Бесконтактная электроразведка: преимущества и решаемые задачи

Бесконтактную электроразведку проводят на участках, где затруднительно применять гальваническое заземление. Например, на выходе скальной породы, курумах, болотах, на воде (реки озера), в мерзлом грунте, лед, техногенных постройках.

Метод отличается скоростью выполнения работ и повышенной детализацией получаемой информации в разы по сравнению с классическими методами.

Почему используют бесконтактную электроразведку, а не гальваническое заземление

Электроразведка получила широкое распространение благодаря производительности, проведения работ и достоверности получаемых результатов. При линейном изыскании используют ЭП (электропрофилирование). Это значит, что в заданном направлении перемещают установку с постоянным разносом. На каждой точке есть возможность прослеживать изменение геоэлектрического разреза, расположенного примерно на одинаковой глубине вдоль профиля.

ЭП используют, чтобы места, которые неблагоприятны для прокладывания труб, например:

• сдвиги;
• резкое изменение литологии;
• разлом;
• неблагоприятный грунт.

В процессе измерений получают данные кажущегося сопротивления, диэлектрическую проницаемость, фазовые характеристики, амплитуды затухания, а также осуществляют проведение качественной интерпретации данных проводя структурный анализ полученных данных разрезов.

Если предполагают, что в исследуемом месте сложное геологическое строение, то используют метод ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование) или электротомографию. В процессе работы получают кривую кажущегося сопротивления. Затем осуществляют количественную интерпретацию, используя способ подбора в границах одномерной среды в каждой точке зондирования.

Цель интерпретации ВЭЗ — это разделение реального сопротивления с глубиной. ЭТ (электротомография) — модификация способа ВЭЗ. Метод использует особые правила, применяемые в процессе измерений и инверсии получаемой информации. Результат ЭТ — разрез реального сопротивления по профилю.

В перечисленных способах разведки применяют гальваническое заземление, которое передает ток и измеряет сигнал. Но существуют случаи, когда их применение осуществить сложно или невозможно. Поэтому используют альтернативный метод — бесконтактную электроразведку. Работы выполняют методами электромагнитного зондирования дипольного профилирования в диапазоне КГц-МГц и ЗСБ МПП в диапазоне Гц.

Принцип электроразведки

БИЭП — это бесконтактное измерение электрических полей, применяемое во время проведения работы в затрудненных условиях, когда использование традиционного способа с гальваническим заземлением невозможно, например, на:

• заасфальтированной дороге;
• бетонной конструкции;
• выходах скальных пород;
• мерзлых грунтах.

Основное действие БИЭП практически не отличается от привычной четырех-электродной установки. Разница заключается в том, что при обычных измерениях применяют металлический электрод, гальванически заземленный. При БИЭП используют емкостное заземление электрода.

Также метод бесконтактной электроразведки применяют в воздухе. При этом возникают проблемы, которые связаны с:

1. Сильной вертикальной компонентой воздушного электрического поля. Она воздействует на показания измерений, когда приемные линии располагаются вертикально.
2. Неоднородностями в воздушных массах. На показания влияют все объекты, расположенные около измерительных антенн, в том числе и оператор, который проводит работы. Они не воздействуют на поле в грунте, но оказывают влияние на результаты в верхнем полупространстве.
3. Высотой приемной линии над поверхностью земли.

Главная особенность электрических полей в воздухе — содержание вертикальной и горизонтальной компоненты, соотношение между которыми влияет на зависимость полей в воздушном пространстве от углов наклона и высоты приемных антенн.

Электрические поля в воздухе около грунта, для слабоконтрастного геологического разреза близки к полям на поверхности почвы. Для высококонтрастного разреза у поля в воздухе будет более сложная структура. Поэтому для интерпретации информации бесконтактной электроразведки используют высокие антенны.

Аппаратура и методика

Аппаратура, применяемая для электроразведки, ведет работу на чистоте около 16,6 кГц. Измерения осуществляют при помощи:

• установки с генератором, протаскивающейся по профилю;
• трех измерителей.

Прибор производит замеры на трех различных разносах. Полученную информацию обрабатывают в компьютерной программе. Результат — таблица, в которой указывают значения кажущихся сопротивлений с координатами точек записи и расстояний между генераторными и приемными диполями.

