должно соответствовать техническому (геологическому) заданию. Исследования проводят на стадиях геологоразведочной работы:
- региональной геологической;
- геофизической;
- при поиске местоположения полезного ископаемого;
- при предварительной разведке;
- при детальной разведке;
- во время разведки эксплуатируемых месторождений.
Проект составляют в двух частях: производственно-технической, которая включает смету и геолого-методической.
Часть проекта | Разделы, которые должны быть в документе |
Геолого-методическую часть составляет организация, которая исполняет работы на объекте |
|
Производственно-техническая |
|
В процессе проектирования электроразведки излагают геологическую задачу, которую требуется решить. Выбирают и экономически обосновывают рациональный комплекс геофизического метода и разновидностей проверочных работ. Обосновывают:
- сеть наблюдения;
- схему, тип и размер установки;
- условие заземления питающего электрода;
- количество измеряемых параметров;
- необходимое количество повторных измерений, которое поможет осуществить контроль качества;
- категорию трудности;
- метод размотки и смотки провода.
Все отклонения от требований нормативных документов обосновывают в проекте. Каждый раздел должен быть предельно кратким.
Также в проекте указывают необходимое количество работников, входящих в инженерно-технический состав. Чаще всего работы выполняют:
- начальник проекта;
- старший геофизик;
- геофизик, выполняющий роль инженера-оператора;
- старший техник;
- техник;
- специалисты смежных специальностей: геодезисты, геологи, петрографы, топографы и т. д.
Численность работников определенной квалификации утверждают согласно действующим нормативным документам.
Ответственность за электроразведку от начала до завершения работ возлагают на начальника, который должен обеспечить правильное решение поставленной геологической задачи и выполнение каждого этапа в соответствии с проектом и требованиями Минприроды РФ. Он контролирует качество измерений, своевременное составление текущего и окончательного отчета и другой документации. На него возлагают ответственность за правильное применение и сохранение рабочих устройств и аппаратуры.
Начальник регулярно производит приемку полевых материалов, оценивает их качество и подсчитывает объем выполненных работ. На основе полученных данных, при необходимости, вносит предложения в вышестоящие инстанции для уточнения и изменения проекта электроразведки. В обязательном порядке ставит заказчика в известность, если согласно проведенным на определенном этапе исследований становится понятно, что дальнейшие работы нецелесообразны.
Технические средства для производства электроразведки
Все работы по эксплуатации, ремонту, наладке и транспортировке оборудования выполняют, учитывая требования эксплуатационных и ремонтных документов. Сотрудники, которые обслуживают электроразведочные устройства, должны иметь соответствующую документацию. К работе разрешается допускать персонал, который прошел инструктаж.
К основной технической аппаратуре электроразведки относят:
- генераторы;
- измерительные устройства;
- электроразведочные станции;
- электроды;
- контрольно-измерительную аппаратуру;
- устройства радио и телефонной связи;
- источники питания.
По эксплуатационному назначению различают устройства:
- наземные;
- скважинные;
- аэроэлектроразведочные;
- шахтно-скважинные;
- для работы в руднике или шахте;
- морские;
- для исследования электрических свойств.
Прежде чем персонал получит необходимое оборудование, начальник проверяет его работоспособность. Устройства должны быть отрегулированы, протестированы и иметь паспорта, согласно установленным формам.
На аппаратуре не должно быть внешних повреждений, а на электрических контактах, клеммах, вилках и гнездах — коррозии или грязи. Вскрывать и самостоятельно ремонтировать оборудование запрещается. Все работы должны осуществлять квалифицированные мастера. Результат каждой проверки и ремонта обязаны заносить в паспорт технической эксплуатации.
Топографо-геодезическая работа
Топографо-геодезическая электроразведка состоит из:
- перенесения в документ места наблюдений;
- закрепления пунктов необходимыми знаками;
- составления топографической основы, которая потребуется для отчетной карты;
- технического контроля и оценки точности выполняемых работ.
Топографо-геодезические работы подразумевают использование угломерных и дальномерных приборов, например, нивелиров и дальномеров.
Физико-геологическая основа электроразведки
Геологические объекты, которые отличаются по свойствам и находятся в постоянных или переменных электромагнитных полях, возбуждаются разными способами. Поэтому образовывают различные электромагнитные поля. На их создание влияет размер тел, глубина и условие залегания.
Изучаемое электромагнитное поле может быть:
- искусственным, специально созданным для осуществления цели разведки;
- естественным, которое не зависит от деятельности людей (ЕЭП).
Частота полей отличается. Может быть от сотой и тысячной доли герца до мегагерца.