Затем проводят автоматическую двухмерную инверсию (также в компьютерной программе), благодаря которой получают разрезы распределения удельных сопротивлений по глубинам.

Чаще всего съемку осуществляют в непрерывном режиме. Во время работы оператор двигается с одной скоростью без остановок. Время настраивает так, чтобы на каждые десять метров получалось не менее пяти измерений. На пологих местах интервал получения информации составляет 2 секунды, на крутых участках, где затруднено передвижение, промежуток составляет 7 секунд. Позиции оператора в автоматическом режиме записываются при помощи GPS и пересчитываются для каждого измерения.

Обработку информации осуществляют в несколько этапов:

1. Изучение данных, полученных в результате съемки, в компьютерной программе, которая поставляется совместно с аппаратурой. В процессе обработки происходит очищение информации от случайных помех. Затем автоматически пересчитываются значения измеряемых полей в данные кажущихся сопротивлений и выгружаются результаты. Благодаря контрастности разрезов можно проводить автоматические двумерные инверсии разрезов и получать истинные сопротивления.
2. Введение рельефа. Дополнительно контролируют качество данных.
3. Используют компьютерную программу для инверсии информации БИЭП. В результате в формате 2D получают разрезы истинных сопротивлений по профилю.

Для точности получаемой информации бесконтактную разведку проводят на нескольких участках.

Преимущества бесконтактной электроразведки

По сравнению с традиционными методами, у бесконтактной электроразведки существуют преимущества:

1. Дает возможность получать точные данные в труднодоступных местах.
2. Решает инженерно-геологические и экологические задачи на глубине до нескольких десятков метров.
3. Не разрушает окружающую среду.
4. Возможность работать без использования заземления.
5. Применяемое оборудование мобильное и легкое, поэтому для проведения бесконтактной электроразведки достаточно двух человек, что значительно сокращает стоимость услуги.
6. Исследования можно проводить в широком диапазоне климатических условий.
7. Аппаратура для бесконтактной электроразведки создается на основе высокого качества аналого-цифровых преобразователей с ударопрочным корпусом.
8. Возможность осуществления работы в многоканальных режимах при непрерывной регистрации информации.
9. Скорость выполнения работы. Измерения по профилю занимают максимально короткое время и могут выполняться за один день (в зависимости от количества профилей электротомографии и расстояния, показатель может увеличиваться).

Основное преимущество бесконтактной электроразведки — качество и точность полученной информации.

Какие задачи решает бесконтактная электроразведка

Метод помогает решать множество задач, например:

• уточняет литологический разрез;
• картирует палеодолин;
• оконтуривает зоны многолетнемерзлой породы и определяет глубину ее залегания;
• выявляет и картирует зоны карстообразования, а также область вторичного надкарстового изменения;
• оконтуривает оползневые тела на глубину и в планах;
• картирует и уточняет в разрезе слои, насыщенные органическими соединениями (например, ил, торф или сапропель);
• выявляет и отслеживает в разрезах и планах тектонические нарушения и зоны повышенной трещиноватости;
• изучает гидрогеологические условия: находит местоположение, направление скорости и движения потоков подземной воды;
• определяет коррозионную активность грунта по наличию блуждающего тока;
• находит и проводит разведку месторождения полезного ископаемого и подземных вод;
• оконтуривает зону загрязнения.

Также бесконтактная электроразведка находит и картирует археологические объекты.

Виды электроразведочной съемки

Электроразведочная съемка бывает площадной и маршрутной. У каждой существуют свои особенности.

Площадная электроразведочная съемка

Площадная съемка — основной вид электроразведочной работы. Ее различают по:

• масштабу;
• геологической задаче: картировочная, поисковая, гидрогеологическая, поисково-разведочная, специальная, картировочно-поисковая, инженерно-гидрогеологическая;
• точности (находят участок, на котором благодаря методическим приемам и аппаратному средству можно повысить точность работ).

Чтобы увеличить контроль, измерения проводят по нескольким профилям.

Маршрутная электроразведочная съемка

Маршрутную съемку применяют, чтобы решить опытно-методические вопросы или получить общую информацию о геоэлектрических характеристиках.

Ее делят на два вида:

• детализированная (крупномасштабная), использующаяся для получения дополнительной геологической информации на границах небольшого участка общей съемки;
• основная, которая перекрывает всю исследуемую территорию.