Электроразведка измеряет и изучает разные величины:
- потенциал и производные;
- напряженность полей (магнитных, электрических);
- амплитуду и фазу колебаний;
- элементов эллипса поляризации.
Большое количество способов и их изменений создает возможности для обширного использования электроразведки при решении различных геологических задач.
Во время работы поля, за которыми наблюдают, разделяют на:
- нормальные;
- аномальные.
Аномальные электромагнитные поля создаются объектами исследований под действием естественных факторов при возбуждении источником данного объекта. Они предоставляют информацию о предмете разведки.
Естественное электромагнитное поле
Методы электроразведки используют при решении определенных геологических задач, изучающих поле естественного происхождения, возникающего без участия людей. Оно бывает постоянным или слабо меняющимся, и создается природными электронными проводниками различного происхождения.
Также к данному виду относят электромагнитное поле Земли атмосферного и космического происхождения. При проведении работ от исследователей не требуются затраты на создание возбуждающих полей.
Метод ЕЭП используют для поиска и разведки:
- графитовых залежей;
- сульфидного месторождения;
- пластов антрацита;
- геологического картирования (по графитизированной толще породы);
- определения подземного потока;
- обнаружения мест фильтрации воды из водохранилища.
Частотный спектр естественного электромагнитного поля обширен. Бывает:
- постоянное электрическое поле в методе естественных электрических полей;
- низкочастотное электромагнитное поле в магнитотеллурическом методе;
- высокочастотное поле в методе переменных естественных полей.
Методом ЕЭП регистрируют магнитные и электрические составляющие.
Искусственно созданное постоянное и переменное электромагнитное поле
Практически все методы электроразведки базируются на изучении электрического и магнитного поля от геологического объекта, которое возбуждается искусственно созданным полем.
- смешанным;
- индуктивным;
- гальваническим.
Источник электромагнитного поля в индуктивном способе возбуждения — это незаземленный контур, который бывает различного размера и формы. Питается от генератора переменного тока различной частоты.
Гальванический метод возбуждения заключается во введении в землю при помощи заземления постоянного или переменного тока. Источником служит:
- батарея сухих элементов;
- генератор переменного и постоянного тока;
- аккумуляторы.
Электромагнитное поле при смешанном методе возбуждения создают при помощи заземленной линии. В процессе работ измеряют:
- потенциал и его градиент;
- действительную и мнимую составляющую;
- амплитуду и фазу напряженности магнитных и электрических полей;
- элементы эллипса поляризации.
Приемное устройство зависит от регистрируемых составляющих полей. Называют его входным преобразователем или датчиком.
Электроразведочные методы
Электроразведочные методы группируют, ориентируясь на характер зависимости полей от времени и способа возбуждения.
Метод | Описание |
Электромагнитное зондирование | Разрез исследуют в вертикальном направлении. Определяют происходящие в коре изменения из-за действия искусственного поля. Применяют при геологическом картировании, поиске скопления газа или нефти. |
Кажущееся сопротивление | Создают электрическое поле при помощи подключения к полюсам источников постоянного тока двух заземлений. Измеряют разность потенциалов. Затем выводят кажущееся сопротивление пород, которое помогает сделать вывод о геологическом строении исследуемого участка. Применяют при картировании и поиске полезного ископаемого. |
Электрохимическая поляризация | Чтобы вызвать искусственную поляризацию, через руду пропускают электрический ток. Метод позволяет произвести исследование естественных электрохимических процессов пород. Применяют при поиске месторождения руды и гидрогеологических исследований. |
Индуктивный | Возбуждение происходит при помощи незаземленного контура, который пропускает ток импульсный или низкочастотный. В результате возникает вторичное магнитное поле, которое тщательно анализируют. Замеры осуществляют в точках, которые располагаются в индукционных зонах источника. Применяют при геологическом картировании, поиске магнитных руд. |
Магнитотеллурического поля | Зондируя геологический разрез, изучают зависимость частоты от поля. При помощи низкочастотных составляющих исследуют большие глубины, высокочастотных — малые. Применяют при геологическом глубинном картировании. |
Радиоволновой |
Состоит из методов: · отражения; · радиоволнового просвечивания; · радиолокации; · профилирования. Используют при исследовании распространения радиоволн в горной и рудной породе. |
Полученные от электроразведки материалы обрабатывают. На их основе строят графики, составляют карты параметров и элементов электромагнитных полей. Проанализировав информацию, определяют, где приблизительно располагается геологическая структура и ее тип, присутствуют или отсутствуют полезные ископаемые, а также какая глубина и мощность у пластов.