Во втором варианте профиль наземных работ бывает рабочим и рядовым.

Технический контроль и оценка качества работ

Бесконтактную электроразведку проводят с необходимой точностью, соблюдая требования инструкций и законодательства. Правильность наблюдений обеспечивают благодаря:

• высокой квалификации оператора;
• отличным качествам и исправностью аппаратуры;
• выбору правильной методики работы;
• строгому соблюдению правил техники полевого измерения и требований по борьбе с помехами;
• систематическому контролю над работой персонала со стороны старшего геофизика.

Для обеспечения высокой точности результатов наблюдения должны проводить опытные техники-геофизики и инженеры. Чтобы уменьшить погрешность наблюдений, оператор:

• постоянно следит, чтобы аппаратура правильно работала и соблюдает правила ее эксплуатации;
• точно соединяет схемы и контролирует величину разносов;
• следит за правильностью вносимой информации в соответствующие графы отчета;
• все операции, которые связаны с наблюдением, ведет в строго установленном порядке.

Во время наблюдения за трудноизмеримыми величинами значения берут по нескольким отсчетам, фиксирующимся в полевом журнале.

В обязательном порядке проводят контрольные измерения по отдельным профилям. По их результатам оценивают точность и качество работы партии. Объем контрольного наблюдения могут изменять, ориентируясь на характер и условия работы, квалификацию оператора и качество полевых материалов.

Топографо-геодезическое обеспечение бесконтактной электроразведки

Топографо-геодезическое обеспечение опережает бесконтактную электроразведку или проводится одновременно с ней. Для проведения работ используют GPS-комплекс, угломерный и дальномерный прибор (дальномер, нивелир) и иное оборудование.

Топографо-геодезическое обеспечение:

• переносит в натуру проект расположения каждого пункта наблюдения;
• закрепляет места соответствующими знаками;
• определяет плановое положение и высоту пункта наблюдения;
• составляет топографическую основу для отчетной карты;
• осуществляет технический контроль и оценивает точность выполнения работы.

До окончания топографо-геодезической работы на участке электроразведка считается незавершенной.

Проектирование бесконтактных электроразведочных работ

Бесконтактные электроразведочные работы проводят по проекту, который составляют в соответствии с требованиями охраны окружающей среды РФ, ТПК и приказами министерств и ведомств.

Основание для проектирования — геологическое задание, установленное вышестоящей организацией, а также ТЗ на проведение работ, выполняющееся комплексными экспедициями: геологоразведочными, геофизическими.

Проектная документация — это комплект документов, который состоит из:

• производственной и методической части;
• сметы;
• текстового приложения;
• таблиц и графиков.

Указанная в проекте информация должна обосновывать рациональный комплекс работ, направленный на выполнение геологических заданий.

В методическую часть входят разделы:

• геологическое задание;
• географо-экономические характеристики района работ;
• информация о ранее проводимых на данной местности бесконтактных электроразведочных работах и их анализ;
• геологические и геофизические характеристики;
• выбранные методы и предъявляемые требования к их качеству.

В производственной части отражают технику осуществления работы, принимаемые меры по технике безопасности, какие мероприятия будут проводиться по охране окружающей среды. Также приводят требуемые технико-экономические и технические расчеты.

В проекте:

• излагают геологические задачи, которые требуется решить;
• выбирают и экономически обосновывают комплекс геофизических способов и видов проверочных работ;
• обосновывают сеть наблюдений;
• определяются со схемами, размерами установок и числом измеряемых параметров;
• устанавливают порядок контроля качества;
• обосновывают категорию трудности;
• определяются с методами размотки и смотки проводов.

Разделы проекта составляют предельно кратко и точно. Во время работ ориентируются на реальную обстановку и получаемые результаты. Поэтому допускаются исключения и отступления от проекта.

Производственно-технический совет организации составляет протокол, если изменения касаются метода съемки, техники наблюдения, направления профиля или густоты сети, которые:

• не снижают или улучшают качество съемки;
• повышают производительность труда;
• уменьшают себестоимость работы в пределах утвержденного проекта.

Если требуется поменять целевое назначение, геологическую задачу, переместить участок съемки, полностью прекратить или частично сократить работы, то проводят согласование с вышестоящим руководством, которое оформляет дополнения к основному проекту. Все изменения руководитель организации утверждает своей подписью.